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雙碳背景下多端口能量路由器的應用與介紹

雙碳背景下多端口能量路由器的應用與介紹

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【摘要】:
雙碳背景下多端口能量路由器的應用與介紹

能量路由器概述

 

中國電科院的研究人員根據不同電壓、容量和應用功能的不同將其重新命名為:“能量路由器(energy router)”、“電能交換器(energy switcher)”和“電力集能器(energy hub)”。

 

能量路由器

 

以電能為核心,可匯集和管理電、冷、熱、燃氣以及其他形式的能源,具備能量靈活轉化、變換、傳遞和路由功能,并實現能源物理系統與信息系統的融合,是支持呢能源互聯網的核心裝置。

 

電能路由器

 

是能源路由器(能量路由器)的基本形式,可獨立使用。它以電能為控制對象,具備三個或以上電能端口,具備不同電氣參數電能之前的靈活變換、傳統和路由功能,并實現電氣物流系統與信息系統的融合。

 

研旭能量路由器特點

 

1、傳統信息流控制、DSP(C6000)控制和快速原型控制器都可以根據用戶的需求進行定制。

2、能量路由器可以進行二次開發,可提供能量路由器的所有源代碼。

3、交流端口、直流端口可根據客戶需求進行定制。

5、直流端口電壓等級,可以根據用戶需求進行復用

6、具備策略調度系統功能

7、通訊接口或人機界面,具備ms級別的通訊速率

 

一、基于多端口變換器的能量路由器構架

 

下圖是典型的多端口能量路由器的工業應用, 控制分布式能源、儲能出力,協調與電網/負荷間能量轉換、靈活控制的核心部件,實現配電系統中源-儲-網-荷的能量交換。

 

 

多端口能量路由器拓撲

 

南京研旭公司推出了低壓多端口能量路由器,多端口交直流柔性變換器具備N個交流端口(可選),N個直流端口(可選)。每個端口均可接入相應電壓等級的有源或無源設備,任意端口間可以實現功率潮流的控制。

 

南京研旭創新性的采用了單獨的統一控制器,摒棄了傳統的多分布式控制器通訊控制的方式,將所有變流器的控制由統一控制器完成控制,保證了系統嚴格意義上的實時性和即插即用功能。

 

配置液晶顯示界面,可以實現就地人機交互。本變換器主要應用于微電網、低壓主動配電網及交直流混合低壓配電網的科研、小型示范等場合。

 

二、能量路由器的典型應用

 

能量路由器作為主動配電網的電能接入裝置,其最基本的任務是管理接入電源和負荷、尋求最優路徑。但能量路由器應用在電網的不同位置將承擔不同的具體任務。

 

能量路由器在用戶側的應用

 

當能量路由器用于配電網末端時,直接與分布式能源DER相連,分布式能源主要有分布式電源、分布式儲能設備及負載。

 

能量路由器作為配電網中使用簡單的、即插即用的能源接入裝置,當分布式能源接入能量路由器的接口時,能量路由器應能夠檢測到分布式能源的插入,迅速監測分布式能源的類型及用電參數,并給予相應的回應。考慮到實時電價,能量路由器可以根據電價信息動態調整用電負荷。如在居民區白天電價低,居民用戶的能量路由器可將有需求的可控電力設備接入配電網;而在工業區的電價信息可能是白天較高,而晚上較低,能量路由器可以將實時性低的可控負荷安排到夜間。

 

能量路由器在配電網中的應用

 

在配電網中,若能量路由器用于區域電網入口,不僅能夠采集區域電網的用電信息,而且還可以與配電網中其他能量路由器相互通信。不僅可以實現區域網內分布式電能的有效利用,而且能夠使整個配電網達到能源的最優化配置。 能量路由器在配電網中運行在并網運行模式下時,能量路由器將其所控制的區域(如微網)連接到配電網干線上,區域電網通過能量路由器從電網索取電能或向電網提供電。作為能流調節器,能量路由器根據區域電網對電能的需求情況進行調度,在區域電網或大電網出現故障時,能量路由器運行在孤島模式,與配電網隔離。此時,區域電網中的當地負荷需同分布式可再生電源及儲能設備協調運行。

 

 

三、能量路由器協調控制方法

 

利用協調控制方法來實現分布式能源的高效利用、多種類接口單元的能量協調控制。

 

設備級控制面向底層接口變換器,接口變換器接入能源的種類、變換器類型、控制目標不同,變換器級控制方法也不同。變換器級控制方法有:最大功率點跟蹤、母線電壓控制、直接功率控制、PQ 控制(恒功率控制)、V/F 控制(恒壓恒頻控制)、VSG 控制(虛擬同步機控制)、Droop 控制(下垂控制)、恒壓/恒流/恒功率充放電控制等。

 

系統級控制面向系統運行目標,通過對系統內各接入能源和負載變換器進行集中管理,實現能量管理和目標最優運行。變換器級控制與系統級控制組成了整個能量路由器的控制體系。

 

 

四、能量路由器策略調度

 

能量路由器策略調度以直流母線電壓為主信號,以蓄電池 SOC 為輔助信號,控制中央管理層綜合各信息進行模式判斷,并在模式變化時將控制指令下發給底層控制層,通過底層控制層來實現對各功能單元變換器的調節,最終實現母線電壓穩定、系統功率平衡。

 

并網狀態下:根據各個端口所需能量進行調配,當系統自發能量不足時可從主電網進行能量傳輸。孤島狀態下:主要是針對主電網脫落時的孤島運行情形,多端口能量路由器需要孤島運行,支撐整個主電網。

 

能量路由器設備在每個子微網中都是充當了分布式電源(發電)或者負載(耗電)的作用。針對每個子網需要判斷其能量流動方向以及大小,整體系統的控制,主要交由上位機能源調度系統來完成。

 

五、能量路由器監控軟件平臺

 

1、監測與顯示功能:上位機平臺通過通訊口(以太網、CAN)與能量路由器進行信息交互,能顯示能量路由器的端口電壓、功率、負荷等多種信息;

2、控制功能:通過上位機平臺能對能量路由器發布指令,如并網功率因數控制、各端口的功率控制,光伏發電MPPT控制與給定功率控制;

3、上位機平臺接受路由器上傳數據及電網信息,正常運行方式下不干預路由器運行;異常情況下,綜合處理各項信息后,可統一發布指令至各路由器;

4、能量路由管理:高峰時段,蓄電池進行放電控制,光伏進行MPPT控制;低谷時段,市電供給負載,儲能電池進行充電控制。一般情況下,由底層能量路由器自行進行控制,高峰時段、低谷時段則由平臺進行設置;

 

研旭多端口能量路由器監控界面

 

 

六、現場實物照片

 

 

研旭多端口能量路由器實物照片

 

 

 

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