低压配电网的开放式能源路由网络

所属分类：电子论文阅读次时间：2021-12-22 10:37

本文摘要：摘要：针对低压配电网内能量路由网络的访问管理与能耗问题，设计了一种低压能量路由器，并通过ER的不同互联模式为低压配电网设计了串联和星型两种路由网络拓扑结构.在此基础上，建立了路由矩阵以及相关的应用程序，通过单个ER串联和星形能量路由网络来实现电源管理.仿

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　　摘要：针对低压配电网内能量路由网络的访问管理与能耗问题，设计了一种低压能量路由器，并通过ER的不同互联模式为低压配电网设计了串联和星型两种路由网络拓扑结构.在此基础上，建立了路由矩阵以及相关的应用程序，通过单个ER串联和星形能量路由网络来实现电源管理.仿真实验表明，利用单个ER，串联和星形路由网络可以实现低压配电网中电力设备的开放接入与网络交互管理，同时还能够实现局域网中的电力平衡.

　　关键词：能源互联网;能量路由器;低压配电网;能源路由网络;路由拓扑;路由矩阵;串联能量路由网络;星形能量路由网络

低压配电论文

　　目前，全球温室气体过量排放引起气候发生变化，导致全球温度上升、冰川融化等气候问题，各国正在努力减少碳排放并提高能源效率[1].能源互联网(energyinternet，EI)是实现该目标的有效方法.作为下一代能源管理设备，能量路由器(energyrouter，ER)为EI的核心.能量路由器也被称为数字电网路由器，其可以管理一定范围内的电源并分配区域电源[2-3]，专注于智能电网中的电力使用与需求之间的能源管理.

　　从2015年开始，中国学术界与产业界开始研究能源互联网，刘显茁等[4]开发了一种六端口的家用能源路由器，其可用于家庭中分布式设备以及储能设备的接入管理;王雨婷[5]设计了一种三端口双向能量流动的能源路由网络结构，其能够自主控制双向能量分配;田兵等[6]开发了一种多接口模块换能源路由网络，其通过分层方式控制本地能源与网络能源的切换.由于低压电网中存在大量的分布式屋顶光伏，新能源的获取与分配问题将变得十分复杂.

　　本文研究了ER的结构，路由器网络和电力设备的访问管理，设计了一个中等规模的能源控制系统，同时提出一种带有网络路由系统的低压ER，以便在380V配电网的范围内实现访问管理和新能源自治.

　　1低压能源路由网络

　　针对分布式新能源的获取与消耗，本文设计了一种新型低压ER.假设ER结合380V交流电网与两类本地设备，即新能源发电站和电力负载.当天气条件合适时，由新能源站产生的电力直接提供给负载.当电力供应充足时，多余的电力被输送到380V配电网;当新能源站不工作时，配电网提供电力负载;当新能量产生的功率不足时，ER将以混合电源模式运行.

　　当ER处于低压电网中时，其可以在EI和传统380V配电网的环境中运行.当ER连接到EI微电网和广域EI时，继续将电力传输到微电网和广域网[7-8].当ER连接到传统配电网时，电力可以转移到380V电网，但由于传统电网的单向流动，无法进一步转移到高压电网，因此，电源管理应仅在380V配电网内进行.低压电网的能量路由网络结构.

　　其中，每个新的能量站或负载均连接到两侧ER，其可以根据功率平衡的要求，选择性地将功率传输到左ER或右ER.同样，负载也可以从左ER或右ER获得功率.串联形的能量路由网络增强了管理能量的能力.另一类能量路由网络称为星形结构.星形能量路由网络可以结合6组功率设备，每组功率设备的角度为60°，故在该结构下，ER的互连能力与配电能力得到了增强.此外，由于功率是双向流动的，因此能量路由网络可以间接管理更远的新能源站.

　　2路由机制

　　2.1单个ER的访问管理

　　当单个ER运行时，有6种功能模式，即启动模式、操作模式、新能量加入模式、新能量下降模式、负载加入模式和负载下降模式[9-11].

　　2.2串联结构网络路由机制

　　路由矩阵可用于串联型能量路由网络的功率管理.由于每个ER分别连接到另外两个ER，因此每个ER具有两个路由矩阵.与单ER相比，串联型能量路由网络具有更多类型的路由机制，实现相邻路由器之间的功率协调.

　　3模拟实验

　　对于以上提到的能源路由网络，应从以下3个方面进行验证：1)ER的开放性，可以保证有序接入和退出功率设备;2)串联形能量路由网络的联动机制;3)星形能量路由网络的网络链接机制.

　　3.1单一ER本文设计的接入部件包括：380V电网及光伏新能源及直流母线电压为700V的负荷.

　　单个ER可以自由实施开关，并快速调节功率.切换时所有访问设备功率平衡效果.蓝色、绿色和红色线分别表示380V电网、新能源和负载的电流.

　　3.2串联结构路由网络根据协作电源的需求，每种新能源或负载均可以接入左路由器或右路由器.

　　3.3星型路由网络3个路由器的星形网络具有更强大的链接，因此可以灵活地促进电源在网络中的分布.星形ER仿真电路接线图，共有3个路由器的15条测试线.每个路由器的5个测试点均已绘制，以进行清晰演示.

　　4结论

　　针对新能源的评估与消耗问题，本文提出了ER的结构及功能设计，并通过ER的互连为低压配电网设计了两种路由网络拓扑.此外，通过单个ER、串联和星形能量路由网络来实现电源管理.建立路由矩阵及其应用程序，从而实现对所访问设备的管理.尽管本文在电源管理中提出了路由机制，但在未来的研究中仍需继续研究控制精确度问题;其次，当路由矩阵应用于串联和星形网络时，应考虑两个相邻矩阵之间的作用机理;最后，由于储能装置仅用于补偿直流母线电压，因此应针对直流电压的稳定性，详细研究补偿算法.

　　参考文献(References)：

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　　[2]RafiqueMM，RehmanS，AlhemsLM.Developingzeroenergyandsustainablevillages—acasestudyforcommunitiesofthefuture[J].RenewableEnergy，2018，27(3)：491-503.

　　[3]BifarettiS，ZanchettaP，WatsonA，etal.Advancedpowerelectronicconversionandcontrolsystemforuniversalandflexiblepowermanagement[J].IEEETransactionsonSmartGrid，2011，2(2)：231-243.

　　[4]刘显茁，郑泽东，李永东.采用电力电子变压器的多端口能源路由器[J].电气传动，2016，46(4)：80-83.(LIUXianzhuo，ZHENGZedong，LIYongdong.Multiportenergyrouterwithpowerelectronictransformer[J].ElectricDrive，2016，46(4)：80-83.)

　　[5]王雨婷.面向能源互联网的多端口双向能量路由器研究[D].北京：北京交通大学，2016.(WANGYuting.ResearchonmultiportbidirectionalenergyrouterforenergyInternet[D].Beijing：BeijingJiaotongUniversity，2016.)

　　[6]田兵，雷金勇，郭晓斌，等.多接口能源路由器主回路结构及功能仿真[J].电力系统自动化，2017，41(10)：16-21.

　　作者：陈博，王世峻，费斐