柳寅

【摘 要】本文在對基于電力電子變換的電能路由器及其功能、類型等分析基礎(chǔ)上，對其研究現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】電力電子變換；電能路由器；研究現(xiàn)狀；發(fā)展

隨著分布式可再生能源發(fā)電技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中并入應(yīng)用，使得傳統(tǒng)集中式向多種并存的發(fā)電方式轉(zhuǎn)變中，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的配電運(yùn)行要求也不斷提升，再加上電力改革與市場化發(fā)展的不斷推進(jìn)，使得未來電能交易的形式更加靈活自由，電能流動更加多樣化，因此，為滿足未來電網(wǎng)進(jìn)行電能控制的復(fù)雜性與多樣性需求，在信息技術(shù)與電力電子變換等技術(shù)發(fā)展與集成應(yīng)用條件下，基于電力電子變換的電能路由器逐漸被研究提出，并且在未來電網(wǎng)以及電力事業(yè)的建設(shè)與發(fā)展中起到了非常積極的作用和意義。

一、基于電力電子變換的電能路由器及其功能要求分析

基于電力電子變換的電能路由器是在對信息技術(shù)以及電力電子變換技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)集成轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)上，實現(xiàn)的一種對分布式能量高效利用與傳輸支持的電力裝備。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，電能路由器可以作為電力局域網(wǎng)和主干網(wǎng)之間的交互接口，在對電力局域網(wǎng)內(nèi)部各設(shè)備運(yùn)行及能量分配進(jìn)行管理的同時，還能夠通過對上層電力調(diào)度中心的指令進(jìn)行接收以及實現(xiàn)局域網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)上傳實現(xiàn)?？傊?，電能路由器在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用，能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益或者是電網(wǎng)用戶自定義優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行定點、定量的能量傳遞，是未來電網(wǎng)運(yùn)行的重要樞紐，在實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)中子網(wǎng)內(nèi)部的能量流動以及子網(wǎng)與主干網(wǎng)之間的能量交換控制與管理中具有非常重要的作用。

電能路由器作為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的重要基礎(chǔ)與核心部件，其功能作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。首先，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，未來實現(xiàn)節(jié)點之間能量的精確傳遞，需要在電網(wǎng)設(shè)備中標(biāo)記設(shè)置相應(yīng)的IP地址，然后由電能路由器根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的各節(jié)點IP地址以及實時變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在能量交換過程中迅速確定最佳能量傳遞路徑，以實現(xiàn)電力局域網(wǎng)內(nèi)部或者是相鄰近局域網(wǎng)之間能量交換的控制與管理。一般情況下，在電力局域網(wǎng)內(nèi)部或相鄰近局域網(wǎng)之間的能量交換管理中，只需要一臺電能路由器即可實現(xiàn)傳遞路徑的推算與確定，以進(jìn)行能量交換管理；而對不相鄰近的局域網(wǎng)之間能量傳遞，則需要多個電能路由器共同參與，并且需要依靠路由協(xié)議實現(xiàn)能量傳遞最佳路徑的推算確定。其次，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，電能路由器運(yùn)行應(yīng)用中為滿足不同設(shè)備的電氣形式需求，往往需要具備多種電氣形式的接口，并且每個端口還要具備能量多向流動能力，以實現(xiàn)能量定點、定量的交換傳遞。此外，在電氣設(shè)備與電能路由器連接后，通過設(shè)定好的協(xié)議內(nèi)容實現(xiàn)信息交互后，路由器在進(jìn)行電氣終端類型與狀態(tài)快速識別后，根據(jù)終端命令采取相應(yīng)的電氣形式完成能量交換，并對系統(tǒng)連接配置與狀態(tài)進(jìn)行更新，根據(jù)這一情況可以看出，為滿足其在電網(wǎng)系統(tǒng)的有關(guān)功能要求，電能路由器與電氣設(shè)備的連接接口需要包含有通信與功率兩種端口。但是與電能路由器連接的電氣形式要求不同，這就需要電能路由器在與電氣設(shè)備連接中需要設(shè)置有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化即插即用接口，以滿足其有關(guān)功能需求。此外，還要求電能路由器具備較好的可擴(kuò)展性，以滿足電網(wǎng)用戶或節(jié)點增加的需求。

二、基于電力電子變換的電能路由器類型及其研究發(fā)展分析

根據(jù)國內(nèi)城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)類型，配電網(wǎng)中使用的電能路由器也可以根據(jù)功率等級的不同，劃分為主干電能路由器與區(qū)域電能路由器、家庭電能路由器三種類型。

其中，配電網(wǎng)中的主干電能路由器與電網(wǎng)變電站的功能作用基本相似，其電壓變換的等級一般在10kv以上，具有功率大，功能較為單一，能量流動方式簡單的特點。但需要注意的是，主干電能路由器的供電區(qū)域較大，因此對其在配電網(wǎng)中運(yùn)行使用的可靠性要求也比較高，需要在實際應(yīng)用中設(shè)置相應(yīng)的冗余配備。同時配電網(wǎng)中的主干電能路由器還具有故障隔離的功能，在電力局域網(wǎng)故障情況下，能夠迅速實現(xiàn)故障隔離，以避免對主干網(wǎng)形成影響，此外根據(jù)供電區(qū)域的大功率非線性負(fù)載情況，主干電能路由器還需要具備無功補(bǔ)償以及諧波改善、電壓支撐等電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能，以實現(xiàn)較差電能在區(qū)域配網(wǎng)內(nèi)部的隔離實現(xiàn)。

區(qū)域電能路由器在較小低于范圍以及民用、商業(yè)樓宇等能量管理中應(yīng)用較多，其變換電壓等級一般為三相380V，其在能量管理中，為了滿足分布式能源以及儲備能源、用戶端配電復(fù)雜性等要求，需要進(jìn)行各種類型的電氣接口提供，因此，可通過標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)置實現(xiàn)與電氣設(shè)備的連接交互。電能路由器在電能汽車領(lǐng)域的研究應(yīng)用，也可能成為其理想的充電設(shè)備。最后，家庭電能路由器作為配電網(wǎng)終端設(shè)備，在電網(wǎng)用戶的家庭入網(wǎng)接口處通過安裝設(shè)置相應(yīng)的家庭電能路由器，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)用戶的能量進(jìn)行管理，其交換電壓等級為單相220v交流電，功率一般在20kw以下，并且為滿足不同家用電器的各種供電形式要求，其接口也需要提供相對豐富的電氣形式，具有功率等級小，但功能與復(fù)雜性則更高的特點。當(dāng)前針對家庭電能路由器的設(shè)計應(yīng)用，有學(xué)者研究提出了針對家庭能量管理的能量包以及多端口變換器等方案，能夠同時對多個可再生能源或負(fù)載進(jìn)行連接，以實現(xiàn)能量多向流動，為功率等級較低家庭電能路由器的能量轉(zhuǎn)換功能提供支持。

三、結(jié)束語

總之，對基于電力電子變換的電能路由器研究現(xiàn)狀與發(fā)展進(jìn)行分析，能夠促進(jìn)其在實際中的設(shè)計應(yīng)用，從而滿足未來電網(wǎng)能量管理需求，推進(jìn)我國電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展。

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