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        經典案例
        Classic Case
        公司在國內擁有衆多成功用戶,涉及電力、高端裝備、新能源車及教育等領域,並且與他們建立了長期的、友好的合作關係。
        來自英國紐卡斯爾大學智能電網實驗室的成功應用分享
        概述

        英國紐卡斯爾大學智能電網實驗室基於RT-LAB的實時電網仿真器(RTNS)使用能夠與真實實驗室環境互動的模型對電網進行詳盡的實時仿真。在配置了Triphase功率放大器之後,研究方式直接從傳統的HIL轉變爲PHIL功率硬件在環,實時電網仿真模型可被數字鏈路連接到一個能夠發送可控電壓波形和時間的三相四象變頻驅動器上,從而方便真實被測低壓電網設備與實時電網仿真器模擬出的大規模電網模型之間的互動,這就使得對未來電網技術各項能力進行復雜研究成爲可能。


        英國紐卡斯爾大學(Newcastle University)智能電網實驗室和能源存儲測試平臺的特色在於其能夠對未來能源系統進行深入研究。該實驗室及測試平臺項目是由工程和物理科學研究委員會(EPSRC)、紐卡斯爾大學及其工業合作夥伴—北方電網和西門子—共同資助的。作爲紐卡斯爾大學的重要機構和旗艦項目科研中心,該研究室將學術界、公用事業部門、社區、商業以及工業聯繫在一起,從而形成一個針對城市創新和可持續發展研究中心。

        項目背景

        該研究設施的目的是開發一種能夠將城市能源、運輸和數字基礎設施聯成一體的智能的、可持續發展且恢復性強的生態系統樣本。紐卡斯爾大學智能電網實驗室專注於未來場景下配電網絡的研究,內容包括大量涌現的電動汽車和新能源發電機的集成。


        1.1 將硬件和電力系統連結成環

        實驗室的設置需要滿足對電力系統進行仿真的要求。“我們需要在實驗室中將電力電子換流器、電動汽車、電池系統、智能設備以及其他真實設備與實時仿真的電力系統連接起來。並希望在智能電網環境中通過將硬件和電力系統連結成環從而彌補仿真和實驗間的差距。” 紐卡斯爾大學電力電子工程學院研究員Charalampos Patsios博士說。

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        1.2 基於真實潮流數據和存儲數據的仿真

        紐卡斯爾大學智能電網實驗室的研究者們能夠從當地電網運營商獲得真實數據。他們希望將這些數據導入實驗室中以便對不同情境下電力系統的運營進行實時仿真。


        “我們將英國本地配電網運行商處生成的即時數據導入實驗室,希望將它們作爲可擴展、可配置的電網模型以及其他被仿真系統的輸入量。例如,我們可以利用紐卡斯爾一個真實變電站中產生的即時潮流數據測試一個真實電池系統的運行,從而實現調峯操作或其他服務。又例如,我們可以使用實時電壓、電流以及額定值等數據來研究新能源滲透的增加對電網造成的衝擊。”


        存儲數據用處大。紐卡斯爾大學的研究者們擁有大量智能電錶的存儲數據以及全英國智能電網的實驗數據。他們希望能夠將這些數據用於一系列場景中,進行電力系統硬件在環實驗,從而測試電力系統與真實硬件之間的相互作用。



        解決方案

        基於RT-LAB的主動配網解決方案讓紐卡斯爾大學的研究者們能夠對各種系統進行建模,並採集電壓、電流和功率流等有用變量。通過使用仿真器,他們還能夠實時研究不同子系統和組件之間的相互作用和依賴關係。


        該方案還使研究者們得以提高研究案例的規模,從而實現對更復雜電網的建模。出於安全性的考慮,實驗室的操作電壓不能超過400V。如今,通過模擬更高的電壓,不但可以進行安全研究,還實現了對相關現象再現。使用RT-LAB實時仿真平臺,研究者們不但可以仿真更高電壓和功率流,還可將其降至更易於在實驗室中控制管理的電壓水平或功率水平。


        “我們希望降低高功率、高壓電網實驗的風險。” 智能電網實驗室負責人Martin Feeney說,“因此我們需要對它們進行實時仿真,並將其降至實驗室可控的電壓大小。現在我們終於能夠對包括真實硬件的電力系統進行實時仿真,並分別採集電流、電壓和功率流等不同量。”


        2.1 智能電網實驗室

        紐卡斯爾大學智能電網實驗室的實時電網仿真器(RTNS)使用能夠與真實實驗室環境互動的模型對電網進行詳盡的實時仿真。除了OPAL-RT的OP5600實時仿真器,該實驗室還爲進行功率硬件在環測試配備了一臺Triphase功率放大器。實時電網仿真模型可被數字鏈路連接到一個能夠發送可控電壓波形和事件的三相四象變頻驅動器上。這一設置提供了功率在環(PHIL)平臺,從而方便真實被測低壓電網設備與實時電網仿真器模擬出的大規模電網模型之間的互動,這就使得對未來電網技術各項能力進行復雜研究成爲可能。

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        2.2 能量儲存平臺

        該實驗設施還可在一系列技術規範下與其他電能存儲技術接口,甚至通過專用電池仿真器對各類技術進行模擬。利用這一實時電網仿真器(RTNS),該實驗設施不但能夠與真實電網相連,還可被近乎真實地連接到仿真電網中。

        結論

        正如Charalampos Patsios博士總結,基於RT-LAB的實時仿真測試解決方案不僅能夠達到技術指標,還能克服以下幾個實際制約:

          “時間軸:我們搭設實驗設備有嚴格的時間期限。

          預算:“我們搭建實驗設備的預算有限,而這也制約着我們的決定。另一個挑戰是我們希望擁有一個靈活且開放的系統,能夠無縫接口不同的第三方軟件和硬件解決方案。因此靈活性也是我們需要的。”


        智能電網實驗室會涉及未來智能電網中低碳技術仿真、負載仿真、電動汽車、能源存儲以及通過功率硬件在環仿真技術實現靈活低壓電網等問題。


        研究者們將能夠在未來更具挑戰性的場景中測評新的電網技術,屆時電力系統對我們的能源系統運作將更加重要。實時仿真將幫助他們瞭解智能電網如何幫助應對未來能源挑戰。


        “在電力系統領域,對真實系統及其運營的準確、快速、靈活和可靠模型的需求不斷增多。而這是源自這些系統規模和複雜性的提高以及圍繞它們的技術的不斷演變。爲了對不同解決方案進行設計、原型和測試,圍繞它們建立信心並保證它們不斷創新、長久且可持續發展,縮短計算機仿真和真實系統之間的差距勢在必行。”紐卡斯爾大學電子和電力工程學院的Haris Patsios博士說。



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