本文摘要：摘要：針對低壓配電網內能量路由網絡的訪問管理與能耗問題，設計了一種低壓能量路由器，并通過ER的不同互聯模式為低壓配電網設計了串聯和星型兩種路由網絡拓撲結構.在此基礎上，建立了路由矩陣以及相關的應用程序，通過單個ER串聯和星形能量路由網絡來實現電源管理.仿
摘要：針對低壓配電網內能量路由網絡的訪問管理與能耗問題，設計了一種低壓能量路由器，并通過ER的不同互聯模式為低壓配電網設計了串聯和星型兩種路由網絡拓撲結構.在此基礎上，建立了路由矩陣以及相關的應用程序，通過單個ER串聯和星形能量路由網絡來實現電源管理.仿真實驗表明，利用單個ER，串聯和星形路由網絡可以實現低壓配電網中電力設備的開放接入與網絡交互管理，同時還能夠實現局域網中的電力平衡.
關鍵詞：能源互聯網;能量路由器;低壓配電網;能源路由網絡;路由拓撲;路由矩陣;串聯能量路由網絡;星形能量路由網絡
目前，全球溫室氣體過量排放引起氣候發生變化，導致全球溫度上升、冰川融化等氣候問題，各國正在努力減少碳排放并提高能源效率[1].能源互聯網(energyinternet，EI)是實現該目標的有效方法.作為下一代能源管理設備，能量路由器(energyrouter，ER)為EI的核心.能量路由器也被稱為數字電網路由器，其可以管理一定范圍內的電源并分配區域電源[2-3]，專注于智能電網中的電力使用與需求之間的能源管理.
從2015年開始，中國學術界與產業界開始研究能源互聯網，劉顯茁等[4]開發了一種六端口的家用能源路由器，其可用于家庭中分布式設備以及儲能設備的接入管理;王雨婷[5]設計了一種三端口雙向能量流動的能源路由網絡結構，其能夠自主控制雙向能量分配;田兵等[6]開發了一種多接口模塊換能源路由網絡，其通過分層方式控制本地能源與網絡能源的切換.由于低壓電網中存在大量的分布式屋頂光伏，新能源的獲取與分配問題將變得十分復雜.
本文研究了ER的結構，路由器網絡和電力設備的訪問管理，設計了一個中等規模的能源控制系統，同時提出一種帶有網絡路由系統的低壓ER，以便在380V配電網的范圍內實現訪問管理和新能源自治.
1低壓能源路由網絡
針對分布式新能源的獲取與消耗，本文設計了一種新型低壓ER.假設ER結合380V交流電網與兩類本地設備，即新能源發電站和電力負載.當天氣條件合適時，由新能源站產生的電力直接提供給負載.當電力供應充足時，多余的電力被輸送到380V配電網;當新能源站不工作時，配電網提供電力負載;當新能量產生的功率不足時，ER將以混合電源模式運行.
當ER處于低壓電網中時，其可以在EI和傳統380V配電網的環境中運行.當ER連接到EI微電網和廣域EI時，繼續將電力傳輸到微電網和廣域網[7-8].當ER連接到傳統配電網時，電力可以轉移到380V電網，但由于傳統電網的單向流動，無法進一步轉移到高壓電網，因此，電源管理應僅在380V配電網內進行.低壓電網的能量路由網絡結構.
其中，每個新的能量站或負載均連接到兩側ER，其可以根據功率平衡的要求，選擇性地將功率傳輸到左ER或右ER.同樣，負載也可以從左ER或右ER獲得功率.串聯形的能量路由網絡增強了管理能量的能力.另一類能量路由網絡稱為星形結構.星形能量路由網絡可以結合6組功率設備，每組功率設備的角度為60°，故在該結構下，ER的互連能力與配電能力得到了增強.此外，由于功率是雙向流動的，因此能量路由網絡可以間接管理更遠的新能源站.
2路由機制
2.1單個ER的訪問管理
當單個ER運行時，有6種功能模式，即啟動模式、操作模式、新能量加入模式、新能量下降模式、負載加入模式和負載下降模式[9-11].
2.2串聯結構網絡路由機制
路由矩陣可用于串聯型能量路由網絡的功率管理.由于每個ER分別連接到另外兩個ER，因此每個ER具有兩個路由矩陣.與單ER相比，串聯型能量路由網絡具有更多類型的路由機制，實現相鄰路由器之間的功率協調.
3模擬實驗
對于以上提到的能源路由網絡，應從以下3個方面進行驗證：1)ER的開放性，可以保證有序接入和退出功率設備;2)串聯形能量路由網絡的聯動機制;3)星形能量路由網絡的網絡鏈接機制.
3.1單一ER本文設計的接入部件包括：380V電網及光伏新能源及直流母線電壓為700V的負荷.
單個ER可以自由實施開關，并快速調節功率.切換時所有訪問設備功率平衡效果.藍色、綠色和紅色線分別表示380V電網、新能源和負載的電流.
3.2串聯結構路由網絡根據協作電源的需求，每種新能源或負載均可以接入左路由器或右路由器.
3.3星型路由網絡3個路由器的星形網絡具有更強大的鏈接，因此可以靈活地促進電源在網絡中的分布.星形ER仿真電路接線圖，共有3個路由器的15條測試線.每個路由器的5個測試點均已繪制，以進行清晰演示.
4結論
針對新能源的評估與消耗問題，本文提出了ER的結構及功能設計，并通過ER的互連為低壓配電網設計了兩種路由網絡拓撲.此外，通過單個ER、串聯和星形能量路由網絡來實現電源管理.建立路由矩陣及其應用程序，從而實現對所訪問設備的管理.盡管本文在電源管理中提出了路由機制，但在未來的研究中仍需繼續研究控制精確度問題;其次，當路由矩陣應用于串聯和星形網絡時，應考慮兩個相鄰矩陣之間的作用機理;最后，由于儲能裝置僅用于補償直流母線電壓，因此應針對直流電壓的穩定性，詳細研究補償算法.
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[4]劉顯茁，鄭澤東，李永東.采用電力電子變壓器的多端口能源路由器[J].電氣傳動，2016，46(4)：80-83.(LIUXianzhuo，ZHENGZedong，LIYongdong.Multiportenergyrouterwithpowerelectronictransformer[J].ElectricDrive，2016，46(4)：80-83.)
[5]王雨婷.面向能源互聯網的多端口雙向能量路由器研究[D].北京：北京交通大學，2016.(WANGYuting.ResearchonmultiportbidirectionalenergyrouterforenergyInternet[D].Beijing：BeijingJiaotongUniversity，2016.)
[6]田兵，雷金勇，郭曉斌，等.多接口能源路由器主回路結構及功能仿真[J].電力系統自動化，2017，41(10)：16-21.
作者：陳博，王世峻，費斐
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