清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會2提綱背景能源互聯網能量路由器關鍵技術

示范工程清華大學|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國如繼續以年平均8.9%的增速，到2020年能源消耗將達到79億噸標煤，占目前世界能源消耗的一半。如此發展難以長期持續！習近平2014年6月13日主持召開中央財經領導小組第六次會議，研究我國能源安全戰略。習近平發表重要講話強調，能源安全是關系國家經濟社會發展的全局性、戰略性問題，對國家繁榮發展、人民生活改善、社會長治久安至關重要。面對能源供需格局新變化、國際能源發展新趨勢，保障國家能源安全，必須推動能源生產和消費革命。推動能源生產和消費革命是長期戰略，必須從當前做起，加快實施重點任務和重大舉措。2清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會？？？1960

197020002011專用·電子網計算機局網DARPA-Net:IP體系結構TCP協議19801990全球通用互聯網（Internet

)互聯網應用（Web等）分布式能源/可再生能源/儲能能源微網與區域綜合能源系統全球能源互聯網能源互聯網應用能源互聯網20153能源互聯網的發展:清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會2017.6能源互聯網發展成為主流趨勢5國家能源局公布首批55個“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示范項目。國家電網公司提出綜合能源服務、客戶為中心等，并提出建設世界一流能源互聯網企業的發展目標。2017.12當今能源互聯網示范工程進

入落地實施階段，關鍵

技術的應用（如儲能等）前景開始顯現，區域綜

合能源服務興起。信息能源基礎設施一體化交流傳感器傳感器數據中心變電站數據中心云平臺直流能源路由器清華大學

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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的發展成熟解決小型分布式可再生能源的接入空置問題。“軟性”可再生能源接入美國FREEDM-Energy

Internet6清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會美國FREEDM-Energy

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

保護

控制

SST控制器能源路由器鏈路/物理傳輸/網絡能源控制能源傳輸線路鏈路/物理傳輸/網絡能源控制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

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2019第九屆中國國際儲能大會日本數字電網聯盟推進電力路由器曹軍威|jcao@9電力路由器使現有的電網接入互聯網，通過相當于互聯網上地址的“IP地址”進行電源或者發電站、所的識別，由此進行諸如“區域A的風力發電向區域B的電力路由器傳輸”等控制。發生災害時，如果來自電力系統的電力供給中斷，電力路由器之間通過流通蓄電池儲備的電力，就能防止區域停電。服務的提供是由相當于互聯網接入服務提供商的電力版——“能源服務提供商”來負責。數字電網電力路由器清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會國家電網公司提出三站合一的建設思路通過將能源、業務、數據等各類資源進行整合規劃，新建變電站滿足用戶用能需求，物理上與大數據中心相鄰，能源站提供高品質能源，儲能站提供電網輔助服務及備用電源，數據站提供數據服務，打造

“三站合一”樞紐站，提升國網公司構建能源流、業務流、數據流

“三流合一”能源互聯網的能力。9清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會電力電子技術發展10電力系統的電力電子化：“補丁”式->集成化清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會借鑒網絡路由器設計能量路由器通信網絡接口能源網絡接口智能處理：數據中心控制：電力電子緩存：儲能信息能源

業務應用接口11清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會能源路由、底層通訊和上層應用管理的緊密結合，實現能源流的雙向對等有效傳輸。應用層傳輸層物理層能源路由器關鍵技術能源路由器分層架構電力調度策略

電能質量調節管理評估系統、歷史數據庫Wifi/Ad

Hoc,Ethernet,SDN/CCN電力電子控制、固態變壓器電能流動、存儲計算機、通訊設備、數據中心電力接口、通訊接口、傳輸介質負荷、分布式能源、儲能電池能源（電力）切換能源（電力）路由開關路由電能質量調節波形變化大數據應用數據中心能量路由器方案設計12清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會BATTERIES電網發電AC/DC

DC/DC

DC/ACSST電網輸入風電輸入光伏輸入微網輸入通訊接口A通訊接口B電網輸出微網輸出負載輸出電力電子控制電纜組防火墻網絡通訊風力發電光伏發電微網路由輸入用戶路由輸出電網并網輸出電力保障WANLAN多個服務器路由器DATABASE數據、網絡通信控制本地用電通訊、傳輸、接口及相關協議的標準化是能源路由器發展的關鍵環節，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|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風電DC/ACAC/DC市電交流負荷DC/ACDC/DC光伏DC/ACDC/DC儲能DC/ACDC/DC直流負荷DC

BUSAC/DC風電AC/DC市電交流負荷DC/DC光伏DC/DC儲能DC/DC直流負荷DC/AC14清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會總線型（直流微網）

vs.星型（能量路由器）交流負載DC

AC直流負載DC

DC風力發電機交流系統1±200VM旋轉電機DC

AC非線性負載線性負載DC

DC直流變壓器DC

AC交流系統2ACDC線性負載線路線路光伏電池組DC

DC±500V±500VDC

AC儲能設備DC

DCDC

DC線性負載DC

DC功率放大器RT-LAB試驗接口線路線路線路FACTS設備試驗接口未來新開發設備試驗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電網能源路由器NN380V~接口DC/DCAC/DCDC/DCDC/ACDC/ACDC/DCM

MN

永磁同步發電機

異步電動機變頻器3永磁同步發電機模擬裝置電阻負載光伏陣列負荷380V~接口NAC/DC直流接口N15單點集中、易于維護多點互聯、薄弱點分散清華大學|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調制交流變直流斬波（PWM）+低通濾波直流變交流輸出PWM調制+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計16清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會設備接入能源消費設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程控制開關插頭CP脈沖觸發按鈕插頭能源供應開關能源互聯網用戶設備即插即用能源互聯網能量路由器17能源端口連接線路通信端口連接線路遠程控制開關接口能源用戶設備接入端口即插即用即插即用設計能源網絡側清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會軟件定義設計18清華大學|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骨干能源路由器區域能源路由器19清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會區域能源路由器20清華大學|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

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器

局域內網中控Internet控制器工控機PLC能源路由器智能監控系統設計曹軍威|jcao@23清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會能源互聯網大數據分析實測潮流

數據云庫

能量管理

能量交易24通過直接量測和算法處理，得到在線實時動態潮流，從而得到各節點和線路的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，對它們進行大數據分析，由此構建大數據分析應用。模式評估數據挖掘選擇與變換數據倉庫數據清理數據集成數據庫清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會24能量路由器技術特征多端口、可擴展；標準接口、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為現有變電站變壓器備用；電能質量調節（SVG、APF等）；儲能+對間歇式能源進行平衡的功能；信息物理融合——能量管理的執行終端；能量交易的計量終端；數據中心的信息服務；與能源站多種能源（熱—電—冷）相互轉換相結合。清華大學|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備及轉換方法曹軍威,陳裕興,梅東升,謝挺,胡俊峰,明陽陽,郭明星320171089998792017-09-28一種負載功率預測方法及系統秦鈺超,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網用戶設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網的區域劃分方法和系統楊剛,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920171060265642017-07-21一種光伏發電功率預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、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微網運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12201710318603X2017-05-08一種微電網系統直流母線電壓穩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

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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題驗收——自治微網能源路由器研制與示范應用低壓用戶側小容量樣機研制26清華大學|智中能研2019第九屆中國國際儲能大會第三方檢驗報告通過第三方認證，驗證了我們完成裝置研制與調試，電壓等級380V，系統容量實測為213KVA，響應時間為8.8ms，接入電源種類有四種：電網、風電、光伏、儲能。負荷種類四類：交流電阻、交流電抗、電子負載、直流負載、儲能（充電）。能

量路由器具有潮流調節模式（有功調節、

無功調節；穩定功率因數達到95%以上）。具有電能質量調節模式，暫態電壓補償能

力超過30%，電流諧波含量小于5%。清華大學

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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網示范工程項目，示范范圍為：海淀北部地區的翠湖組團和永豐組團，建筑面積2682萬平方米，其中，翠湖組團建筑面積為

1366萬平方米，永豐組團建筑面積為1316萬平方米。京能海淀北區能源互聯網示范工程曹軍威|jcao@29清華大學

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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網光儲充集成化解決方案集成化實現了并網變流器。這樣的系統與一般的分布式微網系統一致，都需要并離網切換，并網變流器在能量路由器中已經實現了。集成化實現了光伏逆變器。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。集成化實現了儲能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。集成化實現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，能量路由器一并實現。集成化實現了能量管理功能。能量路由器的上層

控制器策略事實上充當了能量管理和控制的角色，可以進行動態的調度。集成化實現了電能質量管理等其他功能。本身能量路由器內部具有直流總線隔離，解決了大部分30的電能質量問題，不再需要單獨的專用電能質量治理裝置。能源路由器應用典型場景清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器應用示范點北京上莊燃氣熱電有限公司是由北京能源投資（集團）有限公司清潔能源板塊出資組建的國有企業，公司地處北京市規劃建設的國家自主創新示范區和高新技術產業聚集區的海淀北部地區。公司已經建設1臺9E級聯合循環熱電冷聯產機組，是海淀北區能源互聯網示范工程的組成部分。31清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器應用實施進展目前，能量路由器裝置樣機已經交付上莊電廠，準備在海淀北區能源互聯網示范工程的建設實施過程中進行投運。32清華大學

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2019第九屆中國國際儲能大會能源路由器標準制定在能源互聯網架構下，以信息技術和互聯網技術為基礎，具有支持一種或多種能源的轉化或轉換功能，能量流動由能源生產、消費和服務的綜合信息進行優化控制，兼容多類型設備的友好接入、優化能源生產側與消費側的雙向交互、實現多元靈活的能源交易，從而構建開放式能源互聯網絡路由節點的能源