基于实时数字仿真的微电网数模混合仿真实验平台

研究了基于RTDS的微电网运行和综合监控系统数模混合仿真实验平台,主要包括RTDS实时数字仿真系统、分布式电源控制系统和微电网运行与综合监控系统(EMS/SCADA)三部分。RTDS实时数字仿真系统对微电网中的网络结构、各分布式电源和负荷的主回路电气部分和相应控制系统进行实时数字仿真模拟,并通过相应模拟量和数字量的输入输出接口与外部分布式电源控制系统和微电网综合监控系统进行实时数据交互,实现软件和硬件结合的闭环仿真。最后基于该方法,搭建了针对风柴储独立微电网系统的数模混合仿真实验平台,可对微电网协调控制策略和能量管理策略等关键技术进行有效验证。     

适用于工业园区的微电网系统能量管理

为了提高微电网系统输出特性,满足工业园区并网要求,提出一种基于功率预测、前馈控制的微电网系统能量管理策略。通过功率预测,高效控制微电网系统输出功率,跟踪厂区负荷;基于前馈控制的储能波动平抑,有效平滑系统输出,并提高电池应用效率。在RTDS实时仿真平台上,结合能量管理器,搭建微电网系统硬件在环测试平台,MW级风光储微电网系统工程的长期稳定运行验证了所提算法的有效性和稳定性。     

基于RTDS的微网系统硬件在环研究

建立了包含实时数字仿真仪(RTDS)、分布式实时大功率电力电子控制器以及风机主控制器等在内的集合风光储可再生能源的崇明岛微网硬件在环(HIL)数字动态模拟系统。详细阐述了该平台软硬件的设计方案,针对其中分布式电源双馈机组进行了超、次同步速状态下的稳态运行仿真以及风速突变下的动态研究,并基于该微网系统架构进行了孤岛运行仿真研究。结果表明,该基于RTDS的HIL仿真平台能很好地模拟大功率电力电子设备的稳态和动态特性以及进行微网系统的实时仿真研究。     

风光储微电网模式切换策略研究

为实现微电网并离网运行模式的无缝切换,尽量减少由于切换瞬间功率不匹配所带来的暂态冲击,在介绍风光储微电网拓扑特征和分析储能变流器运行控制特性的基础上,通过与微电网中央控制器结合,设计了含多类型储能的风光储微电网在并离网无缝切换过程中的逻辑控制策略。最后,通过PSCAD仿真平台,设计并搭建了风光储微电网系统的仿真模型和通信架构,验证了所设计并离网无缝切换控制策略在微电网系统不同运行工况下的有效性和正确性。     

微电网光储协调控制策略的研究

针对水光储柴独立混合型微电网的运行需求,分析了光储在该混合微电网中稳态和暂态时的特性,分别提出了稳态控制策略和暂态控制策略。通过搭建水光储柴微电网模型,对提出的光储协调控制策略进行了实时数字仿真(RTDS,real time digital simulation)。经过现场实验,验证了微网中控制策略的可行性和可靠性。     

分布式光储微电网系统并网控制策略研究

分布式光储微电网系统有效整合了分布式光伏电源和储能单元,有效改善了分布式光伏电源接入配电网产生的电能质量问题。分析了微电网的研究现状,给出了分布式微电网系统拓扑结构,并对分布式光伏电源和储能单元的特性进行了分析。针对分布式光伏微电网系统,研究了底层装置在并网模式下的控制策略,并在Matlab/ Simulink环境下搭建仿真模型,验证了底层控制策略的可行性。研究了以削峰填谷为目标的基于模糊算法的能量管理策略,根据当前所处的用电时段以及储能的SOC水平,确定能量控制策略,使光储微电网系统的运行成本最低。通过Matlab算例验证了该控制策略的有效性。     

国网系统首个100千瓦级风光储微电网实验平台正式投入运行

近日,国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心张北试验基地研究试验楼微电网系统顺利完成24h连续孤网运行和并网／孤网无缝切换试验,标志着国家电网公司系统首个100kW级风光储微电网实验平台正式投入运行。该微电网实验平台的建成投运标志着中国电科院对分布式新能源发电和微电网研究取得了阶段性成果,更为进一步推动分布式新能源发电的应用、提高微电网供电可靠性奠定了坚实的科研基础。     

支撑电网黑启动的风光储新能源电站协调控制策略

针对局部风光资源丰富地区大停电黑启动的方案,首先建立了风光储新能源电站黑启动控制模型,研究其支撑电网黑启动的过程,储能系统作为主电源保证黑启动过程中系统电压和频率稳定。其次,提出了一种风光机组负荷跟踪功率协调控制策略,当风光出力不足时,风光机组采用最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法,储能系统作为主电源负责微电网功率的平衡;当风光出力足够时,风机根据光伏出力的变化进行减载运行,有效跟踪负荷功率变化,减少储能充电功率。该控制策略不但可减少储能系统充放电转换次数提高储能系统使用寿命,还能大大降低黑启动中储能系统配置容量,提高经济效益。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台搭建了风光储新能源电站控制模型,仿真验证了风光储新能源电站作为电网黑启动电源的可行性和所提控制策略的有效性。     

农村微电网风光储多时间尺度互补供电技术研究

对农村微电网中风光储互补供电技术进行了针对性研究,提出了一种风光储多时间尺度互补供电技术,利用储能系统和风光发电系统在时间尺度上的差异和互补特性,充分发挥储能系统的快速功率吞吐能力和灵活充放电特性,与分布式风光发电的备用功率调节特性协调互补,进而提高农村微电网供电系统的供电可靠性和安全性。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台建立风光储互补微电网电磁暂态仿真模型,在农村微电网并/离网切换过程中对储能系统的快速功率支撑以及风光储的多时间尺度供电技术进行了仿真分析,结果表明风光储多时间尺度互补供电技术运行稳定,解决了农村地区供电可靠性低及电能质量差等难题。     

光储孤立微电网系统建模与仿真研究

针对光伏发电在并网过程中存在弃光、并网难等问题,开展光储孤立微电网系统的研究。介绍了光储孤立微电网的系统结构,建立了光储孤立微电网系统各模块的控制策略及相关数学模型;基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了光储孤立微电网系统的仿真模型,并在标准条件下进行了光伏孤立微电网系统的仿真实验,通过仿真验证所构建的光储孤立微电网系统控制策略的有效性。     

中国电科院首个100kW级风光储微电网实验平台正式运行

2011年11月17日,国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心——张北试验基地研究试验楼微电脑系统顺利完成24 h连续孤网运行和并网/孤网无缝切换试验,标志着国家电网公司系统首个100 kW级风光储微电网实验平台正式投入运行。该微电网实验平台的建成、投运,标志着中国电科院对分布式新能源发电和微电网研究取得了阶段性成果,更为进一步推动分布式新能源发电的应用、提高微电网供电可靠性奠定了坚实的科研基础。     

多端直流微电网硬件在环系统设计与实现

为了满足含多种分布式电源直流微电网运行和控制策略的测试需求,研究了一种针对直流微电网的多层次、多时间尺度硬件在环仿真(HILS)系统。所设计方案中,直流微电网的一次调压、二次调压和优化运行控制算法分别在不同的实时仿真机和控制器中实现,且兼顾了本地重点单元控制算法的验证。最后,搭建了由控制器DSP,RT-LAB实时仿真机、cRIO实时处理器及上位机等组成的HILS测试平台,并通过算例验证了HILS系统平台的灵活性和可靠性。     

微电网半实物仿真平台的设计和实现

提出基于dSPACE和实时数字仿真器(RTDS)的微电网半实物仿真平台,它由Matlab/Simulink和dSPACE模拟仿真器、并网变流器、数字功放、RTDS组成,实现了变流器向电网注入功率并稳定并网点电压的测试,试验证明了半实物仿真平台的正确性和可靠性。并且在负载突增的情况下仍能快速稳定并网点电压,消除了并网点电压的波动。该平台的建立有利于对微电网和变流器的建模和仿真,为研究微电网稳定性分析、功率调节和控制提供实时的仿真基础。     

基于RTDS的风光发电系统数字物理混合仿真分析

风光发电系统的仿真分析研究是发展可再生能源发电技术的重要环节,本文针对风光发电系统数字物理混合实时数字仿真的关键技术展开研究,构建风光发电系统电气架构和通信架构,采用实时数字仿真器作为研究工具,建立基于RTDS纯软件的各微电源单体控制系统模型和基于RTDS的数字物理混合仿真单体微电源模型,并分别在稳态和动态两种情况下对其进行仿真分析,研究两者间特性的差异,证明所建模型的有效性,为两类模型的选择使用提供指导。数字物理混和仿真分析条件更接近于实际情况,既可在物理平台上对控制策略的性能进行检验和调试,又可实时修正控制参数、控制策略,为实际工程设计提供重要实践依据。     

考虑风光储一体化的电能计量模式研究与验证

随着飞速发展的分布式发电逐步走进万千用户家庭,传统电能计量模式已不再适用于所有的微电网系统,特别是对含风光储一体化分布式电源的小型微电网系统。针对这一问题,提出了一种新型电能计量模式,在提高计量的准确性的同时还有效解决了电能计量异常的问题。基于PSCAD软件对一个典型的风光储一体化微网系统进行仿真分析,验证了计量模式的可行性和准确性。     

基于虚拟储能的风光储家庭微电网的并网运行能量优化管理

随着分布式可再生能源的发展,风光储微电网的应用越来越广泛,体现出良好的综合效益及市场前景。文章针对家庭场景下的风光储能源微电网,从微电网需求侧管理的角度出发,提出了一种基于柔性负荷控制和虚拟储能的能量优化管理策略。首先,就家庭能源系统的场景建立系统模型;其次,基于负荷分类控制和实时电价信息,在保证电能质量的前提下,提出以用户最小购电费用为目标的能量优化管理策略;最后,利用微分进化算法进行求解,以某地的实际风光数据和电价信息为例进行仿真验证。结果表明提出的优化策略能够有效减少蓄电池的充放电容量,达到利用虚拟储能改善微电网的经济性的目的。     

四川电科院RTDS实验室

<正>国网四川省电力公司电力科学研究院RTDS实验室成立于2002年,经国家实验室(CNAS)认可,隶属于国网四川电科院继保及自动化技术室。实验室共包含6个Rack单元和4个FPGA仿真单元,接口丰富,仿真规模达2000多个节点,可开展:基于实时仿真的电网控制保护设备(系统)闭环测试;继电保护及安全自动装置性能试验方法研究;自动控制装置、AVC、SVC、SVG、TCSC控制策略研究;电力系统事故及应对措施研究;直流输电、新能源发电、微电网等新技术研究等工作方向。     

基于DIgSILENT平台的微电网协调控制策略仿真研究

为了最大限度地发掘分布式电源在经济、能源和环境方面的优势,同时协调配电网与分布式电源间的矛盾,分布式电源通常以微电网的组织模式运行。本文针对一风、光、储和可调负载相组合的微电网系统,研究了一种微电网主从控制下的协调控制策略,并基于DIgSILENT平台对该控制策略下的微电网4种运行工况进行了仿真研究,以验证该微电网协调控制策略的合理性和有效性。     

基于新型单锁相环的风光储调频调压控制策略研究

研究了风光储微电网的控制策略及并离网平滑切换,并在Matlab/Simulink仿真平台搭建了仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。光伏并网逆变器部分采用双级式结构,风力发电部分采用永磁直驱式风力发电模型,蓄电池部分采用基于下垂控制,与风光并联实现能量互补。其中,光伏和风力的逆变器均采用一种新的基于电网电压定向的矢量控制,用来稳定直流侧电压。针对风光储并离网切换冲击电流较大的问题,提出一种新的基于单锁相环的预同步方法,实现平滑并离网切换。仿真表明,风光储可以在孤岛、并网下均可以稳定运行并实现互补,且实现了平滑并离网切换。     

独立运行直流微电网混合储能系统功率分配控制策略研究

研究了独立运行光储直流微电网中混合储能系统的功率分配控制策略。为了将混合储能系统需要响应的净功率按其波动频率合理地分配给锂电池和超级电容,设计了基于电感电流的改进虚拟RC下垂控制策略,并对其工作原理进行分析。针对虚拟RC下垂控制存在母线电压偏差的问题,研究了基于模糊下垂系数算法的虚拟RC下垂控制策略,分析了该控制策略同时实现母线电压及超级电容SOC自恢复的控制机理。最后搭建了基于RTDS与DSP的硬件在环实验平台,对上述控制策略进行了硬件在环实验验证。实验结果表明,模糊虚拟RC下垂控制能够根据既定的模糊规则对下垂系数进行实时调整,其响应速度较快,但是仍然存在一定的电压偏差。