馮高輝，趙爭鳴，袁立強

(1.清華大學能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院，北京 100085；2. 電力系統(tǒng)及發(fā)電設備控制和仿真國家重點實驗室(清華大學 電機工程與應用電子技術系)，北京 100084)

隨著大規(guī)?；茉礊橹鞯陌l(fā)電環(huán)節(jié)對環(huán)境的破壞作用日益明顯，在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)開始引入更多清潔的、可再生的新能源發(fā)電系統(tǒng)，在配電和用電環(huán)節(jié)，通過采用更多交互的多維傳輸網(wǎng)絡和雙向儲能設施，實現(xiàn)電能的高效、智能流通和儲存，即整體著眼于可再生能源的開源和節(jié)流。遵循這個發(fā)展思路，電力行業(yè)先后提出了堅強電網(wǎng)[1]和智能電網(wǎng)的概念[2]?？紤]深度融合信息化、智能化的因素，電力網(wǎng)絡逐步向能源互聯(lián)網(wǎng)[3]、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)[4]等更高等級過渡。這些設想對現(xiàn)有的電力輸、配電網(wǎng)絡和其中的電力設備都提出了新的要求，即從電能供應可靠性到智能化程度的逐步提高，再到融合可再生能源和電能存儲的各類型設備，最后達到對整個電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的智能調(diào)節(jié)，逐步從對電網(wǎng)可靠性要求(堅強電網(wǎng))過渡到對電網(wǎng)中電能的精細管理(能源互聯(lián)網(wǎng))。

綜合能源服務追求的是能源系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化，不同的能源形式在不同應用場合承擔不同角色，主導能源會隨著場景需求的不同而不同。舉例來說，長距離的大容量傳輸，可以是電力網(wǎng)絡也可以是天然氣網(wǎng)絡；儲能環(huán)節(jié)的選擇則更多，可以是電儲能、天然氣儲能、冷/熱儲能等；可以根據(jù)應用環(huán)境的不同，采用單一的能源或者幾種能源的組合進行面向用戶的供能服務。而能源互聯(lián)網(wǎng)的初衷是實現(xiàn)更大范圍的多種能源傳輸、轉換、儲能和應用，從這個角度來看，綜合能源服務是能源互聯(lián)網(wǎng)在用戶側的集中體現(xiàn)。如何在當前能源互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的前提下，將能源互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢和綜合能源服務的優(yōu)勢緊密結合起來，將電能在綜合能源服務中的應用優(yōu)勢發(fā)揮到最大，進而形成以電能為主體的綜合能源服務，是本文研究的主要目的。為實現(xiàn)這個目標，需要在能源互聯(lián)網(wǎng)中布置智能的電能管理裝置和配套能源管理系統(tǒng)，即電能路由器。

1 電能路由器的應用需求

電能路由器作為能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵節(jié)點設備，在信息和能量2個方面高度統(tǒng)一和互動，信息控制能量，能量反制信息，在多源多荷的復雜電力網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過電能路由器可以實時對各條線路的能流主動管理，各個節(jié)點的信息實時共享。

在目前的電網(wǎng)中，存在大量運行的新能源發(fā)電設備和儲能設備，它們大部分以相對獨立的形式存在，與電網(wǎng)的交互只限制在某一個局部。

在發(fā)電側，通常會根據(jù)場地條件布置集中式的光伏和風電發(fā)電系統(tǒng)，同時根據(jù)需要配置一定的儲能系統(tǒng)，這幾部分通常會直接并聯(lián)到中壓交流電網(wǎng)中，各部分之間是交流耦合，互相之間的信息不透明，按照各自的設定目標執(zhí)行，如光伏、風電按照最大發(fā)電功率執(zhí)行，儲能根據(jù)需求進行移峰填谷或者與常規(guī)發(fā)電機組聯(lián)合進行快速調(diào)頻，應用模式如圖1所示。這種應用模式可以看作是電能路由應用的初級階段，電能在各部分之間是自發(fā)流動的，路由器的結構是松散的。

在電網(wǎng)側，現(xiàn)有的一些電能路由器應用方式是利用儲能對調(diào)頻、調(diào)峰需求較大的主干路電網(wǎng)進行補償，這種應用不多，基本上可以看作是電能雙向流動的路由行為。

圖1 發(fā)電側新能源和儲能應用模式Fig.1 Application of new energy and energy storage at generation side

在用戶側，目前分別是以交流母線耦合和直流母線耦合為2種主要形式的松散型電能路由方案。目前園區(qū)微電網(wǎng)大部分是以交流母線耦合為主，利用現(xiàn)有的各種電能并網(wǎng)設備，如光伏并網(wǎng)、風電并網(wǎng)和儲能并網(wǎng)等設備，構建分散式的電能匯集和自發(fā)分配的電能管理系統(tǒng)。在這種分布式微電網(wǎng)中的各種并網(wǎng)設備和用電設備共同構成的電能路由系統(tǒng)，主要特點是各個電能端口之間通過開放的公共交流母線進行電能互聯(lián)。如圖2所示，其中各部分并網(wǎng)設備按照各自設定的目標執(zhí)行，互相之間沒有通信，需要加裝信息采集和傳輸裝置實現(xiàn)各自部分信息的上送，由于各部分設備沒有開放控制權限，因此微電網(wǎng)中的控制器主要起到系統(tǒng)線路保護和監(jiān)視各部分裝置的作用。

圖2 基于公共交流母線的松散型電能路由器Fig.2 Loose electric energy router based on common AC bus

這種形式的電能路由本質(zhì)是一種被動路由，只在微電網(wǎng)內(nèi)分布式設備的信息層面實現(xiàn)了路由，而在能源層面是被動路由。如果要進行主動路由，需要在微電網(wǎng)中各個分布式設備的層面增加代理設備，該設備能夠起到采集信息和控制指令下發(fā)給微電網(wǎng)內(nèi)部各個設備的作用[5]，如圖3所示，由此帶來的是設備成本和通信復雜程度的增加。

圖3 基于代理機制的能源互聯(lián)網(wǎng)微電網(wǎng)Fig.3 Energy internet based on energy LAN agent

第二類是將分布式的直流變換器通過直流母線耦合在一起，形成基于直流母線的電能路由方案，如圖4所示。與交流微電網(wǎng)不同的是，由于涉及直流母線電壓的本地控制，連接到直流微電網(wǎng)上的變換器通常采用下垂控制，將直流母線電壓穩(wěn)定在某個范圍內(nèi)，上層控制器對各個分散的變換器進行狀態(tài)監(jiān)控和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理[6]。

圖4 基于直流母線的松散型電能路由器Fig.4 Loose electric energy router based on common DC bus

由于連接到直流微電網(wǎng)中的變換器不是全部集中控制，而是按照各自設定的控制目標運行，相互之間的通信受限，所以這類微電網(wǎng)內(nèi)部的電能路由也是被動進行的。

綜合來看，不管是在發(fā)電側、電網(wǎng)側還是用戶側，由分散式設備構成的系統(tǒng)內(nèi)的被動電能路由行為，都由于缺乏集中的能量管理系統(tǒng)，導致系統(tǒng)內(nèi)能量容易出現(xiàn)不平衡，進而造成系統(tǒng)內(nèi)局部不穩(wěn)定，需要容量更大的上層網(wǎng)絡作支撐；而當電網(wǎng)系統(tǒng)中用戶側的各個微電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)量增多后，各個微電網(wǎng)系統(tǒng)之間的通信和電能管理更是難以實時互聯(lián)互通，容易影響配電網(wǎng)系統(tǒng)或者更大范圍的網(wǎng)絡不穩(wěn)定。

因此，需要集中式電能路由器從配電網(wǎng)底層直接進行能量管理和電能質(zhì)量治理，即同時滿足對電能的靈活路由要求和對用戶的電能變換要求[7-8]。特別是隨著新能源的高滲透率接入后，通過安裝集中式電能路由器，配合儲能就能夠在用戶側直接進行能量管理和就地消納，在更高電壓等級的配電網(wǎng)中應用不同接口和功能類型的電能路由器進行組網(wǎng)運行[9-10]，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)在配電網(wǎng)和用戶側微電網(wǎng)層面的預定目標。同時，結合用戶側和發(fā)電側對有源濾波、無功補償、低電壓穿越等功能的需求，在集中式電能路由器這樣的多端口設備中，并網(wǎng)端口可以兼顧這些需求，與現(xiàn)有的交流或直流母線的耦合方案相比，實現(xiàn)了更多功能的集中。各個端口承擔的功能明確，互相耦合的狀態(tài)加強，可以實現(xiàn)更多單體設備組網(wǎng)運行時不具備的功能，如集群運行、分層運行等。

2 電能路由器的研究路線和功能

電能路由器作為綜合電能變換與信息處理的底層支撐設備，對其相關研究從2011年左右開始，并且持續(xù)活躍至今[11-13]。最開始是從能源互聯(lián)網(wǎng)的角度展開研究，提出電能路由器的概念，然后從電能路由器的裝置角度出發(fā)展開多方面的研究，如拓撲形態(tài)、控制策略、能量管理和啟動控制等[14-22]，進一步針對裝置在戶用場所[23-25]、電網(wǎng)故障情況[26]、電能質(zhì)量控制[27]、靈活配電系統(tǒng)[28]等各類場景中的應用進行了專門研究，重點研究了微電網(wǎng)應用中的組網(wǎng)模式[29-32]、潮流控制[33-34]、優(yōu)化控制[35]、能量管理[36-37]等；同時，針對電能路由器涉及的信息層面，在信息通信、信息能量接口方面也進行了一定的研究[38-39]，并且專門針對網(wǎng)絡中實現(xiàn)路由功能，對不同優(yōu)化目標的路由算法進行了研究[40-41]。

從上述過程來看，不同專業(yè)領域的人員對電能路由器的認識和研究是不同的，歸納如下：

a)從電網(wǎng)的角度看，電能路由器是一種面向主動配電網(wǎng)和多源終端的電能管理調(diào)節(jié)設備。

b)從信息角度看，電能路由器是狀態(tài)感知和信息處理的網(wǎng)絡信息傳輸節(jié)點設備。

c)從電力電子學科的角度看，電能路由器是一種多端口、多流向、多功能形態(tài)的電力電子變換器，在其中實現(xiàn)信息流與能量流的相互控制和制約。

d)從裝置構成材料的角度看，電能路由器是由半導體、銅、鐵、磁、絕緣和冷卻等材料和器件構成的電磁能量變換裝置。

本文從電力電子學科的角度展開，逐步面向能源互聯(lián)網(wǎng)中的應用進行研討。

電能路由器拓撲結構起源于電力電子變壓器，研制電力電子變壓器的初衷是用可控的半導體開關器件與高頻變壓器組合，替代體積和重量都比較大的工頻電力變壓器，用于對體積和重量要求比較高的場合，如機車、艦船等。它首先是一個兩端口的裝置，除了具備傳統(tǒng)變壓器的變壓、電氣隔離等功能外，還可以控制傳輸功率，包括抑制和改善諧波等。由于加入可控開關元件和控制單元，實現(xiàn)了較大的可控性。在此基礎上，隨著新能源和儲能的接入需求越來越多，如光伏、風電并網(wǎng)和儲能的削峰填谷等應用，在電力電子變壓器的連接母線上通過交流或直流變換器接入這些新能源，使得裝置由兩端口變成多端口的電力電子變壓器。多端口的特性使得裝置所處的網(wǎng)絡節(jié)點具備了傳輸路徑的多選性，繼續(xù)將這些多端口設備互聯(lián)互通后，就形成了以這些多端口設備為節(jié)點的電能傳輸和存儲網(wǎng)絡，類比于信息互聯(lián)網(wǎng)，把這樣的電能網(wǎng)絡稱為電力能源互聯(lián)網(wǎng)，中間的這些多端口設備稱為電能路由器。不同類型的電能路由器組網(wǎng)應用示例如圖5所示，其中按照配電網(wǎng)接入端口的電壓等級可以分為中壓電能路由器(medium-voltage electric energy router，MV_EER)和低壓電能路由器(low-voltage electric energy router，LV_EER)。

圖5 電能路由器的組網(wǎng)應用示例Fig.5 Networking application of electric energy router

舉例來說，圖5中左下方的1號負荷所需的電能既可以由與1號LV_EER就近連接的1號儲能提供，也可以通過1號MV_EER由上方的1號電網(wǎng)和1號光伏提供，還可以通過2號MV_EER由右下方的2號電網(wǎng)和2號光伏提供，即為這個負荷提供了多條電能供應的流通路徑，配合網(wǎng)絡優(yōu)化目標和約束條件形成的路由規(guī)則，就確定了網(wǎng)絡中各級電能路由器的具體執(zhí)行目標。

各級電能路由器的功能具體表現(xiàn)在2個層面。在單個裝置層面：①具備電能變換能力；②具備信息收發(fā)和處理能力；③具備對外通信能力；④具備電能互聯(lián)互通能力。在裝置集群層面：①具備集群網(wǎng)絡內(nèi)部各條線路的功率傳輸調(diào)節(jié)能力；②具備重要負荷的供電可靠性及故障容錯和功能互補；③可實現(xiàn)集群網(wǎng)絡內(nèi)部的自動優(yōu)化和調(diào)度，減少了人工干預的程度；④具備集群內(nèi)數(shù)據(jù)分析和自動上傳能力。電能路由器裝置的功能構成如圖6所示。

圖6 電能路由器裝置的功能框圖Fig.6 Functional block of electric energy router

電能路由器裝置內(nèi)部分為電能變換單元、信息收發(fā)單元、數(shù)據(jù)處理單元和通信接口。電能變換單元主要由電力電子變換電路構成，完成電能的變換、傳輸、隔離以及電能質(zhì)量治理和其他功能，各個變換端口提供電能路由所需的多端口物理基礎；信息收發(fā)單元主要由傳感器和信號處理電路構成，完成對端口外部和內(nèi)部狀態(tài)信息的采集和控制；數(shù)據(jù)處理單元主要由處理器和數(shù)據(jù)存儲芯片構成，完成裝置的本地自治和生成上報數(shù)據(jù)；通信接口則是由符合裝置內(nèi)部、上層和云端數(shù)據(jù)傳輸要求的電路構成，分為內(nèi)部通信和外部通信。內(nèi)部通信是指電能路由器內(nèi)部各部分之間的通信，相對而言是短時間尺度的，進行快速響應和動作；外部通信主要包括與平級設備、繼保設備和上級設備間的通信，如其他電能路由器、上級能量管理調(diào)度設備或者云端設備。

上述依托電能路由器形成的微電網(wǎng)平臺，在技術推進上涉及以下幾個方面：

a)首先是依托電力電子技術實現(xiàn)基本的電能變換功能和改進電能質(zhì)量的功能，這是電能路由器區(qū)別于常規(guī)變壓器的根本。這其中又包括采用新型的半導體器件和不同電壓等級下帶來的一系列問題，需要研究新的功率半導體器件和高電壓等級下的裝置絕緣、耐壓等問題。

b)其次是不同時間尺度、不同通信規(guī)約的通信系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)，其中大致包括裝置內(nèi)部各個部分之間的高速通信、裝置集群之間的通信、裝置與能量管理系統(tǒng)之間的通信、微電網(wǎng)平臺與云平臺等其他上層設備的通信，需要制訂相應的通信標準和協(xié)議。

c)集群組網(wǎng)后，還需要開發(fā)微電網(wǎng)內(nèi)部以及各層級網(wǎng)絡的能量管理調(diào)度系統(tǒng)，涉及到電力系統(tǒng)中的網(wǎng)絡效率優(yōu)化、繼電保護、供電可靠裕度等方面的技術發(fā)展。這部分是電能路由器未來應用中需要重點研究和解決的技術難題，比如：在雙向可控的多支路潮流中如何優(yōu)化；現(xiàn)有繼保裝置如何與電力電子裝置的保護裝置配合；新增用戶場景中，交、直流源、荷的比例如何分配。

3 集中式電能路由器在微電網(wǎng)和配電網(wǎng)中的應用結構

區(qū)別于用公共母線(交流和直流)耦合構成的松散型電能路由方案，本文提出以多端口電力電子變壓器為基礎拓撲的集中式電能路由器的應用結構。該集中式電能路由器結構緊湊，將多級變換器集中控制，對外可以提供多個不同容量的電能端口，所提供的端口兼容高壓、中壓和低壓，交流和直流，可用于高、低壓交、直流混合微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間，而且可以兼容如諧波治理、無功補償、低電壓穿越等功能。采用集中控制器能夠帶來各個端口之間電能的快速響應，不受外部通信條件的制約，能夠兼顧長、短時間尺度內(nèi)的電能路由行為。

集中式電能路由器布置在增量配電網(wǎng)之間或者配電網(wǎng)中的微電網(wǎng)相應節(jié)點位置，根據(jù)微電網(wǎng)情況選擇合適的端口類型和容量。當應用于混合微電網(wǎng)時，在現(xiàn)場條件沒有明確要求各個端口之間兩兩電氣隔離的情況下，或者是拓撲只有兩端口的情況下，拓撲內(nèi)部可以采用共直流匯集的形式。其中，直流母線可以根據(jù)所連接的直流源或負載進行電壓等級的設置，結構如圖7所示。該結構在能源層面，通過在裝置內(nèi)部設置高壓和低壓的直流母線，并且設置與外部裝置匹配的接口變換器，實現(xiàn)各個部分的電能主動路由。與松散型電能路由方案相比，集中式體現(xiàn)在并網(wǎng)裝置的容量復用和短時間尺度的控制策略上，同時集合了局域網(wǎng)信息代理功能，實現(xiàn)信息傳輸和控制指令的遠程收發(fā)。

圖7 基于直流母線電力電子變壓器的集中式電能路由器Fig.7 Centralized electric energy router based on power electronic transformer with DC bus

當應用于多條配電網(wǎng)線路之間時，要求各個端口之間兩兩電氣隔離，此時拓撲內(nèi)部需要采用多端口的高頻隔離變換器或者共高頻母線的結構，如圖8表示連接4條中壓配電網(wǎng)線路的集中式電能路由器，每條線路與電能路由器的1個中壓端口連接，實現(xiàn)相互間的電能路由。

圖8 基于高頻母線多端口電力電子變壓器的集中式電能路由器Fig.8 Centralized electric energy router based on multi-port power electronic transformer with high frequency bus

基于直流母線的拓撲結構由于內(nèi)部有直流環(huán)節(jié)，系統(tǒng)各端口變換器之間耦合度比基于高頻母線拓撲的各端口變換器的耦合度更低，系統(tǒng)整體慣性更大，瞬態(tài)控制相對容易，目前更多地應用于集中式電能路由器的結構中。

4 電能路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應用

本節(jié)考慮電能路由器在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應用場景，以配電網(wǎng)內(nèi)能量管理以及配電網(wǎng)間潮流控制為目標，每種類型的應用場景可以通過不同類型接口和不同功率等級的電能路由器單個或集群組合，來實現(xiàn)存量配電網(wǎng)改造和增量配電網(wǎng)應用。

4.1 工業(yè)生活園區(qū)的應用

配電網(wǎng)內(nèi)部典型的應用場景是工業(yè)、生活園區(qū)，其配電網(wǎng)間利用中壓大功率的多端口電能路由器進行配電網(wǎng)線路間的柔性連接。

工業(yè)園區(qū)內(nèi)部，包括傳統(tǒng)的制造加工集群的工業(yè)園區(qū)和以提供數(shù)據(jù)服務為主的園區(qū)，特點都是耗電量很大，負荷以非線性和脈沖型負荷為主，這些場所除了可以利用分布式光伏外，還經(jīng)常配置一些超級電容、飛輪儲能等，以保證重要負荷不斷電。同時充分利用儲能設備進行削峰填谷，降低電費開支。生活園區(qū)中負荷主要是空調(diào)類電動機負荷、熱水器和充電樁等，同時園區(qū)內(nèi)可以因地制宜地布局一些分布式光伏和儲能設施，負荷變化相對平緩。園區(qū)微電網(wǎng)的能量管理方面：一是可以利用光、儲配合提高經(jīng)濟性；二是可以對負荷進行需求管理(如電動汽車的V2G)，同時利用發(fā)電機組對重要負荷進行保障。

典型組網(wǎng)應用如圖9所示，由MV_EER和LV_EER這2類電能路由器串聯(lián)組成。MV_EER布置于變電站內(nèi)，提供交流和直流2路中壓電壓接入端口：1路400 V交流母線與發(fā)電機組互聯(lián)，作為孤島運行的備用；1路750 V直流母線與各個用戶側的LV_EER互聯(lián)。LV_EER布置在園區(qū)適當位置的配電室內(nèi)，就近連接光、儲設備等，然后通過配電系統(tǒng)接到負荷端。所有線路的節(jié)點信息通過LV_EER處理后，上送變電站內(nèi)的MV_EER，其能量管理系統(tǒng)通過兩級電能路由器和配電系統(tǒng)進行負荷主動管理、園區(qū)微電網(wǎng)能量管理和重要信息上送。根據(jù)園區(qū)的發(fā)展建設，可以并聯(lián)或集群使用MV_EER，提供更多的端口數(shù)量和更大的功率等級，而LV_EER的拓撲可以根據(jù)具體場景演變?yōu)閮啥丝诘膬δ蹹C/DC或者三端口的光儲一體DC/DC等。當處于孤島運行狀態(tài)時，能量管理系統(tǒng)需要進行新能源發(fā)電、儲能管理、發(fā)電機組的協(xié)調(diào)運行和負載的主動管理。由于沒有電網(wǎng)的支撐，各個底層的LV_EER需要及時上送信息，便于MV_EER及時進行負荷管理和發(fā)電機組啟停操作。

4.2 數(shù)據(jù)中心園區(qū)的應用

還有一些新型場合的應用，比如將變電站建設改造與儲能站和數(shù)據(jù)中心站結合，其中儲能站和數(shù)據(jù)中心除了可以為變電站自身服務，更多地可以為變電站后端的業(yè)務需求提供服務。變電站內(nèi)的典型組網(wǎng)應用如圖10所示，2路MV_EER通過不同的10 kV線路引入變電站內(nèi)，通過之間的互聯(lián)互相備用，通過2路獨立LV_EER提供400 V交流變壓功能和分布式設備的接入功能，與園區(qū)中的LV_EER應用類似；同時通過2路并聯(lián)使用的LV_EER為數(shù)據(jù)中心提供低壓直流雙線供電，為保證足夠的供電可靠性，接入超級電容等功率型儲能裝置。最終所有底層設備信息通過計算處理后上送至主MV_EER，用于變電站內(nèi)新場景應用的能量管理。

圖9 工業(yè)生活園區(qū)配電網(wǎng)內(nèi)電能路由器組網(wǎng)應用案例Fig.9 Networking application of electric energy router in distribution network in industrial and living area

圖10 變電站中電能路由器組網(wǎng)應用案例Fig.10 Networking application of electric energy router in distribution network in transformer substation

4.3 配電網(wǎng)之間的應用

在電網(wǎng)傳輸線路中，多個獨立的配電網(wǎng)可以通過電能路由器進行互聯(lián)，實現(xiàn)在能源互聯(lián)網(wǎng)中配電網(wǎng)間電能路由的目標。

目前在城市地區(qū)，中壓配電網(wǎng)通常采用環(huán)形網(wǎng)絡結構，一般以開環(huán)運行為主。如圖11所示為一種典型雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，其中：1號、2號配電網(wǎng)線路構成單環(huán)網(wǎng)，通過QF1連接；3號、4號配電網(wǎng)線路構成單環(huán)網(wǎng)，通過QF2連接；正常運行時QF1和QF2均斷開，系統(tǒng)開環(huán)運行。當需要合環(huán)運行時，由于不同供電分區(qū)的電源電壓幅值、相位均可能存在偏差，合環(huán)運行可能導致環(huán)流過大，引發(fā)線路保護。由于10 kV母線采用單聯(lián)絡的接線方式，線路上會有許多備用和冗余設備，使得在新建變電站和線路時，站址通道選址困難；同時為保證系統(tǒng)“N-1”的裕度，每條線路的最大負載率均為50%。

圖11 傳統(tǒng)的雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)應用案例Fig.11 Traditional double ring distribution networking application

為此，考慮將幾個獨立運行的配電網(wǎng)線路，通過電能路由器柔性連接，實現(xiàn)多條線路潮流的快速分配，達到不停電轉移負荷，同時提高電網(wǎng)設備利用率的目的[42]。采用四端口中壓電能路由器將4條10 kV配電線路互聯(lián)后，組網(wǎng)方式如圖12所示。各條線路正常工作時，各個端口傳輸功率均為零，當某條線路遠端出現(xiàn)故障時，其他3條線路可以通過MV_EER快速輸出功率。由于采用電力電子技術，功率的暫態(tài)沖擊和轉移過程可控，還可以根據(jù)各端口需要提供相應的無功。

圖12 基于電能路由器的配電網(wǎng)互聯(lián)方式Fig.12 Distribution networking connection mode based on electric energy router

4.4 能源互聯(lián)網(wǎng)中的集群應用

利用不同類型的電能路由器集群，形成在10 kV配電網(wǎng)內(nèi)部的多維交互網(wǎng)絡化，電能具有多條潮流途徑，在此基礎上處于各位置的電能路由器各司其職，底層路由器進行信息收發(fā)和電能路由，上層路由器進行邊緣計算和信息上報。以10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的基本單元，這些基本單元之間通過中壓電能路由器互聯(lián)，實現(xiàn)基本單元之間的路由執(zhí)行功能。一種基于電能路由器集群的能源互聯(lián)網(wǎng)模型如圖13所示，多個基本單元(10 kV配電網(wǎng))通過多端口MV_EER連接，然后與更高電壓等級的輸電網(wǎng)連接。

5 結束語

本文介紹了電能路由器作為能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵感知設備和路由設備，通過不斷拓展、完善其功能并廣泛推廣應用，能夠滿足能源互聯(lián)網(wǎng)預想的各種需求。隨著電能路由器的不斷發(fā)展和大量應用，會一定程度地改變現(xiàn)有電力網(wǎng)絡的運行規(guī)則和其他電網(wǎng)設備，實現(xiàn)電能在更大范圍內(nèi)的智能安全運行。

圖13 基于電能路由器集群的能源互聯(lián)網(wǎng)模型Fig.13 Energy Internet model based on cluster application of electric energy router