能源互聯(lián)網(wǎng)路由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與控制機(jī)制

劉展

摘要：在新的時(shí)代里，能源利用問題一直都是備受關(guān)注的問題，而針對能源互聯(lián)網(wǎng)的路由器的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)與控制機(jī)制的問題，提出了在全網(wǎng)框架下構(gòu)建能源路由器的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與路由器的控制方法。能源互聯(lián)網(wǎng)可分為三個(gè)層次，分別是廣域互聯(lián)、局域微網(wǎng)、能源終端，針對這一情形，也提出了一個(gè)相應(yīng)的解決的辦法，二級(jí)能源路由器和網(wǎng)絡(luò)模型，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)內(nèi)部和廣域互聯(lián)的能源的有效管理。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng) 路由器 控制結(jié)構(gòu)

前言：隨著當(dāng)代社會(huì)文化和科學(xué)技術(shù)的革故鼎新，適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)文化發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)改進(jìn)也被列如發(fā)展中的重要技術(shù)，許多的科研人員都在致力于相關(guān)理論與相關(guān)技術(shù)的研究，并將先進(jìn)的電子技術(shù)、信息技術(shù)與智能管理結(jié)合一體，在其中找到一套行之有效的能源互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。并且，在不斷地研究中，產(chǎn)生一些網(wǎng)絡(luò)能源的管理方法，但是，就當(dāng)前的研究方法大多都不全面，仍受限于單體裝置，為了能夠順利的將能源路由器應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)工程中時(shí)，仍有一段不小的路需要走，通過進(jìn)一步的探索，從而找到更加穩(wěn)妥、合理地能源互聯(lián)網(wǎng)管理模式?；谀茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的三個(gè)層次給出廣域互聯(lián)、微網(wǎng)的路由結(jié)構(gòu)，研究其數(shù)控結(jié)構(gòu)機(jī)制。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的框架

在電力流的輸送方式上，傳統(tǒng)電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)都是一樣的，都需要按照電力分布的區(qū)域特點(diǎn)，按級(jí)按層地輸送或者交換。在這種框架下，既有效的保證了能量的高效傳輸和利用，又能實(shí)現(xiàn)安全、有序的管理。其能源互聯(lián)網(wǎng)框架，如圖一所示

圖一

能源互聯(lián)網(wǎng)可以大致分為三個(gè)層次，分別是廣域互聯(lián)網(wǎng)、局域微網(wǎng)和能源終端網(wǎng)絡(luò)。

廣域能源互聯(lián)網(wǎng)主要的工作是調(diào)節(jié)局域微網(wǎng)間的能量平衡問題，可以實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)節(jié)微網(wǎng)能源問題，并且，廣域互聯(lián)網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的奮斗目標(biāo)，是一種高級(jí)能源互聯(lián)網(wǎng)的體現(xiàn)方式[1]。廣域互聯(lián)網(wǎng)是基于局域互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)上的再發(fā)展，需要建立一個(gè)范圍更大能源監(jiān)測、控制、傳輸網(wǎng)絡(luò)。并且，廣域互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中主要的工作就是，建立廣域能源信息網(wǎng)絡(luò)以及能源傳輸網(wǎng)絡(luò)，除此之外，還要又一套行之有效的廣域能源管理系統(tǒng)。

局域能源微網(wǎng)就是一種分能源組織，且這種能源組織還是分區(qū)域管理的，在這種管理系統(tǒng)中，由系統(tǒng)終端連接并管理著每個(gè)區(qū)域內(nèi)的能源終端，實(shí)現(xiàn)了電氣連接的建立、信息與業(yè)務(wù)的連接建立。局域能源微網(wǎng)的建設(shè)所需時(shí)間的跨度大，并且在建設(shè)中，各區(qū)域的調(diào)節(jié)、管理以及運(yùn)行系統(tǒng)都非常的復(fù)雜，同時(shí)局域微網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中占有極為重要的地位，關(guān)系著整個(gè)建設(shè)的質(zhì)量、進(jìn)度，是其最終要的核心內(nèi)容。一般來講，局域微網(wǎng)包含多種能源供應(yīng)體，例如燃?xì)?、地?zé)?、風(fēng)電站、光伏電站等，同時(shí)也包含工廠負(fù)荷、家用電器等，除此之外，還包含數(shù)控中心以及能量管理系統(tǒng)。

而能源終端網(wǎng)絡(luò)是能源互聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)小單元，可以是任何一種形態(tài)的能源消費(fèi)組織，就好比是一所學(xué)校、一個(gè)工廠或是一棟智能那個(gè)建筑物，除此之外這個(gè)小單元還可以只是一個(gè)負(fù)荷裝置，只要裝置的功率夠大就成為這樣的一個(gè)小單元，例如大功率的空調(diào)或者是冰箱等。能源終端網(wǎng)絡(luò)的目的就是實(shí)現(xiàn)能源輸送，也就是將電源點(diǎn)或者是能源的生產(chǎn)源產(chǎn)生的能源輸送到局域能源微網(wǎng)，因?yàn)槭艿酵ǖ捞匦缘挠绊?，這種能源輸送接口只有一個(gè)。

2 兩級(jí)路由器的結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)模型

2.1 兩級(jí)路由結(jié)構(gòu)

在能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，電力是其中最重要的一種能量載體，承載著大量的能源，屬于能源供給結(jié)構(gòu)，而其他的能源載體屬于消費(fèi)結(jié)構(gòu)，所以，為方便研究其他形式的能源時(shí)，可以用電力數(shù)據(jù)將其他形態(tài)的能源等效的替換，然后再用替換得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究[2]。由此可知，能源路由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)采集能源信息，分析能源路由以及實(shí)現(xiàn)控制能源路由，還可以完成能源的定向傳輸。

2.2 網(wǎng)絡(luò)模型

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在兩級(jí)能源路由構(gòu)成的全網(wǎng)能源控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)下，網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)對能源系統(tǒng)的暫態(tài)性能的要求也隨之提高了，充分滿足用戶的各項(xiàng)需求，提高能源系統(tǒng)的反應(yīng)能力，在發(fā)生能源相關(guān)聯(lián)的變化時(shí)要及時(shí)的做出反應(yīng)。并且，網(wǎng)絡(luò)模型的組成部分是終端符合負(fù)荷模型集、微網(wǎng)負(fù)荷模型，同時(shí)，微網(wǎng)負(fù)荷模型與終端符合負(fù)荷模型集也是能源網(wǎng)絡(luò)路由控制系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和對象。網(wǎng)絡(luò)模型的建立都需要網(wǎng)絡(luò)提供實(shí)時(shí)暫態(tài)數(shù)據(jù)，因此，網(wǎng)絡(luò)模型在每個(gè)時(shí)刻，其模型都是不同的，屬于時(shí)變模型。

接下來就講講微網(wǎng)負(fù)荷模型以及終端負(fù)荷模型集，在研究微網(wǎng)負(fù)荷模型時(shí)，實(shí)際上就是指單個(gè)微網(wǎng)的總負(fù)荷特性，也就是說，微網(wǎng)模型可以檢測微網(wǎng)功率的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)定性、定量的描述其規(guī)律，微網(wǎng)模型中得出數(shù)據(jù)也是建設(shè)廣域能源路由控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)依據(jù)。并且，微網(wǎng)的建立的數(shù)據(jù)來自于局域能源路由的實(shí)時(shí)運(yùn)行，所以微網(wǎng)模型也是一種時(shí)變模型。

終端負(fù)荷模型集就是數(shù)字模型的一個(gè)集合，其中所有的模型都是在局域能源微網(wǎng)中具有功率實(shí)體的，主要是用來描述功率實(shí)體在運(yùn)行中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及功率變化規(guī)律等[3]。像是風(fēng)力發(fā)電模型、火力發(fā)電模型、化學(xué)儲(chǔ)能模型、燃?xì)饽Ｐ鸵约盁崃δＰ投紝儆诮K端負(fù)荷模型集。

3 路由運(yùn)行結(jié)構(gòu)和情景分析

在將終端負(fù)荷模型集和網(wǎng)絡(luò)模型運(yùn)用到路由控制時(shí)，在運(yùn)行相對平穩(wěn)時(shí)候，控制效果會(huì)表現(xiàn)得非常好，很穩(wěn)定，但是當(dāng)終端網(wǎng)絡(luò)發(fā)生劇烈變化時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大的變動(dòng)時(shí)，會(huì)造成理論的控制量與實(shí)際需要地控制量之間的差值很大，此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行就出現(xiàn)了嚴(yán)重失衡，因此，也給電力網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)造成了重大的影響，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)發(fā)生電力故障[4]。

3.1 預(yù)測控制、全網(wǎng)熔斷實(shí)時(shí)路由的應(yīng)急控制方法

以局域微網(wǎng)為例，第一個(gè)實(shí)時(shí)功率線性模型，建立的數(shù)據(jù)來源是側(cè)量得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，另一個(gè)就是依據(jù)實(shí)時(shí)功率新型模型建立的預(yù)測控制路由以及控制策略，在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，他們分別有不同的作用。如果某一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)t時(shí)刻，執(zhí)行控制的路由開始執(zhí)行了，直到另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)t2結(jié)束。在t1時(shí)刻，測量數(shù)據(jù)會(huì)被送到路由系統(tǒng)中，然后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，由路由的控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，根據(jù)獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過計(jì)算得出當(dāng)時(shí)最適宜的執(zhí)行方案，并對比預(yù)測的控制執(zhí)行策略，同時(shí)還有一個(gè)裕量范圍作為參考，當(dāng)比較的結(jié)果保持在裕量范圍時(shí)，說明預(yù)測控制方案是適宜的，不需要更換，可繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)結(jié)果存在較大的差值時(shí)，不再出現(xiàn)在一定的裕量范圍，此時(shí)就執(zhí)行熔斷，有另一個(gè)方案代替原來的預(yù)測控制方法。

3.2 預(yù)測誤差小，不會(huì)熔斷

第一種情況就是一種理想的情況，采用測量的數(shù)據(jù)構(gòu)建的線性模型，在較短的時(shí)間里，這個(gè)線性模型基本上就可以完全的描述出用電器的功率變化顧慮，并且，利用這個(gè)線性模型還可以獲得下個(gè)時(shí)刻的功率變化情況[5]。在微網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定時(shí)，功率基本上處于平衡的狀態(tài)，預(yù)測執(zhí)行策略與數(shù)據(jù)計(jì)算得出的執(zhí)行策略之間的誤差很小，此時(shí)，不會(huì)發(fā)生熔斷。

3.3 預(yù)測偏差較大，發(fā)生熔斷

在微網(wǎng)系統(tǒng)中，將實(shí)施記錄的數(shù)據(jù)傳到終端系統(tǒng)中，根據(jù)數(shù)據(jù)得出預(yù)測控制方案，建立一套模型，再根據(jù)實(shí)際情況建立一套方案，兩相比較，如果誤差過大，就不會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，此時(shí)發(fā)生熔斷，說明，此時(shí)那套預(yù)測方案不再合適，需要重新進(jìn)行修復(fù)，重新建立新的模型。

3.4 微網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，則熔斷

在功率裝置的接入與退出時(shí)，會(huì)使微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在電源點(diǎn)或負(fù)荷的變化，無論是哪一種都會(huì)使微網(wǎng)系統(tǒng)大規(guī)模的失衡，一旦發(fā)生失衡情況時(shí)，就先要保證微網(wǎng)穩(wěn)定，然后才是有更精確的路由進(jìn)行控制。但是，例如加大儲(chǔ)能功率時(shí)，系統(tǒng)的熔斷行為會(huì)非常的迅速，當(dāng)熔斷行為發(fā)生后，終端網(wǎng)絡(luò)模式就會(huì)被重置，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)改變后的微網(wǎng)。

結(jié)束語：

就這項(xiàng)研究而言，主要的是從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的角度，系統(tǒng)的研究了能源路由的結(jié)構(gòu)、原理和路徑。并且從多個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，也給出了熔斷判斷策略。但是，提出的一些策略還有待完善，例如熔斷方法只適用超短周期的控制，所以在這方面的技術(shù)還有待提高和改進(jìn)。

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