能源互聯(lián)網(wǎng)以及能量路由器研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著人類文明的不斷進(jìn)步，進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展受到各國的廣泛關(guān)注，但能源生產(chǎn)的清潔化的同時(shí)也帶來了巨大挑戰(zhàn)。為應(yīng)對挑戰(zhàn)，2004年TheEconomist發(fā)表了《BuildingtheEnergyInternet》，首次提出建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)具有兩大特點(diǎn)，分別是自愈和即插即用，通過學(xué)習(xí)兩大特點(diǎn)，希望將傳統(tǒng)的大電網(wǎng)系統(tǒng)也轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃纱筇攸c(diǎn)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，即智能響應(yīng)和自愈。同時(shí)為了減少大范圍停電的惡劣影響，該數(shù)字網(wǎng)絡(luò)需要支持分布式發(fā)電設(shè)備和儲能裝置的并接[13]。2008年，德國推行了一個(gè)創(chuàng)新能源促進(jìn)項(xiàng)目，即著名的“E-Energy”計(jì)劃，希望創(chuàng)造一個(gè)智能能源供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過信息、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)控制，并在6個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)示范應(yīng)用。德國號召數(shù)量龐大的工廠企業(yè)和千萬民眾積極參與進(jìn)來，力所能及的收集新能源并儲存，通過智能電網(wǎng)在德國全境共享，形成能源需求和供給的良好互動(dòng)[14]；2011年，《第三次工業(yè)革命》問世，引起學(xué)術(shù)界的廣泛討論，該書的作者JeremyRifkin教授，他是美國知名學(xué)者?！兜谌喂I(yè)革命》首次提出能源互聯(lián)網(wǎng)概念，“新的歷史階段，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，讓諸多人口能夠因地制宜生產(chǎn)清潔能源”，這是他心目中認(rèn)為的“能源互聯(lián)網(wǎng)”[15]。歐盟最早開始能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究工作，以“UNIFLEX-PM研究計(jì)劃”為代表展開面向未來電網(wǎng)的形態(tài)、運(yùn)行控制技術(shù)、可再生能源接入、關(guān)鍵設(shè)備、能量管理等全系列研究內(nèi)容。其中，“電力電子變壓器”作為構(gòu)建未來電網(wǎng)的新型裝置，可實(shí)現(xiàn)不同電網(wǎng)、多類型能源的能量平衡節(jié)點(diǎn)[16]；緊接著，2011年，美國北卡羅來納州立大學(xué)發(fā)起以FREEDM計(jì)劃為代表的智能電網(wǎng)建設(shè)藍(lán)圖，不僅強(qiáng)調(diào)面向未來的交直流混合電網(wǎng)發(fā)展的重要性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)“微網(wǎng)”在未來電網(wǎng)中的扮演的角色，以及明確了信息技術(shù)在未來的新型電網(wǎng)中位置和作用[17]；日本為了提高分布式能源在國民能源系統(tǒng)中占的比例，采用通過電力傳輸線連接各種不同的用電端和分布式發(fā)電設(shè)備的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)提出了“數(shù)字電網(wǎng)”，更加突出對能源的管理，例如，以能量路由器為核心構(gòu)建住宅能源管理系統(tǒng)、樓宇能源管理系統(tǒng)、工廠能源管理系統(tǒng)[18]；與歐美國家相比較，我國對于能源互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知較晚，也因此對其開展的研究內(nèi)容也較為落后。2014年，國家電網(wǎng)首次提出“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念，認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)[19]。2016年，為了我國在第三次工業(yè)革命發(fā)展中不落后于歐美國家，同時(shí)也為了全面促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)多層次融合發(fā)展，國家的相關(guān)職能部門，火力全開，風(fēng)風(fēng)火火的出臺各類指導(dǎo)文件和優(yōu)惠政策，大大規(guī)范和促進(jìn)了能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并決心在國際領(lǐng)域中占據(jù)領(lǐng)先位置。1.2能量路由器的研究現(xiàn)狀能量路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的中心部件，在能源聯(lián)網(wǎng)中作用巨大，可以實(shí)現(xiàn)在各接口間傳遞信息、交直流變換以及能量的協(xié)調(diào)控制。能量路由器的主流拓樸大致有兩類，第一類是一體化的電力電子變換器，第二類是由若干個(gè)電力電子變換器共同形成。能量路由器的第一類拓樸結(jié)構(gòu)和電力電子變壓器（PET）關(guān)系緊密[20]。電力電子變壓器有三大特點(diǎn)，一是端口數(shù)量多，二是兼容不同類型的電氣設(shè)備，三是能量可以憑需要任意流動(dòng)。正是由于PET具有以上三大特點(diǎn)，這不僅為了能量路由器提供了基本的電氣拓樸，也為之后能量路由器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能量調(diào)控做了鋪墊。如圖1-1所示是一種典型的由一體化的電力電子變換器形成的能量路由器拓?fù)?，包括輸入級、隔離級以及輸出級。該拓樸結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是具有模塊化特性，具備多個(gè)電壓等級，傳輸功率大，缺點(diǎn)是功率密度相對較低，控制比較復(fù)雜。清華大學(xué)大容量電力電子與新型電力傳輸研究中心采用該拓?fù)溲兄瞥隽藰訖C(jī)。圖1-1第一類能量路由器能量路由器的第二類拓樸是由若干個(gè)電力電子變換器共同形成。如圖1-2所示是一種典型的由若干個(gè)電力電子變換器共同形成的能量路由器拓樸。由圖中可知，該拓樸具有高壓交直流、低壓交直流和儲能原件等諸多端口，可以兼容各種類型的分布式能源的接入和滿足各種新老型用電器及負(fù)載的供電，在確保滿足負(fù)荷和電能需求的基礎(chǔ)上，主觀選用最佳能量傳導(dǎo)路徑，以實(shí)現(xiàn)最大化能源利用以及電能變換效率。傳統(tǒng)電網(wǎng)的能量傳輸方式是通過高壓交流和低壓交流進(jìn)行，而分布式能源的能量傳輸方式主要是通過低壓直流，用電器及負(fù)荷消耗能量的方式主要通過低壓交流和低壓直流。加入儲能原件的初衷和目的主要是為了穩(wěn)定能量路由器的運(yùn)行過程，便于能量協(xié)調(diào)，因?yàn)榉植际侥茉淳哂泻艽蟮牟淮_定性。隨著世界各國對能量路由器研究越來越深邃，導(dǎo)致能量路由器更多的潛在功能被人們所開發(fā)，由此誕生了許多能量路由器的別稱，例如能源路由器、電能路由器、能量轉(zhuǎn)換機(jī)等。截至今日，世界范圍內(nèi)的學(xué)者已經(jīng)對能量路由器開展了深入的調(diào)查研究實(shí)踐，并取得了不錯(cuò)的成果。文獻(xiàn)[21]提出了一種新型能量路由器拓?fù)?，并給出了對應(yīng)的控制策略。該拓樸實(shí)現(xiàn)了能量路由器眾多端口間的智能配合和能量傳遞，并基于源網(wǎng)荷儲給出了優(yōu)化控制，但未配置對儲能裝置的保護(hù)。圖1-2第二類能量路由器文獻(xiàn)[22]提出一種多層次的能量協(xié)調(diào)控制辦法，其中利用儲能裝置的不同荷電狀態(tài)，結(jié)合分層控制策略來實(shí)現(xiàn)對整體的恒壓控制，導(dǎo)致能量路由器的應(yīng)激性大大降低。文獻(xiàn)[23]提出了一種新型能量路由器接口布置，具備兩種端口，即網(wǎng)端與本地端口，通過對不同端口的鏈接，能量路由器既可以接入本地設(shè)備，又可以實(shí)現(xiàn)與其它網(wǎng)絡(luò)能量路由器的相連，并根據(jù)不同網(wǎng)際間能量的傳遞需要，給出對應(yīng)的切換控制策略。文獻(xiàn)[24]提出一種新型能源路由器的電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的各種類型端口，包括交流端口、直流端口、儲能端口等均采用VSG控制，該控制的好處是系統(tǒng)穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)了各個(gè)端口間能量的協(xié)調(diào)控制，同時(shí)配備了一種創(chuàng)新性的控制辦法，使得在應(yīng)對惡劣工況下（直流側(cè)突增負(fù)荷、電網(wǎng)頻率突增和突減），仍然能控制母線電壓穩(wěn)定。文獻(xiàn)[25]提出了一種PET的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用以替代傳統(tǒng)變壓器，使其當(dāng)作各類新能源與大電網(wǎng)鏈接的中點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)能量的多向流動(dòng)、精準(zhǔn)調(diào)配和可控。文獻(xiàn)[26]提出了一種家用能量路由器拓?fù)?，主要包含了一條360V的直流母線和一條220V的交流母線，兩條直流母線通過AC/DC變換器連接，具備電氣隔離和能量雙向流動(dòng)的特征，并且該拓樸可以通過預(yù)留端口和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器連接分布式發(fā)電系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)，電網(wǎng)和負(fù)載。文獻(xiàn)[27]提出了基于能量路由器的完全靈活的配電系統(tǒng)的多層體系結(jié)構(gòu)，并指出能量路由器將是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。文獻(xiàn)[28]提出了一種基于能量路由器的微電網(wǎng)互連框架，其中考慮了不同微電網(wǎng)之間的能量補(bǔ)充。文獻(xiàn)[29]介紹了一個(gè)由ER構(gòu)建的多重微電網(wǎng)框架，并提出了相應(yīng)的控制策略，包括交易機(jī)制和價(jià)格刺激機(jī)制。文獻(xiàn)[30]提出了一種微電網(wǎng)間的能量路由器拓?fù)?。針對級?lián)H橋電路中，直流側(cè)電容電壓存在不平衡的情況，設(shè)計(jì)了一種新型的控制方法，以微乎其微的能損，保證直流側(cè)電壓的迅速穩(wěn)定。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)通過研讀能源互聯(lián)網(wǎng)以及能量路由器的相關(guān)文章，國內(nèi)外目前的研究主要是針對它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行的，得出以下結(jié)論：（1）能源互聯(lián)網(wǎng)是一種以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，將信息和能源深度結(jié)合，從而創(chuàng)造的一種新型網(wǎng)絡(luò)。它也是一種智慧網(wǎng)絡(luò)，以大電網(wǎng)作為中心，協(xié)調(diào)配合多種形式的能源。能源生產(chǎn)和分配的升級，導(dǎo)致能量路由器的出現(xiàn)，這是發(fā)展的必然。同時(shí)，能量路由器作為能源聯(lián)網(wǎng)的大核心，它的發(fā)達(dá)與否，將決定能源聯(lián)網(wǎng)水平的高低。（2）以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的能量路由器，其對于能量的轉(zhuǎn)換效率以及靈活調(diào)配將直接影響到分布式電源的消納程度，也將決定了當(dāng)不同類型的能源連接到電網(wǎng)時(shí)，它們對電網(wǎng)的柔韌性、靈活性、穩(wěn)定性及效率的影響。所以，研究能量路由器的拓樸結(jié)構(gòu)和各變換器間協(xié)調(diào)控制勢在必行。（3）目前國內(nèi)外對于能量路由器的研究主要聚焦在應(yīng)用對象主要為中高壓配電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)，電壓等級和接口單一，而對于低壓、交直流混合的樓宇和戶用型的能量路由器開展的研究甚少，并且研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的研究重心主要放在了功率等級和端口容量兩方面，從而導(dǎo)致能量路由器里各端口協(xié)調(diào)運(yùn)