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2.2狭义能源互联网的三层结构
狭义能源互联网内部结构中,融合了大量分布式可再生能源、发电发热装置和分布式储能装置,通过能源接口、能源交换机和能源路由器,实现能量(主要为电能和热能)的合理分配与管理、网络运行的安全可靠、能源使用的高效经济。狭义能源互联网根据能源转化传输的特点和系统控制调度模式,可分为3层结构,分别是:能源路由器层;能源交换机层;能源接口层,如图2所示。
1)能源路由器层:能源路由器层以能源路由器为主体,实现电力网络与狭义能源互联网的物理通信连接。在能源路由器中,可使狭义能源互联网工作在并网模式与离网模式。在并网模式中,能源路由器按照狭义能源互联网内部能量需求以及上级配电网的要求进行电能的智能协调控制,使狭义能源互联网可表现出多种工作状态(供电、受电、平衡和新能源最大出力等状态),此时能源路由器视作是恒定的功率源,也就是说能源路由器向主电网注入或者从主电网吸收恒定的有功功率和无功功率。在离网模式时,能源路由器智能调控能源互联网内电能,保证狭义能源互联网稳定、可靠运行;同时,承担稳定狭义能源互联网内电压和频率的作用,实现其独立、安全的孤岛运行模式。能源路由器可实现能量生产/消耗预测、能源调度和故障隔离等功能,为保证狭义能源互联网在并网工作模式下实现与电网功率的平稳交换。
2)能源交换机层:能源交换机层以能源交换机为主体,连接狭义能源互联网中的能源子网与能源路由器。能源交换机通过能源路由器的通信与控制,为能源路由器提供整个能源子网的相关信息(如电能总输入、输出和存储,热能总的产生、消耗和存储,其他形式能量的存储和消耗),实现能源子网的全局输入输出可控,保证子网内部能量消耗设备、能量生产设备和储能设备能量输入输出的合理分配。能源交换机可工作在3种模式下,分别是:并网模式、互联模式和孤岛模式。并网模式下,能源互联子网通过能源交换机互联之后再由能源路由器连接到配电网,能源交换机主要负责协调交换功率,以满足能源路由器恒定功率源的要求;互联模式下,能源互联子网通过能源交换机互联运行,但没有和配电网连接,此时对应狭义能源互联网工作在离网模式下;孤岛模式下,能源子网孤岛运行,此工作模式往往在能源子网内发生故障前后出现。
3)能源接口层:能源接口层中,各个分布式可再生能源、发电发热装置和分布式储能装置通过能源接口接入狭义能源互联网中,它可以被理解为是交通、石化等网络与狭义能源互联网的接口。能源接口主要实现:分布式设备有效识别、分布式设备状态监测、多种形势能源整定、同能源交换机进行通信和控制策略的及时更新。能源接口可独立存在或内置于被控设备中,包含数据采集与监测模块、通信模块、控制模块、电源模块以及机械控制模块(取决于线路中是否存在断路器等类似设备)。能源接口可以对系统内一次设备(能量生产、能量消耗与储能设备)进行监视、测量、控制和调节,并不直接参与狭义能源互联网中能量的流动或存储。能源接口中信息技术所占比重较大,涉及到设备识别、通信协议等内容。
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