能源互联网路由网络结构与控制机制

刘展

摘要：在新的时代里，能源利用问题一直都是备受关注的问题，而针对能源互联网的路由器的网络控制结构与控制机制的问题，提出了在全网框架下构建能源路由器的结构系统与路由器的控制方法。能源互联网可分为三个层次，分别是广域互联、局域微网、能源终端，针对这一情形，也提出了一个相应的解决的办法，二级能源路由器和网络模型，同时也实现了微网内部和广域互联的能源的有效管理。

关键词：能源互联网 路由器 控制结构

前言：随着当代社会文化和科学技术的革故鼎新，适应当代社会文化发展，推动社会经济的发展，能源互联网的技术改进也被列如发展中的重要技术，许多的科研人员都在致力于相关理论与相关技术的研究，并将先进的电子技术、信息技术与智能管理结合一体，在其中找到一套行之有效的能源互联网管理系统。并且，在不断地研究中，产生一些网络能源的管理方法，但是，就当前的研究方法大多都不全面，仍受限于单体装置，为了能够顺利的将能源路由器应用到互联网工程中时，仍有一段不小的路需要走，通过进一步的探索，从而找到更加稳妥、合理地能源互联网管理模式。基于能源互联网的三个层次给出广域互联、微网的路由结构，研究其数控结构机制。

1 能源互联网的框架

在电力流的输送方式上，傳统电网与能源互联网都是一样的，都需要按照电力分布的区域特点，按级按层地输送或者交换。在这种框架下，既有效的保证了能量的高效传输和利用，又能实现安全、有序的管理。其能源互联网框架，如图一所示

图一

能源互联网可以大致分为三个层次，分别是广域互联网、局域微网和能源终端网络。

广域能源互联网主要的工作是调节局域微网间的能量平衡问题，可以实现跨区域调节微网能源问题，并且，广域互联网是能源互联网的奋斗目标，是一种高级能源互联网的体现方式[1]。广域互联网是基于局域互联网的发展基础上的再发展，需要建立一个范围更大能源监测、控制、传输网络。并且，广域互联网的建设中主要的工作就是，建立广域能源信息网络以及能源传输网络，除此之外，还要又一套行之有效的广域能源管理系统。

局域能源微网就是一种分能源组织，且这种能源组织还是分区域管理的，在这种管理系统中，由系统终端连接并管理着每个区域内的能源终端，实现了电气连接的建立、信息与业务的连接建立。局域能源微网的建设所需时间的跨度大，并且在建设中，各区域的调节、管理以及运行系统都非常的复杂，同时局域微网是能源互联网的管理系统的基础，在能源互联网建设中占有极为重要的地位，关系着整个建设的质量、进度，是其最终要的核心内容。一般来讲，局域微网包含多种能源供应体，例如燃气、地热、风电站、光伏电站等，同时也包含工厂负荷、家用电器等，除此之外，还包含数控中心以及能量管理系统。

而能源终端网络是能源互联网中的一个小单元，可以是任何一种形态的能源消费组织，就好比是一所学校、一个工厂或是一栋智能那个建筑物，除此之外这个小单元还可以只是一个负荷装置，只要装置的功率够大就成为这样的一个小单元，例如大功率的空调或者是冰箱等。能源终端网络的目的就是实现能源输送，也就是将电源点或者是能源的生产源产生的能源输送到局域能源微网，因为受到通道特性的影响，这种能源输送接口只有一个。

2 两级路由器的结构以及网络模型

2.1 两级路由结构

在能源网络系统中，电力是其中最重要的一种能量载体，承载着大量的能源，属于能源供给结构，而其他的能源载体属于消费结构，所以，为方便研究其他形式的能源时，可以用电力数据将其他形态的能源等效的替换，然后再用替换得出的数据进行分析、研究[2]。由此可知，能源路由网络系统不仅仅可以实现采集能源信息，分析能源路由以及实现控制能源路由，还可以完成能源的定向传输。

2.2 网络模型

随着能源互联网的发展，在两级能源路由构成的全网能源控制系统的基础下，网络能源系统对能源系统的暂态性能的要求也随之提高了，充分满足用户的各项需求，提高能源系统的反应能力，在发生能源相关联的变化时要及时的做出反应。并且，网络模型的组成部分是终端符合负荷模型集、微网负荷模型，同时，微网负荷模型与终端符合负荷模型集也是能源网络路由控制系统中的基础和对象。网络模型的建立都需要网络提供实时暂态数据，因此，网络模型在每个时刻，其模型都是不同的，属于时变模型。

接下来就讲讲微网负荷模型以及终端负荷模型集，在研究微网负荷模型时，实际上就是指单个微网的总负荷特性，也就是说，微网模型可以检测微网功率的变化规律，实现定性、定量的描述其规律，微网模型中得出数据也是建设广域能源路由控制系统的数据依据。并且，微网的建立的数据来自于局域能源路由的实时运行，所以微网模型也是一种时变模型。

终端负荷模型集就是数字模型的一个集合，其中所有的模型都是在局域能源微网中具有功率实体的，主要是用来描述功率实体在运行中的实时数据以及功率变化规律等[3]。像是风力发电模型、火力发电模型、化学储能模型、燃气模型以及热力模型都属于终端负荷模型集。

3 路由运行结构和情景分析

在将终端负荷模型集和网络模型运用到路由控制时，在运行相对平稳时候，控制效果会表现得非常好，很稳定，但是当终端网络发生剧烈变化时，假设系统内部的结构出现了较大的变动时，会造成理论的控制量与实际需要地控制量之间的差值很大，此时系统的运行就出现了严重失衡，因此，也给电力网络的平稳造成了重大的影响，严重时，还会发生电力故障[4]。

3.1 预测控制、全网熔断实时路由的应急控制方法

以局域微网为例，第一个实时功率线性模型，建立的数据来源是侧量得到的实时数据，另一个就是依据实时功率新型模型建立的预测控制路由以及控制策略，在不同的时间节点时，他们分别有不同的作用。如果某一个时间节点t时刻，执行控制的路由开始执行了，直到另一个时间点t2结束。在t1时刻，测量数据会被送到路由系统中，然后，系统会根据实时数据信息，由路由的控制系统进行工作，根据获得实时数据通过计算得出当时最适宜的执行方案，并对比预测的控制执行策略，同时还有一个裕量范围作为参考，当比较的结果保持在裕量范围时，说明预测控制方案是适宜的，不需要更换，可继续执行。当结果存在较大的差值时，不再出现在一定的裕量范围，此时就执行熔断，有另一个方案代替原来的预测控制方法。

3.2 预测误差小，不会熔断

第一种情况就是一种理想的情况，采用测量的数据构建的线性模型，在较短的时间里，这个线性模型基本上就可以完全的描述出用电器的功率变化顾虑，并且，利用这个线性模型还可以获得下个时刻的功率变化情况[5]。在微网结构较为稳定时，功率基本上处于平衡的状态，预测执行策略与数据计算得出的执行策略之间的误差很小，此时，不会发生熔断。

3.3 预测偏差較大，发生熔断

在微网系统中，将实施记录的数据传到终端系统中，根据数据得出预测控制方案，建立一套模型，再根据实际情况建立一套方案，两相比较，如果误差过大，就不会继续执行，此时发生熔断，说明，此时那套预测方案不再合适，需要重新进行修复，重新建立新的模型。

3.4 微网结构发生变化，则熔断

在功率装置的接入与退出时，会使微网的结构发生变化，主要体现在电源点或负荷的变化，无论是哪一种都会使微网系统大规模的失衡，一旦发生失衡情况时，就先要保证微网稳定，然后才是有更精确的路由进行控制。但是，例如加大储能功率时，系统的熔断行为会非常的迅速，当熔断行为发生后，终端网络模式就会被重置，以适应结构改变后的微网。

结束语：

就这项研究而言，主要的是从整个网络系统的角度，系统的研究了能源路由的结构、原理和路径。并且从多个方面进行了详细的分析，也给出了熔断判断策略。但是，提出的一些策略还有待完善，例如熔断方法只适用超短周期的控制，所以在这方面的技术还有待提高和改进。

参考文献：

[1]汪生，金志刚，王柄鉴.计及安全域的能源互联网路由算法[J].电力信息与通信技术，2018，16（10）：1-7.

[2]郭慧，汪飞，张笠君，冯夏云，罗建.基于撮合交易的能源互联网最小网损路由算法[J].电力系统自动化，2018，42（14）：172-179.

[3]王柄鉴，金志刚，苏菲.能源互联网的自适应路由策略[J].电力系统及其自动化学报，2018，30（05）：92-97.

[4]石亚锋. 能源路由器能量信息一体化接口设计与实现[D].电子科技大学，2018.

[5]尚煜东. 能源路由器路由策略的研究[D].华北电力大学，2018.