图8-13所示的方案是数据中心的直流微电网。直流微电网由Zone1表示。Zone2是优先级较高的交流负载,空间上它与直流微电网相距很近。最后,是交流电网及其负载。直流微电网具有以下三个独立的电能来源:交流电网、能量储存(应急电源)设备和柴油发电机(备用电源)。由于每个电源有打开及关闭两种状态,这代表直流微电网运行模式有8种。每种模式下,Zone2中的负载可以连接(开关SW4关闭)或断开(开关SW4打开),从而有16种运行模式,见表8-1。
表8-1 直流微电网的运行模式
(续)
图8-13 数据中心的直流微电网
在使用备用电源的运行模式下,一般都是由柴油发电机来为负载供电,但快速的负载波动可以用蓄电池等储能装置来弥补。因此,在使用备用柴油发电机供电时,没有理由断开储能装置。这就是说模式3与模式7可以看做同一种模式。同理模式4与模式8,模式12与模式16也可这样认为。模式9、模式11、模式13和模式15中,要求开关SW4在交流电网运行的同时打开,然而实际情况却并非如此,因为Zone2中的负载为优先级较高负载。因此,最终只考虑8种模式,见表8-2。
表8-2 直流微电网不同运行模式下的控制变量
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在NO.1输入模式下,交流电网为直流微电网和Zone2、Zone3中的负载供电。变换器C1维持直流微电网中的直流电压恒定,与此同时,储能设备则蓄满电能。在这种模式下,柴油发电机和变换器C2都处在关闭状态。
如果交流电网发生中断,变换器C1和Zone2、Zone3中的负载会断电。那时,在打开开关SW2后,变换器C1会产生交流电压。在这种模式下,从储能装置而来的NO.2应急支持模式电源会为直流微电网和Zone2供电。此时,直流环节电压会不可调。
如果交流电网中断超过一定的时间,就会起动柴油发电机,当发电机准备起动时,微电网的运行模式会从NO.2应急支持模式转变为NO.4备用支持模式,这就代表此时直流微电网和Zone2中的负载是由柴油发电机供电的(一些负载变化仍然要由储能装置来补偿)。变换器C1仍然为Zone2提供交流电压,但变换器C2将会调节直流环电压。
如果储能装置只供应微电网,不能为Zone2供电,那么直流微电网的运行模式将会由NO.2应急支持模式转为NO.3应急模式。同样,如果备用发电机的容量只能满足直流微电网的要求,而不能供应高级交流负载的话,直流为电网的运行模式会由NO.4备用支持模式转为NO.5备用模式。
当直流微电网连接到交流电网上时,柴油发电机和储能设备就可以被使用。直流微电网中多余的功率会输出到交流电网中,变换器C1完成这项任务,此时C1是一个可控电源。尤其是当电价较高且又是交流电网中的负荷高峰时期,可通过NO.5“备用模式”和NO.7“应急输出模式”实现。
如前所述,直流微电网有8种不同运行模式。直流微电网只能从一种运行模式转化为另一种模式。从控制的角度来看,紧邻的这两种运行模式是相关的。每次模式转换都是由某个因素引起的(预设的或意外的),直流微电网可能的23种转换情况和所有的转换及与之引起转换的因素见表8-3。
表8-3 直流微电网状态转变及操作
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