能源与电气技术领域，电能路由技术的区域能源互联配电网系统

近年来，为了缓解日益突出的能源、资源及环境问题，大量分布式可再生能源发电 装置并入电网，使得传统的配电网由单纯的供电功能，扩展出了发电的功能。为应对分布式 能源发电的间歇性、分散性和不可控性，提高可再生能源的利用率，大量储能设备加入电网缓冲能量波动。发电方式已呈现出集中式、分布式并存的特点，电能流向也由单向流动演 变为多向流动。以电动汽车为代表的柔性负荷加入，使得电能流向和管理变得更加复杂。

而当前我国配电网终端仍以传统电磁式变压器为主，沿用馈线或树枝状的被动受电方式，配电网结构与电力设备不具备多向功率输送的调控能力，供电区域内缺少能量管理调控设备和信息支持系统，难以满足光伏、风电、储能、电动汽车、用户负载和清洁能源系统(热电联产、冷热电三联供等)灵活接入的要求，无法通过多种能源互动调控来解决日益突出的新能源发电的间歇性和用户用电的随机性难题，严重制约了可再生能源的广泛接 入、就地消纳和能源高效利用。在智能电网及能源互联网背景下，目前提出的创新配电网架 构是对传统配电网完全的革新，难以接入传统配电网，实现难度大、成本高。为了适应配电网发展新态势，在现有配电网的基础上，急需从创新配电网结构、开发以电能路由器为例的 柔性可控配电设备出发建立新型的配电体系架构，与主配电网电网相互支撑、互为补充

问题拆分

以区域电能路由器、变 压电能路由器和分支电能路由器为核心节点设 备层次组网形成互联集控层、变压分控层、接口 扩展层的集中分布相结合的区域能源互联配电 网。区域电能路由器通过中压专线接入或馈线接 入传统配电网，进行交直流变换形成中压交流、 中压直流环网，变压电能路由器通过中压交直流 并网接口连接到中压交流、中压直流母线上，具 备交直流能量变换与变压能力，低压侧形成按功 能划分的交直流接口，通过分支电能路由器拓展 低压交直流接口。本发明以电能路由器层次组网 接入传统配电网，可进一步提升分布式清洁能源 发电渗透率、满足不同用户要求的灵活性以及供 电可靠性。

问题解决

为实现上述目的，本发明提供了一种基于电能路由技术的区域能源互联配电网系 统，包括：以区域电能路由器为核心节点设备的互联集控层，以变压电能路由器为核心节点 设备的变压分控层，以分支电能路由器为核心节点设备的接口扩展层；

所述变压电能路由器通过第一交流并网接口和第一直流并网接口分别连接至所 述区域电能路由器形成的中压交流母线和中压直流母线上；所述分支电能路由器通过分支 电能路由器接口连接至所述变压电能路由器；

所述互联集控层，用于面向所述区域电能路由器的运行控制、能量调度与优化管 理及用户服务，根据区域内用户能源请求制定发电计划，形成电力交易市场并处理交易信 息，通过所述区域电能路由器与外部输配电网进行交互，负责所述区域能源互联配电网系 统与所述外部输配电网的能量交换以及隔离所述外部输配电网的故障；

所述变压分控层，用于通过所述变压电能路由器实现交直流变换与变压功能，以 形成按功能划分的低压交直流即插即用接口，通过双向潮流控制，实施电能的供给和分配，实现分布自治与电能路由，对所述即插即用接口的使用进行管控；

所述接口拓展层，用于根据用户需求进行接口拓展，实现分布式发电、储能以及家 用柔性负荷设备的接入。

优选地，所述区域电能路由器作为所述区域能源互联配电网系统的关口控制，通 过中压专线或中压馈线分别接入所述外部输配电网，双端供电，形成区域内的中压交流母 线环网和中压直流母线环网，提高供电可靠性。

优选地，所述区域电能路由器包括中压整流级、中压逆变级以及第一能量缓存环 节，具有外接所述外部输配电网的交流接口，内接所述变压分控层的交流接口和直流接口， 其中，所述中压整流级采用级联结构，负责与所述外部输配电网的并离网连接和双向AC/DC 变换，在所述区域能源互联配电网系统内电能富余时，控制功率潮流流向所述外部输配电 网，所述中压逆变级采用级联结构，与所述中压直流母线相连，提供工频交流线路，所述第 一能量缓存环节与所述中压直流母线相接。

优选地，所述变压电能路由器作为所述区域电能路由器的下级设备，在所述变压 电能路由器的低压侧形成按功能划分的交流接口和直流接口。

优选地，所述变压电能路由器包括中高压AC/DC整流级、DC/DC隔离级、低压DC/AC 逆变级、低压DC/DC多端口直流变换环节以及第二能量缓存环节；

所述中高压AC/DC整流级采用级联结构，用于与所述区域电能路由器的交流线路 的并离网连接和双向AC/DC变换，并经所述中压直流母线与所述变压电能路由器中的中压 直流电气接口进行连接，提供高质量双向中压直流配电线路母线接口；

所述DC/DC隔离级采用串联输入并联输出的双主动桥拓扑，用于实现中高频隔离 型双向DC/DC变换和电压变换；

所述低压DC/AC逆变级采用两电平结构，与所述DC/DC隔离级经低压直流链路相 连，提供低压交流接口；

所述低压DC/DC多端口直流变换环节，用于提供按功能划分的低压交直流接口；

所述第二能量缓存环节，用于灵活应对和处理接口发电设备及负荷随机波动的能 力，提高各端口的稳压稳频能力。

优选地，所述变压电能路由器的低压侧形成按功能划分的交流接口和直流接口， 包括：低压直流储能接口、分布式发电直流接口、电动汽车接口、直流负荷接口、分支电能路 由器接口、直流通用接口、低压交流冷热电系统接口、交流负荷接口以及交流通用接口，满 足低压交、直流分布式发电、储能、负荷及其分支电能路由器的接入。

优选地，所述分支电能路由器包括第二交流并网接口、第二直流并网接口以及连 接到所述变压电能路由器的分支电能路由器接口，按功能划分拓展出多个低压侧交流用电 接口和直流用电接口。

优选地，所述区域电能路由器、所述变压电能路由器以及所述分支电能路由器的 交直流接口集成了电气接口与有线通信接口，形成接口的电气标准、信息标准、保护标准的 即插即用设计，具备设备快速感知、信息交互与监测以及故障隔离与恢复功能。

优选地，所述区域电能路由器、所述变压电能路由器以及所述分支电能路由器的 内部具有物理层和应用层的双层结构，其中，物理层包括一次电力电子变换器、即插即用交 直流接口和通信模块，应用层包括电能路由器内部的运行控制、能量优化管理、功率预测、电能质量控制、购电交易或售电交易、设备监测控制以及故障隔离与恢复。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案相对于传统辐射状、弱馈线的配电 网，具有以下技术效果：

(1)本发明形成以电能路由器为核心节点设备的分级层次化能源互联配电网系 统，通过电能路由器节点的网络寻址与路由选择，实现能量的多向传输优化，支持电能“自 发自用、互济互供、电网补缺、余量外送”，达到节能减排和降低线路损耗等目的。

(2)本发明通过区域电能路由器作为关口控制，将区域能源互联配电网有效接入 现有中压交流配电网，具备交直流变换与变压能力，形成中压交、直流环网，实现网内协调 控制与自治管理，提高配用电可靠性。

(3)形成按功能划分的低压交直流“即插即用”接口，将分布式新能源发电、分级储 能、电动汽车、冷热电三联供、柔性负荷等进行统一管理，通过双向潮流控制，实施电能高效 的供给和分配。

关键词：能源与电气技术领域，电能路由技术的区域能源互联配电网系统