低压直流配用电系统运行机理研究平台

一、 系统背景

在碳达峰、碳中和目标的大背景下，能源电力行业正发生前所未有的变化。以安全可靠、清洁经济、智慧开放、可持续发展的能源节约型社会为目标，以高渗透率的可再生能源、高比例的电力电子设备、高速增长的直流负荷“三高”为主要特征的新一代电力系统正在逐步形成。为此，近日召开的中央财经委员会第九次会议提出，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统，这为推动能源电力转型发展指明了方向[1]。

能源转型的压力和清晰的愿景，给与新技术发展的强劲动力，当下能源革命和数字革命相融并进的新形势下，开展LVDC 研究，不仅有利于当下的经济发展，而且将有利于推动可再生能源、电力电子、智能家电、绿色建筑等产业的发展，具有广阔的市场前景和巨大的经济潜力。

新一代LVDC市场正处于蓬勃发展和增长阶段，很多研究机构和标准组织也相继开展了研究工作并取得了丰硕的成果，但相关基础性研究及场景应用驱动的关键技术仍有待进一步深入研究[2]。尤其对于系统在各种工况下的运行机理需要进行实验并分析行为机理，为建立相关技术标准提供依据。

图1   发、储、用一体化的全直流生态运行模式

二、 系统简介

A. 系统电压等级：

该系统含多个三级直流电压等级，每级分别接入相应电压等级的微源、储能及用电负荷。

B. 灵活配置组网柜：

为了灵活的运行于不同工况，系统设计了灵活配置组网柜，可通过快速插接头实现内部拓扑的自由变换，如单母线分段、设备回路重组等功能，可实现20个支路接入，每路最高直流电压为额定电压的1.2倍、最大功率10kW设计。

每个回路主开关可选择“手动断路器+接触器”形式，均具备三遥功能，可向上由微电网能量管理系统传送开关状态信息及回路功率信息。

C. 智能能量管理

系统包含智能能量管理系统，采用倍福智能控制器+研华工控机双层架构，具备极强的可扩展性，可方便做二次开发和后续系统的兼容性扩展。

图2 倍福智能控制器

图3 能量管理器系统

系统能够完成数据采集、优化运行、人机交互、通讯处理、配电与保护控制等功能，其中系统控制包括系统并网运行、离网运行、并离网切换运行、电网调度指令相应控制、削峰填谷、综合能源优化控制；人机交互包括用户权限管理、数据存储与显示、系统运行报表生成、故障报警处理、操作记录查询、数据接口

三、 系统功能

本系统是一套开放式的教学科研系统，兼具教学、科研和工程示范三重功能。

A. 教学方面，本系统自带能量管理和监控，各个源系统既可独立运行，也可在管理平台协调控制下运行。

B. 科研方面，本系统配备有灵活的组网接口，可灵活改变系统拓扑结构和外接设备类型，实现对不同组网系统的特性研究，方便科学研究；最后本系统具备开放式的能量管理系统，具备二次开发能力，用户可以基于TwinCAT 3平台开发和验证控制算法。

具体如下：

Ø 系统各微源监控控制；

Ø 光伏发电系统特性模拟；

Ø 储能系统特性模拟；

Ø 负载需求响应特性模拟；

Ø 直流系统接地与故障特性模拟；

Ø 直流系统能量管理特性模拟；

Ø 直流系统柔性输出特性模拟；

Ø 本地/远程控制功能。

图2 灵活组网柜人机界面

四、 现场采风

图2 实验室总览

图2 系统正面图

图2 工程光伏

图2 系统展示

五、 参考文献

[1]马钊，“双碳”目标倒逼新型电力系统建设提速. 中国能源报，2021.03.22

[2]马钊，孙媛媛.李可军等，新一代低压直流供用电系统关键技术及发展展望. 电力系统自动化，2019.12.10