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南京邮电大学 - 微网数字物理混合仿真实验室


应用背景

随着国民经济的发展,用电负荷的不断增加,受端电网对外来电力的依赖程度的不断提高,超大规模电力系统渐渐难以适应用户越来越高的可靠性要求以及多样化的供电需求。针对这一系列问题与挑战,微电网的概念在本世纪初被提出。在此背景下,南京邮电大学希望建立一个微网实验室,来研究微网孤岛运行和与主网并网时的运行情况。整个实验室系统需要有以下特点: 

  • 具有兼容性,能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新的系统中,构成一个混合平台。
  • 具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 


传统的实验室往往实验设备和拓扑固定难以更改当面向学生实验时更是会有危险性高的问题存在。而一套基于实时仿真器的微网仿真实验室,能结合真实物理装置和实时仿真器各自的优点,进行研究测试的理想解决方案。

 

基于StarSim的解决方案


上海远宽能源科技有限公司StarSim提出实物硬件与实时仿真相结合的数字物理混合仿真方案,兼顾真实性、安全性、时效性、灵活性和开放性,满足高校在微网研究的多样化需求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



 

1——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。 

2——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。 

3——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。

 

应用成果


南京邮电大学利用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。整体的结构如下图所示:



 

实际的硬件照片如下:



 

左边是实时仿真器运行新能源微网系统的模型,右边是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。

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