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华南理工 - 微电网仿真与EMS控制平台


应用背景


新能源是智能电网建设及技术发展的必然趋势,微电网的概念也随着智能电网的发展在本世纪初被提出。近期全国各地微电网示范工程不断上马。华南理工大学需要搭建一个微电网实时仿真与EMS控制平台,以用来研究及验证微电网运行稳定性、安全性以及管理控制技术,用户希望此平台包含以下特点 

  • 包含光伏、风电、储能、电动汽车充电桩等多个新能源节点
  • 微网拓扑与微网控制算法均开放可修改,灵活性好
  • 可在平台基础上拓展横向或者纵向的研究,复用性强 


对于微电网这样的新型复杂系统,使用传统小功率实物搭建的方式,一定程度上能够作为新能源发电技术的演示性教学来使用。但是由于实物系统的造价、维护、场地的要求,加上作为接入强电的系统整体缺乏灵活性,因此比较难与现阶段的教学或者科研工作相结合,有些甚至成为了纯展示型器材。因此,建设微电网仿真实验平台,成为新能源以及微网技术研究的新思路。

 

基于StarSim的解决方案

上海远宽能源科技有限公司提供的StarSim实时仿真平台,利用最新的FPGA技术,可以实现1微秒步长、任意拓扑、任意工况的电力电子系统实时仿真华南理工大学利用上海远宽的StarSim 仿真系统搭建了微电网实时仿真与EMS控制平台,该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:



 

1——微电网仿真模型介绍: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] 

2——模拟微网主控功能介绍:微电网EMS系统主要实现协调调度与控制功能,例如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孤岛模式下对可控负荷的管理孤岛模式下电压支撑和无功功率的管理 


该平台的拓展性与灵活性很强,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,更可以进行如下的研究   

  • 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;


应用成果

上海远宽能源搭建的微电网实时仿真与EMS控制平台在华南理工大学得到了部署与应用,下图中白色机箱即为实时仿真平台,并通过示波器可以观测实时运行状态下,微电网各观测量的数值。



 

参考文献
[1]PAPATHANASSIOU SHATZIARGYRIOU NSTRUNZ K. A benchmark low voltage microgrid network[C], CIGRE Symposium.AthensGreece20051-5.

上海办公室:上海市杨浦区隆昌路619号城市概念2号楼C12室
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