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华南理工 - 微电网仿真与EMS控制平台

平台架构
利用StarSim仿真软件与PXI硬件平台搭建微网实时仿真系统,平台不仅能仿真包含新能源节点的微网运行的情况,还包含一个模拟的微网主控来实现EMS能量管理系统——运行微网协调控制、能量管理等上层算法。微网主控与微网实时仿真器通过工业界常用的Modbus通信来进行信息的交互和通信,整体架构如下所示:



微电网仿真模型介
微网系统中含有小功率的PMSG风机、光伏等分布式可再生能源,也有钒液流(VRB)电池储能系统用来在微网孤岛运行时的提供功率支撑,负荷包含普通的居民负荷,以及电动汽车充电负荷等。微网的拓扑结构和网架参数参考了欧盟benchmark微网搭建的文献[1]。
实时仿真的微网系统与真实微网的对应关系如下表:



微电网模拟主控的功能简介
微电网EMS系统主要实现了如下的协调调度与控制功能:

  • 并网和孤岛这两种运行模式的控制与切换
  • 并网模式下对储能模块的充电管理

在孤岛模式下,当收到并回主网的命令后,命令电池逆变器进入active synchronization的模式调节微网的电压的频率,相位,幅度等条件,使其符合并回主电网的条件,并完成并网操作;在并网模式下,根据电池系统的SOC来决定充放电的运行模式。

  •  孤岛模式下对可控负荷的管理

运行在孤岛模式下时,在风电和太阳能等电源出力足的情况下,可以尽力维持负荷;而当间歇性能源出力不足,微网主要靠储能系统维持有功平衡时,需要将非重要负荷切除。

  •  孤岛模式下电压支撑和无功功率的管理

调度与决定微网里的光伏、风电、储能各个逆变器无功的运行模式,如根据系统的电压水平,在满足逆变器容量限制下,利用下垂控制算法控制逆变器发出或吸收多少无功功率。
用户可以拓展的研究方向:
该平台的拓展性与灵活性很强,可以进行如下的研究,例如  

  • 更复杂的微网控制与协调策略的研究  微网里的各种电源和负荷在外界随机的气象条件下的负荷管理,微网并网到孤岛、孤岛到并网的运行模式的平滑切换等;
  • 电力电子与分布式能源的仿真与控制研究  如SVG、光伏系统、电动汽车等业界关心的系统的控制与仿真研究;
  • 物理数字混合仿真  结合实际物理硬件的真实性和微电网仿真的灵活性,进行数字物理混合仿真,加快系统搭建、研究等相应的进程。


参考文献
[1]PAPATHANASSIOU S,HATZIARGYRIOU N,STRUNZ K. A benchmark low voltage microgrid network[C], CIGRE Symposium.Athens,Greece,2005:1-5.




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