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国家电网能源互联网智能控制调度系统
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产品名称

国家电网能源互联网智能控制调度系统

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产品描述

能源互联网数字物理混合仿真系统

  一、能源互联网介绍

  1、什么是能源互联网?

  能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能

  管理技术, 将大量由分布式能量采集装置和各种类型负载构成的新型电力网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。

  2、能源互联网的特点

  多能互补是前提,能源互联网可以接入不同的能源,通过调度使其发挥最大的功效。

  物联是基础, 能源互联网将能源生产端、能源传输端、能源消费端的设备、机器、系统连接起来,形成了能源互联网的物联基础。

  大数据分析、机器学习和预测是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑。

 

  二、国家的重点规划

  1、国家十三五重点规划

  《能源发展“十三五”规划》提出,推动能源生产供应集成优化,构建多能互补、能源互联的智慧能源系统,并将“实施多能互补互联优化工程”列为十三五能源发展的主要任务。

  《能源发展“十三五”规划》全文共七次提及“多能源互联”,从中可以看出能源互联在国家能源发展战略中重要地位。

  要不断提高新能源和可再生能源的比重,如水电、太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能和氢能等的开发利用。

 

  三、多能互补介绍

  1、什么是多能互补?

  多能互补是按照不同资源条件和用能对象,采取多种能源互相补充,以缓解能源供需矛盾,合理保护和利用自然资源,同时获得较好的环境效益的用能方式。

  2、多能互补的特点

  1、包含了多种能源形式,构成丰富的供能结构体系。

  2、多种能源之间相互补充和梯级利用,达到1+1>2的效果,从而提升能源系统的综合利用效率,缓解能源供需矛盾。

 

  四、物联网介绍

  1、什么是物联网?

  物联网就是物物相连的互联网,是新一代信息技术的重要组成部分,意指物物相连,万物万联。按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、监控和管理。

  2、能源物联的意义

  通过物联网技术将分散式的能源、分散式的储能、以及分散式的用能结合起来,使其构建一个集智慧能源和数字能源为管理方式的智慧能源网络。

 

  五、大数据分析

  1、大数据实时分析

  能源设备通过物联网技术联通之后,具备了数字化处理的基础,可以进行整体的调度和预期策略的控制。

  能源互联网的分散协同调度与控制需要在线实时动态的信息采集、传输、分析与决策的支持。而大数据分析平台通过整合运行数据、气象数据、电网数据、负载数据等,进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习等,将需求和供应可以进行随时的动态调整。

 

  六、实验平台总体架构及建设目标

  1、能源互联网实验仿真平台应该是一个以电能为核心,多种能源形式耦合、互补的综合能源系统,争取整合现有的微电网实验平台,建设成国内首批区域综合能源系统示范实验室。

  2、平台应具备多种能源接入,同时具备多个子电网,实现多种能源,多个子网的互联调度。

  3、平台应具备物理设备和数字仿真相结合的方式,既具备实际设备的真实性,又具备数字仿真的实时性,具备更高的科研价值。

  4、平台需实现网络互联,核心部分为能量互联网的实时调度系统,可实现多个节点,多个子网能量的策略调度。引入实时策略控制器,可以将数据引入到数字仿真模型中,图形化的控制方式,实现实时调度策略。

  5、平台的所有变流器设备的控制、运行算法都为开源,且可采用RCP快速原型开发模式。控制系统、调度系统应当可以和MATLAB/LABVIEW等常用软件很好的兼容,方便二次开发。

 

  七、能源互联微电网系统能量拓扑

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  八、系统组成

  1、整体基础构架建设包含3个子网的各个一次侧设备和控制系统设备,主要包含:真实风电系统、环境监测仪、真实光伏发电系统、模拟风电系统(直驱式)、储能系统(锂电池和铅酸电池)、微电网中央控制系统、配电与保护系统等组成。基础构架主要是实现三个子网的独立运行。

  2、升级和完善部分主要加入了模拟负载系统、充电桩系统以及关键的能源路由器系统。主要是实现3个子网的联合调度和能量的互相传输。

  3、加入半实物仿真设备,使系统具备虚实结合的仿真控制方式,在微网策略控制部分加入RCP控制平台,使调度系统图形化,并具备实时控制功能,且方便加入各种调度算法。

  4、采用云端服务器,在云端建立数据库,使整个系统具备远程控制功能,采用CS构架,可随时随地通过远程PC机监控整个系统。

 

 

  九、能源互联微电网系统通讯拓扑

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十、功率快速原型开发系统——PRCP

  电力电子领域的新产品开发都会经历控制策略设计、程序代码编写、控制器程序烧录和控制性能测试等流程。

  一套可设计控制策略的图形化软件、并支持代码的自动生成和控制器程序自动加载、还有对应的功率硬件产品来实现设计控制策略的性能测试,必然会大大缩短开发周期。

  PCRP特点:

  支持MATLAB/Simulink无缝连接,自动代码生成

  支持功率级的快速控制原型开发(PRCP)

  支持硬件模块化扩展

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十一、功率快速原型开发控制器

  1、支持Simulink代码自动生成和基于模型的程序设计;能方便地使用Matlab/Simulink进行控制算法设计并在线实时仿真的功能,无需了解软硬件实现及编程过程,就能进行控制设计和调试。

  2、以太网通讯、USB接口、隔离的RS232/485/CAN通讯。

  3、16路16位精度的AD采集通道、采样频率200KSPS,输入电压范围:-20V~20V。

  4、16路16位精度的DAC,输出电压范围:-10V~10V。

  5、16路遥控,隔离的继电器节点输出。

  6、16路遥信,隔离的24V信号输入。

  7、16路PWM,高电平为5V。

  8、5个QEP接口和3路CAP。

  9、36路DO,36路DI。

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  双馈风电模拟系统实时仿真控制

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十二、能量路由器介绍

  能源路由器是整个系统的核心部分,多个子网通过能源路由器进行能量的调度和交换,能源路由器承担着分散协同与交换能源量的重任,实现自我调控的智能化电力系统,其中结合了柔性直流电输电技术、储能技术、电力电子控制技术以及数据处理技术等。

  多端口交直流柔性变换器,2个交流端口,交流线电压均为380v,1个直流端口,直流电压为220-800v可调,每个端口均可接入相应电压等级的有源或无源电网,任意两个端口间可以实现功率潮流的双向控制。变换器可采用AC-DC-AC背靠背方式的双PWM VSC拓扑,以VSC1和VSC2分别标识两侧变流器。变换器配置有通信接口,能够接收指令实现变换器运行状态的改变,并上送变换器的实时工作状态。配置液晶显示界面,可以实现就地人机交互。

 

  十三、能量路由器工作模式

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十四、数字化实时能量调度仿真

  系统加入了实时仿真器,基于图形化的数据处理,可以让科研者非常方便的将所有能源设备的数据集中融合在一起,可导入数学计算模型结合大数据统计算法,进行实时控制。

  实时仿真器中包含两个部分:信息处理与界面显示,运行调度策略。

  l信息处理与界面显示

  分布式新能源系统各个节点的电压、电流、功率信息通过集中控制单元传递给实时仿真器,仿真器解析包含系统信息的信号后,将其显示在界面上;

  l运行调度策略

  调度策略运行在实时仿真器的CPU上,用户可以自由编写能量管理、调度相关的算法内容。结合从集中控制单元得到的数据,用户可以自由编辑相应的控制策略,仿真器会将运算得到的相应控制指令发送给集中控制单元来完成整个系统运行的控制与调整;

  1. 真实性

  功率硬件的部分能够真实地模拟实际新能源发电系统的运行与控制情况。

  2. 安全性

  数字物理混合仿真系统,将整个新能源系统分为底层与顶层两个部分,用户在顶层进行策略与算法的调整,通过通讯下发指令的方式进行底层的控制,减少科研实验过程中接触强电设备的机会,为用户营造安全的使用环境。

  3. 时效性

  引入实时仿真系统可以及时地采集、显示、分析详细的数据,实时系统可以高效运行用户的控制策略、完成对数据的分析预测、进行控制指令的下发,弥补离线仿真的速度慢、等待时间长的问题。

  4. 开放性

  实时仿真系统基于开放的LabVIEW平台,具备兼容第三方软件的工具,能为用户营造开放、易用的使用环境;给用户完全的自由度去编辑系统的分析、显示与控制界面。

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十五、云端能源策略调度系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十六、光伏子系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十七、风力子系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

  十八、储能子系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  十九、开源资料

  励磁柜:

  l整体布线CAD图、PDF图;

  lDSP控制核心板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、内部运行源代码工程(内含算法静态库)、配套详细的设计原理说明文档;

  l控制底板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、配套详细的设计原理说明文档;

  l继电器板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、配套详细的设计原理说明文档;

  lIPM隔离电源板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、配套详细的设计原理说明文档;

  l算法设计说明文档;

 

  逆变柜:

  l整体布线CAD图、PDF图;

  lDSP控制核心板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、内部运行源代码工程(内含算法静态库)、配套详细的设计原理说明文档;

  l控制底板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、配套详细的设计原理说明文档;

  l继电器板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、配套详细的设计原理说明文档;

  lIPM隔离电源板:protel 99se原理图、PDF版本PCB、配套详细的设计原理说明文档;

  l算法设计说明文档;

 

  监控前台:

  l上位机应用软件安装文件;

  l数据库安装文件;

  l上位机DEMO例程;

  l操作说明;

 

  二十、负载系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

  二十一、中央控制系统

  特点:

  1 数据采集

  2 控制操作

  3 分布式电源调节

  4 储能单元调节

  5 微电网运行模式实时控制

  6 通信功能

  7 高速采集

  8 实时模式控制

  9新型高速实时工业以太网

  二十二、能量管理系统

 

能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  二十三、实际案例展示

  1、能源互联网实验室

 

能源互联网数字物理混合仿真系统能源互联网数字物理混合仿真系统

 

  2、能源互联网数字仿真实验室

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