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搭建科技桥梁∣来自英国纽卡斯尔大学智能电网实验室的成功应用分享

纽卡斯尔大学智能电网实验室基于RT-LAB的实时电网仿真器(RTNS)使用能够与真实实验室环境互动的精密模型对电网进行详尽的实时仿真。在配置了Triphase功率放大器之后,研究方式直接从传统的HIL转变为PHIL功率硬件在环,实时电网仿真模型可被数字链路连接到一个能够发送可控电压波形和时间的三相四象变频驱动器上,从而方便真实被测低压电网设备与实时电网仿真器模拟出的大规模电网模型之间的互动,这就使得对未来电网技术各项能力进行复杂研究成为可能。 
  
 
以下为案例详情 
    英国纽卡斯尔大学(Newcastle University)智能电网实验室和能源存储测试平台的特色在于其能够对未来能源系统进行深入研究。该实验室及测试平台项目是由工程和物理科学研究委员会(EPSRC)、纽卡斯尔大学及其工业合作伙伴北方电网和西门子共同资助的。作为纽卡斯尔大学的重要机构和旗舰项目科研中心,该研究室将学术界、公用事业部门、社区、商业以及工业联系在一起,从而形成一个针对城市创新和可持续发展的全面研究中心。 
挑战 
    该研究设施的目的是开发一种能够将城市能源、运输和数字基础设施联成一体的智能的、可持续发展且恢复性强的生态系统样本。纽卡斯尔大学智能电网实验室专注于未来场景下配电网络的研究,内容包括大量涌现的电动汽车和新能源发电机的集成。 
1.1 将硬件和电力系统连结成环 
 
    实验室的设置需要满足对电力系统进行仿真的要求。我们需要在实验室中将电力电子换流器、电动汽车、电池系统、智能设备以及其他真实设备与实时仿真的电力系统连接起来。并希望在智能电网环境中通过将硬件和电力系统连结成环从而弥补仿真和实验间的差距。纽卡斯尔大学电力电子工程学院资深研究员Charalampos Patsios博士说。
1.2 基于真实潮流数据和存储数据的仿真 
 
    纽卡斯尔大学智能电网实验室的研究者们能够从当地电网运营商获得真实数据。他们希望将这些数据导入实验室中以便对不同情境下电力系统的运营进行实时仿真。 
 
   “我们将英国本地配电网运行商处生成的即时数据导入实验室,希望将它们作为可扩展、可配置的电网模型以及其他被仿真系统的输入量。例如,我们可以利用纽卡斯尔一个真实变电站中产生的即时潮流数据测试一个真实电池系统的运行,从而实现调峰操作或其他服务。又例如,我们可以使用实时电压、电流以及额定值等数据来研究新能源渗透的增加对电网造成的冲击。
 
    不仅即时数据,存储数据也有极大用处。纽卡斯尔大学的研究者们拥有大量智能电表的存储数据以及全英国智能电网的实验数据。他们希望能够将这些数据用于一系列场景中,进行电力系统硬件在环实验,从而测试电力系统与真实硬件之间的相互作用。 
 
解决方案 
 
    基于RT-LAB的主动配网解决方案让纽卡斯尔大学的研究者们能够对各种系统进行精确建模,并采集电压、电流和功率流等有用变量。通过使用仿真器,他们还能够实时研究不同子系统和组件之间的相互作用和依赖关系。 
 
    该方案还使研究者们得以提高研究案例的规模,从而实现对更复杂电网的建模。出于安全性的考虑,实验室的操作电压不能超过400V。如今,通过模拟更高的电压,不但可以进行安全研究,还实现了对相关现象的精确再现。使用RT-LAB实时仿真平台,研究者们不但可以仿真更高电压和功率流,还可将其降至更易于在实验室中控制管理的电压水平或功率水平。 
 
   “我们希望降低高功率、高压电网实验的风险。智能电网实验室负责人Martin Feeney说,因此我们需要对它们进行实时仿真,并将其降至实验室可控的电压大小。现在我们终于能够对包括真实硬件的电力系统进行实时仿真,并分别采集电流、电压和功率流等不同量。
 
2.1 智能电网实验室 
    纽卡斯尔大学智能电网实验室的实时电网仿真器(RTNS)使用能够与真实实验室环境互动的精密模型对电网进行详尽的实时仿真。除了OPAL-RTOP5600实时仿真器,该实验室还为进行功率硬件在环测试配备了一台Triphase功率放大器。实时电网仿真模型可被数字链路连接到一个能够发送可控电压波形和事件的三相四象变频驱动器上。这一设置提供了功率在环(PHIL)平台,从而方便真实被测低压电网设备与实时电网仿真器模拟出的大规模电网模型之间的互动,这就使得对未来电网技术各项能力进行复杂研究成为可能。
2.2 能量储存平台 
    该实验设施还可在一系列技术规范下与任何其他电能存储技术接口,甚至通过专用电池仿真器对各类技术进行模拟。利用这一精密的实时电网仿真器(RTNS),该实验设施不但能够与真实电网相连,还可被近乎真实地连接到仿真电网中。 
结论 
    正如Charalampos Patsios博士总结,基于RT-LAB的实时仿真测试解决方案不仅能够达到技术指标,还能克服以下几个实际制约: 
 
  • 时间轴:我们搭设实验设备有严格的时间期限。 
  • 预算:我们搭建实验设备的预算有限,而这也制约着我们的决定。
  • 另一个挑战是我们希望拥有一个灵活且开放的系统,能够无缝接口不同的第三方软件和硬件解决方案。因此灵活性也是我们需要的。
 
   智能电网实验室会涉及未来智能电网中低碳技术仿真、负载仿真、电动汽车、能源存储以及通过功率硬件在环仿真技术实现灵活低压电网等问题。研究者们将能够在未来更具挑战性的场景中测评新的电网技术,届时电力系统对我们的能源系统运作将更加重要。实时仿真将帮助他们了解智能电网如何帮助应对未来能源挑战。
在电力系统领域,对真实系统及其运营的准确、快速、灵活和可靠模型的需求不断增多。而这是源自这些系统规模和复杂性的提高以及围绕它们的技术的不断演变。为了对不同解决方案进行设计、原型和测试,围绕它们建立信心并保证它们不断创新、长久且可持续发展,缩短计算机仿真和真实系统之间的差距势在必行。纽卡斯尔大学电子和电力工程学院的Haris Patsios博士说。
 
RT-LAB实时仿真测试平台及Triphase的国外成功应用再一次印证了PHIL功率硬件在环测试的前瞻性及实用性,科梁公司作为RT-LAB实时仿真测试平台和Triphase功率放大器的国内独家代理及解决方案提供商,与国内电力电力及电力系统领域专家学者一道领先倡导了“PHIL”功率硬件在环解决方案,为国内用户提供了更加安全、便捷、高效的研究方式和专业的本地化服务。
 
    随着全球能源互联与智慧型电网改革的不断推进,电力电子与电力系统领域的研究者们将肩负着更加重大的责任与更加神圣的使命,科梁希望尽自己的绵薄之力,成为国际先进技术与国内顶尖学者科技共融、实时沟通的桥梁,为用户提供更多更有价值的解决方案与工程服务,共同去见证更加绿色、便捷、高度智能的未来世界!