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面向能源互联网的新型能源子网系统的研究pdf

发布时间:2019-06-24 20:27 来源:未知 编辑:admin

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  第36 卷 第2 期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.36 No.2 Jan.20, 2016 388 2016 年1 月20 日 Proceedings of the CSEE ©2016 Chin.Soc.for Elec.Eng. DOI :10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.02.009 文章编号:0258-8013 (2016) 02-0388-11 中图分类号:TM 71 面向能源互联网的新型能源子网系统研究 1 1 1 1 2 3 1 段青 ,盛万兴 ,孟晓丽 ,史常凯 ,王建华 ,季振东 ,吕志鹏 (1.中国电力科学研究院配电变压器节能技术北京市重点实验室,北京市 海淀区 100192 ; 2.东南大学,南京市 玄武区 210018 ;3.南京理工大学,南京市 玄武区 210094) Research of Energy Sub Grid for the Future Energy Internet 1 1 1 1 2 3 1 DUAN Qing , SHENG Wanxing , MENG Xiaoli , SHI Changkai , WANG Jianhua , JI Zhendong , LÜ Zhipeng (1. China Electric Power Research Institute, Beijing Key Laboratory of Distribution Transformer Energy-saving Technology, Haidian District, Beijing 100192, China; 2. Southeast University, Xuanwu District, Nanjing 210018, China; 3. Nanjing University of Science and Technology, Xuanwu District, Nanjing 210094, China) ABSTRACT: The paper proposed a multiple hierarchic structure 一致的认识,但是以电网系统作为能源互联网的核 of the full flexible power distribution system for future 心网络已取得广泛的共识[4-6],在能源互联网构建过 energy-internet, including energy local area grid and energy sub 程中,需要逐步完成“以清洁能源替代化石能源, grid patterns based on the brand new full controlled flexible 大力推动可再生能源产业进步”的清洁替代,和“以 electric equipment: energy switcher and energy hub. Furthermore, 电代煤、以电代油,提高电能在终端能源消费的比 based on the cyber physical systems (CPS), the feasible energy 重”的电能替代,利用分散的风能、太阳能等可再 sub grid and energy hub’s architecture was designed in detail, and the energy-hub core module’s main circuit topologies were given. 生能源,因地制宜发展分布式发电(distributed At last, the energy sub grid pattern with an energy-hub was generations ,DGs) ,是实现能源互联网的重要途 researched, and some operation conditions in computer simulation, 径[7] 。由于可再生能源发电具有的随机性和间歇性 were presented, and its feasibility and validity were demonstrated. 等特点,用户侧DGs 多点、分散接入会造成配电网 KEY WORDS: energy internet; special energy internet; energy 潮流分布复杂多变,不仅带来电压波动、频率波动 local area grid; energy sub grid; energy switcher; energy hub 等电能质量问题,还会引起系统保护误动、拒动及 摘要:提出面向未来能源互联网的以新型全可控柔性配电装 灵敏度降低等问题,甚至可能影响到电网安全运 备:电能交换器和电力集能器为核心的能源局域网与能源子 行[8] 。传统电力装备、电网结构和运行技术等在接 网层次化配用电侧灵活配电系统架构,在此基础上,结合信 纳越来越多的分布式可再生电源方面越来越力不 息物理系统对以电力集能器为核心的能源子网进行了较详 从心,以微电网方式接入配电网是目前解决分布式 细的研究,并详细设计了电力集能器的系统结构,给出了其 [9] 电源高渗透率接入配电网的有效方法 ,如目前构 核心模块的主电路拓扑,同时提出了适用于当前应用场景下 建微电网的模式都基本采用各分布式电源利用各 的能源子网组网模型,并对各种运行工况和暂态过程下的能 源子网进行计算机仿真分析,论证其可行性和有效性。 自的电力电子并网逆变器接入配电变压器交流线 路再通过公共耦合点(point of common coupling, 关键词:能源互联网;狭义能源互联网;能源局域网;能源 PCC)开关接入配电网的方法,而在交直流混合微电 子网;电能交换器;电力集能器 网中则利用电力电子整流器增加直流线 引言 流型分布式电源、储能利用直流变换器接入直流线 为应对全球能源安全、环境污染和气候变化的 路,典型交直流微电网结构如图1 所示[10] 。 挑战,未来配电网正在进入“分布式能源+互联网” 虽然这种方式在一定范围内解决了分布式电 为特征的后碳时代,未来电网结构将会像计算机网 源的接入,但是由于各个微电源的并网变换器,既 络产业的发展路线一样向能源互联网方向发展,积 要解决分布式电源机侧控制和能量传递问题还要 极发展能源互联网,是中国应对下一次能源革命的 兼顾电网跟踪和并网问题,使得结构复杂,需增加 主要策略之一[1-3] 。虽然能源互联网的定义还未形成 多种控制器如:主控制器、中心控制器等,导 第2 期 段青等:面向能源互联网的新型能源子网系统研究 389 DG1 DGn 储能 1 灵活配用电系统架构 直接联网DG 电力电 电力电 G 电力电 未来智能电网作为实现能源互联网的核心系 子接口 子接口 子接口 PCC 交流母线 统,其表现形态将与现有电网存在较大不同,在此 配电网 AC 直流负荷 电压动态 将面向能源互联网的下一代智能电网定义为“狭义 DC 调节 DC 交流负荷 直流母线 DC 能源互联网”,它是以现有电网为基础,以新型电 力电子技术和信息技术融合的柔性设备为支撑,以 电力电 电力电 电力电 子接口 子接口 子接口 计算机互联网架构理念构建的新型信息与电能融 DG1 DGn 储能 合的“广域电网”,以开放对等的信息、电能一体 图1 传统交直流微电网典型结构 化架构真正实现电能和信息的双向按需传输和动 Fig. 1 Traditional AC and DC Micro Grid Structure 态平衡,可以最大限度的适应新能源的接入,本文 致控制管理困难,不利于协调优化,而且还需要增 主要针对狭义能源互联网进行研究。由于受当前电 加其他电能质量控制设备,使得效率低下,这种方 力电子器件技术的限制以及高比例分布式能源发 式不利于微电网的大规模建设,难以实现即插即用 电接入到配电网端的需求,狭义能源互联网的研究 功能,也不符合能源互联网的互联网架构理念。文 和建设首先必然是从配用电端开始的,因此根据计 献[11-12]虽然首先提出了能量路由器的概念,但是 算机信息国际互联网架构的理念,在此给出面向未 路由器本身是网间互联的应用范畴,因此其命名并 来狭义能源互联网的配用电侧灵活配用电系统组 不契合配电网的功能范畴,而且也没有针对不同电 网形态,如图2 所示。 压等级、负荷区域大小等实际应用场景进行设备分 与图3 计算机互联网典型架构相对照,该能源 类,因此整个架构还处于初级阶段。 局域网架构具有与计算机互联网相似的结构形态, 本文以能源互联网发展框架为目标,提出以新 计算机互联网通过集线器、交换机等局域网设备将 型全柔性系列配电装备:电能交换器、电力集能器 个人计算机、终端、计算机服务器等组成计算机局 构建配用电侧多层次能源局域网、能源子网的灵活 域网再通过路由器等网间设备接入计算机互联网, 配用电系统;并在融合电气信息物理系统基础上对 而能源互联网通过新能源发电、微能源的采集、汇 电力集能器的系统结构和主电路拓扑进行了详细设 聚与分享以及储能和负荷用电消纳形成层次化结 计;最后搭建了基于电力集能器的能源子网和相关 构的“能源局域网”,其中能源局域网中又包含了 控制策略模型,并进行了多种工况下的计算机仿真。 “能源子网”。而组成“能源局域网”的核心设备 输电 狭义能源互联网 能源局域网A 交流配电线路 直流配电线路 能源局域网B ~ = 直流型电 = 交流型电 能交换器 = 交流用电线路 能交换器 = 交流用电线路 ~ ~ 中压直流线路 交流 交 中压直流线路 交流 交 型分 流 型分 流 电 分 直 光 = 布式 负 电 分 直 光 = 布式 负 动 布 流 伏 G 电源 荷 动 布 流 伏 G 电源 荷 汽 式 负 分布式电源 汽 式 负 分布式电源 车 储 荷 车 储 荷 配用电 能 ~= 交流型电力 能 = 并 并 网 装 集能器 网 装 直流型电力 = = 交流用电线路 置 置 集能器 ~ 低压直流用电线路 低压直流用电线路 交流 = 电 分 直 交 = 动 光 G 布 流 电 光 分 直 型分 流 汽 伏 式 负 动 伏 G 布 流 布式 负 车 分布式电源 储 荷 汽 式 负 电源 荷 并 能 车 分布式电源 储 荷 网 装 并 能 能源子网a 置 网 能源子网b 装 置 图2 面向能源互联网的多层次灵活配电系统架构 Fig. 2 Status of distribution and application grid for future energy internet 390 中 国 电 机 工 程 学 报 第36 卷 Internet 源以就近消纳为主,同时多余的电能还可以通过能 源局域网互联形成分层共享。这样能源子网与能源 防火墙 局域网这种层次化的灵活配电系统将是构建未来 服务器A 路由器 面向能源互联网配用电侧的基本单元,更加有利于 三层交换机 分层递阶控制,它从微型、小型能源的收集,储能 服务器B 服务器C 和负载的消纳到能源子网、能源局域网的互联从而 二层交换机 二层交换机 形成广域的狭义能源互联网。 信息局域网A 信息局域网B 二层交 二层交 2 电力集能器 换机或 换机或 集线器 集线器 电能交换器与电力集能器都是以电力电子技 ... ... ... ... 术和信息技术为基础的全可控柔性设备,并高度融 图3 计算机互联网典型架构 合通信系统,是具备计算、通信、精确控制、远程 Fig. 3 Internet typical structure 协作和自治功能的智能体,而目前机械式、机电式、 是“电能交换器”和“电力集能器”,其中电能交 刚性的配电网装备,已无法满足能源互联网的功能 换器构建面向较高电压等级的交流、直流配电线路 需求,如配电变压器、机械开关等。随着碳化硅SiC, 的“能源局域网”,而电力集能器则构建面向用户 氮化镓GaN 等宽禁带半导体材料研究飞速发展,这 的交流、直流用电线路的“能源子网”。图中以交 些具备高压、高效率、高频、高导热性等特性的新 流型电能交换器、电力集能器和直流型电能交换 型半导体材料使得未来基于柔性化电气装备的能 器、电力集能器为例子构建了不同应用环境下能源 源互联网成为了可能[13] 。虽然当前配电网较高电压 局域网A 和能源局域网B 的互联结构。电能交换器 级别和较大容量的电能交换器离实用化还有一定 相当于当前配电网中配电变压器的电压等级与容 的距离,但是作为面向交流电压400 V 以下的小容 量(如国内普遍的配电线 kV) , 量电力集能器已经初步具备了实际应用前景。 只是电能交换器是基于电力电子和信息技术的新 2.1 电力集能器系统结构 型全可控设备,除了传统的变压功能外,它还综合 按照文献[14]提出的电气信息物理系统(power 了变流、交直流混合配电、电能质量控制、分布式 cyber physical systems, P-CPS)互联参考模型在此设 电源、储能、电动汽车、负荷接入等综合功能,它 计了电力集能器系统结构以及能源子网系统架构。 的应用场景是小区、校园、商业、厂矿、村庄等配 如图4 所示,在工频交流三相线V 线路上 网中较大范围的供电范围和较大功率分布式电源 连接了两个能源子网,其中能源子网1 详细呈现了 接入和消纳。 电力集能器的系统结构和能源子网的架构,图中电 而“能源子网”相当于当前的配电网中微电网 力集能器1 分为两个层面:电气物理层和电气信息 的地位,对比图1 和2 可以看出能源子网的架构与 层,其中下部的蓝色部分为电气物理层,主要包含: 当前微电网的架构有较大区别。新型全柔性结构的 电力电子固态模块、储能模块、监测与传感模块、 电力集能器将是构建能源子网的核心设备,整个能 源子网系统由电力集能器统一进行并网功能管理, 固态模块控制器和电能接口等模块,该层主要是电 统一构建多电压等级的直流和交流线路,统一电能 力集能器的电能控制和传递的主要物理装置,是整 质量控制,统一能量管理,方便解决能源子网中分 个电力集能器的核心,是实现电能灵活控制和传递 布式电源统一通用接入、以及一体化控制和高效管 的主要装置,由于其本身是以电力电子技术和信息 理,故障和扰动完全与上层隔离。图中给出了直流 技术为基础的固态模块,因此具备了电气信息与电 型和交流型两种电力集能器分别对应并入能源局 气物理的深度融合基础,从电气信息监测、环境信 域网不同应用场景,能源子网将是构建能源局域网 息收集,信息处理、保护到固态模块控制器的反馈, 的重要组成部分,如同计算机网络中子网与局域网 最终完成电气控制功能,实现电能参数的转变,从 的关系,它所对应的用户是400 V 以下用电线路的 而达到变压、变流和电能质量控制。电力电子固态 家庭、农户、小型建筑、移动式微电网等其他小型 模块其电气部分通过电力电子变换器、高频变压 负荷区,容量在 50 kVA 以下,接入的分布式微能 器、直流链路、滤波器与储能模块以及电能接口模 第2 期 段青等:面向能源互联网的新型能源子网系统研究 391 AC ~380 V ~10 kV 电能 可视化人机界面 交换器 智能 电力集能器 1# 优化策略 故障处理 信息安全 权限 日志 电 保护 气 智能控制模块 UA Ethernet 广 信 网间协调 能源子网 通 RT 4G 域 息 信 Seri (GPRS- 网 储能模块 状态监测 能量管理 模 al CDMA) 局 层 信息处理 块 Lin Zigbee 域 电 k PLC 网 气 物 交 保 固态模块控制器 驱 ~ 交 理 流 = 护 动 = 流 电力集能 层 传 变流、电能质量控制 传 器 2# 能源子网2 感 = 感 器 器 ~ 直流传感器 环境传感器 内部供电 直流传感器 智能 智能 保护 保护 交流分布式 直流分布式 电源 电源 低 交流柔性 低 压 直流柔性 负荷 压 直 负荷 电能流 直 流 交 流 线 中 中 交 流 子网信息流 能源子网1 负 路 压 压 流 网间信息流 直 直 用 负 荷 流 流 电 荷 设备内部信息流 线 线 电力集能器系统结构与能源子网系统架构 Fig. 4 Energy hub architecture and energy sub grid 块连接,并通过电能接口模块提供多种电压级别的 内部和外部实时通信连接,提供多种通讯协议的转 交流、直流线路与电网、交直流负载、分布式电源 换和多种信息接入接口,实现通信和信息上的即插 和分布式储能相连,在融合电气信息和反馈控制的 即用。如网间通讯的广域网通信,可用的通信网络 基础上实现即插即用。 有移动5G、4G 通信、高速以太网通信、ZigBee 和 图中电力集能器1 上部黄色部分是电力集能器 wireless LAN 无线通信等;子网内的局域网通信, 的电气信息层,主要包含:智能控制模块、通信模 可以与广域网通信网络一致,也可以采用电力线载 块和上层管理与应用模块。该层主要将电气物理模 波PLC 通信,此外,通讯模块还要与电力集能器内 块和通信模块收集的信息加以处理和标准化,从而 部芯片级的信息进行通信,由于可选多种控制芯 实现能源子网内部的能量管理和调度、网间的协 片,典型的如:ARM ,DSP ,FPGA 和单片机等, 调、状态监测,并通过设备内部信息总线或通信模 各层次数据交换可以由多种通信方式组成,如: 块下发控制和管理调度指令,而上层管理与应用主 GPIO 数据口,串口,USB, ,SPI,CAN 等,都能 要实现人机界面的交互如:权限管理和登录、信息 实现高速数据传输,根据通信芯片间具备的引脚接 安全管理、日志维护、优化策略生成、故障处理等。 口选择通信方式,通信协议可以参考工业设备间通 通过内外部通信和信息处理获取分布式能源和柔 信协议ModBus 等。 性负荷的额定功率,运行状态,离并网信号等特征 2.2 电力集能器核心模块 信息,相应改变电力集能器的运行状态,实现子网 电力集能器的核心模块即2.1 节中所述的电气 内设备的即插即用功能;对设备自身工作状态、电 物理层部分,该模块是对电能进行控制的主要物理 能质量和环境的测量和监测及反馈控制,该层是整 装置,它是一种将电力电子变换技术和基于电磁感 个设备和能源子网的控制核心,管理整个设备与能 应原理的电能交换技术相结合,实现将一种电力特 源子网的自治运行,以及与其他子网的能量协调优 征的电能转变为另一种电力特征的电力设备。通过 化调度等。 对其系统结构和控制策略的设计,它可以实现交 电力集能器的信息通信主要包括网间信息、子 流、直流等电能参数变换和电能质量控制的同时, 网信息和设备内部信息3 个层面的信息通信,如图 实现分布式电源的互联以及并入电网,而无需任何 4 中信息流所示,通信模块提供面向P-CPS 网络的 外加的调频调压装置[15-16] 。在此设计了在电能变换 392 中 国 电 机 工 程 学 报 第36 卷 中引入高频隔离环节的电力电子固态模块的主结 网侧AC三相线 用电侧AC三相四线 所示,该模块主要由:并网级、储能级、 N ea Li Ll Cl 隔离级、交流源荷级和直流源荷级5 部分构成,它 eb udc1 udc2 A B ec 们之间都分别用直流链路加以连接,当然根据不同 C 的应用实际需求可以灵活组合各部分,也可以不采 并网级 隔离级 交流源荷级 + CD1 中压DC 用高频隔离的方式,而直接采用背靠背直流连接的 - Ld 方式等,从而形成系列型的电力集能器。 CD + Cd1 Ld1 Cd 低压DC 网侧 用电侧 - 直流 直流链 储能装置 直流源荷级 电网侧 高频变压器 用电侧 链路 路 储能级 AC/DC DC/AC AC/DC DC/AC 变换器 变换器 变换器 变换器 图6 电力集能器核心模块主电路拓扑 1 1 2 2 Fig. 6 Main circuit topology of energy hub core module 并网级 隔离级 交流源荷级 电容器组 udc1 组成;隔离级 DC/AC 变换器 1 和 + AC/DC 变换器2 均由H 桥电路变换器组成,并经 DC/DC变换器2 中压DC _ 与储能系统 高频变压器(十千赫兹以上级别)相连接;储能级主 储能级 DC/DC + 要由双向半桥电路DC/DC 变换器和储能装置构成, 变换器 低压DC 1 _ 用电侧直流链路由直流电容器组udc2 组成;交流源 直流源荷级 荷级主要由四桥臂变换器和交流滤波电路构成,形 图5 电力集能器核心模块结构框图 成三相四线制输出;直流源荷级主要由中压直流线 Structure diagram of energy hub core module 路、半桥斩波器和直流滤波电路构成,提供中压直 其中并网级主要由三相AC/DC 变换器1 构成, 流线路和低压直流线路。 在供电模式下主要完成交流/直流变换,并保持直流 图7 为电力集能器电力电子固态模块的控制策 电压恒定和功率因数单位运行,在并网模式下跟踪 略,本文采用各级独立控制的方式。 电网,控制与电网的电能交换;并网级经网侧直流 * ωt 链路与隔离级和储能级相连,隔离级主要包括: udc1 + udc1 电流解耦控制 并网级 PI-1 + PI-2 - + × × × × - IGBT DC/AC 变换器1、高频变压器和AC/DC 变换器2 , ia,b,c id - ωL + + 驱动信号 abc/dq i SVPWM 主要完成隔离型双向 DC/DC 变换。储能级主要包 q - ωL - + - + 括:双向DC/DC 变换器2 和相关储能装置,自主 × PI-2 × × + ed e q 提供储能支撑、电能质量控制和电能调度功能。交 ea,b,c abc/dq 流源荷级和直流源荷级都与隔离级经用电侧直流 链路相连,交流源荷级主要由DC/AC 变换器2 构 (a) 并网级控制 udcx2 d PWM 隔离级IGBT 成,负责给交流负载提供高质量的三相四线交流供 - × PI-3 产生 驱动信号 + * 电和工频交流型分布式电源的并网连接;直流源荷 udc2 级包括中压直流线路和DC/DC 变换器 1 与低压直 (b) 隔离级控制 * 流线路,可以提供多个电压等级的直流线路,中压 + ud ud - 交流源荷级 × PI-4 直流线路与用电侧直流链路相连,可以提供电压恒 uan,bn,cn ABC桥臂 abc/dq uq dq/abc SPWM IGBT × PI-4 定的中压直流线路以方便直流型分布式电源接入 -+ 驱动信号 * uq ino 也可同时给中压直流负载供电,低压直流线路由中 - 交流源荷级N iao,bo,co + 桥臂IGBT 压直流线路经 DC/DC 变换器斩波后提供,可直接 ∑ × PI-5 SPWM 驱动信号 给多种低压直流负载供电。 (c) 交流源荷级控制 udco 根据图5 所示的结构框图,依此详细设计了电 u* - 直流源荷级 dco IGBT × PI-6 PWM 力集能器核心模块的主电路拓扑如图6 所示。图中 + 驱动信号 (d) 直流源荷级控制 所有变换器均采用全控型绝缘栅极晶体管 图7 电力集能器电力电子固态模块的控制策略 (insulated gate bipolar transistor,IGBT)为主器件, Fig. 7 Control strategies of energy hub power 其中并网级的三相AC/DC 变换器 1 主要由进线平 electronics solid state module 波电感和三桥臂变换器组成;网侧直流链路由直流 并网级的控制采用传统的电流解耦控制方法, 第2 期 段青等:面向能源互联网的新型能源子网系统研究 393 其中 u* 为并网级直流电压指令值,eabc 、iabc 分别 源子网,由电力集能器来统一进行并网管理,统一 dc1 为并网侧的三相电压和电流;隔离级采用单移相控 提供交、直流线路,不需要其他变流器提供直流线 制,通过调节隔离变压器原副边电压的移相角d 来 路,且可融合PCC 点不需要另外加装并网开关。而 调节输出电压值 udc2 到达指令值u* ;交流源荷级 分布式电源接入的电力电子装备只需考虑机侧变 dc2 中ABC 三桥臂采用传统的三相三桥臂逆变器控制 流控制,简化了大量分布式电源接入设备的结构和 方法,文中只对输出电压uao,bo,co 在dq 坐标系下进 控制过程,节约了设备和线路的投资,电力集能器 行了闭环控制,在动态性能要求高的场合可以插入 集成主控制器、中心控制器,微电源的调度管理以 电流内环进行控制,N 桥臂独立控制中性电流 ino 及与配电网的能量交换由电力集能器统一管理,进 以跟踪三相负载电流iao,bo,co 之和;直流源荷级采用 行一体化控制,大大提高管理效能,并且可以完全 常规的单闭环以控制直流输出电压udco 稳定在指令 隔离能源子网与配电网间的干扰和故障,具备电能 值 u* 。在网侧和负载侧发生故障情况下,会对发 质量控制功能,不需要其他额外的电能质量控制设 dco 生故障的运行电路级进行脉冲封锁,其它部分正常 备,节约了投资,而且自身集成储能模块,提高了 运行,可以有效隔离原副边的故障,并确保了电力 电能质量控制和能量管理性能。在当前还没有基于 集能器中电能传送部分的稳态和暂态性能。 电能交换器的能源局域网架构的情况下,能源子网 也可在现有配电网中以新型交直流微电网的方式 3 基于电力集能器的能源子网模型 加以实现,即直接利用传统配电变压器并入配电 通过电力集能器可以构建新型交、直流混合能 网,如图8 所示。 低压直流负荷 AC400 V 低压DC线 kV 微型 电力集能器 燃气轮机 Energy-Hub 电动汽车 智能控制 工频交流 ~ = AC380 V DC 配电网 配电变压器 一般工 = 负荷 DC 频交流 ~ 中压DC线路 负荷 DC DC DC DC DC AC DC DC AC DC 中压直流负荷 交流型储能 直流型储能 = 装置 装置 光伏 G 分布式电源 分布式储能 图8 基于电力集能器的新型能源子网模型 Fig. 8 Energy sub grid system based on energy hub 电力集能器融合PCC 点与配电变压器低压侧相连, 以直接给相关低压直流负荷供电如:48 V 直流;而 电力集能器可以灵活变换电流形态,实现双向电能 交流母线可以提供高质量的工频交流供电,同时也 的传递,在提供双向交流用电线路的同时,还可以 方便工频交流型分布式电源直接接入,如:微型燃 提供多种电压等级的双向直流线路,并且统一进行 气轮机或者相关的冷热电三联供系统等。 分布式电源并网和电能质量控制。中压直流线 能源子网仿真分析 以方便分布式电源(风电、光伏、燃料电池等) 、分 布式储能(飞轮储能、超级电容、电池等) 、电动汽 以图 8 能源子网模型为基础,在 Matlab/ 车并网和中压直流负荷的即插即用接入,这些分布 Simulink 环境下搭建了简化能源子网系统计算机仿 式电源和储能装置通过机侧变流器接入中压直流线 为能源子网仿真电路参数,而电力集 路,而不再需要传统的网侧变流器,机侧变流器只 能器参数如表2 所示。 需控制机侧发电和功率运行,而与配电网的并网功 本仿线 所描述的控制 能都由电力集能器的并网级统一管理,从而大大减 策略;在能源子网的控制中在线储能级选用了切换 化了分布式电源和储能装置变流器的结构和控制, 式的控制,在并网状态下,根据电池的荷电状态进 便于集中化管理和即插即用接入。低压直流线路可 行充放电控制,而在孤岛情况下,为隔离级的输入 394 中 国 电 机 工 程 学 报 第36 卷 / 1 200 表1 能源子网仿线 Main parameters of simulated energy sub grid 照 / 800 W 光 ( 400 名称 取值 100 A 在线储能配置容量/kVA 9 入 / 输 流 0 中压DC 光伏配置容量/kW 10 电 −100 中压DC 风电配置容量/kW 20 730 V 流 / 直流负载范围/kW 16~40 直 出 700 输 交流负载范围/kW 0~5 670 500 电力集能器的设计容量/kVA 30 V 流 / 交 出 0 表2 电力集能器电力电子固态模块仿线 Main parameters of simulated energy hub power 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 electronics solid state module t/s 图9 光照变化下的并网波形 名称 取值 Fig. 9 Grid-connected waveforms during 电抗器L /mH 3 i light intensity change 电容Ccd1/μF 4400 12 并网级 / ) 10 开关频率/kHz 10 s 速 / m 8 风 ( 直流指令电压/V 700 6 100 中频变压器变比/V 700:700 A 入

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