面向能源互联网的能量路由器研究_陈静鹏

DOI:10.16628/j.cnki.2095-8188.2015.24.007

电器与能效管理技术（2015No．24）? 能源互联网技术专辑·能源互联网技术

面向能源互联网的能量路由器研究

芊

（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240）

摘

陈静鹏，余志文，艾

要：为了响应“低碳，环保”的发展主题，顺应第三次工业革命的发展潮流，

“能源互联网”作为实现可再生能源接入与协调管理的方案应运而生。能量路由器作为能源互联网中的核心设备，能够调整能量的流动和进行实时的信息传递。总结了能量路由器的国内外研究现状以及发展趋势，分析了基于能量路由器的能源互联网架构，并根据功能的实现方式给出能量路由器的分层架构。在分析能量路由器具体功能的基础上，总结了能量路由器涉及的关键技术。

关键词：能源互联网；能量路由器；分布式能源；微电网中图分类号：TM 61

文献标志码：A

8188（2015）24-0010-06文章编号：2095-陈静鹏（1991—），男，硕士研究生，研究方向为微电网能量管理与控制、电动汽车充电行为与控制。

Study on Power ＲouterOriented to Energy Internet Sysem

CHEN Jingpeng ，YU Zhiwen ，AI Qian

（School of Electronic ，Information and Electrical Engineering ，Shanghai Jiaotong University ，Shanghai 200240，China ）

Abstract ：In order to follow the development theme of “low carbon ，environmental protection ”and adapt to the trend of the third industry revolution ，the idea of energy internet system was proposed as a program for renewable energy access and coordinate management．Power routers act as core devices in energy internet system．It can adjust power flow and deliver real-time information. This paper summarized the domestic and foreign research status and development trend of power router ，analyzed the energy internet system architecture based on power routers ，and a layered architecture of power router depending on its functions implementation. Based on analyzing the function of power router ，the key technologies involved in power router were summarized.

Key words ：energy internet system ；power router ；distributed energy ；microgrid

0引言

能源互联网是在现有能源供给系统与配电网

的基础上，通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了新能源技术和互联网技术，将大量分布式能源采集装置和分布式能源储存装置互联起来，实现能量和信息双向流动的能源对等交换和共享网络

［3］

近年来，由于环境恶化和能源紧缺的双重压力，传统的以石油、煤炭等不可再生能源为主的经

济和工业发展模式难以为继，以坚强、交互、环保、经济为主要特征

［1］

的智能电网技术方兴未艾。。能源互联网是智能电网概念的进一步

［4］

受信息互联网技术的启示，美国著名经济学家杰

中提里米·里夫金在其著作《第三次工业革命》出了能源互联网的展望。他认为，在未来的生活

中，人们可以在自己的家中、办公室或工厂生产可并通过能源互联网与他人共享，就像当再生能源，

今的互联网的信息分享一样方便

［2］

发展与延伸，与智能电网不同之处：①智能电

网的物理主体主要是电力系统，能源互联网的物

还有交通系统和天然气理实体不仅有电力系统，

网络，这几个系统通过信息系统融合在一起，形成能量的传输和使用形一个整体；②智能电网中，

式主要是电能，在能源互联网中，能量的转化和使

。

余志文（1988—），男，博士研究生，研究方向为微电网运行与控制。艾

芊（1969—），教授，博导，博士，研究方向为分布式发电、微电网、人工智能以及在电力系统中的应用。*基金项目：国家自然科学基金（51577115）

—10—

用形式有电能、化学能和热能等；③信息系统方面，智能电网还是以传统工业控制系统为主体，能源互联网中，互联网在信息的传输与共享中将扮演重要角色。

在传统的信息互联网中，不同区域的信息交流与共享通过路由器来实现，路由器作为信息互联网的枢纽，一方面连通不同的网络，另一方面选择信息传送的线路，关乎信息互联网的高效稳定运行

［5］

能量路由器的研究现状与发展

趋势

国内对能量路由器的研究刚处于起步阶段，其定义尚未明确，但对其功能的研究较多。目前国内关于能量路由器的研究集中在基于高频变压

应用的领域器和功率器件的固态变压器的研究，包括高压直流输电系统统

［9］

［7-8］

、多端直流供电系

。同样地，能源互联网中需要能量路由器

作为关键核心设备，以实现能源互联网中多种形

式能量的协调管理、可再生分布式能源的高效利6］定义用以及保障电网的安全可靠运行。文献［

“能量路由器”为基础，以微电网能源互联网为以

“能源局域网”（单元）的多级分布式能源共享为

复杂网络。可见能量路由器在能源互联网中的重要性。

在能源互联网中，能量路由器的主要任务是调整能量的流动和进行实时的信息传递。基于能量路由器的能源互联网架构如图1所示。

，该架构为信息能源相互融合的“广域网”以大；以分布式能源及微电网等单电网为“主干网”

；以能量路由器为智能控制单元，元为“局域网”

采用开放对等的信息能源一体化框架实现能源

［6］

1的双向按需传输和动态平衡使用。图1中，2为配电网路由器，3 6为微为大电网路由器，

电网路由器，不同层次的路由器具有不同的功能和运行目标。能量路由器之间相互进行能量

并由控制器进行决策运算后输和信息的传输，

出各个设备的控制参量，实现调度指令以及各

个微电网的区域自治

。

及低压系统补偿设备，而在中压等级的配电网络上应用较少。

在柔性及多端直流输电方面，国内对柔性直

HVDC ）模块化多电平变流器MMC 流输电（VSC-的研究已比较深入和成熟，并有多项示范性工程

在建或已投入运行，包括上海南汇风电场柔性直流输电工程、广东南澳柔性直流输电项目、浙江舟

［10-11］

。国内的研究山多端柔性直流示范工程等

控制、保护策略等工作集中在变流器的建模仿真、

12］方面。文献［建立了MMC 的电磁暂态数学模型以及采用MMC 的HVDC 直流侧电压的动态数

学模型，并给出有功功率控制器和直流电压控制器的设计方法及控制器参数协调设计原则和算法，有效抑制了功率传输过程中的电压、电流波13］研究了向无源网络供电的MMC-动；文献［

HVDC 系统控制与保护策略，并设计了故障时系统正负序无源控制器和故障时的控制保护策略，有效地控制故障电流的增幅，保证故障电流满足系统安全运行的条件，提高了系统在故障情况下

14］提出一种适合的不间断运行能力；文献［

MMC 型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略，将平衡控制的重点放在电容电压越限的子

模块上，可以在不增加电容电压波动的前提下，显著降低器件的开关频率。

在系统补偿设备方面，主要集中在STATCOM 等无功补偿设备的研究，包括其建模、控制策略、15］在dq 坐标系下建无功优化、应用等。文献［

立了链式STATCOM 的数学模型，并运用线性控制方式对其简化，给出解耦控制模型，使得STATCOM 三相电流控制具有较好的跟踪性能和16］运用STATCOM 进行二级电控制精度；文献［

压控制，一方面利用快速动态无功补偿装置更加

图1基于能量路由器的能源互联网架构

快速地对系统电压进行控制，另一方面进行动态无功储备的优化控制，有效地实现了电压稳定的

—11—

预防控制和提高电压受扰动后的恢复效果；文献［17］提出一种基于MMC 的新型综合补偿装置M-STATCOM ，不仅具备传统无功补偿的功能，而且还能对系统的三相不平衡等电能质量问题进行综合治理。

国外对能量路由器的研究已进入应用阶段，早在2010年以前，美国就对FＲEEDM（Future ＲenewableElectric Energy Delivery and Management ）的项目进行研究［18］，提出能源互联网的概念、框架并搭建了硬件实验平台。该项目将固态变压器比作未来能源网中的大脑和路由器，是构

［19］

建未来能源互联网的基本模块；而欧盟的UNIFLEX-PM 项目主要研究通过能量路由器来控制能量的传输和流向，从而实现潮流的优化管理；1998年，日本就有学者提出开放式能源网络的概念，该网络能够实现多种能源的接入，并且能量有

由于当时如信息在互联网中一样便捷快速地流动，电力电子技术还未达到构建能源互联网的要求，因［20］

此并有没将能源互联网的概念付诸实践。21］在有源配电网下设计了能量路由文献［

器的拓扑结构，制订了能量路由器的能量传输策Agent System ，MAS ）并运用多代理系统（Multi-略，

技术实现了能量路由器的自主控制和网络的协调

22］在一个风能渗透率较高的系统控制；文献［

中，针对线路过载的问题，通过在线路中安装能量

路由器来实现潮流的优化分布，使得潮流调整的费用最小，利用粒子群算法优化能量路由器的设

23］为居计容量以及在网络中的安装位置；文献［家式太阳能的接入设计了一种可靠的能量路由器

拓扑结构，能够实现光伏电池板的即插即用以及电路隔离，并能实现光伏电池板的最大功率点跟

24］踪；文献［提出了用于高压网络的三端口统一潮流管理系统，在设计控制器的基础上进行系统

的稳定性分析，并对电压不平衡、谐波畸变、短路故障等情形进行仿真，最后在硬件平台上进行验证，证明其潮流控制的有效性。能量路由器在运行灵活性、可靠性、经济性等方面占有优势，是配电网发展的重点方向之一。其主要的应用领域包括：

（1）分布式发电。分布式电源为电力部门、电力用户及第三方共有，分散运行于配电网中，并且有些电源输出的电力难以直接并入交流电网，—12—

能量路由器提供的直流接入端口为其提供了可行的技术平台。

（2）孤岛供电。海岛具有用电量较小、呈区域性分布、风力资源丰富等特点，十分适合采用能量路由器系统。

（3）城市供电。采用能量路由器向负荷供电，不仅可以快速控制有功和无功功率，有效改善电能质量，还能提供系统阻尼，提高系统稳定性。

2能量路由器的架构

借鉴现代互联网中的TCP /IP协议的层次划

将能量路由器划分为信息采集层、信息融分方法，

控制决策层和能源传输层4个层次，如图2合层、

所示。信息采集层主要负责接收调度指令和采集能量路由器连接设备的信息以及其他能量路由器的共享信息，并进行信息预处理后传输给信息融合层；信息融合层将采集层的信息进行筛选和综合分析，选取有用信息并执行指令分析、状态评预测分析等功能；控制决策层接收信息融合层估、

的数据信息并进行运算决策，一方面执行调度指令的优化控制，另一方面执行确保能量路由器安全可靠运行的保护和紧急控制以及稳定控制；最后，能源传输层根据控制决策层的控制指令进行能源传输

。

图2能量路由器分层架构

3能量路由器的功能

能量路由器将遍布整个能源互联网，与互联网路由器类似，能量路由器的功能取决于其所处能量路由的位置及在网络中的层次。总的来说，

器的功能可以分为用户层和电网层两个层面。在微电网中，能量路由器与用户设备相连接，设备类型主要有分布式能源、储能单元和各类负荷等。这些设备和能量路由器共同构成了一个

“局域”能源互联网。能量路由器作为中央控制

［25-26］

：器，其用户层功能主要有（1）接口的即插即用。用户能量路由器面向

不同知识层面的用户，其操作应该尽量简单、方因此，要求其接口具备即插即用的功能，即能便，

量路由器能够检测到设备的连接和设备的类型并作出响应，确保连接及后续运行的正确操作。

（2）接口的双向性。在能源互联网中，由于分布式能源和储能装置的存在使得能源的流动具有双向性，用户扮演着产消者的角色，既可以作为电源向电网供电，又可以作为负荷吸收电能。因

能量路由器应该支持能量的双向流动，其接口此，

应具备双向性的特点。

（3）用户服务请求和终止。当连接在能量路由器上的用户需要启动某种服务时，用户发送特定的服务指令，能量路由器接收指令后向用户进行反馈并执行相应的服务；当用户需要终止某种服务时，用户向能量路由器发送终止指令，能量路由器响应并终止该项服务。

（4）用户查询。能量路由器将必要的历史数据存储在网络数据库中，需要时用户可以登录互联网或者发信息对能耗电费等进行查询。（5）人机交互。用户与能量路由器之间的交互需要友好的人机界面。人机交互不仅能支持用户指令的下达，而且可以实时显示能量路由器的运行状态，方便对能量路由器的实时监测。能量路由器不仅与用户相连接，还与其他的

以实现电网的能源路由器进行信息交流和共享、

优化管理。能量路由器电网层的功能主

［6，25］

：要有

（1）能源控制与管理。能量路由器提供多种

分布式能源的接入端口，一方面要保证流入能源的电能质量，实现电能质量的当地治理；另一方面，要保证能源的合理流动，实现能源在电网中的优化分布；此外，还要对能源进行实时的监测、调节，保证能源流的安全流动。（2）信息保障。信息流动和融合的灵活性是能源互联网的一大特征，信息的准确性和时效性关乎能量路由器的正常运行与控制策略的执行。一方面要求能量路由器能够融合多方广泛的信息，并确保接收信息的正确性，为决策运算提供正确而广泛的数据来源；另一方面，由于能量路由器

对于响应的实时性要求很高，因此，要求所有信息

必须被及时传送，避免过时信息的影响。（3）孤岛自治。在区域电网或大电网出现故障时，微电网有可能脱离大电网运行，进入孤岛运能量路由器应该协调“局域网”内行模式。此时，

的各种分布式能源、储能装置和负荷的运行，尽量延长供电时间，降低停电风险。

4能量路由器的关键技术

能量路由器能够执行多种多样的功能，一方面方便微电网用户的操作，另一方面实现能源互联网的能量管理和传输控制。能量路由器功能的实现离不开电力电子技术、信息交互技术和自动控制技术的支撑

［25］

，如图3所示

。

图3能量路由器关键技术

4. 1电力电子技术

电力电子技术是实现能量路由器控制的主要

能量路由器对能源的传输和控制都离不开手段，

电力电子设备。为了实现能源互联网的实时管理，要求电力电子设备能够及时可靠地响应控制模块的指令，确保能源的传输。

固态变压器等设备的研制和投入使用是能源互联网的一大创新。固态变压器是一种基于电磁感应原理的高频耦合装置，并结合先进的电力电子变流技术，实现电能变换的静止电气设备，具有电气隔离、电压变换、无功补偿等功能。与常规电力变压器相比，固态变压器具有环境友好、占地小、无变压器油、污染少、电压幅值稳定、波形畸变

［27-29］

。小、控制灵活等优点配电网能量路由器的拓扑结构如图4所示，

由三部分变流器组成，其中3个变流器均属全控型电压源换流器（VSC ），具有较好的动态追踪性

S1、S2分别是线路1、2的线路开关，能，通过改变

—13—

能源互联网中，将会具有生产、管理、营销等不同类型的信息系统。各类电力信息系统由于信息共享和协作已经实现互连，网络通信协

［30-31］

。议也逐步采用开放通用的TCP /IP协议这些信息系统有可能受到非法的安全攻击，轻

者造成数据泄露，重者造成整个系统瘫痪。因此，能量路由器中的信息安全问题也需要引起重视，必须采用合适的信息安全传输机制，防止数据的泄露和篡改。能量路由器要能够识别虚假信息并将其丢弃。4. 3

自动控制技术

在能源互联网中，能量路由器连接整个微电由于微电网的分散性和广泛性，能量路由器必网，

须使用分布式智能控制技术对微电网进行能量的管理和控制。分布式人工智能技术通过对问题进行描述、分解和分配，形成相对简单的分散子系

并协调各个子系统并行和相互协作地对问题统，进行求解

［32］

图4配电网能量路由器拓扑结构

连接开关的关断状态，可以改变能量路由器接入

网络的拓扑结构，从而实现能量路由器的灵活控制。该能量路由器能够实现的功能有柔性直流输

交直流混合供电、电压变换、潮流分配、电能质电、

分布式能源的友好接入等。量治理、

4. 2信息交互技术

在能源互联网中，能源和信息同时进行双向的流动，能源的传输控制必须以信息的时效性、安全性为前提，能量路由器的控制决策依赖于电网的状态信息。信息交互技术主要有传输延迟、交互可靠性、信息安全3个方面。

传输延迟是指信息通过传输网络从发送端到达接收端的最大时间。不同类型信息的传递对于传输时延的要求不同，主要取决于触发信息的事件。如果是实时事件触发的信息传递，则要求传一般要求为3ms 以下。传输输时延要尽可能短，

时延过长会导致能量路由器无法及时进行控制决策或者由于数据没有及时更新而导致决策失误，这都会给能源互联网的安全可靠运行造成不良的影响。

交互可靠性是指能量路由器能够在多种情形下保证通信传输功能的实现，并且通过传输路径的冗余性来为可靠性提供基础。能量路由器必须能够检测到异常的信息传输并驱使发送端进行信

以免接收错误的信息，保证将传输失误的息重传，

可能性降到最低。—14—

。分布式智能控制将分布式人工智

能中并行处理的体系结构和控制论中反馈调节的

思想融入其中，结合人工智能、控制技术和MAS 技术，用于解决复杂、分布式、半结构化的系统问［33］

题。MAS 技术是目前分布式智能控制的研究34］热点。文献［提出了一个基于MAS 的微电网

控制框架，建立了以上级电网Agent 、微电网Agent 、元件Agent 组成的3层多代理控制系统，该控制框架可以通过对各Agent 之间的协调控制达到能量的灵活调度，并保持微电网的高效、稳定35］提出上级电力市场Agent 、微电运行。文献［

网及发电公司Agent 和元件级Agent 组成多代理系统的电力市场竞价体系，利用利润最大化竞价策略与微电网内部成本优化策略实现了微电网利益最大化的目标控制。

5结语

能源互联网能够实现能源更加广泛的分享与协调管理，是第三次工业革命中的关键技术。目而前国内对能量路由器的研究刚处于起步阶段，国外已经进入应用阶段。能量路由器主要应用的领域有分布式发电、孤岛供电、城市供电等。本文给出能量路由器的分层架构，分析了基于能量路由器的能源互联网架构。能量路由器的功能可以分为电网层和用户层两个层面，一方面维持电网

的安全可靠运行，另一方面可以方便用户的操作。能量路由器涉及的关键技术主要有电力电子技术、信息交互技术和自动控制技术等。

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檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿（上接第15页）

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07-21收稿日期：2015-

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DOI:10.16628/j.cnki.2095-8188.2015.24.007

电器与能效管理技术（2015No．24）? 能源互联网技术专辑·能源互联网技术

面向能源互联网的能量路由器研究

芊

（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240）

摘

陈静鹏，余志文，艾

要：为了响应“低碳，环保”的发展主题，顺应第三次工业革命的发展潮流，

关键词：能源互联网；能量路由器；分布式能源；微电网中图分类号：TM 61

文献标志码：A

8188（2015）24-0010-06文章编号：2095-陈静鹏（1991—），男，硕士研究生，研究方向为微电网能量管理与控制、电动汽车充电行为与控制。

Study on Power ＲouterOriented to Energy Internet Sysem

CHEN Jingpeng ，YU Zhiwen ，AI Qian

（School of Electronic ，Information and Electrical Engineering ，Shanghai Jiaotong University ，Shanghai 200240，China ）

Key words ：energy internet system ；power router ；distributed energy ；microgrid

0引言

能源互联网是在现有能源供给系统与配电网

［3］

近年来，由于环境恶化和能源紧缺的双重压力，传统的以石油、煤炭等不可再生能源为主的经

济和工业发展模式难以为继，以坚强、交互、环保、经济为主要特征

［1］

的智能电网技术方兴未艾。。能源互联网是智能电网概念的进一步

［4］

受信息互联网技术的启示，美国著名经济学家杰

中提里米·里夫金在其著作《第三次工业革命》出了能源互联网的展望。他认为，在未来的生活

中，人们可以在自己的家中、办公室或工厂生产可并通过能源互联网与他人共享，就像当再生能源，

今的互联网的信息分享一样方便

［2］

发展与延伸，与智能电网不同之处：①智能电

网的物理主体主要是电力系统，能源互联网的物

还有交通系统和天然气理实体不仅有电力系统，

网络，这几个系统通过信息系统融合在一起，形成能量的传输和使用形一个整体；②智能电网中，

式主要是电能，在能源互联网中，能量的转化和使

。

余志文（1988—），男，博士研究生，研究方向为微电网运行与控制。艾

芊（1969—），教授，博导，博士，研究方向为分布式发电、微电网、人工智能以及在电力系统中的应用。*基金项目：国家自然科学基金（51577115）

—10—

［5］

能量路由器的研究现状与发展

趋势

国内对能量路由器的研究刚处于起步阶段，其定义尚未明确，但对其功能的研究较多。目前国内关于能量路由器的研究集中在基于高频变压

应用的领域器和功率器件的固态变压器的研究，包括高压直流输电系统统

［9］

［7-8］

、多端直流供电系

。同样地，能源互联网中需要能量路由器

作为关键核心设备，以实现能源互联网中多种形

式能量的协调管理、可再生分布式能源的高效利6］定义用以及保障电网的安全可靠运行。文献［

“能量路由器”为基础，以微电网能源互联网为以

“能源局域网”（单元）的多级分布式能源共享为

复杂网络。可见能量路由器在能源互联网中的重要性。

在能源互联网中，能量路由器的主要任务是调整能量的流动和进行实时的信息传递。基于能量路由器的能源互联网架构如图1所示。

，该架构为信息能源相互融合的“广域网”以大；以分布式能源及微电网等单电网为“主干网”

；以能量路由器为智能控制单元，元为“局域网”

采用开放对等的信息能源一体化框架实现能源

［6］

1的双向按需传输和动态平衡使用。图1中，2为配电网路由器，3 6为微为大电网路由器，

电网路由器，不同层次的路由器具有不同的功能和运行目标。能量路由器之间相互进行能量

并由控制器进行决策运算后输和信息的传输，

出各个设备的控制参量，实现调度指令以及各

个微电网的区域自治

。

及低压系统补偿设备，而在中压等级的配电网络上应用较少。

在柔性及多端直流输电方面，国内对柔性直

HVDC ）模块化多电平变流器MMC 流输电（VSC-的研究已比较深入和成熟，并有多项示范性工程

在建或已投入运行，包括上海南汇风电场柔性直流输电工程、广东南澳柔性直流输电项目、浙江舟

［10-11］

。国内的研究山多端柔性直流示范工程等

控制、保护策略等工作集中在变流器的建模仿真、

12］方面。文献［建立了MMC 的电磁暂态数学模型以及采用MMC 的HVDC 直流侧电压的动态数

14］提出一种适合的不间断运行能力；文献［

MMC 型直流输电系统的电容电压优化平衡控制策略，将平衡控制的重点放在电容电压越限的子

模块上，可以在不增加电容电压波动的前提下，显著降低器件的开关频率。

在系统补偿设备方面，主要集中在STATCOM 等无功补偿设备的研究，包括其建模、控制策略、15］在dq 坐标系下建无功优化、应用等。文献［

压控制，一方面利用快速动态无功补偿装置更加

图1基于能量路由器的能源互联网架构

快速地对系统电压进行控制，另一方面进行动态无功储备的优化控制，有效地实现了电压稳定的

—11—

［19］

由于当时如信息在互联网中一样便捷快速地流动，电力电子技术还未达到构建能源互联网的要求，因［20］

此并有没将能源互联网的概念付诸实践。21］在有源配电网下设计了能量路由文献［

器的拓扑结构，制订了能量路由器的能量传输策Agent System ，MAS ）并运用多代理系统（Multi-略，

技术实现了能量路由器的自主控制和网络的协调

22］在一个风能渗透率较高的系统控制；文献［

中，针对线路过载的问题，通过在线路中安装能量

路由器来实现潮流的优化分布，使得潮流调整的费用最小，利用粒子群算法优化能量路由器的设

23］为居计容量以及在网络中的安装位置；文献［家式太阳能的接入设计了一种可靠的能量路由器

拓扑结构，能够实现光伏电池板的即插即用以及电路隔离，并能实现光伏电池板的最大功率点跟

24］踪；文献［提出了用于高压网络的三端口统一潮流管理系统，在设计控制器的基础上进行系统

（1）分布式发电。分布式电源为电力部门、电力用户及第三方共有，分散运行于配电网中，并且有些电源输出的电力难以直接并入交流电网，—12—

能量路由器提供的直流接入端口为其提供了可行的技术平台。

（2）孤岛供电。海岛具有用电量较小、呈区域性分布、风力资源丰富等特点，十分适合采用能量路由器系统。

（3）城市供电。采用能量路由器向负荷供电，不仅可以快速控制有功和无功功率，有效改善电能质量，还能提供系统阻尼，提高系统稳定性。

2能量路由器的架构

借鉴现代互联网中的TCP /IP协议的层次划

将能量路由器划分为信息采集层、信息融分方法，

控制决策层和能源传输层4个层次，如图2合层、

。

图2能量路由器分层架构

3能量路由器的功能

能量路由器将遍布整个能源互联网，与互联网路由器类似，能量路由器的功能取决于其所处能量路由的位置及在网络中的层次。总的来说，

“局域”能源互联网。能量路由器作为中央控制

［25-26］

：器，其用户层功能主要有（1）接口的即插即用。用户能量路由器面向

不同知识层面的用户，其操作应该尽量简单、方因此，要求其接口具备即插即用的功能，即能便，

量路由器能够检测到设备的连接和设备的类型并作出响应，确保连接及后续运行的正确操作。

能量路由器应该支持能量的双向流动，其接口此，

应具备双向性的特点。

以实现电网的能源路由器进行信息交流和共享、

优化管理。能量路由器电网层的功能主

［6，25］

：要有

（1）能源控制与管理。能量路由器提供多种

对于响应的实时性要求很高，因此，要求所有信息

的各种分布式能源、储能装置和负荷的运行，尽量延长供电时间，降低停电风险。

4能量路由器的关键技术

［25］

，如图3所示

。

图3能量路由器关键技术

4. 1电力电子技术

电力电子技术是实现能量路由器控制的主要

能量路由器对能源的传输和控制都离不开手段，

电力电子设备。为了实现能源互联网的实时管理，要求电力电子设备能够及时可靠地响应控制模块的指令，确保能源的传输。

［27-29］

。小、控制灵活等优点配电网能量路由器的拓扑结构如图4所示，

由三部分变流器组成，其中3个变流器均属全控型电压源换流器（VSC ），具有较好的动态追踪性

S1、S2分别是线路1、2的线路开关，能，通过改变

—13—

能源互联网中，将会具有生产、管理、营销等不同类型的信息系统。各类电力信息系统由于信息共享和协作已经实现互连，网络通信协

［30-31］

。议也逐步采用开放通用的TCP /IP协议这些信息系统有可能受到非法的安全攻击，轻

自动控制技术

在能源互联网中，能量路由器连接整个微电由于微电网的分散性和广泛性，能量路由器必网，

须使用分布式智能控制技术对微电网进行能量的管理和控制。分布式人工智能技术通过对问题进行描述、分解和分配，形成相对简单的分散子系

并协调各个子系统并行和相互协作地对问题统，进行求解

［32］

图4配电网能量路由器拓扑结构

连接开关的关断状态，可以改变能量路由器接入

网络的拓扑结构，从而实现能量路由器的灵活控制。该能量路由器能够实现的功能有柔性直流输

交直流混合供电、电压变换、潮流分配、电能质电、

分布式能源的友好接入等。量治理、

4. 2信息交互技术

时延过长会导致能量路由器无法及时进行控制决策或者由于数据没有及时更新而导致决策失误，这都会给能源互联网的安全可靠运行造成不良的影响。

以免接收错误的信息，保证将传输失误的息重传，

可能性降到最低。—14—

。分布式智能控制将分布式人工智

能中并行处理的体系结构和控制论中反馈调节的

思想融入其中，结合人工智能、控制技术和MAS 技术，用于解决复杂、分布式、半结构化的系统问［33］

题。MAS 技术是目前分布式智能控制的研究34］热点。文献［提出了一个基于MAS 的微电网

5结语

的安全可靠运行，另一方面可以方便用户的操作。能量路由器涉及的关键技术主要有电力电子技术、信息交互技术和自动控制技术等。

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面向能源互联网的能量路由器研究_陈静鹏

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