本發(fā)明涉及一種能源局域網(wǎng)，尤其是涉及一種考慮多微網(wǎng)互動的能源局域網(wǎng)及控制方法。

背景技術(shù)：

最高限度地提高可再生能源的利用率和管理水平是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)涵，但由于可再生能源發(fā)電方式往往具有地理分散性、間歇性、隨機性和不可控性，它的高滲透率接入勢必對電力系統(tǒng)造成沖擊，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。微電網(wǎng)(Micro Grid，MG)作為本地分布式發(fā)電(distributed generation，DG)、分布式儲能(electrical energy storage，EES)、可控負(fù)荷(controllable load，CL)等的有效組織形式，成為管理DER現(xiàn)有最好的自治系統(tǒng)，將成為未來能源互聯(lián)網(wǎng)終端的最小形式。因此，如何通過靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及MG協(xié)同控制技術(shù)實現(xiàn)MG接入能源互聯(lián)網(wǎng)后雙向潮流的有效管理，實現(xiàn)在合理的監(jiān)管環(huán)境和接入準(zhǔn)則下對能源互聯(lián)網(wǎng)的智能高效管理和最優(yōu)運行成為亟待解決的問題之一。

對此，一些專家學(xué)者已對能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架以及相關(guān)技術(shù)展開討論。文獻“狹義能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化控制框架及實現(xiàn).中國電機工程學(xué)報，2015，35(18)：4571-4580”認(rèn)為狹義能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)包含電能和熱能兩個核心網(wǎng)絡(luò)，對其核心硬件設(shè)備能源路由器(energy router，ER)、能源交換機(energy switch，ES)和能源接口(energy interface，EI)提出了功能要求，并進行了校園狹義能源互聯(lián)網(wǎng)的搭設(shè)試驗。文獻“Design of a novel energy router and its application in energy Internet.Chinese Automation Congress(CAC)，Wuhan，China，2015”致力于對能源路由器本身結(jié)構(gòu)和功能的研究來減少DG波動性對系統(tǒng)的影響以及對配電網(wǎng)的干擾。文獻“能源互聯(lián)網(wǎng)與能源路由器.中國科學(xué)：信息科學(xué)，2014，44(6)：714-727”探討了以ER為核心交換裝置的能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)模型，從ER的實現(xiàn)目標(biāo)，已有支撐技術(shù)和實現(xiàn)部署方式等方面分析了涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合已有研究成果說明了該領(lǐng)域亟需突破的研究方向。文獻“Energy Router:Architectures and Functionalities toward Energy Internet//Smart Grid Communications(Smart Grid Comm)，2011 IEEE International Conference on.IEEE，2011:31-36”從電力電子變換、通訊和智能控制三個方面提出了對能源路由器設(shè)計的要求并展示了研究成果。

目前各國對能源互聯(lián)網(wǎng)的研究重點多集中在信息互聯(lián)網(wǎng)層面、ER等主要設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然若干學(xué)者提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，但大多側(cè)重于對ER等設(shè)備的多樣化功能進行探討，對如何有效實現(xiàn)高滲透率可再生能源平滑接入并消納的研究較少。雖然MG通過具有“即插即用”功能的EI將DER、CL以及EES有效組織為局部自治的分布式發(fā)電系統(tǒng)，但因其具有間歇性、波動性，并不能充分的保證自發(fā)自用，因此需要與其它分布式電網(wǎng)互聯(lián)或并網(wǎng)，實行自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)劑的運行機制。如若MG采用直接并網(wǎng)，則電網(wǎng)中將出現(xiàn)多個換流站電氣距離接近的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，即多饋入系統(tǒng)。然而多饋入系統(tǒng)之間電氣距離短、相互影響大，受端網(wǎng)絡(luò)需要具備足夠堅強的電壓支撐能力，這將大幅增大能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的成本和管控水平。因此對能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架及協(xié)調(diào)控制方案進行合理的設(shè)計至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以提高分布式能源的利用率和管理水平、提高能源局域網(wǎng)對分布式能源高滲透率的消納能力的考慮多微網(wǎng)互動的能源局域網(wǎng)及控制方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種考慮多微網(wǎng)互動的能源局域網(wǎng)，包括自上而下依次連接的能源路由器、多個能源交換機和多個微電網(wǎng)，所述的微電網(wǎng)與能源交換機一一對應(yīng)，各微電網(wǎng)包括可控負(fù)荷、分布式儲能和分布式電源。具有分布式智能識別功能的即插即用接口為各種分布式發(fā)電(distributed generation，DG)、儲能(energy storage system，ESS)、可控負(fù)荷(controllable load，CL)和電動汽車(electric vehicle，EV)等提供快速、高可靠性的電氣接口，實現(xiàn)各種分布式設(shè)備的“即插即用”，構(gòu)建區(qū)域自治的微電網(wǎng)系統(tǒng)；當(dāng)能源交換機處于閉合狀態(tài)時，低壓直流母線(LVDC)實現(xiàn)相鄰微電網(wǎng)間能量流的雙向互通、協(xié)同互補，在不同區(qū)域間實現(xiàn)能量的二次均衡；能源路由器位于低壓直流母線和中壓直流母線(MVDC)之間，實現(xiàn)兩者能量流的交互。

能源路由器(energy router，ER)、能源交換機(energy switch，ES)和即插即用接口(plug&play interface，PPI)之間不僅存在電氣連接，而且存在信息連接。微電網(wǎng)中的能源接口將各自的運行狀態(tài)及信息反饋給ES用于實時數(shù)據(jù)分析和指令調(diào)整，ES對這些信息進行綜合優(yōu)化計量，一方面將處理后的信息反饋給能源路由器，一方面將各個指令發(fā)送給對應(yīng)的PPI，使各個通過通信總線相連的PPI能夠自主協(xié)調(diào)、共同響應(yīng)ES的運行指令。因此，即便與主網(wǎng)DGI沒有任何通訊，微電網(wǎng)在能源交換機DGI的管理下也具有獨立自主的協(xié)調(diào)能力。

各能源交換機將微電網(wǎng)總電壓、頻率及運行狀態(tài)反饋給能源路由器，能源路由器根據(jù)反饋結(jié)果調(diào)控各個能源交換機切換微電網(wǎng)的運行模式，運行模式包括孤島模式和互聯(lián)模式，所述的互聯(lián)模式為：微電網(wǎng)接入低壓直流母線，與低壓直流母線上的其他微電網(wǎng)進行功率平衡互補。

能源局域網(wǎng)運行模式還包括單端供電模式、多端供電模式和多端隔離模式。每條低壓母線均能通過兩種方式與能源路由器的電氣端口進行能量交互：1)直接連接至能源路由器電氣接口、2)通過聯(lián)絡(luò)線及其它母線間接與電氣接口交互。只通過其中一種方式進行交互的稱為單端供電模式；同時通過兩種方式進行交互的稱為多端供電模式。所謂的多端隔離模式是指多個低壓直流母線互聯(lián)但卻與能源路由器所有電氣接口隔離的運行模式。

一種采用所述的考慮多微網(wǎng)互動的能源局域網(wǎng)進行電壓頻率控制的方法，該方法采用主從控制，以容量最大的微電網(wǎng)作為主控單元，維持低壓直流母線電壓恒定，其他微電網(wǎng)為從控單元，當(dāng)運行于孤島模式的微電網(wǎng)的總電壓或頻率超出正常范圍時，能源交換機將其切換至互聯(lián)模式，當(dāng)運行于互聯(lián)模式的微電網(wǎng)的功率滿足切換條件時，能源交換機將其切換至孤島模式。微電網(wǎng)互動是若干微電網(wǎng)在孤島運行和互聯(lián)運行兩種模式之間依據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則進行能量動態(tài)協(xié)調(diào)的運行方案。

能源路由器根據(jù)反饋結(jié)果進行功率差額最優(yōu)匹配，若幾個微電網(wǎng)的冗余功率和缺額功率之和小于設(shè)定值，則將所述的幾個微電網(wǎng)接入低壓直流母線。

所述的微電網(wǎng)的電壓正常范圍確定方法為：繪制微電網(wǎng)允許最大負(fù)荷對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線、允許最小負(fù)荷對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線、分布式電源最大出力對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線以及分布式電源最小出力對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線，將四條曲線圍成區(qū)域的最大電壓或頻率值和最小電壓或頻率值作為正常范圍的上下限。

所述的切換條件為：

其中，U為微電網(wǎng)母線電壓，U_N為微電網(wǎng)母線電壓參考值，U_max、U_min分別為微電網(wǎng)母線電壓上下限，∑P_S為微電網(wǎng)中分布式電源的總輸出功率，P_CH為微電網(wǎng)與低壓直流母線間的交換功率(微電網(wǎng)從低壓直流母線吸收功率則系數(shù)為正，微電網(wǎng)向低壓直流母線輸出功率則系數(shù)為負(fù))，系數(shù)為正的P_Bmax為分布式儲能的最大輸出功率，系數(shù)為負(fù)的P_Bmax為分布式儲能的最大吸收功率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)替代現(xiàn)有研究中微電網(wǎng)直接通過路由器并入主網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，提出新的基于多微網(wǎng)互動的能源局域網(wǎng)三層架構(gòu)，有效增強能源局域網(wǎng)對多饋入系統(tǒng)的電壓支撐能力，自上而下依次連接的能源路由器、多個能源交換機和多個微電網(wǎng)所構(gòu)成的能源局域網(wǎng)架構(gòu)具有層次清晰、各層功能簡明等優(yōu)點，通過綜合計量、總體配置、分層整合，可以有效解決通信過程中的信息瓶頸以及優(yōu)化控制與自治控制的協(xié)調(diào)問題，并達(dá)到能量協(xié)調(diào)的整體最佳。

(2)提出了微網(wǎng)互動方案，通過微電網(wǎng)間能量流的雙向互通、協(xié)同互補，在不同區(qū)域間實現(xiàn)能量的二次均衡，削弱波動性與間歇性，最大限度的實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的綜合利用，簡化或克服可再生能源發(fā)電間歇性與不穩(wěn)定性帶來的功率預(yù)測、備用容量等難題，緩解高比例分布式能源接入造成的調(diào)峰壓力，降低集中并網(wǎng)有功波動，避免主網(wǎng)頻繁參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，保障電網(wǎng)穩(wěn)定性。

(3)能源路由器總是依據(jù)優(yōu)化方案控制相應(yīng)的能源交換機將冗余較大和缺額較大的若干微電網(wǎng)切入互聯(lián)模式，進行功率差額的最優(yōu)匹配，實現(xiàn)鄰近區(qū)域間能量的協(xié)同互補，簡化調(diào)度指令并減少投入微電網(wǎng)的個數(shù)，避免過多微電網(wǎng)同時投切造成對電網(wǎng)擾動的疊加，同時可避免主網(wǎng)頻繁參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)并減小主網(wǎng)的消納負(fù)擔(dān)。

(4)本發(fā)明提出的微電網(wǎng)的電壓正常范圍確定方法是綜合擬合了電力系統(tǒng)功頻靜態(tài)特性而得出的，能夠合理準(zhǔn)確的模擬微電網(wǎng)運行特性，在此基礎(chǔ)上得出的切換條件能夠使模式之間的切換更加準(zhǔn)確和智能。

(5)由互聯(lián)模式切換至孤島模式時，以直流微電網(wǎng)為例，微電網(wǎng)母線電壓已是多微電網(wǎng)互動后的電壓水平，不能視為切換至孤島模式后的電壓水平，因此不能將微電網(wǎng)母線電壓作為由互聯(lián)模式投入孤島模式的切換準(zhǔn)則，故而本發(fā)明提出的切換條件可確保各種模式切換的準(zhǔn)確性。

(6)各層協(xié)調(diào)控制策略以及多種運行模式，能夠提高可再生能源的利用率，充分實現(xiàn)高滲透率分布式能源的接入和消納，確保安全、可靠供電，實現(xiàn)能源局域網(wǎng)在多種工況下經(jīng)濟高效運行。

附圖說明

圖1為本實施例能源局域網(wǎng)分層管理構(gòu)架；

圖2為基于MOSFET的交流能源路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖3為本實施例基于MOSFET的直流能源路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖4為電力系統(tǒng)P-U(f)靜態(tài)特性；

圖5為本實施例針對圖1結(jié)構(gòu)考慮多微網(wǎng)互動的能量管理與協(xié)調(diào)控制流程圖；

圖6(a)-6(c)為本實施例采用本文所提協(xié)調(diào)控制策略下交流微電網(wǎng)孤島模式且設(shè)置負(fù)荷擾動時的運行特性，其中6(a)為交流微電網(wǎng)母線電壓，6(b)為交流微電網(wǎng)負(fù)載電流，6(c)為交流微電網(wǎng)負(fù)荷功率變化；

圖7(a)-7(c)為本實施例多微網(wǎng)互動模式，其中7(a)為主站微電網(wǎng)1母線電壓，7(b)為微電網(wǎng)2母線電壓，7(c)為微電網(wǎng)3母線電壓，7(d)為各微電網(wǎng)交換功率。

圖8為本實施例所采用的直流能源路由器仿真波形；

圖9為本實施例接入能源交換機對單端供電模式運行特性進行驗證的仿真波形。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

以下面從分層架構(gòu)、多微網(wǎng)互動方案及切換策略、運行模式、有效性驗證等幾個方面對本發(fā)明做進一步說明。

(1)基于多微網(wǎng)互動和兩電壓等級母線的直流能源局域網(wǎng)架構(gòu)，能源局域網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)如圖1所示。本實施例中，子網(wǎng)即微電網(wǎng)。

為使能源交換機控制簡單，無需考慮頻率、相位同步等問題以便于各個子網(wǎng)的接入，低壓側(cè)公共母線采用直流形式；

為了簡化能源路由器的結(jié)構(gòu)，減少電能的變換環(huán)節(jié)、使得控制簡單，特提出直流能源路由器，將三級變換簡化為一級變換(如圖3所示)，因此在中壓側(cè)依然采用直流形式。

在子網(wǎng)和中壓直流母線間，提出通過能源交換機將若干子網(wǎng)連接于公共低壓直流母線的多子網(wǎng)互動的能源交換機層，以使相鄰的子網(wǎng)在自身消納失衡時通過互動達(dá)到能量的互補，最大限度的實現(xiàn)能源的就地消納和減小子網(wǎng)并網(wǎng)前電能質(zhì)量波動的幅度和頻次。同時也避免了子網(wǎng)間通過余量上網(wǎng)間接進行能量交換所造成的損失。

(2)多微網(wǎng)互動方案及切換策略

互動方案：

為克服可再生能源發(fā)電間歇性與不穩(wěn)定性帶來的功率預(yù)測、備用容量等難題，降低集中并網(wǎng)有功波動，減小甚至消除系統(tǒng)調(diào)峰壓力，保障電網(wǎng)穩(wěn)定性，本文在能源局域網(wǎng)研究基礎(chǔ)上提出了子網(wǎng)互動方案，如圖5所示。

子網(wǎng)互動是若干子網(wǎng)在孤島運行和互聯(lián)運行兩種模式之間依據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則進行能量動態(tài)協(xié)調(diào)的運行方案。此方案中各ES只需向ER提供自身的運行狀態(tài)(投入、切除、故障等)以及所連接的子網(wǎng)母線電壓(頻率)信息。當(dāng)某一ES檢測出子網(wǎng)母線電壓(頻率)偏差超出設(shè)定值時主動切換至子網(wǎng)互聯(lián)模式。為了簡化調(diào)度指令并減少投入子網(wǎng)的個數(shù)，避免過多子網(wǎng)同時投切造成對電網(wǎng)擾動的疊加，ER總是依據(jù)優(yōu)化方案控制相應(yīng)的ES將冗余較大和缺額較大的若干子網(wǎng)切入互聯(lián)模式，進行功率差額的最優(yōu)匹配，實現(xiàn)鄰近區(qū)域間能量的協(xié)同互補，避免主網(wǎng)頻繁參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)并減小主網(wǎng)的消納負(fù)擔(dān)。能源路由器根據(jù)反饋結(jié)果進行功率差額最優(yōu)匹配，若幾個微電網(wǎng)的冗余功率和缺額功率之和小于設(shè)定值，則將所述的幾個微電網(wǎng)接入低壓直流母線。功率的冗余和不足是相對而言的，當(dāng)U＞U_N時，各分布式電源發(fā)出的總功率∑P_S相對于子網(wǎng)在電壓U_N下消耗的總負(fù)荷功率∑P_Load是冗余的，正因為∑P_S＞∑P_Load才使得母線電壓升高達(dá)到新電壓水平下的功率平衡；當(dāng)U＜U_N時，各分布式電源發(fā)出的總功率∑P_S相對于子網(wǎng)在電壓U_N下消耗的總負(fù)荷功率∑P_Load是不足的，正因為∑P_S＜∑P_Load才使得母線電壓降低達(dá)到新電壓水平下的功率平衡。因此，只要子網(wǎng)電壓U≠U_N，均視為功率冗余或不足，只是優(yōu)先選擇功率冗余或不足較大的子網(wǎng)切入互聯(lián)模式進行能量交互，避免不必要的投切，減少功率損失，延長元器件的壽命。

當(dāng)能源交換機DGI檢測到投入互聯(lián)模式的各個子網(wǎng)供需恢復(fù)正常，則依據(jù)切換策略投入孤島運行模式。

切換策略：

由孤島模式切換至互聯(lián)模式時，可由ES檢測出子網(wǎng)母線電壓(頻率)偏差超出允許值時主動切換至子網(wǎng)互聯(lián)模式。

由互聯(lián)模式切換至孤島模式時，以直流子網(wǎng)為例，子網(wǎng)母線電壓已是多子網(wǎng)互動后的電壓水平，不能視為切換至孤島模式后的電壓水平，因此需要以其它條件作為退出互聯(lián)模式的切換準(zhǔn)則。

電力系統(tǒng)P-U(f)靜態(tài)特性如圖4所示。假設(shè)子網(wǎng)中允許的最大、最小負(fù)荷靜態(tài)特性曲線分別為l₂和l₁，子網(wǎng)中各種電源最大、最小出力所對應(yīng)的靜態(tài)特性曲線分別為m₁和m₂，則圖中由ABCD所圍成的區(qū)域是正常運行范圍。以電壓或頻率作為控制對象，則A、D兩點為子網(wǎng)正常運行與否的臨界點。

以直流子網(wǎng)為例，當(dāng)互聯(lián)模式的子網(wǎng)母線電壓U≥U_N時，則對臨界點A進行分析。其中U為子網(wǎng)母線電壓，U_N為子網(wǎng)的參考電壓。在A點電壓水平下，如果子網(wǎng)中各種能源出力之和小于儲能最大吸收功率和負(fù)載消耗功率之和時，電壓便會回落至正常運行范圍內(nèi)，由此可得：

其中，∑P_S表示子網(wǎng)中各能源總的輸出功率，P_Bmax表示儲能系統(tǒng)的最大輸出容量，為定值(負(fù)號表示吸收能力)，R_L為子網(wǎng)的等效負(fù)載電阻。又：

其中P_CH為互聯(lián)模式時子網(wǎng)與其他子網(wǎng)的交換功率(子網(wǎng)吸收為正，輸出為負(fù))。帶入式(1)可得：

同理對臨界點D進行分析，可得U＜U_N時的切換條件為：

由此可知：能源交換機智能能量管理中心檢測到U≤U_min或U≥U_max時由孤島模式切換至互聯(lián)模式；由互聯(lián)模式切換至孤島模式的條件則為：

子網(wǎng)互動能夠使能量流在子網(wǎng)之間雙向互通、協(xié)同互補，實現(xiàn)不同區(qū)域間能量的二次均衡，削弱波動性與間歇性，最大限度的實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的綜合利用，減小主網(wǎng)的調(diào)峰壓力。

(3)運行模式

基于分層的能量管理系統(tǒng)(energy management systerm，EMS)通過綜合計量、總體配置、分層整合，逐層細(xì)化來簡化通信系統(tǒng)和控制管理系統(tǒng)，可以有效解決通信過程中的信息瓶頸以及優(yōu)化控制與自治控制的協(xié)調(diào)問題，并達(dá)到能量協(xié)調(diào)的整體最佳?？傮w方案如圖5所示。

孤島模式：

風(fēng)光等均采用MPPT控制，儲能裝置采用恒壓(恒頻)控制，以保證獨立運行時母線電壓(頻率)恒定；只有ES檢測出MG母線電壓(頻率)偏差超出允許值時才主動切換至互聯(lián)模式。

此種協(xié)調(diào)控制策略下，各PPI對所接設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)收集并發(fā)送給能源交換機DGI，DGI只需檢測MG的母線電壓(頻率)，結(jié)合所接收到的信息進行能量協(xié)調(diào)優(yōu)化方案的實時計算并按照指令控制各能源接口，實現(xiàn)MG的最佳運行。

互聯(lián)模式：

為了簡化控制策略的復(fù)雜性，避免同一ES在不同控制策略之間頻繁切換對電網(wǎng)造成的擾動，能源交換機層采取主從控制，選擇容量大、出力較穩(wěn)定的子網(wǎng)或儲能電站作為主站并采用恒壓控制以穩(wěn)定ES層直流母線電壓，接于同一公共直流母線上的其它ES均采用控制子網(wǎng)母線電壓的下垂控制，在子網(wǎng)無力維持孤島運行時提供電壓支撐。

單端供電模式和多端供電模式：

依據(jù)低壓直流母線從中壓直流母線獲得功率的途徑可分為兩種運行模式：單端供電模式和多端供電模式。每條低壓母線均能通過兩種方式與能源路由器的電氣端口進行能量交互：1)直接通過電氣接口、2)通過聯(lián)絡(luò)線及其它母線間接與電氣接口交互。只通過其中一種方式進行交互的稱為單端供電模式；同時通過兩種方式進行交互的稱為多端供電模式。

多端隔離模式：

當(dāng)MG互聯(lián)模式中某一低壓直流母線電壓難以維持在正常水平，而路由器層發(fā)生故障時，網(wǎng)群之間可以通過備用的聯(lián)絡(luò)開關(guān)和聯(lián)絡(luò)線實現(xiàn)低壓母線互聯(lián)，進行能量協(xié)同互補，此時運行在多端隔離模式(此種模式運營成本較高，因此只在能源路由器層發(fā)生上述故障被完全隔離時采用)。

(4)算例分析

由于多端隔離模式和多端供電模式是在其它三種模式的基礎(chǔ)上通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)實現(xiàn)能源交換機層母線功率交互而得到的運行模式，旨在進一步提高能源子網(wǎng)的供電可靠性和穩(wěn)定性，因此本實施例只對孤島模式、互動模式以及單端供電模式進行Matlab/Simulink仿真，證明所提構(gòu)架及運行方案的有效性。各個子網(wǎng)或儲能均以吸收功率為正。

1)孤島模式。

圖6表示交流子網(wǎng)的孤島運行模式。其中，在0.4s時設(shè)置擾動，負(fù)荷功率由3kW增加到6kW左右。由圖可知當(dāng)負(fù)荷功率發(fā)生變化時，負(fù)載電流發(fā)生相應(yīng)的變化，但依然能夠維持母線電壓恒定，說明在一定的源荷功率波動范圍內(nèi)，子網(wǎng)在孤島模式下具備一定的自治能力，能夠保證區(qū)域內(nèi)負(fù)荷供電的穩(wěn)定性和可靠性。

2)互動模式。

圖7為三個子網(wǎng)互動模式的運行特性。此模式中，子網(wǎng)1作為主站，與之連接的能源交換機采用恒壓控制，控制對象是在切入互聯(lián)模式時控制互聯(lián)母線電壓恒定；與其它子網(wǎng)相連的能源交換機則采用下垂控制，控制對象是該子網(wǎng)內(nèi)部母線電壓。

本實施例規(guī)定各子網(wǎng)電壓偏差超出10V則主動切入互聯(lián)模式。仿真開始時各子網(wǎng)電壓均在允許范圍內(nèi)。0.2s時子網(wǎng)2由于光伏出力增加導(dǎo)致電壓上升至412V左右，此時經(jīng)由能源交換機智能能量管理系統(tǒng)(DGI)發(fā)送指令后立即切入互聯(lián)模式，同時主站投入，經(jīng)功率協(xié)調(diào)交換1000W功率后將電壓維持在403V左右。0.5s時子網(wǎng)2光伏出力減少，經(jīng)由能源交換機DGI系統(tǒng)預(yù)算并發(fā)送操作指令切入孤島運行，電壓維持在396V左右。0.8s時，主站子網(wǎng)1光伏出力增加，導(dǎo)致母線電壓上升至411V，使得子網(wǎng)2和子網(wǎng)3同時切入互聯(lián)模式，將電壓維持在400V。圖7(d)表示三個子網(wǎng)間的交換功率。

由此可見，在子網(wǎng)超出自己調(diào)控能力時可以通過與其他子網(wǎng)投入互動模式提高自己的供電可靠性，減小波動的幅度和頻次，減小對大電網(wǎng)的擾動以及傳輸功率的損耗。

3)單端供電模式。

當(dāng)互聯(lián)模式不足以平復(fù)分布式能源的擾動時，就需要通過能源交換機與能源局域網(wǎng)相連實現(xiàn)并網(wǎng)，實行“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)劑”的運行機制。此模式能源路由器負(fù)責(zé)控制直流互聯(lián)母線電壓恒定。本實施例使用交流和直流子網(wǎng)互聯(lián)進行驗證。

本實施例采用的直流能源路由器是將10kV直流經(jīng)DC-DC環(huán)節(jié)變換為10kV-10kHz高頻方波，再經(jīng)高頻變壓器變換為400V-10kHz高頻方波，最后由DC-DC變換為低壓側(cè)400V直流電壓。驗證結(jié)果如圖8所示。

圖9為單端供電模式運行特性，0.15s之前直流子網(wǎng)電壓穩(wěn)定在400V，0.15s時由于光伏出力接近于0導(dǎo)致電壓嚴(yán)重跌落，在290V左右。在0.3s時將該子網(wǎng)與交流子網(wǎng)投入互聯(lián)模式，但只能將直流子網(wǎng)電壓提升至350V，而且導(dǎo)致交流子網(wǎng)自身電壓幅值跌落。在0.45s時投入能源交換機，切換至單端供電模式，此后兩子網(wǎng)電壓均恢復(fù)到額定值。