能源路由器在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用

清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會2提綱背景能源互聯(lián)網(wǎng)能量路由器關(guān)鍵技術(shù)

示范工程清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會我國面臨能源革命我國能源資源相對缺乏我國已成為世界第一能源消費(fèi)國如繼續(xù)以年平均8.9%的增速，到2020年能源消耗將達(dá)到79億噸標(biāo)煤，占目前世界能源消耗的一半。如此發(fā)展難以長期持續(xù)！習(xí)近平2014年6月13日主持召開中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議，研究我國能源安全戰(zhàn)略。習(xí)近平發(fā)表重要講話強(qiáng)調(diào)，能源安全是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題，對國家繁榮發(fā)展、人民生活改善、社會長治久安至關(guān)重要。面對能源供需格局新變化、國際能源發(fā)展新趨勢，保障國家能源安全，必須推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命。推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命是長期戰(zhàn)略，必須從當(dāng)前做起，加快實(shí)施重點(diǎn)任務(wù)和重大舉措。2清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會？？？1960

197020002011專用·電子網(wǎng)計算機(jī)局網(wǎng)DARPA-Net:IP體系結(jié)構(gòu)TCP協(xié)議19801990全球通用互聯(lián)網(wǎng)（Internet

)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（Web等）分布式能源/可再生能源/儲能能源微網(wǎng)與區(qū)域綜合能源系統(tǒng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能源互聯(lián)網(wǎng)20153能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展:清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會2017.6能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成為主流趨勢5國家能源局公布首批55個“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目。國家電網(wǎng)公司提出綜合能源服務(wù)、客戶為中心等，并提出建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。2017.12當(dāng)今能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程進(jìn)

入落地實(shí)施階段，關(guān)鍵

技術(shù)的應(yīng)用（如儲能等）前景開始顯現(xiàn)，區(qū)域綜

合能源服務(wù)興起。信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化交流傳感器傳感器數(shù)據(jù)中心變電站數(shù)據(jù)中心云平臺直流能源路由器清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會FREEDM期望借助于功率電子技術(shù)的發(fā)展成熟解決小型分布式可再生能源的接入空置問題?！败浶浴笨稍偕茉唇尤朊绹鳩REEDM-Energy

Internet6清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會美國FREEDM-Energy

Router固態(tài)變壓器控制信號決策生成單元電壓頻率遠(yuǎn)程控制管理中心控制器分布式管理系統(tǒng)

保護(hù)

控制

SST控制器能源路由器鏈路/物理傳輸/網(wǎng)絡(luò)能源控制能源傳輸線路鏈路/物理傳輸/網(wǎng)絡(luò)能源控制①通信線路②信息交換模塊能源控制模塊PLCPLCEthernetEthernetE-router

1E-router

2能源路由器裝置用層次角度看能源路由器Imagine

a

device

that

automatically

detects

demand

forpower

and

delivers

processed

electricity

in

the

required

form(AC

or

DC)

at

the

correct

voltage

and

frequency.

Energyrouters,

analogous

to

the

familiar

data

and

communicationsrouters,

could

improve

reliability,efficiency,

and

safety

atevery

level

of

the

electrical

power

system.From

/news/ar07/highpower.html7清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會日本數(shù)字電網(wǎng)聯(lián)盟推進(jìn)電力路由器曹軍威|jcao@9電力路由器使現(xiàn)有的電網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，通過相當(dāng)于互聯(lián)網(wǎng)上地址的“IP地址”進(jìn)行電源或者發(fā)電站、所的識別，由此進(jìn)行諸如“區(qū)域A的風(fēng)力發(fā)電向區(qū)域B的電力路由器傳輸”等控制。發(fā)生災(zāi)害時，如果來自電力系統(tǒng)的電力供給中斷，電力路由器之間通過流通蓄電池儲備的電力，就能防止區(qū)域停電。服務(wù)的提供是由相當(dāng)于互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)提供商的電力版——“能源服務(wù)提供商”來負(fù)責(zé)。數(shù)字電網(wǎng)電力路由器清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會國家電網(wǎng)公司提出三站合一的建設(shè)思路通過將能源、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)等各類資源進(jìn)行整合規(guī)劃，新建變電站滿足用戶用能需求，物理上與大數(shù)據(jù)中心相鄰，能源站提供高品質(zhì)能源，儲能站提供電網(wǎng)輔助服務(wù)及備用電源，數(shù)據(jù)站提供數(shù)據(jù)服務(wù)，打造

“三站合一”樞紐站，提升國網(wǎng)公司構(gòu)建能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流

“三流合一”能源互聯(lián)網(wǎng)的能力。9清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會電力電子技術(shù)發(fā)展10電力系統(tǒng)的電力電子化：“補(bǔ)丁”式->集成化清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會借鑒網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)計能量路由器通信網(wǎng)絡(luò)接口能源網(wǎng)絡(luò)接口智能處理：數(shù)據(jù)中心控制：電力電子緩存：儲能信息能源

業(yè)務(wù)應(yīng)用接口11清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會能源路由、底層通訊和上層應(yīng)用管理的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源流的雙向?qū)Φ扔行鬏?。?yīng)用層傳輸層物理層能源路由器關(guān)鍵技術(shù)能源路由器分層架構(gòu)電力調(diào)度策略

電能質(zhì)量調(diào)節(jié)管理評估系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫Wifi/Ad

Hoc,Ethernet,SDN/CCN電力電子控制、固態(tài)變壓器電能流動、存儲計算機(jī)、通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)中心電力接口、通訊接口、傳輸介質(zhì)負(fù)荷、分布式能源、儲能電池能源（電力）切換能源（電力）路由開關(guān)路由電能質(zhì)量調(diào)節(jié)波形變化大數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)中心能量路由器方案設(shè)計12清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會BATTERIES電網(wǎng)發(fā)電AC/DC

DC/DC

DC/ACSST電網(wǎng)輸入風(fēng)電輸入光伏輸入微網(wǎng)輸入通訊接口A通訊接口B電網(wǎng)輸出微網(wǎng)輸出負(fù)載輸出電力電子控制電纜組防火墻網(wǎng)絡(luò)通訊風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電微網(wǎng)路由輸入用戶路由輸出電網(wǎng)并網(wǎng)輸出電力保障WANLAN多個服務(wù)器路由器DATABASE數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)通信控制本地用電通訊、傳輸、接口及相關(guān)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化是能源路由器發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有很多具體工作有待完成。13能量路由器輸入輸出清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會交流母線vs.直流母線AC

BUSDC/ACAC/DC風(fēng)電DC/ACAC/DC市電交流負(fù)荷DC/ACDC/DC光伏DC/ACDC/DC儲能DC/ACDC/DC直流負(fù)荷DC

BUSAC/DC風(fēng)電AC/DC市電交流負(fù)荷DC/DC光伏DC/DC儲能DC/DC直流負(fù)荷DC/AC14清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會總線型（直流微網(wǎng)）

vs.星型（能量路由器）交流負(fù)載DC

AC直流負(fù)載DC

DC風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流系統(tǒng)1±200VM旋轉(zhuǎn)電機(jī)DC

AC非線性負(fù)載線性負(fù)載DC

DC直流變壓器DC

AC交流系統(tǒng)2ACDC線性負(fù)載線路線路光伏電池組DC

DC±500V±500VDC

AC儲能設(shè)備DC

DCDC

DC線性負(fù)載DC

DC功率放大器RT-LAB試驗(yàn)接口線路線路線路FACTS設(shè)備試驗(yàn)接口未來新開發(fā)設(shè)備試驗(yàn)接口測試用流斷路器接口線路線路AC

DC儲能380V~接口直流接口1直流接口2電網(wǎng)能源路由器NN380V~接口DC/DCAC/DCDC/DCDC/ACDC/ACDC/DCM

MN

永磁同步發(fā)電機(jī)

異步電動機(jī)變頻器3永磁同步發(fā)電機(jī)模擬裝置電阻負(fù)載光伏陣列負(fù)荷380V~接口NAC/DC直流接口N15單點(diǎn)集中、易于維護(hù)多點(diǎn)互聯(lián)、薄弱點(diǎn)分散清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會交流輸入端口交流輸出端口直流輸入端口直流/交流輸出端單口相濾波器控制程序

直直變換輸出端口PWM調(diào)制交流變直流斬波（PWM）+低通濾波直流變交流輸出PWM調(diào)制+低通濾波交流變交流斬波（PWM）直流變直流直通功能選擇輸入通用功率模塊設(shè)計16清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會設(shè)備接入能源消費(fèi)設(shè)備接入能源模塊連接線路通信模塊連接線路能源模塊連接線路通信模塊連接線路遠(yuǎn)程控制開關(guān)插頭CP脈沖觸發(fā)按鈕插頭能源供應(yīng)開關(guān)能源互聯(lián)網(wǎng)用戶設(shè)備即插即用能源互聯(lián)網(wǎng)能量路由器17能源端口連接線路通信端口連接線路遠(yuǎn)程控制開關(guān)接口能源用戶設(shè)備接入端口即插即用即插即用設(shè)計能源網(wǎng)絡(luò)側(cè)清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會軟件定義設(shè)計18清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器層次化架構(gòu)骨干能源路由器區(qū)域能源路由器19清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會區(qū)域能源路由器20清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會骨干能源路由器123567CoolingTransformersCon/invertersSwitchesStorageControllerPC

cluster123456742Converters/InvertersEnergy

storages214Transformers清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器

局域內(nèi)網(wǎng)中控Internet控制器工控機(jī)PLC能源路由器智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計曹軍威|jcao@23清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析實(shí)測潮流

數(shù)據(jù)云庫

能量管理

能量交易24通過直接量測和算法處理，得到在線實(shí)時動態(tài)潮流，從而得到各節(jié)點(diǎn)和線路的U(t)、I(t)、P(t)、Q(t)以及它們的派生量，如dU(t)/dt、dQ(t)/dt、dQ(t)/du(t)等特征了量的時間變化，對它們進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，由此構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。模式評估數(shù)據(jù)挖掘選擇與變換數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)清理數(shù)據(jù)集成數(shù)據(jù)庫清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會24能量路由器技術(shù)特征多端口、可擴(kuò)展；標(biāo)準(zhǔn)接口、即插即用；硬件通用化（光伏逆變器、儲能PCS）；軟件定制化（SDN）；替代變電站變壓器或?yàn)楝F(xiàn)有變電站變壓器備用；電能質(zhì)量調(diào)節(jié)（SVG、APF等）；儲能+對間歇式能源進(jìn)行平衡的功能；信息物理融合——能量管理的執(zhí)行終端；能量交易的計量終端；數(shù)據(jù)中心的信息服務(wù)；與能源站多種能源（熱—電—冷）相互轉(zhuǎn)換相結(jié)合。清華大學(xué)|智中能研252019第九屆中國國際儲能大會序號專利號申請日期專利名稱發(fā)明人120171097667722017-10-19一種基于SDN的能量路由器和電能傳輸方法曹軍威,謝挺,明陽陽,胡俊峰,梅東升,陳裕興,郭明星220171097625932017-10-19一種交直流通用端口設(shè)備及轉(zhuǎn)換方法曹軍威,陳裕興,梅東升,謝挺,胡俊峰,明陽陽,郭明星320171089998792017-09-28一種負(fù)載功率預(yù)測方法及系統(tǒng)秦鈺超,華昊辰,胡俊峰,曹軍威,陳裕興,梅東升,郭明星,謝挺420171082251492017-09-13一種能源互聯(lián)網(wǎng)用戶設(shè)備即插即用的方法及裝置曹軍威,胡俊峰,郭明星,陳裕興,梅東升,謝挺,明陽陽520171082208552017-09-13一種能量路由器即插即用的控制方法明陽陽,郭明星,梅東升,曹軍威,謝挺,胡俊峰,陳裕興620171082177592017-09-13能量路由器明陽陽,曹軍威,謝挺,郭明星,胡俊峰,陳裕興,梅東升720171078649822017-09-04一種廣域能源互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域劃分方法和系統(tǒng)楊剛,華昊辰,謝挺,郭明星,梅東升,陳裕興,曹軍威,胡俊峰820171061882342017-07-26能量路由器及基于該能量路由器的發(fā)電控制方法曹軍威,胡俊峰,郭明星,陳裕興,梅東升,謝挺,郝傳統(tǒng)920171060265642017-07-21一種光伏發(fā)電功率預(yù)測的方法和裝置曹軍威,秦鈺超,胡俊峰,陳裕興,梅東升,郭明星,謝挺,華昊辰1020171050305392017-06-27能量路由器控制模型獲取方法及系統(tǒng)、控制器及控制方法曹軍威,謝挺,梅東升,陳裕興,郭明星,胡俊峰,華昊辰1120171047193702017-06-20微網(wǎng)運(yùn)行成本最小化的控制處理方法與裝置秦鈺超,曹軍威,胡俊峰,謝挺,郭明星,陳裕興,梅東升,華昊辰12201710318603X2017-05-08一種微電網(wǎng)系統(tǒng)直流母線電壓穩(wěn)定性控制處理方法及裝置曹軍威,胡俊峰,郭明星,陳裕興,梅東升,謝挺,華昊辰1320171028953252017-04-27一種能量路由器抗干擾控制器的形成方法及裝置華昊辰,曹軍威,陳裕興,梅東升,郭明星,胡俊峰,謝挺1420171017525932017-03-22一種電網(wǎng)故障類型確定方法及裝置趙兵兵,曹軍威,陳裕興,胡俊峰,梅東升,郭明星申請專利清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會北京市科技計劃課題結(jié)題驗(yàn)收——自治微網(wǎng)能源路由器研制與示范應(yīng)用低壓用戶側(cè)小容量樣機(jī)研制26清華大學(xué)|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會第三方檢驗(yàn)報告通過第三方認(rèn)證，驗(yàn)證了我們完成裝置研制與調(diào)試，電壓等級380V，系統(tǒng)容量實(shí)測為213KVA，響應(yīng)時間為8.8ms，接入電源種類有四種：電網(wǎng)、風(fēng)電、光伏、儲能。負(fù)荷種類四類：交流電阻、交流電抗、電子負(fù)載、直流負(fù)載、儲能（充電）。能

量路由器具有潮流調(diào)節(jié)模式（有功調(diào)節(jié)、

無功調(diào)節(jié)；穩(wěn)定功率因數(shù)達(dá)到95%以上）。具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式，暫態(tài)電壓補(bǔ)償能

力超過30%，電流諧波含量小于5%。清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會入選國家能源局首批國家級能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程項目，示范范圍為：海淀北部地區(qū)的翠湖組團(tuán)和永豐組團(tuán)，建筑面積2682萬平方米，其中，翠湖組團(tuán)建筑面積為

1366萬平方米，永豐組團(tuán)建筑面積為1316萬平方米。京能海淀北區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程曹軍威|jcao@29清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會基于能源路由器的能源互聯(lián)網(wǎng)光儲充集成化解決方案集成化實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)變流器。這樣的系統(tǒng)與一般的分布式微網(wǎng)系統(tǒng)一致，都需要并離網(wǎng)切換，并網(wǎng)變流器在能量路由器中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。集成化實(shí)現(xiàn)了光伏逆變器。光伏的接入一般需要

光伏逆變器，而通過能量路由器的話可以以端口

的形式提供逆變器的功能，不再需要光伏逆變器。集成化實(shí)現(xiàn)了儲能PCS。儲能的接入需要雙向DC/DC功能的儲能PCS，能量路由器直接提供。集成化實(shí)現(xiàn)了直流充電功率模塊。直流充電樁一般需要功率模塊控制充電電流，能量路由器一并實(shí)現(xiàn)。集成化實(shí)現(xiàn)了能量管理功能。能量路由器的上層

控制器策略事實(shí)上充當(dāng)了能量管理和控制的角色，可以進(jìn)行動態(tài)的調(diào)度。集成化實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量管理等其他功能。本身能量路由器內(nèi)部具有直流總線隔離，解決了大部分30的電能質(zhì)量問題，不再需要單獨(dú)的專用電能質(zhì)量治理裝置。能源路由器應(yīng)用典型場景清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器應(yīng)用示范點(diǎn)北京上莊燃?xì)鉄犭娪邢薰臼怯杀本┠茉赐顿Y（集團(tuán)）有限公司清潔能源板塊出資組建的國有企業(yè)，公司地處北京市規(guī)劃建設(shè)的國家自主創(chuàng)新示范區(qū)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)的海淀北部地區(qū)。公司已經(jīng)建設(shè)1臺9E級聯(lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，是海淀北區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程的組成部分。31清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器應(yīng)用實(shí)施進(jìn)展目前，能量路由器裝置樣機(jī)已經(jīng)交付上莊電廠，準(zhǔn)備在海淀北區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程的建設(shè)實(shí)施過程中進(jìn)行投運(yùn)。32清華大學(xué)

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器標(biāo)準(zhǔn)制定在能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下，以信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，具有支持一種或多種能源的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)換功能，能量流動由能源生產(chǎn)、消費(fèi)和服務(wù)的綜合信息進(jìn)行優(yōu)化控制，兼容多類型設(shè)備的友好接入、優(yōu)化能源生產(chǎn)側(cè)與消費(fèi)側(cè)的雙向交互、實(shí)現(xiàn)多元靈活的能源交易，從而構(gòu)建開放式能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)的能源