多端口能量路由器拓扑参数设计方法研究

能量路由器是基于电力电子变换器的多能源接口装置,能够提高新能源发电技术的稳定性与效率。针对光伏发电、储能装置等分布式能源接入与能量即插即用、能量灵活接入的目的,设计了1个四接口的能量路由器,由2个光伏发电单元接口、1个储能装置接口以及1个并网接口。光伏发电单元接口采用Boost电路,储能装置接口采用交错并联的Buck/Boost变换器,并网接口采用双向DC/AC变换器。重点分析了该能量路由器的参数设计方法,并设计了10kW的能量路由器。最终在simulink/Matlab中搭建了仿真模型,仿真结果表明:该参数设计方法设计出的参数能够保证能量路由器的动态性能与稳态性能。

多端口能量路由器协调控制策略研究

多端口能量路由器可使多种综合能源、多个功能单元通过公共耦合点接入系统,多端口能量路由器中接入的能源各具特色,提高了系统的难度。提出了一种四端口能量路由器,包含了2个光伏发电单元、1个储能装置单元以及一个并网接口单元,该能量路由器适用于家庭负荷。为实现该能量路由器稳定运行,还提出了结合主从控制策略与分层控制策略优点的协调控制策略。为了验证该能量路由器的协调控制策略,利用仿真软件平台Matlab/Simulink搭建了仿真模型,仿真结果表明了该多端口能量路由器与协调控制策略具有可行性。

多端口能量路由器交流接口拓扑控制策略研究

多端口能量路由器具有适用于低压、大功率场合的特点,其交流接口采用了T型三电平变换器,可连接交流大电网、交流负载与新能源发电场与直流母线。在分析了该拓扑的基本工作原理、数学模型的基础上,推导了双闭环电流控制策略,分别为LCL滤波器中电源侧电感电流控制与LCL滤波器中电容电流控制。其中,电容电流控制环为内环,电源侧电感电流控制为外环控制。由于电源侧电感电流参考值为正弦信号,考虑到电网频率波动,采用了准比例谐振控制器,而非PI控制器。还给出了控制器的参数设计与电容电流内环反馈系数的设计方法。最后在Matlab/simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明:T型三电平变换器与控制策略可满足多端口能量路由器输出电能质量的要求。

基于下垂移相的三端口直流能量路由器功率协调控制策略

针对应用于多个直流微网间互联的三端口直流能量路由器,分析了三端口直流微网的运行状态和能量路由器各端口的工作模式。在此基础上,分析了单母线直流微网传统下垂控制存在的问题和局限性;为此提出基于标幺化下垂移相的三端口直流能量路由器功率协调控制策略,实现能量在多个直流微网间的合理分配和减小各直流微网中的母线电压偏差;通过将单母线直流微网的电压-有功功率下垂特性标幺化,从而得到不同电压等级直流子微网间需交换的能量,无需切换三端口直流能量路由器端口工作模式便可确保各直流子微网在正常、不正常和功率故障状态下的功率支撑。仿真结果验证了所提下垂移相功率协调控制策略的正确性和可行性。

能量路由器在泛在电力物联网配网侧的应用研究

随着能源结构的调整与转型,互联网技术和数字化技术的迅猛发展,国家电网提出“三型两网、世界一流”的战略目标。其中,以电力建设为平台应用实践泛在电力物联网,成为打破行业壁垒,走向共享、共赢和开放的战略之举。新能源(电力)、水、气在电力系统中配电侧需求量的比重加大,电力系统是整个能源链的核心环节,长期以来依靠上下游支撑,保持平稳运行。所以,研究如何将现有配网侧负荷需求和发电管理等融入泛在电力物联网建设是当前工作的重中之重。能量路由器通过智能识别源端(电网侧、用户侧)、负荷端的发电、用电需求,具备能量流双向流动,优化电源端与负荷端电力需求,充分满足了国家电网对泛在电力物联网配网侧的需求,具有重大的现实意义。

直流电能路由器端口能量综合控制策略研究

针对直流配电网的电能路由器控制问题,通过端口能量综合控制方法提高内部直流母线响应速度,增强直流电能路由器稳态性能.基于一种双有源变换单元的四端口直流电能路由器,分析端口能量流动情况,建立针对端口的直流电能路由器的能量模型,依据端口能量关系,设计综合控制器,对各级单元之间能量进行综合控制,分析系统中无源器件的参数差异对综合控制的影响,设计直流电能路由器并网运行综合控制策略,提高直流母线电压稳定性.最后,在Matlab/Simulink平台对控制策略进行仿真验证,结果验证了综合控制策略的有效性,同时仿真结果表明提出的控制策略有利于减小低压母线电容值.

多LAN端口能量路由器切换控制策略研究

能量路由器作为能源互联网中的核心设备,具有能量管理、能量变换和信息交互等多种功能,对能源互联网的运行起着关键作用。该文提出一种基于固态变压器的多LAN端口能量路由器,给出了其主电路拓扑结构,建立了其切换系统模型,并在此基础上进行切换控制策略的设计。仿真结果验证了所提主电路结构和切换控制策略的有效性。

基于多端口能量路由器的微网系统及其调试

为加速推动能源互联网建设,对于其核心设备——能量路由器的研究具有重要意义。依托浙江某分布式能源示范工程,开展基于多端口能量路由器的小型微网系统研究与调试。阐述了工程用五端口双向能量路由器拓扑结构,并以此为基础构建微网系统,其包含分布式光伏、储能装置与具有电能自发自用功能的智慧小屋系统。在调试过程中,通过协调配合DC/DC变换器之间的技术参数与控制策略,平抑能量路由器输出侧直流母线电压波动,消除光伏出力无法下送至能量路由器的缺陷。能量路由器控制内部直流母排电压稳定与各端口功率平衡,保证微网安全可靠地并、离网运行。结果验证了以多端口能量路由器为核心设备组建微网系统的合理性与有效性,且调试优化过程对日后多端口能量路由器的实际工程应用具有指导价值。

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。

构建县域电网系统的多端口能量路由器及其硬件在环仿真

依托湖北广水100%新能源新型电力示范工程,开展基于高压多端口能量路由器的县域电网系统研究与联调仿真。首先阐述工程用多端口能量路由器拓扑结构,以此为基础构建潮流双向可控、具备可100%新能源运行的县域电网系统。通过硬件在环仿真,验证能量路由器在与高压主网连接的能量路由器运行方式和以100%新能源供电运行下的县域电网独立运行方式的各端口控制策略和柔性切换的控制逻辑的正确性。结果表明,以多端口能量路由器为核心设备在支撑县域电网以100%新能源供电等运行方式下的合理性与有效性,对日后多端口能量路由器的实际工程应用具有指导价值。

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。

面向能源互联网的多端口双向能量路由器

能量路由器是能源互联网建立和应用的关键部分,为此分析了多端口双向能量路由器的运行结构、电路与参数设计以及分散控制方式,以期为其应用及协调提供参考,进而确保能源互联网的应用功能及性能。

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。

面向能源互联网的配网能量路由器关键参数设计

首先分析了能量路由器的结构和参数设计的特点,以一种面向能源互联网的三级式模块化多端口能量路由器电路为例,提出了能量路由器关键参数设计方法,并重点分析了高频变压器漏感、并网电感、母线电容的设计方法。该方法的关键特征是将能量平衡关系?这一变换器本质特性运用于参数设计中,思路明确、扩展性好。最后对以上设计进行了仿真与实验验证,结果证明了所提方法的可行性。

基于能量路由器的智能型分布式能源网络技术

可再生能源发电系统因其间歇性和波动性特点不适于独立的自发自用供电系统,需要与其他分布式电网或公共电网互联。在传统电网向能源互联网转型过程中将形成基于能量路由器(energy router,E-router)的智能型分布式能源网络。E-router作为该网络的核心,类比信息互联网的路由器,可以实现大量分布式电源接入低压电网后的能量管理和传输控制。该文在综合E-router应用类型和现有技术基础上,绘制了基于多能量路由器的3层树形架构智能型分布式能源网络,归纳分析了智能型分布式能源网络的典型特征,并从配电网层、微电网层和用户层详述了系统架构、接入能源、运行控制、通信调度和关键部件E-router的技术类型及实现方式。

基于能量路由器的能源互联网分层分区优化

现有研究提出了包含能量路由器（energy router,E-router）的能源互联网分层管理体系,但研究重点均聚焦在分层架构或关键设备E-router上。对于分层控制中的经济调度问题关注较多的是微网与公共电网间的交互,较少考虑多微网构成的能源互联网中引入E-router后电能传输路径的优化选择问题。因此,该文提出基于E-router的能源互联网分层分区优化策略,底层基于E-router的微网经济调度以发电成本最低为目标实行分布式局部优化。上层路由交易中心采用文中所提出的基于图论的电力库交易优化策略,通过E-router选取没有阻塞的最低网损路经进行电量传输,实现效益最大化和阻塞管理。最后,通过仿真验证了所提优化策略和模型的有效性。

基于能量结构的电力系统振荡分析方法

传统的电力系统振荡分析方法具有模型参数依赖程度高、计算复杂、只适用于离线分析等不足。从Dirac结构出发,研究基于量测信号的电力系统振荡在线分析方法,尝试为此方法建立理论基础。首先介绍了能量结构的基本概念及其Dirac描述形式,给出了一般电力系统的能量结构;然后介绍如何基于能量结构分析特定端口外的未建模动态对系统振荡的影响;最后将提出的方法运用于不同精细程度的电力系统振荡源定位问题,以此验证所提出的方法的正确性、可行性和通用性。由于能量结构的概念适用于电力系统中的各种设备,因此文中提出的振荡分析方法具有一般性,并且该方法完全基于量测信号进行分析,所以计算快捷、可行性高,可应用于振荡源定位、振荡类型在线辨识和分散协调的振荡控制中。

基于端口供给能量的特高压电网扰动冲击传播机理分析

针对某些情况下互联电网边缘地区故障会导致特高压联络线功率振荡甚至失稳解列的现象,将电力系统描述为端口互联结构,引入端口供给能量概念分析系统中各端口之间的能量流动。基于端口供给能量的分配定义支路暂态能量概念,推导出端口供给能量分配与线路电抗成反比,支路暂态能量大小与联络线功率振幅成正比的规律。对华中华北互联电网的仿真验证了上述规律,并在此基础上解释了扰动冲击在电网中传播进而影响系统稳定性的机理:由于发电和负荷比例悬殊,故障后产生的大量暂态能量难以就地耗散;又因为特高压联络线阻抗较小,暂态能量主要通过特高压联络线向周边区域转移,造成特高压联络线较其他超高压线路功率振荡幅度更大。仿真分析结果表明,利用所提出的端口供给能量方法能够清晰地阐述故障后系统中暂态能量的产生和流动过程以及特高压电网扰动冲击传播机理。

基于电力电子变换的电能路由器研究现状与发展

随着可再生能源发电装置、储能设备及各种类型的电能负载的接入,传统的电力系统设备无法满足供电形式多样性和能量多向流动以及功率流的主动调控等要求,无法适应未来电力市场化的需要。基于电力电子变换技术构成的电能路由器,不但可为不同的新能源发电装置和不同类型负载提供灵活多样化的接口电气形式,还可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。与信息技术的融合使电能路由器拥有通讯和智能决策能力,可根据网络运行状态以及用户和控制中心的指令,实现对电力网络能量流的主动管理。文中首先将电能路由器和信息路由器对比,提出电能路由器的功能要求,并根据现有的电网结构,将电能路由器分类,分别阐释各类电能路由器的特点。然后介绍目前国内外在电能路由器领域的最新进展。进而从功率变换、信息技术两个角度分析电能路由器的技术要求,并给出实现电能路由器未来需要做的工作。最后,对电能路由器的发展进行了总结和展望。

新型多端能量路由器的结构及控制策略研究

随着各种可再生能源以及新型负荷的快速发展,能量路由器应运而生。现有的能量路由器多数采用单输入输出结构,无法同时接入不同形式、等级的电源和负载。介绍了一种可满足多电压形式、多电压等级的多端口能量路由器,能够满足不同形式的分布式电源、交直流负荷接入电网的要求。首先分析了能量路由器的拓扑结构,实现了不同电压等级交直流电网的网域互联;其次研究了各个部分的控制策略,以此提升能量路由器的稳定性;最后,以MATLAB为基础,建立仿真模型,以此分析和检验控制策略的可行性和有效性。