低壓配電網(wǎng)的開放式能源路由網(wǎng)絡(luò)

所屬分類：電子論文閱讀次時間：2021-12-22 10:37

本文摘要：摘要：針對低壓配電網(wǎng)內(nèi)能量路由網(wǎng)絡(luò)的訪問管理與能耗問題，設(shè)計了一種低壓能量路由器，并通過ER的不同互聯(lián)模式為低壓配電網(wǎng)設(shè)計了串聯(lián)和星型兩種路由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上，建立了路由矩陣以及相關(guān)的應(yīng)用程序，通過單個ER串聯(lián)和星形能量路由網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)電源管理.仿

　　摘要：針對低壓配電網(wǎng)內(nèi)能量路由網(wǎng)絡(luò)的訪問管理與能耗問題，設(shè)計了一種低壓能量路由器，并通過ER的不同互聯(lián)模式為低壓配電網(wǎng)設(shè)計了串聯(lián)和星型兩種路由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上，建立了路由矩陣以及相關(guān)的應(yīng)用程序，通過單個ER串聯(lián)和星形能量路由網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)電源管理.仿真實驗表明，利用單個ER，串聯(lián)和星形路由網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)低壓配電網(wǎng)中電力設(shè)備的開放接入與網(wǎng)絡(luò)交互管理，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)局域網(wǎng)中的電力平衡.

　　關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);能量路由器;低壓配電網(wǎng);能源路由網(wǎng)絡(luò);路由拓?fù)?路由矩陣;串聯(lián)能量路由網(wǎng)絡(luò);星形能量路由網(wǎng)絡(luò)

低壓配電論文

　　目前，全球溫室氣體過量排放引起氣候發(fā)生變化，導(dǎo)致全球溫度上升、冰川融化等氣候問題，各國正在努力減少碳排放并提高能源效率[1].能源互聯(lián)網(wǎng)(energyinternet，EI)是實現(xiàn)該目標(biāo)的有效方法.作為下一代能源管理設(shè)備，能量路由器(energyrouter，ER)為EI的核心.能量路由器也被稱為數(shù)字電網(wǎng)路由器，其可以管理一定范圍內(nèi)的電源并分配區(qū)域電源[2-3]，專注于智能電網(wǎng)中的電力使用與需求之間的能源管理.

　　從2015年開始，中國學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界開始研究能源互聯(lián)網(wǎng)，劉顯茁等[4]開發(fā)了一種六端口的家用能源路由器，其可用于家庭中分布式設(shè)備以及儲能設(shè)備的接入管理;王雨婷[5]設(shè)計了一種三端口雙向能量流動的能源路由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其能夠自主控制雙向能量分配;田兵等[6]開發(fā)了一種多接口模塊換能源路由網(wǎng)絡(luò)，其通過分層方式控制本地能源與網(wǎng)絡(luò)能源的切換.由于低壓電網(wǎng)中存在大量的分布式屋頂光伏，新能源的獲取與分配問題將變得十分復(fù)雜.

　　本文研究了ER的結(jié)構(gòu)，路由器網(wǎng)絡(luò)和電力設(shè)備的訪問管理，設(shè)計了一個中等規(guī)模的能源控制系統(tǒng)，同時提出一種帶有網(wǎng)絡(luò)路由系統(tǒng)的低壓ER，以便在380V配電網(wǎng)的范圍內(nèi)實現(xiàn)訪問管理和新能源自治.

　　1低壓能源路由網(wǎng)絡(luò)

　　針對分布式新能源的獲取與消耗，本文設(shè)計了一種新型低壓ER.假設(shè)ER結(jié)合380V交流電網(wǎng)與兩類本地設(shè)備，即新能源發(fā)電站和電力負(fù)載.當(dāng)天氣條件合適時，由新能源站產(chǎn)生的電力直接提供給負(fù)載.當(dāng)電力供應(yīng)充足時，多余的電力被輸送到380V配電網(wǎng);當(dāng)新能源站不工作時，配電網(wǎng)提供電力負(fù)載;當(dāng)新能量產(chǎn)生的功率不足時，ER將以混合電源模式運(yùn)行.

　　當(dāng)ER處于低壓電網(wǎng)中時，其可以在EI和傳統(tǒng)380V配電網(wǎng)的環(huán)境中運(yùn)行.當(dāng)ER連接到EI微電網(wǎng)和廣域EI時，繼續(xù)將電力傳輸?shù)轿㈦娋W(wǎng)和廣域網(wǎng)[7-8].當(dāng)ER連接到傳統(tǒng)配電網(wǎng)時，電力可以轉(zhuǎn)移到380V電網(wǎng)，但由于傳統(tǒng)電網(wǎng)的單向流動，無法進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到高壓電網(wǎng)，因此，電源管理應(yīng)僅在380V配電網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行.低壓電網(wǎng)的能量路由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

　　其中，每個新的能量站或負(fù)載均連接到兩側(cè)ER，其可以根據(jù)功率平衡的要求，選擇性地將功率傳輸?shù)阶驟R或右ER.同樣，負(fù)載也可以從左ER或右ER獲得功率.串聯(lián)形的能量路由網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了管理能量的能力.另一類能量路由網(wǎng)絡(luò)稱為星形結(jié)構(gòu).星形能量路由網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合6組功率設(shè)備，每組功率設(shè)備的角度為60°，故在該結(jié)構(gòu)下，ER的互連能力與配電能力得到了增強(qiáng).此外，由于功率是雙向流動的，因此能量路由網(wǎng)絡(luò)可以間接管理更遠(yuǎn)的新能源站.

　　2路由機(jī)制

　　2.1單個ER的訪問管理

　　當(dāng)單個ER運(yùn)行時，有6種功能模式，即啟動模式、操作模式、新能量加入模式、新能量下降模式、負(fù)載加入模式和負(fù)載下降模式[9-11].

　　2.2串聯(lián)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制

　　路由矩陣可用于串聯(lián)型能量路由網(wǎng)絡(luò)的功率管理.由于每個ER分別連接到另外兩個ER，因此每個ER具有兩個路由矩陣.與單ER相比，串聯(lián)型能量路由網(wǎng)絡(luò)具有更多類型的路由機(jī)制，實現(xiàn)相鄰路由器之間的功率協(xié)調(diào).

　　3模擬實驗

　　對于以上提到的能源路由網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從以下3個方面進(jìn)行驗證：1)ER的開放性，可以保證有序接入和退出功率設(shè)備;2)串聯(lián)形能量路由網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動機(jī)制;3)星形能量路由網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)鏈接機(jī)制.

　　3.1單一ER本文設(shè)計的接入部件包括：380V電網(wǎng)及光伏新能源及直流母線電壓為700V的負(fù)荷.

　　單個ER可以自由實施開關(guān)，并快速調(diào)節(jié)功率.切換時所有訪問設(shè)備功率平衡效果.藍(lán)色、綠色和紅色線分別表示380V電網(wǎng)、新能源和負(fù)載的電流.

　　3.2串聯(lián)結(jié)構(gòu)路由網(wǎng)絡(luò)根據(jù)協(xié)作電源的需求，每種新能源或負(fù)載均可以接入左路由器或右路由器.

　　3.3星型路由網(wǎng)絡(luò)3個路由器的星形網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)大的鏈接，因此可以靈活地促進(jìn)電源在網(wǎng)絡(luò)中的分布.星形ER仿真電路接線圖，共有3個路由器的15條測試線.每個路由器的5個測試點均已繪制，以進(jìn)行清晰演示.

　　4結(jié)論

　　針對新能源的評估與消耗問題，本文提出了ER的結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計，并通過ER的互連為低壓配電網(wǎng)設(shè)計了兩種路由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?此外，通過單個ER、串聯(lián)和星形能量路由網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)電源管理.建立路由矩陣及其應(yīng)用程序，從而實現(xiàn)對所訪問設(shè)備的管理.盡管本文在電源管理中提出了路由機(jī)制，但在未來的研究中仍需繼續(xù)研究控制精確度問題;其次，當(dāng)路由矩陣應(yīng)用于串聯(lián)和星形網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)考慮兩個相鄰矩陣之間的作用機(jī)理;最后，由于儲能裝置僅用于補(bǔ)償直流母線電壓，因此應(yīng)針對直流電壓的穩(wěn)定性，詳細(xì)研究補(bǔ)償算法.

　　參考文獻(xiàn)(References)：

　　[1]OgunboyoPT，TiakoR，InnocentD.Applicationofdynamicvoltagerestorerforpowerqualityimprovementinlowvoltageelectricalpowerdistributionnetwork：anoverview[J].InternationalJournalofEngineeringResearchinAfrica，2017，28(7)：142-156.

　　[2]RafiqueMM，RehmanS，AlhemsLM.Developingzeroenergyandsustainablevillages—acasestudyforcommunitiesofthefuture[J].RenewableEnergy，2018，27(3)：491-503.

　　[3]BifarettiS，ZanchettaP，WatsonA，etal.Advancedpowerelectronicconversionandcontrolsystemforuniversalandflexiblepowermanagement[J].IEEETransactionsonSmartGrid，2011，2(2)：231-243.

　　[4]劉顯茁，鄭澤東，李永東.采用電力電子變壓器的多端口能源路由器[J].電氣傳動，2016，46(4)：80-83.(LIUXianzhuo，ZHENGZedong，LIYongdong.Multiportenergyrouterwithpowerelectronictransformer[J].ElectricDrive，2016，46(4)：80-83.)

　　[5]王雨婷.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的多端口雙向能量路由器研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.(WANGYuting.ResearchonmultiportbidirectionalenergyrouterforenergyInternet[D].Beijing：BeijingJiaotongUniversity，2016.)

　　[6]田兵，雷金勇，郭曉斌，等.多接口能源路由器主回路結(jié)構(gòu)及功能仿真[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41(10)：16-21.

　　作者：陳博，王世峻，費(fèi)斐