Microgrid Research Programme (Chinese version)

1. 工业和住宅微电网中的新挑战
Josep M. Guerrero 教授 IEEE Fellow
joz@et.aau.dk
Juan C. Vasquez
juq@et.aau.dk
MicroGrid
Research Programme Leaders

2.  微电网研究计划和实验室建设
 微电网研究活动
 微电网项目
2

3. 奥尔堡大学建立于1974年。
其教育特点是基于问题的项目研究（Problem Based Project ) 形式 - 也被称为奥尔堡模式。学
生人数是15000左右。
3
3

4. • 约40名教职员工
• 约70名博士研究生
• 约250名硕士研究生
• 约20名行政人员
• 约50％的流动资金来自外接项目
机构——能源技术学院
电力系
统
风力发电系统
风能和波浪能中的流体动力
生物质能
微电网
现代电力传输系统
智能电网和有源网络
燃料电池和电池系统
汽车和工业驱动
热能系统电力电子 电机
流体动力
机电一体
化系统
力学与燃烧
学
多学科研究计划
光伏系统
4
4
John K. Pedersen
奥尔堡大学能源技术
学院院长

5. 5
微电网研究
计划领域
交流微电网
直流微电网
 模型
 控制与运行
 储能
 保护
 电能质量
 标准—基于信息通信技术
(ICT)
 网络控制
 能量管理系统与优化
 多机代理
微电网研究计划

6. 6
微电网研究团队

7. 实验室每台样机都可以模拟一个多变换器的低压微电网，并利用
dSPACE实时控制平台来实现本地和能量管理控制。
7
777
7

8. 8
888
8

9. 以太网络通信
DC 母线
AC 母线
实验室一共有6个平台:
• 24个 DC-AC 变换器
• 6台 dSPACE实时控制平台
• LCL滤波器
• 电动转换开关
• 智能电表.
9
999
9

10. 10 10

11. 11

12. 12
121212
12

13.  Kamstrup Omnia scheme in iMGlab

14. 14
Load
电网
PV
. . . 连接工
作站 3-6
功率流
Load
电网
PV WT
本地电力
分配网络
L

15. 15
通过Control-Desk
实现实时控制和
监控
把Matlab中
simpowersystem
里的电气模型直
接编译成C代码并
且下载到dSPACE

16. 16 16
交流微网 直流微网 电能质量 能量管理与优化

17. 17
www.microgrids.et.aau.dk
微电网研究
活动
17 17

18.  微电网研究计划和实验室建设
 微电网研究活动
 微电网项目
18

19. 主公共电
网
PCC
Household appliances and electronics
微电网概念
Islanded
mode
19
孤岛
模式
并网
模式

20. 主控制
三次控
制
二次控制
20

21. 问题: 微电网中的谐波
可行的解决方案:
- 一个DG单元可以提供比另一个DG更多的谐波。
(谐波电流共享)
- 电压谐波抑制(谐波控制策略)
问题: 微电网中的不平衡
可行的解决方案:
- 二次控制方式, 将控制信号送到主控制环可以补偿
PCC点电压的不平衡。
- 电压不平衡补偿（控制策略）
测试和验证所提出的解决方案是否满足欧洲电能质量标准IEC61727
和IEC61000-3-6
21

22. 如何协调谐波/不平衡补偿?
打地鼠效应
主控制
谐波虚拟阻抗
二次控制
谐波/不平衡协调控制
22

23. Timbus et Al. Management of DER Using Standarized Communications and modern Technologies
通过IEC61850和IEC61400-25提供的通
信模型来描述网络模型中的物理设备
• 根据EN13757标准研究meter-bus（仪表
总线）技术的解决方案来整合智能仪表和
数据集中器
•按照IEC61968-9标准（抄表和控制系统接
口标准）为住宅级AMI开发不同等级的通
信体系结构。
•按照EN13757-5标准（无线网状仪表总线
的标准）和 EN13757-4 （无线仪表总线）
来整合不同等级的无线网状网络架构的智
能仪表和数据集中器。
23

24. Main
Utility Grid
PCC
Household appliances and electronics
源保护 网络保护 双向保护
超高速通信线路
（第二道防线）
24

25. 传统消费者 未来产销合一者
 Passive被动式  Active主动式
 Only loads – fixed by the consumer只
提供荷 – 由消费者决定
 Shiftable loads/generation可变动的负载/发电
 No storage无储能  Storage systems/EV 储能系统/电动汽车
 电力/热力不耦合
 Manual management人工管理
 EMS以全球能源为目标
 基于负荷的电能质量  Power quality system control电能质量控制系统
 Unidirectional power flow单向功率流  根据每小时电力定价控制功率双向流动
 Considers only local residential energy
只考虑当地住宅能源
 同时考虑当地的住宅和全球社区的能源需求 25
智能电网战略
Danish Ministry of Climate, Energy and Building
May 2013
50% 的消
费者每小
时远程读
取电表
每小时解
决方案及
税率变化
模型 管理批发和零售市场
电力消费灵活化
能源
行业
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

26.  微电网研究计划和实验室建设
 微电网研究活动
 微电网项目
26

27. 27

28. Setup 1
Setup 2Setup 3
Setup 5
Setup 6Setup 7
EMS/MGCC

29. • 远程通信装置
• 耦合新能源系统
• 直流供电住宅
• 快速电动汽车充电站
Basic control
基本控制方案
系统结构
29

30. 30
 电压等级：380V; 10kV
 安装容量：1MW; 1MW ‐ 5 MW;
5 MW – 50 MW;
2 MW
PV Microgrid@Yushu
30

31. 10
20
= 30 Microgrid demonstration Total Power: 1.2 GW
31

32. DSO 1.42 rmb/kWh
1.00 rmb/kWh
PCC
Auto-consumption
32

33. 33
33
33
电池板
逆变器
电池
熔断器电表
电网

34. 2012
103
490
34

35.  微电网研究计划和实验室建设
 微电网研究活动
 微电网项目
35

36. 36 36

37. 37 37

38. 38
光伏发电子系统
安装于上海神舟新能源B厂的屋顶光伏阵列，装机容量130kVA，东西阵列配置，
采用固定的角度安装。
38 38

39. 风力发电系统
总装机容量: 20kVA. (2 x 10 kW 风机)
3939
393939
39

40. 电池能量存储系统，电力电子和控制。
4040
404040
40

41. 4141
414141
41

42. 42
 第一阶段: 设计，建模和控制。
 第二阶段: 微电网各部分之间的协调控制方法，包括通信系统和直流微网的能
量管理系统
 第三阶段: 建立两个以用户为中心作为研究理念的实验室，测试新系统是否满
足不同应用情况下的直流微电网的标准。
• 家用直流微电网实验室，在奥尔堡大学对1-2个家庭的直流配电系统进行研究和测试
• 工业微网设计
• 在华北电力大学（中国）对商业建筑的能
源解决方案进行研究，演示和测试。

43. 43
5 个工作站
- 燃料电池模拟器
- 电池模拟器
- 飞轮
- 超级电容
- DC/DC变换器
- 恒功率负载
- 实时监控系统
43
每个工作平台都利用实际的直流供电设备来模拟家
庭直流微网

44. 44http://www.residentialvdc.et.aau.dk

45. 45 45http://www.residentialvdc.et.aau.dk

46. 46
工业直流微网实验室, (华北
电力大学)
 第一阶段: 直流微电网拓扑设计、
控制、仿真
 第二阶段:直流微电网故障分析
和保护
 第三阶段:直流微电网通信

47. 47

48. Communicationnetwork
380 Vdc
48 Vdc
Air
conditioner
Ceiling
fan
Refrigerators
Electric Vehicles Flywheels
Chargers
Li-on Batteries
To another DC bus
24 Vdc
48 Vdc
Washing
machine
Led
Lighting
第一阶段.
第二阶段.
第三阶段
48 48

49. 49
494949
49

50. 50
505050
50

51. 51
515151
51

52. 5252
525252
52

53. 53
 到2020年将有100万辆插电式电动汽车
 插电式电动汽车将占总能源消耗的3%–6%
应考虑的问题:
1. 克服由大量插电式电动汽车运行(包括充电)可能带来的不利影响。
2. 利用大规模充电站为电力系统提供配套服务。
为充电站建立专用ESS

54. 54
所提出的充电站结构
飞轮
飞轮
电网
插电式电动汽车

55. 55

56. 5656
停止充电

57. 57
Danfoss converter
Grid transformer
DC BUS
DC Load
Flywheel
dSPACE 1006
:
57 5757Microgrid Group 5757
dSPACE1006
丹佛斯逆变器
飞轮
直流负载
直流母线
并网变压器

58. 58

59. 595959 59
EVCS功能
 P/Q功率调节
 频率恢复
 电压支撑
 不平衡补偿
 谐波分配

60. 606060 60
位于日本岩手县，静冈县的电动汽车
充电站
Site communication
Secondary
control
Electric Vehicles
Flywheels
Batteries
WP4
DC bus
WP5
Utility main
Grid
Supercaps
WP1
WP3
WP2
Flexible Electric Vehicle Charging Infrastructure Flex-ChEV
PV
WT
Supervisory
controller

61. 616161 6161Microgrid Group 6161

62. 62
• 问题概述: 谐波和谐振给风力发电厂带来的严重问题
• 工业合作伙伴对解决这个问题高度关注：因为操作失误会增加经济损失
• 如何解决这个问题:
1. 在时域和频域对系统进行精确建模。
2. 采用无源滤波器。
3. 采用有源和混合滤波器（新设备）。
4. 提高现有的电力电子设备的性能: WT ， STATCOM 增强型控制方案.
5. 提高现有的电力电子设备的性能: WT ， STATCOM 增强控制与无源滤波器的
配合.

63. 63
UPS 系统的模块化控制
飞轮储能系统在海上的应用 (钻
机和船舶)

64. 64 64
谢谢各位！
Josep M. Guerrero
joz@et.aau.dk