浅析能源互联网电力技术及其微观应用

分布式能源最终都是转化为电能进行传输，经过配电环节转化为不同客户的需求用电。因此，能源互联网的关键技术主要体现在能源发电管理侧、电能合理分配侧和智能用户端，并以信息通信技术为支撑采用智能化手段实时连接各电能环节搭建互动管理平台。能源互联网应具有一个统一的能源云平台，依照电网络的范围大小分为能源微网、能源局域网、能源广域网，主要包括新能源调度自动化、配电自动化和用电自动化三大领域的关键技术。如图所示，信息通信可以完成分布式能源基站管理、配用电技术的无缝连接，构成包括基础设施、关键技术参数的管理平台的整体网络，实现调、配、用一体化。

 

能源的性质在很大程度上决定了开发方式和最终电能质量，能源互联网是将各种新型能源连接大电网弥补火电带来的环境污染等一连串的问题，新能源在量上扩充的同时也带给电网新的技术难题，微网控制技术、电力路由技术、电力电子变压器与储能技术是传统网络向新型网络升级过程中遇到的重点和难点。

 

（1）微电网是一个由微电源、负荷、储能和控制装置组成的系统，相对于大电网来说，微电网是其中一个可以自行输入、输出电能的可控单元。大电网在运行的时候可能面临微网单元的各种不同的运行模式，例如并网功率不上网运行、并网功率余量上网运行、并网定功率发电运行、离网运行等，由于分布式能源的多样性、间歇性与随机性使得电压和频率的变化毫无规律，微网的正常运行就会难以控制，对于系统的继电保护提出了更高的要求；微电网包括了大量的新能源发电单元，所以不同时间段的能量传输变化大，造成微电网的不稳定。

 

（2）储能装置是能源互联网中的重要组成部分[9][10]，对间歇性能源发电实时存储，减少不稳定量对局域网络的影响，提高了微电网对分布式能源的接纳能力。常用的储能技术主要包括飞轮储能、超导储能、超级电容储能和电池储能，大都以组合的方式完成余量的收集存储，但存储量不大。要解决大容量的分布式能源的储能系统必须克服技术和材料的限制，能源协调控制技术和紧急防措功能的综合应用是新型互联网单元的关键技术。

 

（3）电力电子控制技术在能源互联网中主要包括两个核心部件：电力电子变压器和电力路由器，它们是构成新型能源互联网配电网与微网连接、储能与能源分配控制的关键性装备。目前10KV以上可用于实际输配电系统的电力电子变压器还没有很大的进展，面临着一些挑战，包括新材料诸如SIC之类的铁芯替代材料的研究，可以提高磁芯利用率；采用多个变流器串联工作，会产生大量的谐波，对于散热的要求相应提高了，并且任一个出现故障时会导致整个模块工作的功能异常。另外一个核心器件是实现电力路由的功能，将一定区域内的发电源和需求侧接入互联网，相当于互联网上的“IP地址”识别一样，进行分布式电源或者可再生能源发电的定位，可以根据来自相邻电力路由器的频率来判断相邻区域网络是否出现缺电，并在区域的能源云平台上指示诸如“区域A储电向区域B的电力路由器传输”等控制。电力电子变压器和电力路由器还必须统一借口技术，方便于分布式能源和储能装置以 “即插即用”的形式投入使用，实现能源的互联互通。

 

4.能源互联网Smart模型

 

能源互联网对于电网的改革来说是一次重大设备和数据信息的整合，在大电网骨架智慧贯通的前提下，搭建智慧微网，促使能源共享，是一项重大的工程。对于能源互联网的灵活应用，必须从基础的产品技术出发，落实应用平台建设，建立相应的运营体系，促进整个系统的健康运行。

 

根据能源互联网的智慧互动原理建立了smart模型，主要分为三个层次：技术整合层，平台建设层，应用评估层，总体上涵盖了技术规划、能源互联、信息互通、管理调度、运营保护5个方面。技术主要是指储能、电力电子控制技术；能源互联是指新能源可靠的接入大电网；应用主要包括储能检测平台、电动汽车管理平台等；管理主要是根据互联网系统的技术和应用需求特征进一步提升电网的坚强、全面性；运行保护是实现用电互动资源共享的关键步骤。将整个网络建设成一体化管理，不管哪个环节出现问题，能源互联网要求做到不影响其他回路的健康运行，并且以最快的速度启动后备保护，当电源系统出现故障时，可启动储能供电系统，自动隔离故障线路，争取维修时间，减少电网损失，做到电网的强关联强保护持续运行。

 

5、以园区建设为中心的能源互联网

 

能源互联网是依靠大电网骨架灵活构建微单元系统的集群体，以清洁环保、互动可调、能源最大化利用为目标进行设计。目前电力电子变压器和电力路由器都受到电力电子技术的限制，在电压等级和设备容量上难以上升到大电网传输应用上。通过smart模型分析，我们提出适用于园区的配电网建设，以园区为单元构建互补互调的能源互联网，如图3所示，搭建能源路由器的功能模型以及园区能源网络，整个系统可以就地取能，减少电能的传输损耗。将风能、太阳能与储能装置统一于电力路由器的调度权限，分层管理，将每个小区的路由器连接成一个大范围区域互联网，实现一个以园区为单元的自给输入和输出的能量系统。

 

目前相关技术的研究部分已具备可实现性，还有一些核心技术处在研发试验阶段，但都是单方面的应用，运用信息通信技术连接各领域技术产品构成整体区域能源互联网的解决方案还没有得到完善，也是一项新的挑战。从目前技术角度来看，园区能源互联网的搭建可以借鉴以下应用领域的技术整合，为进一步研究奠定基础。

 

1、智能楼宇建设已经具有相当成熟的经验，对于园区小型的太阳能、风能和热能等能量管理系统建设可以借助已有的网络基础进行搭建，对于新型的例如AMI智能电表技术的应用，让园区每一户共享能源信息，尚需进一步研究。

 

2、电动汽车的使用率越来越高，在大城市和新型园区中可作为备用电源和移动存储器，解决能源的消纳问题，当能源互联网中出现停电或者电能不足时，可以作为备用电源就地弥补电能缺量，等待系统恢复正常的运行模式。电动汽车作为能源载体具有灵活性，但目前充电时间长、能源密度低使得整个系统的运作效率低，因此对于快充技术和提高电池能量密度是此领域技术瓶颈。