基于多端口能量路由器的多能互补系统研究与测试

针对旅游旺季期间某地区负荷出现较严重的过载现象,且当地可再生能源存在功率波动较大、难以消纳的问题,依托云南省某配电网智能化改造升级示范项目,研制了一套多能(含小水电、光伏、储能)、多端口的能量路由器装置及其能量管理系统,并对基于多端口能量路由器的多能互补系统进行了研究与测试.首先对多端口能量路由器的拓扑结构和技术参数进行了介绍;其次对能量管理系统的功能进行了阐述;最后在对各端口分别进行调试后,进行全端口联合运行功能测试.测试结果表明,各端口能分别正常运行,全端口联合运行功能正常,能有效平抑直流母线电压波动,实现上层功率指令跟踪,同时在大功率运行状态下,输出波形畸变率较低,效率基本满足要求,能用于解决当地负荷过载问题,实现能量的合理配置与利用.     

基于多端口能量路由器的多能互补系统研究与测试

针对旅游旺季期间某地区负荷出现较严重的过载现象,且当地可再生能源存在功率波动较大、难以消纳的问题,依托云南省某配电网智能化改造升级示范项目,研制了一套多能(含小水电、光伏、储能)、多端口的能量路由器装置及其能量管理系统,并对基于多端口能量路由器的多能互补系统进行了研究与测试.首先对多端口能量路由器的拓扑结构和技术参数进行了介绍;其次对能量管理系统的功能进行了阐述;最后在对各端口分别进行调试后,进行全端口联合运行功能测试.测试结果表明,各端口能分别正常运行,全端口联合运行功能正常,能有效平抑直流母线电压波动,实现上层功率指令跟踪,同时在大功率运行状态下,输出波形畸变率较低,效率基本满足要求,能用于解决当地负荷过载问题,实现能量的合理配置与利用.     

考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度

含电热气多种能源的综合能源系统中,复杂的能量转换关系以及可再生能源和负荷的波动性,给综合能源系统的灵活安全运行带来了挑战。为了减小新能源和负荷不确定性对系统的影响,同时提升系统的功率平抑能力,提出了考虑多能灵活性的综合能源系统多时间尺度优化调度策略。首先,在日前调度中建立多能灵活性状态方程,以日运行成本最小为目标,构建波动场景下考虑系统多能灵活性的调度模型;日内调度则以日前调度计划为基础,考虑电能和热气能在不同时间尺度上的响应能力,建立分时间尺度的滚动优化模型,对日前计划进行修正,平抑功率波动。算例结果表明:所提出的日前模型可以通过协调设备的出力来提升系统的运行灵活性,日内模型能够平抑电热气能在不同时间尺度上的功率波动。     

五端口能源路由器控制策略研究

随着可再生能源技术的发展,传统的电力系统无法满足未来供电多样化、能量多向流动的技术要求。为了实现可再生能源的大规模消纳,我国正在积极发展能源互联网。能源互联网的核心装置是基于电力电子技术的能源路由器,能够实现给不同的可再生能源装置和不同负载提供灵活多样化的电气接口,还可实现能量的多向流动和对功率流的管理。文中对应用于中低压交直流电网且结合了储能装置的能源路由器进行了研究。为了满足中低压交直流互联功能与储能功能,所研究能源路由器由模块化多电平变流器(MMC)、双有源全桥变流器(DAB)、低压逆变器与双向储能变流器构成。文中对该能源路由器的控制策略进行了研究,设计了各级控制器的结构与控制器参数,并在各级自身控制策略的基础上,提出了功率前馈控制策略以减小直流端口的电压波动,并进行了仿真验证。     

计及大用户负荷管理的可再生能源消纳

负荷类型的不断复杂化、用户用电行为的不确定性,以及分布式可再生能源的高比例接入,导致配电网支撑下区域能源互联网的结构和潮流均发生了明显变化,也加大了电能传输和分配的复杂度,亟需提升分布式可再生能源接入下负荷管理的优化水平。首先从配电网的可再生能源消纳、灵活调度、多元控制需求出发,提出了含分布式可再生能源(distributed renewable energy,DREG)的负荷管理优化场景,设计了基于能源路由器的源荷协同优化方案;其次,通过用户影响度、负荷弹性度、公平性因子综合判断区域级用电大用户调度优先级,构建了基于调度优先级的可再生能源消纳引导机制;最后,通过多目标遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)验证了基于大用户调度优先级的负荷管理优化机制,结果表明通过能源路由器的有效控制和适当的消纳引导机制可平稳负荷曲线、有效促进可再生能源消纳。     

考虑多能流广义储能作用的配电网协调规划

能源互联网背景下配电网内逐渐形成能源耦合、能量交互的区域综合能源系统,对提高可再生能源渗透率、解决环境问题具有重要意义.通过网侧资源协同利用与多能流优化调度达到存储能量的目的,并构建多能流广义储能系统;在此基础上,考虑多能负荷和分布式电源的多重不确定性,采用随机优化和鲁棒优化相结合的方法建立基于分季节多场景的三阶段鲁棒规划模型;将各阶段模型转化为混合整数线性规划模型并采用CPLEX进行交叉迭代求解.以改进的IEEE 14-NGS14系统为例,仿真结果验证了所提模型得到的规划方案能有效降低建设成本和运行成本,提高能源利用效率和可再生能源消纳水平,相较于传统鲁棒优化和随机优化,所提模型在经济性和保守性之间达到了良好的均衡.     

交直流混合多端口能量路由器拓扑与控制研究

为了提高可再生能源与电网的互联,提出了应用于高压配电网的交直流混合多端口能量路由器模型.分析了级联H桥高压侧整流器、中间级DC/DC隔离器、低压交和直流端口的原理并提出了一种分布式控制策略,以直流母线电压的变化调整内部功率实时平衡.提出的能量路由器可以灵活提供不同电压等级的交/直流端口以供负载接入,在实现电压隔离变换的同时能够有效治理电网电压畸变.最后通过仿真验证了所提策略的正确有效性.     

基于Lyapunov优化方法的含能量路由器的能源集线器能量管理策略研究

多能源融合系统越来越成为解决能源短缺及不合理配置等问题的有效方案。含能量路由器的能源集线器作为多能源融合系统的一种典型结构,可通过合理协调管理各端口可控资源,实现高效经济运行。该文设置了能量路由器基本运行策略,分析基本运行策略下能源集线器能量平衡等式及接入设备运行约束;基于Lyapunov优化方法构造储能虚拟队列,将能量管理问题中时间耦合储能约束转化为队列稳定性问题,并对不需即时满足的柔性负荷(以电动汽车负荷为例)构造虚拟队列;最后,通过形成Lyapunov-drift-penalty函数,简化能量管理问题,根据实时运行状态确定控制决策,实现降低运行成本的目标。利用MATLAB编程,实现并测试上述管理算法。通过算例分析比较算法应用前后含能量路由器的能源集线器运行情况,验证了算法在降低运行成本方面的有效性。     

考虑风光出力季节性波动的储能容量配置

通过配置储能可以解决高比例可再生能源并网时的弃电和功率波动问题,但现阶段储能成本较高,难以大规模推广应用,且现有研究在进行储能规划时,多聚焦于单一季节下的储能最优容量,而忽视了风电、光伏出力季节性波动对储能规模的影响。为解决上述问题,本文提出了一种考虑可再生能源出力和负荷需求季节性变化的储能优化配置方法。采用等效全循环次数核算储能投资运行成本,并利用期望持续放电时间处理功率和容量的相关性,从储能全生命周期收益和可再生能源利用率的角度对储能的容量和功率进行配置。仿真结果显示,与追求储能收益最大和采用单一典型日进行储能配置相比,本文所提方法能够在保障储能经济性的同时,进一步提升储能对可再生能源的消纳作用。     

一种基于直流微电网的电动汽车充电优化控制策略

针对可再生能源、电动汽车充电和电网峰谷负荷不协同问题,研究了直流微电网环境下光伏、储能和电动汽车充电的协同优化控制策略。首先给出了直流微电网的系统结构及其单元功能模型,建立直流微电网条件下的电动汽车优化充电模型,分析比较含多种约束条件的充电经济性。根据不同场景的功率需求,制定含光伏和电动汽车充电需求预测的微电网能量管理优化控制策略。最后通过实际直流微电网算例分析,验证了该优化控制策略在直流微电网环境中能够实现可再生能源与电动汽车充电装置的协同增效,为解决大规模电动汽车充电负荷和可再生能源消纳问题提供了参考。