能源互聯網路由網絡結構與控制機制

劉展

摘要：在新的時代里，能源利用問題一直都是備受關注的問題，而針對能源互聯網的路由器的網絡控制結構與控制機制的問題，提出了在全網框架下構建能源路由器的結構系統與路由器的控制方法。能源互聯網可分為三個層次，分別是廣域互聯、局域微網、能源終端，針對這一情形，也提出了一個相應的解決的辦法，二級能源路由器和網絡模型，同時也實現了微網內部和廣域互聯的能源的有效管理。

關鍵詞：能源互聯網 路由器 控制結構

前言：隨著當代社會文化和科學技術的革故鼎新，適應當代社會文化發展，推動社會經濟的發展，能源互聯網的技術改進也被列如發展中的重要技術，許多的科研人員都在致力于相關理論與相關技術的研究，并將先進的電子技術、信息技術與智能管理結合一體，在其中找到一套行之有效的能源互聯網管理系統。并且，在不斷地研究中，產生一些網絡能源的管理方法，但是，就當前的研究方法大多都不全面，仍受限于單體裝置，為了能夠順利的將能源路由器應用到互聯網工程中時，仍有一段不小的路需要走，通過進一步的探索，從而找到更加穩妥、合理地能源互聯網管理模式。基于能源互聯網的三個層次給出廣域互聯、微網的路由結構，研究其數控結構機制。

1 能源互聯網的框架

在電力流的輸送方式上，傳統電網與能源互聯網都是一樣的，都需要按照電力分布的區域特點，按級按層地輸送或者交換。在這種框架下，既有效的保證了能量的高效傳輸和利用，又能實現安全、有序的管理。其能源互聯網框架，如圖一所示

圖一

能源互聯網可以大致分為三個層次，分別是廣域互聯網、局域微網和能源終端網絡。

廣域能源互聯網主要的工作是調節局域微網間的能量平衡問題，可以實現跨區域調節微網能源問題，并且，廣域互聯網是能源互聯網的奮斗目標，是一種高級能源互聯網的體現方式[1]。廣域互聯網是基于局域互聯網的發展基礎上的再發展，需要建立一個范圍更大能源監測、控制、傳輸網絡。并且，廣域互聯網的建設中主要的工作就是，建立廣域能源信息網絡以及能源傳輸網絡，除此之外，還要又一套行之有效的廣域能源管理系統。

局域能源微網就是一種分能源組織，且這種能源組織還是分區域管理的，在這種管理系統中，由系統終端連接并管理著每個區域內的能源終端，實現了電氣連接的建立、信息與業務的連接建立。局域能源微網的建設所需時間的跨度大，并且在建設中，各區域的調節、管理以及運行系統都非常的復雜，同時局域微網是能源互聯網的管理系統的基礎，在能源互聯網建設中占有極為重要的地位，關系著整個建設的質量、進度，是其最終要的核心內容。一般來講，局域微網包含多種能源供應體，例如燃氣、地熱、風電站、光伏電站等，同時也包含工廠負荷、家用電器等，除此之外，還包含數控中心以及能量管理系統。

而能源終端網絡是能源互聯網中的一個小單元，可以是任何一種形態的能源消費組織，就好比是一所學校、一個工廠或是一棟智能那個建筑物，除此之外這個小單元還可以只是一個負荷裝置，只要裝置的功率夠大就成為這樣的一個小單元，例如大功率的空調或者是冰箱等。能源終端網絡的目的就是實現能源輸送，也就是將電源點或者是能源的生產源產生的能源輸送到局域能源微網，因為受到通道特性的影響，這種能源輸送接口只有一個。

2 兩級路由器的結構以及網絡模型

2.1 兩級路由結構

在能源網絡系統中，電力是其中最重要的一種能量載體，承載著大量的能源，屬于能源供給結構，而其他的能源載體屬于消費結構，所以，為方便研究其他形式的能源時，可以用電力數據將其他形態的能源等效的替換，然后再用替換得出的數據進行分析、研究[2]。由此可知，能源路由網絡系統不僅僅可以實現采集能源信息，分析能源路由以及實現控制能源路由，還可以完成能源的定向傳輸。

2.2 網絡模型

隨著能源互聯網的發展，在兩級能源路由構成的全網能源控制系統的基礎下，網絡能源系統對能源系統的暫態性能的要求也隨之提高了，充分滿足用戶的各項需求，提高能源系統的反應能力，在發生能源相關聯的變化時要及時的做出反應。并且，網絡模型的組成部分是終端符合負荷模型集、微網負荷模型，同時，微網負荷模型與終端符合負荷模型集也是能源網絡路由控制系統中的基礎和對象。網絡模型的建立都需要網絡提供實時暫態數據，因此，網絡模型在每個時刻，其模型都是不同的，屬于時變模型。

接下來就講講微網負荷模型以及終端負荷模型集，在研究微網負荷模型時，實際上就是指單個微網的總負荷特性，也就是說，微網模型可以檢測微網功率的變化規律，實現定性、定量的描述其規律，微網模型中得出數據也是建設廣域能源路由控制系統的數據依據。并且，微網的建立的數據來自于局域能源路由的實時運行，所以微網模型也是一種時變模型。

終端負荷模型集就是數字模型的一個集合，其中所有的模型都是在局域能源微網中具有功率實體的，主要是用來描述功率實體在運行中的實時數據以及功率變化規律等[3]。像是風力發電模型、火力發電模型、化學儲能模型、燃氣模型以及熱力模型都屬于終端負荷模型集。

3 路由運行結構和情景分析

在將終端負荷模型集和網絡模型運用到路由控制時，在運行相對平穩時候，控制效果會表現得非常好，很穩定，但是當終端網絡發生劇烈變化時，假設系統內部的結構出現了較大的變動時，會造成理論的控制量與實際需要地控制量之間的差值很大，此時系統的運行就出現了嚴重失衡，因此，也給電力網絡的平穩造成了重大的影響，嚴重時，還會發生電力故障[4]。

3.1 預測控制、全網熔斷實時路由的應急控制方法

以局域微網為例，第一個實時功率線性模型，建立的數據來源是側量得到的實時數據，另一個就是依據實時功率新型模型建立的預測控制路由以及控制策略，在不同的時間節點時，他們分別有不同的作用。如果某一個時間節點t時刻，執行控制的路由開始執行了，直到另一個時間點t2結束。在t1時刻，測量數據會被送到路由系統中，然后，系統會根據實時數據信息，由路由的控制系統進行工作，根據獲得實時數據通過計算得出當時最適宜的執行方案，并對比預測的控制執行策略，同時還有一個裕量范圍作為參考，當比較的結果保持在裕量范圍時，說明預測控制方案是適宜的，不需要更換，可繼續執行。當結果存在較大的差值時，不再出現在一定的裕量范圍，此時就執行熔斷，有另一個方案代替原來的預測控制方法。

3.2 預測誤差小，不會熔斷

第一種情況就是一種理想的情況，采用測量的數據構建的線性模型，在較短的時間里，這個線性模型基本上就可以完全的描述出用電器的功率變化顧慮，并且，利用這個線性模型還可以獲得下個時刻的功率變化情況[5]。在微網結構較為穩定時，功率基本上處于平衡的狀態，預測執行策略與數據計算得出的執行策略之間的誤差很小，此時，不會發生熔斷。

3.3 預測偏差較大，發生熔斷

在微網系統中，將實施記錄的數據傳到終端系統中，根據數據得出預測控制方案，建立一套模型，再根據實際情況建立一套方案，兩相比較，如果誤差過大，就不會繼續執行，此時發生熔斷，說明，此時那套預測方案不再合適，需要重新進行修復，重新建立新的模型。

3.4 微網結構發生變化，則熔斷

在功率裝置的接入與退出時，會使微網的結構發生變化，主要體現在電源點或負荷的變化，無論是哪一種都會使微網系統大規模的失衡，一旦發生失衡情況時，就先要保證微網穩定，然后才是有更精確的路由進行控制。但是，例如加大儲能功率時，系統的熔斷行為會非常的迅速，當熔斷行為發生后，終端網絡模式就會被重置，以適應結構改變后的微網。

結束語：

就這項研究而言，主要的是從整個網絡系統的角度，系統的研究了能源路由的結構、原理和路徑。并且從多個方面進行了詳細的分析，也給出了熔斷判斷策略。但是，提出的一些策略還有待完善，例如熔斷方法只適用超短周期的控制，所以在這方面的技術還有待提高和改進。

參考文獻：

[1]汪生，金志剛，王柄鑒.計及安全域的能源互聯網路由算法[J].電力信息與通信技術，2018，16（10）：1-7.

[2]郭慧，汪飛，張笠君，馮夏云，羅建.基于撮合交易的能源互聯網最小網損路由算法[J].電力系統自動化，2018，42（14）：172-179.

[3]王柄鑒，金志剛，蘇菲.能源互聯網的自適應路由策略[J].電力系統及其自動化學報，2018，30（05）：92-97.

[4]石亞鋒. 能源路由器能量信息一體化接口設計與實現[D].電子科技大學，2018.

[5]尚煜東. 能源路由器路由策略的研究[D].華北電力大學，2018.