CN109617145A - 一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法 - Google Patents

一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法 Download PDF

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郁正纲
蔺华
冯鑫振
王德顺
孙海霞
岳付昌
陶以彬
赵上林
朱立位
孙志
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Lianyungang Power Supply Co of Jiangsu Electric Power Co
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component

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Abstract

本发明公开了一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法，系统包括边防微电网、海事微电网、直流微电网和能源路由器，所述边防微电网、海事微电网、直流微电网均与能源路由器相连，通过能量路由器协调边防微电网、海事微电网和直流微电网之间的能量流动，方法针对微电网的运行状态确定控制策略。本发明能够实现多个不同网架结构海岛微电网的联合潮流功率控制。

Description

一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法
技术领域
本发明涉及微电网控制技术，具体涉及一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法。
背景技术
随着我国海洋事业的迅猛发展，海洋资源开发利用被列为经济建设的重大战略举措，海岛的保护、开发与管理成为新世纪海洋事业的热点。合理有序的开发海洋资源将极大的缓解当前陆地开发所面临的经济、资源与环境之间的矛盾。海岛的开发利用需要能源作为推力，但一般而言，多数海岛面临化石燃料短缺、运输困难、地域偏远难以与大陆联网等问题。现有柴油发电系统难以保证海岛能源供应的稳定性。由于大多数海岛及周围拥有丰富可再生能源如太阳能，通过构建高效清洁的海岛能源体系，特别是大力发展海岛微电网，不仅能够解决海岛化石燃料短缺、运输困难等问题，对保护海洋环境、促进节能减排也具有重要的意义。
能量路由器是一种集成融合了信息技术与电力电子变换技术、实现分布式能量的高效利用和传输的电力装备。电力电子变换技术使电能路由器为各种类型的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口形式，包括各种电压、电流量的直流或交流形式等。为保证电网及设备的可靠稳定运行，电能路由器还需具备主动故障隔离、电能质量改善、以及不间断电力提供等功能。现有的能量路由器研究主要集中在交流网、混合交直流网，且大多集中在局域网和主干网，对离网型海岛微电网及多近距离海岛微电网群的能源互联控制策略研究较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法，能够实现多个不同网架结构海岛微电网的联合潮流功率控制。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于能源路由器的多微电网控制系统，包括边防微电网、海事微电网、直流微电网和能源路由器，所述边防微电网、海事微电网、直流微电网均与能源路由器相连，通过能量路由器协调边防微电网、海事微电网和直流微电网之间的能量流动。
作为一种具体实施方式，所述边防微电网、海事微电网的电压为交流380V。
作为一种具体实施方式，所述边防微电网包括光伏发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、直流负荷、海水淡化装置、协调控制器、可控开关。
作为一种具体实施方式，所述海事微电网包括风力发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、可控开关。
作为一种具体实施方式，所述直流微电网的电压为48V。
作为一种具体实施方式，所述直流微电网包括光伏发电系统、铅酸电池系统、移动通信负荷、可控开关。
一种基于能源路由器的多微电网控制方法，针对微电网的运行状态确定控制策略，具体方法为：
状态1：多微电网轻载运行，边防微电网、海事微电网、直流微电网自治运行，此时能源路由器不需传输功率；
状态2：边防微电网重载运行，海事微电网和直流微电网轻载运行，此时边防微电网的功率缺额由海事微电网和直流微电网联合补充，根据海事微电网和直流微电网的功率剩余情况确定传输比例，通过能源路由器完成边防微电网功率需求补充；
状态3：海事微电网重载运行，边防微电网和直流微电网轻载运行，此时海事微电网的功率缺额由边防微电网和直流微电网联合补充，根据边防微电网和直流微电网的功率剩余情况确定传输比例，通过能源路由器完成边海事微电网功率需求补充；
状态4：直流微电网重载运行，海事微电网和边防微电网轻载运行，此时直流微电网的功率缺额由边防微电网和海事微电网联合补充，根据边防微电网和海事微电网的功率剩余情况确定传输比例，通过能源路由器完成直流微电网功率需求补充；
状态5：海事微电网和边防微电网重载运行，直流微电网轻载运行，此时海事微电网和边防微电网的功率缺额由直流微电网提供，若直流微电网功率无法满足需求，不足部分需切除交流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率；
状态6：海事微电网和直流微电网重载运行，边防微电网轻载运行，此时海事微电网和直流微电网的功率缺额由边防微电网提供，若边防微电网功率无法满足需求，不足部分需切除海事微电网和直流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率；
状态7：边防微电网和直流微电网重载运行，海事微电网轻载运行，此时边防微电网和直流微电网的功率缺额由海事微电网提供，若海事微电网功率无法满足需求，不足部分需切除边防微电网和直流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率；
状态8：边防微电网、海事微电网、直流微电网均重载运行，此时能量路由器停止功率传输，且网络中切除一定的非重要负荷，保证多微电网的稳定运行。
作为一种具体实施方式，重载运行即负载功率需求大于微电网的最大输出功率，轻载运行即负载功率需求不大于微电网的最大输出功率。
作为一种具体实施方式，
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明利用能源路由器的多个输入端口，能够同时实现几个微电网系统的接入，进而实现不同微电网之间的能量流动，满足各微电网之间功率的盈缺互补，提高了能量的利用效率；2)本发明交流微电网的母线电压等级为交流380V，满足离网海岛边防微电网和海事微电网供电需求；3)本发明直流微电网电压等级为DC48V等电压等级，能够实现直流用电负荷接入，便于直流供电负荷用电，满足移动通信供电需求；4)本发明控制方法能够实现多种工况下多微电网的功率协调调度，满足各微电网功率分配需求，实现多微电网的潮流优化。
附图说明
图1是本发明基于能源路由器的多微电网控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明方案。
如图1所示，基于能源路由器的多微电网控制系统，通过能源路由器实现边防微电网、海事微电网、直流微电网的功率连接，两交流微电网的电压为交流380V，直流微电网的电压为48V。所述能量路由器协调边防微电网、海事微电网和直流微电网之间的能量流动，三处接口能量都是双向流动的。同一时刻，能量路由器可以充当某个微电网的能量提供者，又可视为另一个微电网的负荷，在网络间按需传输能量。
本实施例中边防微电网由光伏发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、直流负荷、海水淡化装置、协调控制器、可控开关等组成；海事微电网由风力发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、可控开关等组成；直流微电网由光伏发电系统、铅酸电池系统、移动通信负荷、可控开关等组成。
针对各微电网功率需求情况，总共有8种运行状态，下面详细介绍对应状态的控制策略。
状态1：多微电网轻载运行，边防微电网、海事微电网、直流微电网自治运行，独立管理各自网络内的负荷功率供应。即各自网络内的DER(分布式能源)能够调节功率满足负载所需功率需求，此时能源路由器不需传输功率。
Pac1＝Pac2＝Pdc＝0
式中，Pac1表示边防微电网与能源路由器之间传输功率；Pac2表示海事微电网与能源路由器之间传输功率；Pdc表示直流微电网与能源路由器之间传输功率；表示直流微电网负载需求功率之和；表示直流微电网分布式电源供给功率之和；表示边防微电网负载需求功率之和；表示边防微电网分布式电源供给功率之和；表示海事微电网负载需求功率之和；表示海事微电网分布式电源供给功率之和。
状态2：边防微电网重载运行，海事微电网和直流微电网轻载运行，边防微电网中所有的DER不足以承担负荷功率需求，而此时海事微电网和直流微电网功率过剩。因此边防微电网的功率缺额由海事微电网和直流微电网联合补充，功率通过能源路由器传输，根据海事微电网和直流微电网的功率剩余情况确定传输比例，完成边防微电网功率需求补充。作为一种具体实施方式，依据两微电网的功率剩余比例划分边防微电网补充需求。
式中PΔac1为边防微电网需求功率大小。
状态3：该状态与状态2类似，海事微电网重载运行，边防微电网和直流微电网轻载运行，功率差额出现在海事微电网，因此功率缺额由边防微电网和直流微电网联合补充，功率通过能源路由器传输，根据边防微电网和直流微电网的功率剩余情况确定传输比例，完成边海事微电网功率需求补充。作为一种具体实施方式，依据两微电网的功率剩余比例划分边防微电网补充需求。
式中PΔac2为海事微电网需求功率大小。
状态4：直流微电网重载运行，海事微电网和边防微电网轻载运行，直流微电网中所有的DER不足以承担负荷功率需求，因此直流微电网功率缺额由边防微电网和海事微电网联合补充，功率通过能源路由器传输。根据边防微电网和海事微电网的功率剩余情况确定传输比例，完成直流微电网功率需求补充。作为一种具体实施方式，依据两微电网的功率剩余比例划分边防微电网补充需求。
式中PΔdc为直流微电网需求功率大小。
状态5：海事微电网和边防微电网重载运行，直流微电网轻载运行，此时海事微电网和边防微电网中的DER不足以承担负荷功率需求，功率缺额由直流微电网提供，若直流微电网功率无法满足需求，不足部分需切除交流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率。
状态6：海事微电网和直流微电网重载运行，边防微电网轻载运行，此时海事微电网和直流微电网中的DER不足以承担负荷功率需求，功率缺额由边防微电网提供，若边防微电网功率无法满足需求，不足部分需切除海事微电网和直流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率。
状态7：边防微电网和直流微电网重载运行，海事微电网轻载运行，此时边防微电网和直流微电网中的DER不足以承担负荷功率需求，功率缺额由海事微电网提供，若海事微电网功率无法满足需求，不足部分需切除边防微电网和直流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率。
状态8：三个微电网重载运行，该状态下，边防微电网、海事微电网、直流微电网，负载功率需求均大于DFR的最大输出功率，即处于超载状态。此时能量路由器停止功率传输，且网络中需要切除一定的非重要负荷，才能保证多微电网的稳定运行。
Pac1＝Pac2＝Pdc＝0

Claims (9)

1.一种基于能源路由器的多微电网控制系统，其特征在于，包括边防微电网、海事微电网、直流微电网和能源路由器，所述边防微电网、海事微电网、直流微电网均与能源路由器相连，通过能量路由器协调边防微电网、海事微电网和直流微电网之间的能量流动。
2.根据权利要求1所述的基于能源路由器的多微电网控制系统，其特征在于，所述边防微电网、海事微电网的电压为交流380V。
3.根据权利要求1所述的基于能源路由器的多微电网控制系统，其特征在于，所述边防微电网包括光伏发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、直流负荷、海水淡化装置、协调控制器、可控开关。
4.根据权利要求1所述的基于能源路由器的多微电网控制系统，其特征在于，所述海事微电网包括风力发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、可控开关。
5.根据权利要求1所述的基于能源路由器的多微电网控制系统，其特征在于，所述直流微电网的电压为48V。
6.根据权利要求1所述的基于能源路由器的多微电网控制系统，其特征在于，所述直流微电网包括光伏发电系统、铅酸电池系统、移动通信负荷、可控开关。
7.一种基于能源路由器的多微电网控制方法，其特征在于，针对微电网的运行状态确定控制策略，具体方法为：
状态1：多微电网轻载运行，边防微电网、海事微电网、直流微电网自治运行，此时能源路由器不需传输功率；
状态2：边防微电网重载运行，海事微电网和直流微电网轻载运行，此时边防微电网的功率缺额由海事微电网和直流微电网联合补充，根据海事微电网和直流微电网的功率剩余情况确定传输比例，通过能源路由器完成边防微电网功率需求补充；
状态3：海事微电网重载运行，边防微电网和直流微电网轻载运行，此时海事微电网的功率缺额由边防微电网和直流微电网联合补充，根据边防微电网和直流微电网的功率剩余情况确定传输比例，通过能源路由器完成边海事微电网功率需求补充；
状态4：直流微电网重载运行，海事微电网和边防微电网轻载运行，此时直流微电网的功率缺额由边防微电网和海事微电网联合补充，根据边防微电网和海事微电网的功率剩余情况确定传输比例，通过能源路由器完成直流微电网功率需求补充；
状态5：海事微电网和边防微电网重载运行，直流微电网轻载运行，此时海事微电网和边防微电网的功率缺额由直流微电网提供，若直流微电网功率无法满足需求，不足部分需切除交流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率；
状态6：海事微电网和直流微电网重载运行，边防微电网轻载运行，此时海事微电网和直流微电网的功率缺额由边防微电网提供，若边防微电网功率无法满足需求，不足部分需切除海事微电网和直流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率；
状态7：边防微电网和直流微电网重载运行，海事微电网轻载运行，此时边防微电网和直流微电网的功率缺额由海事微电网提供，若海事微电网功率无法满足需求，不足部分需切除边防微电网和直流微电网非重要负荷，通过能源路由器传输功率；
状态8：边防微电网、海事微电网、直流微电网均重载运行，此时能量路由器停止功率传输，且网络中切除一定的非重要负荷，保证多微电网的稳定运行。
8.根据权利要求7所述的基于能源路由器的多微电网控制方法，其特征在于，重载运行即负载功率需求大于微电网的最大输出功率，轻载运行即负载功率需求不大于微电网的最大输出功率。
9.根据权利要求7所述的基于能源路由器的多微电网控制方法，其特征在于，状态2、3、4中，依据轻载运行的两微电网的功率剩余比例划分重载运行的微电网的补充需求。
CN201811637942.5A 2018-11-30 2018-12-29 一种基于能源路由器的多微电网控制系统及方法 Pending CN109617145A (zh)

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