基于電力電子變換的電能路由器研究現(xiàn)狀與發(fā)展

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、類型等分析基礎上，對其研究現(xiàn)狀與技術發(fā)展進行分析。

【關鍵詞】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)電技術在電網(wǎng)建設中并入應用，使得傳統(tǒng)集中式向多種并存的發(fā)電方式轉變中，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的配電運行要求也不斷提升，再加上電力改革與市場化發(fā)展的不斷推進，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)進行電能控制的復雜性與多樣性需求，在信息技術與電力電子變換等技術發(fā)展與集成應用條件下，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以及電力電子變換技術等先進技術集成轉換基礎上，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)部各設備運行及能量分配進行管理的同時，還能夠通過對上層電力調(diào)度中心的指令進行接收以及實現(xiàn)局域網(wǎng)運行狀態(tài)上傳實現(xiàn)?？傊?，電能路由器在電力網(wǎng)絡系統(tǒng)中的設計應用，能夠根據(jù)電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益或者是電網(wǎng)用戶自定義優(yōu)化目標進行定點、定量的能量傳遞，是未來電網(wǎng)運行的重要樞紐，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)結構中的重要基礎與核心部件，其功能作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。首先，在電網(wǎng)結構中，未來實現(xiàn)節(jié)點之間能量的精確傳遞，需要在電網(wǎng)設備中標記設置相應的IP地址，然后由電能路由器根據(jù)電網(wǎng)設備的各節(jié)點IP地址以及實時變化的網(wǎng)絡拓撲結構，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)結構中，電能路由器運行應用中為滿足不同設備的電氣形式需求，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，在電氣設備與電能路由器連接后，通過設定好的協(xié)議內(nèi)容實現(xiàn)信息交互后，路由器在進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)的有關功能要求，電能路由器與電氣設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備連接中需要設置有相應的標準化即插即用接口，以滿足其有關功能需求。此外，還要求電能路由器具備較好的可擴展性，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)結構類型，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)中運行使用的可靠性要求也比較高，需要在實際應用中設置相應的冗余配備。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載情況，主干電能路由器還需要具備無功補償以及諧波改善、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、用戶端配電復雜性等要求，需要進行各種類型的電氣接口提供，因此，可通過標準化接口設置實現(xiàn)與電氣設備的連接交互。電能路由器在電能汽車領域的研究應用，也可能成為其理想的充電設備。最后，家庭電能路由器作為配電網(wǎng)終端設備，在電網(wǎng)用戶的家庭入網(wǎng)接口處通過安裝設置相應的家庭電能路由器，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)用戶的能量進行管理，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，但功能與復雜性則更高的特點。當前針對家庭電能路由器的設計應用，有學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載進行連接，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換功能提供支持。

三、結束語

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)展進行分析，能夠促進其在實際中的設計應用，從而滿足未來電網(wǎng)能量管理需求，推進我國電網(wǎng)建設與發(fā)展。

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