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应用背景



随着国民经济的发展,电力需求迅速增长,在过去的几十年里,电力系统已经发展为集中发电,远距离输电的大型互联网络系统。但是随着电网规模的不断增大,超大规模电力系统的弊端也日益凸显:成本高、运行难度大,以火电为主的能源结构给环保带来了巨大的压力。同时,随着用电负荷的不断增加,受端电网对外来电力的依赖程度也不断提高,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。作为新的技术领域,微电网在各国的发展呈现不同特色,我国对微电网的定义为:微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。既可以与配电网运行(并网运行),也可以与配电网断开独立运行(孤岛运行)。

为了能满足多种电能质量要求、提高供电可靠性等多方面的需要,微电网的技术研究主要有微电网控制、微电网保护、微电网接入标准、微电源等多方向。然而,由于微电网的结构灵活、组成成分多样化的特点,传统通过搭建小功率实物系统的方式从其安全性、经济性与科研的灵活性上都受到了很大的考验,而随着仿真建模软件技术与多核CPU、FPGA硬件技术的发展,使用仿真的方式搭建微电网并对其进行研究测试的方式得到了日益广泛的应用。


基于StarSim的解决方案



利用StarSim实时仿真平台可以实现微电网的实时运行仿真,平台通过建模的方式去搭建含有新能源节点的微电网系统模型,并通过仿真技术将微电网系统的响应实时模拟出来。同时,系统可以与微电网能量管理的部分相配合,完成微网系统的闭环控制和调节。基于实时仿真的微电网研究平台,既有模型搭建与实时仿真的灵活性,又有与相应物理信号构成闭环运行的真实性,同时针对复杂工况、危险实验、测试新型系统结构上有着传统小功率系统无法比拟优势。

每部分的具体功能如下:

1.微网系统一次侧主电路HIL实时仿真

这个部分采用ModelingTech的基于FPGA小步长仿真技术,将整个微网一次侧的主电路拓扑下载到实时仿真目标机中,实时仿真整个微网的运行。在整个微网系统中,包含大电网部分、一个光伏发电系统、一个风力发电系统、一个储能系统以及几个负荷单元,控制信号来源于快速控制原型器发出的控制信号,在不同的发电设备附近线路点都会设置大的接地电容以及线路的传输等效阻抗,从而更精确的仿真微网运行时的情况。

2. 微网系统EMS能量管理系统

EMS能量管理系统通过工业通讯的方式与仿真器连接,传递信号,仿真真实系统信号的传输过程,下发控制命令,控制整个微网系统的能量管理、各个子单元投切命令、微网与电网并网命令等操作,并实时监控整个系统的能量信号。系统操作界面如下,可对每个子系统发送控制指令及信息监控。