双碳背景下多端口能量路由器的应用与介绍
发布时间：
2021-07-29 17:01
来源：
原创
能量路由器概述
中国电科院的研究人员根据不同电压、容量和应用功能的不同将其重新命名为：“能量路由器（energy router）”、“电能交换器（energy switcher）”和“电力集能器（energy hub）”。
能量路由器
以电能为核心，可汇集和管理电、冷、热、燃气以及其他形式的能源，具备能量灵活转化、变换、传递和路由功能，并实现能源物理系统与信息系统的融合，是支持呢能源互联网的核心装置。
电能路由器
是能源路由器（能量路由器）的基本形式，可独立使用。它以电能为控制对象，具备三个或以上电能端口，具备不同电气参数电能之前的灵活变换、传统和路由功能，并实现电气物流系统与信息系统的融合。
研旭能量路由器特点
1、传统信息流控制、DSP（C6000）控制和快速原型控制器都可以根据用户的需求进行定制。
2、能量路由器可以进行二次开发，可提供能量路由器的所有源代码。
3、交流端口、直流端口可根据客户需求进行定制。
5、直流端口电压等级，可以根据用户需求进行复用
6、具备策略调度系统功能
7、通讯接口或人机界面，具备ms级别的通讯速率
一、基于多端口变换器的能量路由器构架
下图是典型的多端口能量路由器的工业应用， 控制分布式能源、储能出力，协调与电网/负荷间能量转换、灵活控制的核心部件，实现配电系统中源-储-网-荷的能量交换。
多端口能量路由器拓扑
南京研旭公司推出了低压多端口能量路由器，多端口交直流柔性变换器具备N个交流端口（可选），N个直流端口（可选）。每个端口均可接入相应电压等级的有源或无源设备，任意端口间可以实现功率潮流的控制。
南京研旭创新性的采用了单独的统一控制器，摒弃了传统的多分布式控制器通讯控制的方式，将所有变流器的控制由统一控制器完成控制，保证了系统严格意义上的实时性和即插即用功能。
配置液晶显示界面，可以实现就地人机交互。本变换器主要应用于微电网、低压主动配电网及交直流混合低压配电网的科研、小型示范等场合。
二、能量路由器的典型应用
能量路由器作为主动配电网的电能接入装置，其最基本的任务是管理接入电源和负荷、寻求最优路径。但能量路由器应用在电网的不同位置将承担不同的具体任务。
能量路由器在用户侧的应用
当能量路由器用于配电网末端时，直接与分布式能源DER相连，分布式能源主要有分布式电源、分布式储能设备及负载。
能量路由器作为配电网中使用简单的、即插即用的能源接入装置，当分布式能源接入能量路由器的接口时，能量路由器应能够检测到分布式能源的插入，迅速监测分布式能源的类型及用电参数，并给予相应的回应。考虑到实时电价，能量路由器可以根据电价信息动态调整用电负荷。如在居民区白天电价低，居民用户的能量路由器可将有需求的可控电力设备接入配电网;而在工业区的电价信息可能是白天较高，而晚上较低，能量路由器可以将实时性低的可控负荷安排到夜间。
能量路由器在配电网中的应用
在配电网中，若能量路由器用于区域电网入口，不仅能够采集区域电网的用电信息，而且还可以与配电网中其他能量路由器相互通信。不仅可以实现区域网内分布式电能的有效利用，而且能够使整个配电网达到能源的最优化配置。 能量路由器在配电网中运行在并网运行模式下时，能量路由器将其所控制的区域(如微网)连接到配电网干线上，区域电网通过能量路由器从电网索取电能或向电网提供电。作为能流调节器，能量路由器根据区域电网对电能的需求情况进行调度，在区域电网或大电网出现故障时，能量路由器运行在孤岛模式，与配电网隔离。此时，区域电网中的当地负荷需同分布式可再生电源及储能设备协调运行。
三、能量路由器协调控制方法
利用协调控制方法来实现分布式能源的高效利用、多种类接口单元的能量协调控制。
设备级控制面向底层接口变换器，接口变换器接入能源的种类、变换器类型、控制目标不同，变换器级控制方法也不同。变换器级控制方法有：最大功率点跟踪、母线电压控制、直接功率控制、PQ 控制（恒功率控制）、V/F 控制（恒压恒频控制）、VSG 控制（虚拟同步机控制）、Droop 控制（下垂控制）、恒压/恒流/恒功率充放电控制等。
系统级控制面向系统运行目标，通过对系统内各接入能源和负载变换器进行集中管理，实现能量管理和目标最优运行。变换器级控制与系统级控制组成了整个能量路由器的控制体系。
四、能量路由器策略调度
能量路由器策略调度以直流母线电压为主信号，以蓄电池 SOC 为辅助信号，控制中央管理层综合各信息进行模式判断，并在模式变化时将控制指令下发给底层控制层，通过底层控制层来实现对各功能单元变换器的调节，最终实现母线电压稳定、系统功率平衡。
并网状态下：根据各个端口所需能量进行调配，当系统自发能量不足时可从主电网进行能量传输。孤岛状态下：主要是针对主电网脱落时的孤岛运行情形，多端口能量路由器需要孤岛运行，支撑整个主电网。
能量路由器设备在每个子微网中都是充当了分布式电源（发电）或者负载（耗电）的作用。针对每个子网需要判断其能量流动方向以及大小，整体系统的控制，主要交由上位机能源调度系统来完成。
五、能量路由器监控软件平台
1、监测与显示功能：上位机平台通过通讯口（以太网、CAN）与能量路由器进行信息交互，能显示能量路由器的端口电压、功率、负荷等多种信息；
2、控制功能：通过上位机平台能对能量路由器发布指令，如并网功率因数控制、各端口的功率控制，光伏发电MPPT控制与给定功率控制；
3、上位机平台接受路由器上传数据及电网信息，正常运行方式下不干预路由器运行；异常情况下，综合处理各项信息后，可统一发布指令至各路由器；
4、能量路由管理：高峰时段，蓄电池进行放电控制，光伏进行MPPT控制；低谷时段，市电供给负载，储能电池进行充电控制。一般情况下，由底层能量路由器自行进行控制，高峰时段、低谷时段则由平台进行设置；
研旭多端口能量路由器监控界面
六、现场实物照片
研旭多端口能量路由器实物照片
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