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.     

含多端口能量路由器的多能互补系统故障保护功能测试研究

针对某区域用电负荷存在严重的季节性过载现象,以及可再生能源存在功率波动大、稳定性较差的问题,研制了多能(含水电、光伏、储能)、多端口的能量路由器装置及其能量管理系统.综合考虑当地多场景运行,解决了季节性过载问题,实现了能量的合理配置与利用.首先,对比分析选定能量路由器各端口变换器的拓扑结构;然后,对多场景下的工作模式进行介绍;最后,对含能量路由器的多能互补系统进行故障保护功能测试.测试结果表明,该系统具有较好的故障保护功能,有效实现了不同场景下的工作模式切换,直流母线电压稳定以及上层功率指令跟踪等功能,解决了当地用电负荷季节性过载和可再生能源功率波动较大的问题.     

分布式配电网多端口能量路由器协同控制方法

提出了分布式配电网多端口能量路由器协同控制方法,实现了在功率均衡与母线电压平稳的前提下无缝切换多端口能量路由器各工作模式,保障配电网运行的安全稳定。该方法选取包含并网接口、蓄电池接口、负载接口以及光伏接口的四端口能量路由器拓扑结构作为协同控制对象,结合分布式与集中式控制设计分层协同控制方法,实现对蓄电池充、放电的均流稳压控制,以及工作模式切换时的直流母线电压平稳与功率均衡控制,达到无缝切换各工作模式、实现各工作模式协同运行的目的。结果表明,在该方法的控制下,多端口能量路由器中储能蓄电池可实现恒流充电中两相电路充电电流的均衡,保持恒压充、放电过程中蓄电池电流、电压、恒压放电过程中母线电压的稳定,能量路由器可实现多工作模式切换过程中功率的均衡及直流母线电压的稳定,为分布式配电网平稳安全运行提供保障。     

多端口能量路由器协调控制方法研究

针对多端口能量路由器中各个功能单元的作用,设计了每个端口的局部控制策略,根据能源网络框架,采用分层控制策略,将控制框架分为调度层、能源子网层和端口本地层三层,根据上层控制将能量路由器划分为六种稳定运行状态,从而实现工况的无缝切换.最后在Matlab/Simulink仿真平台上搭建直流楼宇能量路由器系统仿真模型,选择一天中的三个典型的时间场景进行模拟,通过对仿真波形的分析验证了所提拓扑结构和控制策略的有效性.     

多端口能量互补设备多工况协调控制

多端口能量互补设备在多工况下的稳定运行以及工况间的平滑切换是保证电网平滑运行的重要支撑。针对设备内分布式发电的波动性,基于分层控制策略,文中先提出了一种并离网模式下多工况划分方法,通过本地控制层与中央管理层两层间端口参数和控制指令的协调配合来维持设备在所提多个工况下的功率平衡。其次,又提出了一种改进的并离网平滑切换方法,并在此基础上加入电压监测来避免电压正常波动所引起的工况频繁切换。最后,在MATLAB中搭建3种典型运行场景的仿真模型以验证其可行性。仿真结果表明,直流母线电压在典型场景的工况切换过程中能够迅速恢复到稳定状态,且波动在0.5%以内;同时改进的并离网平滑切换方法能够在30 ms内实现预同步,能够满足稳定、快速的运行要求。     

能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制

多端口能量路由器是整合光伏、储能以及电动汽车充电桩的有效拓扑结构。在不同端口进行能量路由时,涉及多工况运行,无缝工况切换是一大难点。在能源互联网框架下,采用分层控制,使得能量路由器在电网调度、并离网、电动汽车接入切除等工况下都能够协调运行,从而实现工况的无缝切换。微网控制层采用集中式控制,维持各工况下系统整体能量平衡,既能与上层调度层交互,响应调度;也能与下层本地控制层通信,即采样各端口的状态信息,计算储能、充电桩的充放电电流给定值。本地控制层中光伏、电压源型变换器端口采用分布式控制,降低通信带宽;储能、充电桩端口采用所提的基于电流跟踪的新型下垂控制方法,精准传输所需功率,并控制直流母线电压稳定。最后,通过MATLAB仿真验证了所提统一协调控制策略的有效性。     

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。     

低压配电台区多端口能量路由器优化配置研究

通过能量路由器对传统配电台区进行柔性化改造，能够有效应对冲击性负荷与分布式电源接入台区所带来的影响。提出一种多端口能量路由器优化配置方法，能够合理配置能量路由器中储能单元容量，以使台区固定资产投资、设备电能损耗及负荷限幅损失构成的综合成本最小。首先，简要介绍了多端口能量路由器及其优势；然后，以配电台区投资运营综合成本最小为目标函数，建立了考虑储能寿命约束的多端口能量路由器的优化配置模型；最后，通过算例验证了多端口能量路由器在交直流多模式供电、源荷储高效互动与设备柔性增容方面的显著优势。     

基于多代理协调机制的能量路由器群组与配电网综合规划

以电为核心的能量路由器群组大量接入配电网是未来用户侧能源供给的发展方向.针对能量路由器群组结构复杂、与配电网规划目标互不协调等问题,提出了一种基于多代理协调机制的能量路由器群组与配电网综合规划方法.首先,构建能量路由器代理模型,以年规划费用最低为目标优化其内部设备配置及容量,进行能量路由器规划;然后,构建配电网代理模型...     

多能互补微电网的能量管理研究

微电网系统以其高效性、灵活性的运行优势在电力系统中不断得到重视。为使微电网系统能够稳定、可靠、经济地运行,文中以多种分布式能源为对象,建立了一个以综合成本最小为优化目标、满足多约束条件的微电网能量管理模型。以实际微电网系统为背景,讨论分析多能互补微电网在不同季节典型日条件下的运行经济性,并结合实际情况,给出一个典型微电网的经济运行方案。结果表明,文中所建立的模型具有很好的适用性,能够为微电网实际运行提供一定的理论指导。     

采用电力电子变压器的多端口能源路由器

基于能源互联网背景,结合多绕组高频变压器,设计了一种新型的家庭用多端口能源路由器。这种能源路由器的优势在于具有相对较高的能量密度和转换效率,同时更易于实现多电压等级接入,交直流混合,因此更适合于分布式电源及可再生能源的接入。给出了多绕组高频变压器的简化数学模型以及基于此的控制方法,同时在最后给出了用于验证系统正确可行性的仿真及实验结果。     

多能互补集成系统的研究

采用多能互补是促进风能、太阳能等可再生能源消纳的重要途径,文章以某300 MW燃煤发电机组为基础,开展多能互补集成发电系统技术改造设计,围绕多能互补集成发电系统的熔盐储能系统、光热采集系统、弃电加热系统、光伏发电系统等四个子系统进行技术及经济性分析并给出推荐方案。     

多能源互补独立电力系统的控制策略仿真研究

多能源互补电力系统是解决偏远地区供电问题的有效途径之一,西藏阿里地区比较适合建设光电、储能装置、水电和柴油发电互补的独立电力系统。针对光伏电站,提改进PQ下垂控制与功率外环控制相结合的综合控制策略。针对不同的控制目标,设计两种功率外环控制策略。利用电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory对该独立电力系统及控制策略进行仿真;分析不同控制策略下电网的动态响应特性,并研究V/f响应功率外环控制策略下光伏电站独立支撑电网的能力。仿真结果表明,光照强度发生剧烈变化以及大容量设备启停时,系统能够快速跟踪动态响应变化,其电压和频率均能可靠快速地恢复至正常水平。     

基于区间模型的多能互补系统优化运行

构建多能互补下的分布式联供系统已逐渐成为电力行业的发展趋势,其通过发电设备、用电设备以及冷、热、电设备将冷、热、电、气四种能源连接起来,形成了耦合性较强的多能互补系统。基于区间理论描述冷热电负荷、分布式能源出力、运行效率的不确定性,运用传递矩阵构建能源输入输出之间的耦合关系,对多能互补系统进行耦合建模。综合考虑能源、环境、经济等因素,对系统实现多目标优化。采用基于仿射运算的区间线性规划对模型进行求解,有效改善了区间运算过于保守的问题。算例分析对多能互补系统与分产系统、文中提出的算法与传统算法进行比较,验证了该模型和方法的合理性及有效性。     

基于多能互补的园区综合能源站-网协同优化规划

为了提高综合能源站的能源利用率,从站-网整体规划的角度出发,对能源站数量、位置和设备容量配置,供能网络布局进行统一规划研究,基于电、热、冷多能互补特性提出了一种园区综合能源站-网双层规划优化模型。上层以综合能距最小为目标,基于推广p-中位模型建立了能源站-网协同投资模型,下层充分考虑能源站内多能流耦合和站间网络的多能协调,建立多能源站规划运行联合优化模型。采用基于最短路径理论的枚举法结合Cplex求解器求解,规划了能源在时空上的转移,解决了传统规划时负荷分配不均、峰谷需求不平衡的问题,算例表明所提模型具有实用性,对园区综合能源规划建设具有指导意义。     

可再生能源多能互补系统多主体效益均衡模型

清洁能源发电出力具有较强的不确定性。传统的效益分配的方法仅以交易量为依据,无法保证备用机组参与的积极性。首先基于Shapley值法和Solidarity值法构建了可再生能源多能互补系统多主体效益基础分配方法,并引入成本、贡献和风险因子构建了改进分配方法;其次设计了可再生能源多能互补系统构成结构和交易策略,并构建了系统净效益测算模型;然后构建了以效益最大化为目标函数的运营优化模型;最后选取某实例对象,设置多种情景,算例分析证明了所提方法的有效性。