特变电工张磊: 能源路由器--未来能源互联网的核心设备

“十三五”是光伏产业发展的重要时期，预计每年新增装机将达到2000万千瓦。“十三五”期间靠领跑者计划为先进企业和技术带来市场，加快技术进步和产业升级。

为了推动新技术的发展与融合，特变电工西安电气技术总工张磊受邀参加了2月23日在张家口举办的走进领跑者系列活动，为与会者分享了创新光伏发电解决方案。

柔性直流输电易实现多端互联

柔性直流输电，属于电力行业的范畴，只不过它的复杂度于传统光伏和风电相比难度会更高，柔性直流输电对于传统的直流输电来说，最大的优势在：1.可以实现灵活潮流的控制，2.可以非常容易地实现多端互联，连接多个不同的电网，形成真正的直流输电的网络。几年前，柔性直流输电发展与传统直流输电相比有一定差距。是随着国家对高端装备的持续投入，电压等级和容量等级得到提升，从去年开始电压能级能够达到正负500千伏3000兆，正负800千伏5000兆。

在柔性直流输电，国内外很多企业都在做，特变电工在原有基础上提出了新的解决方案。这个方案是基于架空线路的无闭锁控制系统，该系统解决了目前柔性直流输电一个关键问题，即直流侧故障保护如何进行。通过创新的拓扑以及先进的控制技术，能够在直流侧短路故障的时候，实现自恢复的功能。

柔性直流输电原本因为电压等级相对比较低，距离比较短，主要应用于海上风电的输出，或城市电力扩容。随着电压等级的提升和容量的提升，大容量、远距离的输电，逐渐变成可能，者是未来直流输电最新的发展方向。

柔性直流输电现在最主要应用在替代传统的输电领域，和新能源的结合。现在有两个点：第一，比较困难输出的，像海上风电，输出比较困难，需要海底电缆。柔性直流输电是一个很好的解决方案。第二，能不能实现光伏电站直接的直流输出，实际上技术可行，结合能源路由器的技术基础，多个高频隔离的DC-DC输出，可以实现并联，也可以实现串联。柔性直流输电在风电和光伏，外送有一定的应用空间，虽然真正扭转目前35千伏交流并网的观念需要相当长的时间，但是有应用的前景。

集成化与降成本是未来的发展趋势

根据装机容量与应用场景的不同，选择的逆变器有所区别。国内目前主要的应用场景包括户用、商业和大型电站。户用系统随着光伏扶贫的发展，在过去两年获得了长足的进步，逆变器企业提供适合单户3-5KW户用电站以及30-60KW的村级电站的逆变器。对于商用屋顶，比如商用建筑、大厂房的屋顶，不管是选择组串式逆变器还是集中式逆变器，是根据厂房的实际安装情况决定，组串式和集中式各有优点。从技术的角度来说，集成化、降成本是未来的趋势，将逆变器、通讯管理单元，将变压器集成在一起，简化系统的安装、调试、施工等。

针对1000V系统和1500V系统，提供1MW到25MW的集成箱变一体化解决方案。在SVG从电压等级3KV做到35KV,电压和容量的拓展，与行业的应用属性密不可分，针对小型的光伏电站或风电厂，推荐使用降压式解决方案，来进一步降低系统的陈本。针对变电站和大容量输电线路来说，通过多台SVG的并联以来满足大容量的需求。

张磊说：“针对日益增加的分布式的需求，推出了60KW的新型的组串式逆变器。未来随着功率等级的提升，交流侧和直流侧电压级的提升是未来的发展趋势。为了进一步的降低系统成本，提高系统效率，提高了转换效率。这款机器能够满足山地、林地等光伏面板朝向不一致的应用场景。”

三种解决方案的局限

现在光伏行业主流的解决方案是集中式、组串式和集散式。这三种方式都有各自的优缺点。

集中式逆变器并网系统方案局限;1.系统发电效率提升空间;2.适用于平坦地形规模应用，地形环境适应能力差;3.存在多级工频变换，损耗高，体积大，重量重，施工建设成本高。

组串式逆变器并网系统方案局限;1.单瓦初始投资成本高;2.电能质量差，电网适应性弱，存在多机并联带来的轻载谐波“串扰”问题;3.存在多级工频变换，损耗高，体积大，重量重，施工建设成本高。

集散式并网系统方案局限;1.单瓦初始投资成本高;2.结合了集中式和组串式逆变器方案的部分特点，存在两级之间高速通信问题;3.存在多级工频变换，损耗高，体积大，重量重，施工建设成本高。

能源路由器未来能源互联网的核心设备

上述任何一种方案，都需要将逆变器的输出电源在公平的变压器中抬升到高压10千伏或者35千伏并到电网。公平变压器效率较低，而且体积大，重量重。主流的油变方案，故障率较高，能不能将逆变器和变压器进一步集成，形成高压直挂的机型。特变电工提出了能源路由器的方案，能源路由器本身是能源互联网架构下面的关键结点。对互联网概念里，路由器是起到信息的再传输和再分配。能源路由器概念上是一样的，在能源互联网架构下，它能够起到对能源的再分配和再传输。想象一下未来的能源互联网，能源路由器就是将交流电网、直流电网、高压电网、低压电网这些不同的电网链接在一起，同时又能对能力进行控制的关键核心设备。

能源路由器本身是非常大的概念，在各个行业的落地，就会形成具体的设备，在配电领域落地，就是电力电子变压器，从交流到交流，可能从10千伏到400伏。在光伏行业领域的应用，从直流电转化为交流电。光伏领域内的直流电是组件级、组串级，一千伏的低压直流电，交流是35千伏高压的交流电，能源路由器代替传统的光伏逆变器加上变压器将前端的组件，后端是5千伏的高压电网链接起来，整个系统结构会非常简单。

“1MW能源路由器样机，输入电压是一千伏，输出电压能做到10千伏或35千伏。能源路由器是两级机构，一级是高频隔离的HDC，或LLC、DAB，都可以实现。每一串或者多串组件连到DC-DC，实现独立的MPPT的运行，解决地形朝向不一致的情况。也将DC-DC的输入，连接到一起，形成统一的MPPT的控制，这样满足平坦地形的应用。DC-DC的输出，后端是我们DC-IC，直流电转化为交流电，与传统的直流转交流不一样的，采用了级联的模式，可以通过多个小型H桥，级联成为10千伏、35千伏输出，这个也特变电工SVG品牌的技术。”张磊介绍了特变电工的能源路由器的技术。

智能运维全生命周期管理平台

智能化的运维是未来的发展方向，智能化的运维平台，针对光伏电站后期的运行和维护。未来醉着能源互联网和智能电网的发展，智能化运维平台有两个发展方向：一是从前期资源的选择，电站的选择到光伏电站的优化设计，再到整个光伏电站现在施工的光临，最后包括后期的电站运维，形成一套纵向的整合的前生命周期管理的平台。

二是结合发出配用各个环节，能不能把发电侧到输电侧再到配电侧的各个关键设备用平台链接起来，从而形成系统的监控呢解决方案。