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能源互联网架构分析及对比研究
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精益管理 - 183 - (标注:IEM 为智能能源管理; SST 为固态变压器; DGI 为分布式电网智能; IFM 为智能故障管理; FID 为故障隔离装置; DRER 为分布式可再生能源资源; DESD 为分布式储能装置) 图 2-1 中,顶部是交流母线,该条母线上配备 了用以保护线路和系统的 IFM 设备。中间红色方框 表示的是作为能源路由器角色的 IEM 设备。左下角 和右下角分别是交直流即插即用接口,这两个接口 可以连接交直流的 DRER(分布式可再生能源)以及 直流的 DESD(分布式储能装置)等等。 图 2-2 说明了由图 2-1 中的节点所构成的 FREEDM 系统框图 [2]。在整个 FREEDM 系统中有着大脑 地位的是其分布式操作系统,它由在所有 SST(固态 变压器)和 FID(故障隔离装置)中嵌入的 DGI(分 布式电网智能)所构成。分布式操作系统负责控制 整个网络的正常运转,还具有控制整个网络的能源 分配的作用,并且负责调整控制能源市场和能源经 济。图中的绿线即为 RSC(可靠和安全通信)网络, 系统中的 IEM 设备和 IFM 设备即通过这个网络相互 通信。所有的负载、DRER 以及 DESD 都是通过 SST 中 的标准通信协议进行通信的。 图 2-2 FREEDM 系统框图 (标注:RSC 为可靠和安全通信; ESD 为储能装置) FREEDM 系统的控制方式十分复杂,其复杂程度 远超过传统的分布式电网。FREEDM 系统的控制层可 以分为如图 2-3 所示的几个层次 [2]。 图 2-3 FREEDM 系统分层控制图 由图 2-3 可以看出,由每一个 SST 贡献第 2 层 的控制,用以调整低压交流和直流母线电压,并且 提供了一个电网侧端口,此端口可以用于功率控制 和频率控制。 SST 控制的另一个重要好处是可以改善 交流侧的电能质量以及降低谐波,以使其满足诸如 IEEE 519 等标准的实用要求。第 3 层控制所具有的 则是大多数电网公司所重点关注的功能,即对于整 个 FREEDM 系统的全局性控制。这一层的控制由每一 个植入在 IEM 节点和 IFM 节点中的 DGI 系统来提供, 由此,我们自然而然的想到这一层的控制可以分为 两种,即 IEM 控制和 IFM 控制。在 FREEDM 系统中, 节点的数量和功率高低是成比例的,并且可以扩展 到典型住宅社区网络中的数百个节点。第 4 层是最 高级别的控制,用以协调几个 FREEDM 系统来组成大 区域型电网。 图 2-4 为其中一种实现 DGI 系统的架构 [2]。 图的 左侧为图 2-3 介绍过的 FREEDM 系统的分级控制,对 于每一级的控制来说,都规定了不同的时间限制, 例如小到 SST 控制的微秒级控制,大到 IEM 控制的 小时级控制。在图的右上方画出了一个用扁平化的 DGI 代理实现层表示的 DGI 软件架构, 在每个 SST 和 FID 中都有着这样的结构。 然而要让电力工程师使用

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