能量路由器的能量路由策略研究.pdf

文章编号:()能量路由器的能量路由策略研究马磊(国网湖北省电力有限公司直流公司湖北 宜昌)摘 要:与传统的互联网相似能量路由器中能量的路由不合理将导致能量传输发生拥塞与能量路由器结点利用率不均衡问题 本文提出了二级控制策略第一级为并网运行控制策略第二级为孤岛运行控制策略此外本文还提出了能量路由器的路由策略为能量传输路径增加权值决定能量传输路径并通过单位时间内增加的任务量的临界值评价能量互联网发生拥塞的概率 为验证该路由策略搭建了仿真模型仿真结果表明该路由策略可有效降低能量互联网发生拥塞的概率关键词:能量互联网能量路由器路由策略分级控制策略中图分类号:文献标识码:():.:引言分布式发电技术能够有效解决当前日益严重的能源危机及环境危机 但是风能、潮汐能、地热能、太阳能等此类分布式能源具有随机性、波动性、不稳定性、间歇性以及受地域影响的特点 大量的分布式发电能量接入大电网时将导致电网运行不稳定影响电能质量 因此分布式可再生能量的传输、调度、存储以及生产技术研究十分重要 借助于互联网技术将“互联网 ”技术与储能技术、电力电子技术、新能源发电技术、通信技术以及自动化技术相结合而形成的“能源互联网”能够有效的融入电能的生产、存储、传输、使用的各个环节中 能量互联网中的关键技术之一是能量路由器具有能量可双向流动可平等交易的优点 能量理由器可实现能量的控制、联通实现调节电能质量 与传统路由器类似能量路由器应具有“即插即用”的各类智能接口可识别接入能量路由器中的各类设备如源设备、负荷设备、储能设备等 本文在此基础上提出了一个包含 个智能接口的能量路由器结构包括与大电网链接的智能接口、电气开关(.)与风力发电系统连接的智能接口、与光伏发电系统连接的智能接口、与蓄电池系统连接的智能接口、与交直流负荷连接的智能接口、与电容储能连接的智能接口以及与微电网相连的智能接口 本文分析了该能量路由器的功率平衡关系可通过直流母线电压判断能量路由器的功率流向 此外储能装置可通过相大电网购电、售电增加能量路由器的经济效益与环境效益 本文分析了该能量路由器的结构与功率平衡关系提出了二级控制策略第一级控制策略为并网控制策略第二级为孤岛运行控制策略 当能量路由器运行与孤岛模式功率处于平衡状态时也可根据大电网实时电价进行售电、购电行为 此外本文提出了抑制能量互联网拥塞的路由策略 本文搭建了仿真模型验证了该路由策略 能量路由器结构 能量路由器应该具备可接入各种分布式新能源资源、储能设备以及负载等功能 图 所示为能量路由器结构图其中储能装置、风力发电装置、电动汽车快速充电站、光伏发电装置、微电网以及大电网等各类设备、系统均可以通过能量路由器相互连接图 能量路由器结构图 将图 中能量路由器的关系结构简化为图 所示的功率关系图 图中表示为风力发电系统输出功率表示为光伏发电系统输出功率表示为蓄电池的输入功率表示为超级电容的输入功率表示为负载输入功率以及 表示为微电网的输入功率 由功率守恒定律可知流进能量路由器直流母线电容中的功率 可表示为:()()则电容电压可表示为:()()式中表示为直流母线电压 表示为直流母线电容 因此若 变小则表示能量路由器的输入能量小于输出能量需从大电网吸收能量若变大则表示能量路由器的输入能量大于输出能量可向大电网馈送能量 因此在能量路由器中可通过 判断能量的供需平衡 此外对于能量路由器的能量控制可通过控制 平衡来实现 能量路由控制策略.能量路由器分级控制 能量路由器的控制目标包括:充分利用光伏发电能量与风力发电能量当不同负载接入电网时需按照优先级提供供电能量的稳定降低负载的供能切换频率电气开关(.)图 能量路由器功率关系图 能量路由器可工作于并网模式也可工作于孤岛模式 因此将能量路由器的控制分为两级第一级为孤岛运行控制第二级为并网运行控制 孤岛运行控制包括对能量路由器内部各接入单元的能量协调控制并联运行控制可包括能量路由器与外部大电网的功率控制 图 所示为一级控制与二级控制的切换方式图 控制策略切换流程图 图中参数设定包括:直流母线电压设定、储能装置初始 状态设定、能量路由器与大电网的连接接口设定 由图可知当能量路由器处于孤岛运行模式时当其内部直流母线电压无法稳定即能量路由器的输入输出功率不平衡时需切换至并网运行模式以确保电能质量 此外能量路由器中包含储能单元即使能量路由器中的功率平衡也可通过与大电网互联实现从电网购电、售电从而提高能量路由器的经济效益、社会效益以及环境效益.能量路由器路由策略 能量互联网中能量频繁在能量路由器中转移、传送 而随着网络结点增加复杂度增加将存在能量互联网中结点的传输能力有限存在“传输拥堵”问题 因此需提高网络传输效率 能量路由器中不同结点之间的功率传输路径可定义为:()式中表示第 个能量路由器 第 个能量路由器与第 个能量路由器之间的有效路径可表示为:(:)()()式中()表示为第 个能量路由器的度数表示为可调参数 路由策略将选择度数最小的路径 当能量互联网中结点较多度数较大时可通过当前结点的度数、相邻结点的度数确定下一个能量路由器结点 可通过为能量路由器的结点与结点之间的路径增加权限值然后根据权限值可确定路径能量路由器 与 的有效路径可表示为:(:)()()()式中表示从源端能量路由器 到目的地能量路由器 之间的路径 当度数较大的能量路由器发生了能量传输拥塞问题时通过增加权值可降低能量经过拥堵的边的次数减小了发生能量拥塞的概率 仿真分析 为了验证所提出的路由策略搭建了仿真模型并通过式()计算能量互联网中出现能量拥塞与信息拥塞的评价指标 ()()()式中()表示当前 时刻能量互联网中并没有被转移的能量 表示在当前 时刻单位时间内增加的能量 当()趋于 时表示能量互联网发生传输拥塞的概率较低 当()不断增加时能量互联网中未处理的能量传输能力不断增加可设定在单位时间内增加的能量的临界值 认为当 时将发生拥塞当 时则能量互联网处于临界状态 如式()可知确定路由路径时具有两个可调参数 与 图 所示为随 与 的变换 的分电气开关(.)布图 由图可知当 取值为 且 取值为 时 取值最大(此时结点数量设置为)图 随可调参数变化的 分布图 图 所示为采用当前能量路由器路由策略时当 取值为 且 取值为 时随着能量理由器结点数量增加时发生拥塞临界 图 随结点变化的临界 分布图 结论 为解决日益严重的能源危机充分利用分布式新能源提出了新型能量路由器结构图包括光伏发电系统接口、风力发电系统接口、交直流负载接口、微电网接口、大电网接口、储能系统接口等智能接口 提出了通过直流母线电压的变化率判断能量路由器与大电网之间能量传输方向 将能量路由器控制策略分为二级控制策略第一级为并网控制策略第二级为孤岛控制策略 提出了基于可调参数、能量传输权值的理由策略提出了根据单位时间内增加的任务量判断能量互联网发生拥塞的概率 本文所提出的能量路由器的结构、控制策略与路由策略为构建能量互联网提供了技术参考参考文献 杨新华张景帆.交直流多端口户用型能量路由器协调控制策略.电气技术():.王建元张泽强宋月航.户用型能量路由器控制策略研究.电测与仪表():.郁家麟肖龙海胡舟等.面向微电网集群的多端口能量路由器及其分布式控制策略.电气传动():.沈建良黄志华郑仲舒等.多端口能量路由器储能接口单元准三模式控制.电力电子技术():.王加澍王颖李梦月等.交直流混合多端口能量路由器拓扑与控制研究.电气自动化():.贾俊国庞松楠董瑞彪等.基于虚拟同步发电机控制技术的能量路由器交直流协调控制.现代电力():.周一凡苏适朱斌等.含多端口能量路由器的多能互补系统故障保护功能测试研究.电力科学与工程():.王建元谢天才王智文.多端口能量路由器协调控制方法研究.吉林电力():.李亚昕杜耀鹏.面向能源互联网的多端口双向能量路由器.通信电源技术():.李铎焦丰顺鲍重廷等.能量路由器发展现状及关键技术研究.通信电源技术():.王聪徐晓贤沙广林等.基于能量路由器的交直流混合微网潮流计算.电工电能新技术():.张程翔陆莹贺军等.基于多端口能量路由器的微网系统及其调试.科学技术与工程():.施灵卫刘桂英.多 端口能量路由器切换控制策略研究.电力科学与技术学报():.刘凯陈才学文军等.基于能量分层协调控制的能量路由器.太阳能学报():.收稿日期:作者简介:马磊(.)湖北孝感人硕士研究生从事超特高压直流输电技术、换流站运维管理、项目管理、工程技经管理工作(上接第 页)韦伯鲁.微电网中储能系统优化调度研究.南昌大学.张东刘甲琛夏艺歌等.风力发电无储能型微电网能量管理方法研究.电力勘测设计():.杨少布道陈乐乐李波.集中式储能下微电网控制策略研究.供用电():.李海啸.集中式光伏电站并网无功电压控制策略研究.重庆大学 吴成辉.基于模型预测控制的微电网群能量优化管理研究.华南理工大学.颜浩.微电网能量管理研究综述.科技创新与应用():.马良许刚谈元鹏.考虑扰动影响的微电网分布式自适应控制策略.电网技术():.胡念恩江亚群申亚涛等.光储微电网两阶段日前能量管理策略.现代电力:.收稿日期:作者简介:曾妍()女工程师研究方向为电力系统与继电保护陈杰()男本科研究方向为电气工程钟锦邓()男工程师研究方向为电力通信及信息文勇军()男工程师研究方向为电气配网基建电气开关(.)