电能路由器电气安全风险解析与关键试验研究

电能路由器是未来能源互联网的核心装备,但尚无对于其电气安全方面的测试标准。本文对于电能路由器风险源可能存在的情况进行了详尽的分类解析;重点针对电气安全列出了安全检测项目和指标,给出了电能路由器的测试系统,并根据应用场景制订了测试工况。

基于输入均压与虚拟直流电机相结合的直流电能路由器控制策略

针对中压直流配电网接入下的直流电能路由器在新能源出力等工况下,使用传统控制策略对直流母线的控制效果一般、电压易越限等问题,基于模块化的输入串联输出并联(input-series output-parallel,ISOP)型拓扑结构,提出一种基于输入均压与虚拟直流电机相结合的直流电能路由器控制策略。首先,研究输入均压控制过程中模块间的功率均衡控制特性并与输出均流控制进行比较;接着,将虚拟直流电机控制应用到控制算法中,使变流器模拟出直流电机的惯性特性;然后,对虚拟直流电机建立小信号数学模型,分析其工作机理以及参数对系统的影响;最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型进行验证。结果表明:所提控制策略能够在实现直流电能路由器各模块间功率均衡的同时,具有类似直流电机的惯量特性与阻尼特性,可显著提高直流配电网直流母线电压稳定性。

面向新能源接入的电能路由器模式切换协调控制策略

电能路由器(electrical energy router,EER)可实现新能源、储能及多种电能负载的灵活接入,协调控制和运行模式切换是其运行控制的重点。为实现EER运行模式的平稳过渡,降低EER运行模式切换时母线稳压单元控制模式改变导致的切换冲击,首先分析并网和孤岛两种运行模式切换时的电压扰动机理,研究系统内功率突变以及母线稳压单元控制器的调节过程对系统的影响。然后设计EER模式切换时序,提出一种基于移相比保持器、电流保持器的控制器输出量提前补偿的模式切换协调控制策略,能够实现端口功率的实时平衡,降低模式切换暂态过程中的电压扰动,提升系统的暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建EER仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。

含电能路由器的配电网转供灵活性量化分析

随着分布式电源(DG)渗透率提高,配电网灵活性不足的问题日益凸显.围绕电能路由器(EER)展开研究,分析其对配电网灵活性的影响.首先,提出配电网转供灵活性指标用以表征配电网灵活性的一个方面;其次,分析EER的线性模型及相关约束条件,构建含有EER模型的主动配电网转供灵活性优化模型;最后,基于94节点交流配电网,设计不同场景,分析对比不同DG运行控制方式和EER参数对配电网转供灵活性的影响,验证EER提高配电网转供灵活性的有效性.

气候变化对北京市居住建筑空调电耗的影响

空调电耗占我国城镇住宅总用电量的20%,准确分析气候变化对空调耗电量的影响对居住建筑节能低碳技术的发展与应用具有重要意义。气候变化不仅影响建筑冷热负荷需求,而且通过对分体空调运行能效比(EER)的影响进而影响空调运行电耗,最终造成居住建筑分体空调电耗的巨大变化。在全球变暖、极端气候事件增加的背景下,本研究以北京典型居住建筑为例,使用能耗模拟软件DeST对该建筑在1960—2014年的冷负荷变化情况进行定量模拟,并使用TRNSYS的分体空调模型计算了该建筑的逐年空调电耗。结果表明1960—1980年期间空调电耗呈下降趋势,1980年以后平均气温显著升高,空调电耗也随之增加。通过分析气象参数对空调电耗的影响,本研究发现室外干球温度对空调电耗的影响最大,含湿量和太阳辐射与电耗的相关性较小。此外,本研究考虑了室外温度对空调运行EER的影响,并据此计算得到了空调电耗,该电耗与使用空调额定EER计算得到的电耗相比有较大差别,2种方法计算得到的累计值和尖峰值偏差约为10%,因此在开展气候变化对建筑能耗的影响分析研究时应该考虑室外温度对分体空调运行EER的影响,使分析结果更准确合理。

共高频交流母线的电能路由器功率分配算法研究

相较于共直流母线拓扑,共高频交流母线拓扑的电能路由器具有模块化和可扩展的优势,可灵活实现不同电压和功率等级的多端口扩展。作为多端口电能路由器的典型拓扑,对基于模块化多有源桥换流器的电能路由器进行了研究,其允许多个功率源和负载的连接以及能量的双向流动,各端口功率流控制依赖于各端口间脉宽调制信号的相移值。鉴于各端口相移值间存在耦合关系导致计算困难,提出了一种新的电能路由器功率分配算法,依靠相移值的在线迭代计算,避免了相移值间非线性方程的直接求解,简化了各端口控制相角的计算,实现了各端口功率的自主分配。

电能路由器的发展及其关键技术

随着能源互联网的概念和实践迅速发展,同时也伴随着电力电子技术的快速进步,人们相继提出电子变压器、智能变压器、电力电子变压器及能量路由器等相关概念。该文对这些概念进行综述和梳理,总结电能路由器的发展历程。根据对能源互联网的设想及对电能路由器的需求,分别从电力系统和电力电子技术的角度阐述电能路由器的基本架构和基本功能。针对其在能源互联网中的应用,进一步从电能变换技术、通信技术和能量管理技术3个方面对电能路由器中的关键技术和功能应用进行阐述。最后介绍电能路由器在能源互联网中的一种典型组网形式。

中压配电网用10kVac-750Vdc/1MVA电力电子变压器功率密度影响因素研究

对面向10k V配电网的电力电子变压器(PET/SST)来说,其主要功能是在完成高低压侧电气隔离的前提下实现对电能/电功率的双向流动控制。为了提高功率密度,目前10k V配电网用PET/SST主要通过高频电力电子变换器+高频变压器的方案实现。本文结合研制的10k Vac-750Vdc/1MVA电力电子变压器样机实测数据,详细分析了影响中压配电网PET/SST功率密度的多种因素,指出了影响PET/SST功率密度提高的关键瓶颈问题——功率模块数量多是限制PET/SST功率密度提高的主要因素。而通过提高高频变压器工作频率的方法难以显著提高10k V配电网用PET/SST的功率密度。

基于高频汇集母线的电能路由器能量自循环系统及功率协同控制策略

该文提出一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器新型拓扑,与传统共直流母线结构相比,能减少功率变换级联数、提高系统效率,且各端口相互隔离,可实现灵活接地,还具备模块化和端口可扩展等特点。针对该拓扑在大容量应用场合满功率实验和系统效率测试的需求,提出一种能量自循环运行方案,有效节约用能并避免对大功率负荷的需求。该拓扑内部存在较强的功率耦合关系,为改善动态特性,提出一种功率协同控制策略。根据解耦后的三相平均功率分布规律调节需注入的正序和负序电流大小,实现了在三相电网电压和有功负荷不平衡条件下对高压交流端口的控制;采用功率交叉解耦策略实现了对多个端口的协同控制。最后,在一台10kV/2MW的四端口电能路由器示范样机上通过实验,验证了本文所提方案和控制策略的有效性。

微网——未来能源互联网系统中的“有机细胞”

从微网与能源互联网系统在内涵上互相渗透、联系的视角,梳理了二者发展现状和典型特征。进一步从位置本地性、源荷多元性、结构多样性、运行灵活性、整体可控性、电网交互性等六方面分析了微网在未来能源互联网系统中的"有机细胞"作用,包括改善电能质量,提高电网可靠性与弹性,增加不同区域之间能量的协调调度,增加负荷的主动调控能力,承载信息双向流动,提高能源总体利用效率等;总结了微网互联构成能源互联网系统可能的几种典型形式。最后对未来支撑能源互联网系统发展的微网关键技术与设备进行了评述和展望。

基于能量平衡的电能路由器综合控制技术

电能路由器由多级电力电子变换单元组合而成,利用各级单元之间的能量传递关系实施综合控制可以提高电能路由器内部直流母线电压的瞬态性能,进而提高电能路由器的瞬态性能。本文首先建立电能路由器的能量模型,然后建立两条不同时间尺度的能量支路,根据其中的能量平衡关系分别设计了控制两级母线电压的能量平衡控制器,同时根据拓扑中各个级联模块之间的能量关系设计了用于级联模块的均压控制器。之后,对于实际系统中无源器件的参数差异对控制模型的影响进行分析,最后给出了基于能量平衡关系的电能路由器的并网运行综合控制策略。仿真结果证明了所提能量平衡控制方法的有效性,并分析了两级母线电容值变化分别对各自母线电压瞬态值的影响,说明采用能量平衡控制可以减少母线电容的设计余量。实验结果验证了理论分析和仿真结果的正确性。

基于OSI的能源互联网模型研究

首先阐述了能源互联网的概念与内涵。其次,在比较能源互联网与信息互联网不同特性的基础上,基于开放系统互连模型提出了能源互联网的五层参考模型,即接入层、配控层、传输层、策略层和应用层,并定义了每层的结构和功能。进而探讨了包括能源交换机、能源路由器和能源网关等构建能源互联网的关键设备。最后,给出了能源互联网的典型拓扑结构。

碳化硅电力半导体器件在现代电力系统中的应用前景

随着智能电网的建设及可再生能源发电技术的发展,以碳化硅为代表的宽禁带半导体器件以其高功率密度、高电压、高频率、高热导率等优越的物理和电气特性,将在现代电力系统中扮演越来越重要的角色。本文主要介绍了碳化硅功率器件的最新进展,然后对碳化硅功率器件在现代电力系统中的应用前景(可再生能源发电、柔性直流输电、电能路由器、固态断路器)进行了分析和展望。

串并联架构区域电能路由器柔性运行与功率流控制策略

电能路由器是能源互联网的核心设备,是下一代智能电网的重要标志。受拓扑架构限制,传统区域电能路由器存在带载能力有限和无功功率无法柔性运行的缺点。为此,该文拟构建一种串并联架构新型区域电能路由器,通过增加一条并联能量流动通道,突破传统路由器100%能量传输和无功功率刚性运行的双重界限。对串并联架构路由器的功率流柔性运行机理进行分析,给出其在不同运行模式下功率流的计算方法,以揭示路由器系统的运行规律。为实现对能量的主动控制,提出一种双自由度功率流柔性控制策略,分别控制交流电网输入电流幅值和输出交流母线电压相位角的自由度,从而灵活配比交流电网与直流母线之间的有功功率以及串、并联变换器之间的无功功率。在不增加系统容量和交流输入配电网的情况下,可实现有功功率最大允许量为200%及无功功率最大允许量为120%的传输目标,为路由器实现大功率能量柔性传输提供了设计思路和解决方案。

电能路由器设计自动化综述——设计流程架构和遗传算法

电能路由器在未来能源互联网、泛在电力物联网等领域具有广泛的应用前景,具有多级联、多端口、多流向和多形态的特征,这些特征给传统人工设计带来诸多难题。电力电子设计自动化有望克服设计目标权衡困难、裕量设计浪费成本、硬件迭代耗时耗力、设计自动化程度低等挑战。在宽禁带器件蓬勃发展、计算机性能快速迭代、变换器应用场景延伸细化的三重推进下,电力电子设计自动化有望实现设计集成化、精细化和快速化。电能路由器设计问题可以抽象为多学科优化问题,该问题数学性质差、问题规模大,传统优化算法难以胜任,而遗传算法在解决此类优化问题上性能优异。该文在系统总结当前主流的电力电子系统的设计流程和设计软件架构的基础上,分析了遗传算法解决电力电子设计自动化问题的适用性,总结了电能路由器设计自动化潜在的问题和挑战,并给出相应的建议。

通用电子设备舱用热虹吸管均热器性能

为保证有效散热,同时防止有害、潮湿的气体及粉尘等进入,将热虹吸管均热器用于通用电子设备舱,对不同热流功率(800～1 200 W)和不同环境温度(39～53℃)下热虹吸管均热器的散热特性进行试验研究.结果表明,热虹吸管均热器散热性能良好,除风机外无需任何附加动力消耗;不同热流功率、不同环境温度下,舱内外气流温差低于20℃时,热虹吸管均热器均能使舱内的气流温度不超过65℃;电子设备舱内外气流温差在11～17℃,适合内外温差为15℃左右的散热场合;热虹吸管均热器能效比(energy efficiency ratio,EER)为普通空调器的2～3倍,而成本为普通空调器的1/3～1/2,运行可靠性高.

基于教与学模式改进一致性算法的电—气能量流协同优化

在综合能源网背景下,需考虑将多能量流进行分布式协同优化。针对电力、天然气多主体分布式自治决策的特点,考虑电-气耦合关系,建立了含新能源的多能流局域网优化模型,并通过能源路由器建立了一种合理的规划机制,从而保证各个能源局域网之间能量的有序流动。基于教与学模式优化算法对常规一致性算法进行了改进,并对该优化问题进行了求解,实现了电-气耦合系统的分布式协同优化。能源路由器既是能量装置,又是信息节点,能够将不同能量形式有机整合、协调优化。而基于教与学模式的改进一致性算法有更好的搜索能力和寻优能力,可获得更好的优化结果和计算效率。利用IEEE 118-GAS90电-气互联网络系统算例进行测试,结果验证了所述方法的有效性和可行性。

浅谈信息化对电力企业管理改革的影响

随着计算机技术和互联网技术的不断创新,社会信息化水平得到不断升级,互联网成为行业必需品,正逐渐深入到社会的各个领域,创造出互联网+的新型经济形态。企业为适应环境的变化,应不断提高自己的信息化水平,变革管理手段。其中电力企业由于其特殊性,信息化建设是必要且迫切的,同时关系到电力企业经营管理模式的变革。本文介绍了信息化建设与管理变革的相关理论,分析了互联网发展对电力企业变革的重要影响,最后提出了基于能源路由器的能源互联网架构,并对路由器的主要功能进行了论述。

电力电子系统中器件利用率计算与评估方法

电力电子系统性能评估有不同的评价指标,其中器件利用率是一个很重要的指标,但鲜有系统化的评价方法。在电力电子系统设计过程中,对于半导体开关器件的选型主要由工程经验确定,没有定量方法的指导。以电能路由器为例,提出一种计算和评估电力电子系统中器件利用率的方法,应用于各种不同的组合电路中,通过对电路及器件参数的分析与计算,得到器件利用率的结果。器件利用率的数值越高,说明器件利用程度越高。对不同方案的器件利用率进行计算与比较,得出不同方案中器件利用程度的定量对比结果,以此作为器件选型的定量依据。通过具体实例分析器件利用率的应用场景,验证了器件利用率计算和评估方法的有效性。

光伏发电系统电能路由器储能均衡控制研究

为了保证光伏发电系统在孤岛运行模式下供电可靠性及稳定性,提高光伏发电系统混合储能的运行效率和工作寿命,针对交直流混合微网架构的电能路由器,提出一种基于模糊控制的混合储能均衡控制策略,在确保系统瞬时功率平衡的同时,避免混合储能单元因过度充放电对自身造成的损害。通过Matlab/Simulink搭建了相应的仿真模型,并在孤岛运行模式下进行仿真研究,仿真结果验证了混合储能控制策略的有效性。