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南京邮电大学 - 微网数字物理混合仿真实验室

需求
客户想要建立一个微网仿真实验室,希望有一个微网的实时仿真器,能够实时地仿真微网孤岛运行和与主网并网时的运行情况。整个系统还要兼顾虚实结合,把实验室建设前期已经搭建好的光伏发电与风电系统的实际硬件接入到仿真系统中,构成一个物理数字混合仿真平台。同时,还希望整个平台有很好的开放性和拓展性,既能帮助进行新能源微网的科研项目,又能够完成学生实验教学的任务,方便后期实验室进行升级和再建。


微网系统拓扑组成与功能

为了满足客户对包含新能源微电网的科研需求,远宽能源搭建了如下图所示的微网拓扑。



此微网系统中含有风力发电、光伏发电等分布式可再生能源;也有钒液流(VRB)电池储能系统——在和主电网并网运行时储存能量,在微网孤岛运行时的提供功率支撑;还包括了不同类型的负荷,如普通的居民负荷,以及电动汽车充电负荷等。


在微网系统运行起来后,初始状态是并网运行的。用户可以将储能、光伏、风机等依次使能,对应地观察各个系统的行为,比如光伏发电系统的最大功率追踪以及风机通过调节系统转速如何实现最大风功率追踪等。


把微网切换到孤岛运行的模式,可以看到在储能系统的功率支援下,微网系统在孤岛运行时如何保持频率和电压的稳定。当储能系统控制器把微网的频率稳定到50Hz附近后,还可以使用系统主动同步的功能,使得微网和主电网的相位同步,以最小的系统冲击重新并网。


基于StarSim和PXI的实时仿真方案

项目选用StarSim+PXI作为微网系统实时仿真的平台,同时利用采集板卡将实际光伏发电与风电系统的电压电流信号采集并输入到微网仿真系统中。整体的结构如下图所示:



实际的硬件照片:


总结与展望
利用StarSim软件搭建的微网系统,包含了各种新能源系统运行的部分,同时将实际的光伏发电与风力发电设备纳入其中,构成了一个物理数字混合仿真平台。配合实验室系统中心的组态监控系统,以及用StarSim软件为基础搭建的在线电力电子基础仿真实验平台,使整个微网仿真实验室在微电网运行展示、控制、研究和教学等方面都能发挥很好的功能。

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