今天特别荣幸受邀参加光伏大会做主旨报告的分享，刚才施博士提到了光伏发展能源互联网，我们特变电工也做一个能源互联网创新技术的探索与应用分享，其中也包含了很多光伏领域的并网技术的创新探索。

 

　　我的汇报包含四部分内容，首先请允许我介绍一下能源互联网概念的提出，包括它的架构。其次介绍特变电工新能源在能源互联网新技术方面的探索。第三方面将重点介绍电能路由器的关键技术。第四部分介绍它的应用场景和未来的推广场合。

 

　　第一部分是能源互联网的介绍。从中国人均能源消费资源拥有不到世界平均水平的一半，而单位GDP能耗却是世界平均水平的2.5倍，传统化石能源成为污染城市环境、制约经济发展的主要因素，发展清洁能源成为必然的趋势。但是，清洁能源的发展也遇到一些问题，第一个问题，清洁能源在时间维度上分布上是不均匀的，以其中的光伏发展为例，由于地球公转和自转，导致地球上确切点光照的变化使得光伏发电的输出规律也随时间发生变化；另外就是空间维度上的分布不均匀，以风力发电为例，我国以东南沿海及其岛屿成为我国最大的风能资源区，内蒙古和甘肃北部是我国次大风能资源区，其他地区风力资源相对差一些。同样光伏发电和潮汐发电也会遇到相应的问题。为了解决清洁能源高效利用问题，国家电网和清华大学等相应企业和研究机构，也相应的提出了能源互联网的概念和架构。

 

　　在联合国国际气候大会上，刘振亚认为，世界能源的发展面临资源紧张、环境污染、气候变化三大难题，解决问题的根本出路是构建全球能源互联网，当时全球能源互联网的实质是特高压电网+智能电网+清洁能源，将会以特高压电网为骨干网架，以清洁能源为主导，同时以智能电网为核心，来构建能源户互联网。

 

　　这张图是能源互联网的技术体系，我们分析了能源互联网的技术体系，横轴表示的是能量流的维度，依次是能源生产、能源输配、能源存储和能源消费，纵轴表示的是能源互联网的分层结构，依次是设备层、信息层、应用层，在这二维图中不同地方会有不同的技术。

 

　　下面我将为大家分享特变电工五在柔性直流输电以及电能路由器技术和与平台技术方面。

 

　　第二部分请允许我先简单的介绍一下特变电工，特变电工是为全球能源事业提供系统解决方案的服务商。公司培育了“输变电高端装备制造业、新能源、新材料”一高两新国家三大战略性新兴产业，成功构建了特变电工、新疆众和、新疆能源三大上市公司。同时我们特变电工的新能源产业也是中国最早致力于光伏、风电等清洁能源领域的企业之一，是全球第一的光伏EPC企业，同时新能源累计建设量达到了7GW，拥有7GW新能源设计能力，全球第五、全国第二的多晶硅产量，业务遍布五大洲12个国家。同时我们也构建了全球为数不多的全产业链的竞争优势，为客户提供度电成本低、发电效率高的电站。

 

　　特变电工的各个产业，实际上都是与能源互联网相紧密融合，我们一直以坚持不懈的技术创新驱动能源互联网产业快速发展，在能源生产方面，输送、配用电领域都提出了能源互联网的整体业绩方案，其中在能源输送端我们掌握特高压的柔性直流输电，在能源的配用端我们掌握了智能电网的解决方案，以及云平台技术、电能路由器技术等核心技术。

 

　　我简单介绍一下我们所开发特变电工eCloud云平台，这也是依托于我们的核心装备制造和系统集成领域的优势，基于大数据、云计算、物联网，构建专注于新能源电站的智能化运维，来实现电站的全生命周期管理。它可以为客户提升收益、规范管理、保障安全、辅助决策。

 

　　在这里重点提一下柔性直流输电，目前三北地区有很多风电和光伏的资源，但都存在限光和限风的问题，因为发电地区离负荷地区有一定的距离，国家也建了很多直流线路，但是目前采用的传统直流输电技术，主要是晶闸管的技术实现的，它有两大问题，第一是传统的直流输电要求功率流要稳定，而且风资源和光资源的不稳定性相互矛盾；第二为了避免传统直流输电换向失败的固有问题，必须要求受电网络足够强大，但是现在远距离输电都采用架空线输电，架空线输电技术会导致传统直流发生换向失败的问题。因此，柔性直流输电也就被大家提出来。目前柔性直流输电可以实现100%的清洁能源送出，能够完美的解决换向失败的问题，有效的解决目前存在的弃光、弃风的问题，在未来可以提升风电和光伏在新能源中的占比，在整个清洁能源中的占比。

 

　　这里我们可以看到，柔性直流输电从最早±320kV比较低压的，再到马上就要启动的三北地区的±500kV的四端柔性直流输电，它的目标也是将风电新能源，以及储能进行一个送出、负荷处的连接和电力传输，它的容量能达到3000MW。同样南网区域拟建成一个±800kV的柔性直流输电系统，它的容量会达到5000MW，也就是说柔性直流输电从原来较低的电压等级，现在已经上升到特高压800kV的电压等级，将来也会容量更大、电压等级更高，将会为新能源的送出，以及限光、限风问题从根本上得以解决。

 

　　第三部分，我将重点介绍智能电网中电能路由器的关键技术。

 

　　随着分布式的发展，渐渐的形成了微电网，形成了智能微电网。智能微电网实际上就是能源互联网最小的一个局域网，它是能源互联网的一个基础，而电能路由器实际上可以提供很多的接口，包括直流接口、交流接口、低压接口、高压接口，可以作为智能微电网中的核心装备。

 

　　说到电能路由器，大家肯定会有什么是电能路由器？这个名词可能还比较新颖。我们从技术的角度剖析电能路由器，它的载体实际上就是固态变压器，这个概念是从1970年就被GE的GE研发中心提出来了。那个时候提出这个概念，主要目的是替代传统的工频变压器，但是当时由于IGBT，电源电子开关器件磁性材料的限制，导致做出来的样机的体积和效率都远远达不到工频变压器的要求，但是今年来随着新型半导体器件以及磁性材料的发展，电源电子变压器的技术渐渐得到了突破，随着能源互联网的兴起，电源电子变压器就被赋予了更多的使命，很多地方叫它能源路由器，也有的叫它电能路由器，在这里我们整个汇报以电能路由器为名字的基础。

 

　　它主要集成了现代的通讯技术和电源电子技术，智能控制技术和管理技术的电力设备，它主要实现了哪些特点呢？第一重量轻、体积小、无污染；第二可以实现多种形式的电能变换和接口匹配，可以实现交直流的适配，也可以实现高低压的适配，可以实现电能质量隔离与补偿，同时还能实现潮流的双向控制，它最终会为用户以及分布式电源提供一个友好的接口。

 

　　这个是电源电子变压器，也就是电能路由器目前国内外的研究现状。可以看出，像ABB、Alstom、GE、ETH等众多的国际公司和高校都在做相关的研究，我们也是在技术参数上设定了比较高的目标，也是朝着世界先进目标在做。

 

　　这是我们研发的一款电能路由器的整机，为了后期产品方便应用，采用6米的标准集装箱设计，输出电压等级可以挂到10kV交流网上，输入是800V直流，最大转化效率可以高达98.2%，并网谐波质量可以低于1%，同时故障处理是满足落有光伏并网的要求，我们还在系统中设置了智能的冗余功能，整个系统是集装箱设计。与现有的逆变器等产品是同样的防腐等级。

 

　　简单介绍一下电能路由器的原理。它主要是ABC三相，每一项由13个子模块构成，模块之间采用的是高频隔离的方案，所以整机是带隔离的。并且支持模块之间的低压侧并联，高压侧串联，实现整个系统的高升压比的转化。

 

　　同时整个电能路由器系统架构里面的控制系统，它采用四层的结构，因为这个系统比较复杂，所以采用了四层控制拓扑，包括第一层级的DCDC转化电路，实现输出侧电压的控制，第二层控制是机遇DCAC逆变，输出侧电流的控制，该环节是基于PI和PR的控制器，分别控制输出的有功电流和无功电流，也就是说我们整台机器可以实现单独的有功控制和无功控制。第三层控制是整机实现输入侧800V电压的控制。第四层控制可以针对不同的应用领域，例如光伏领域，就可以做到PMPT最大效益跟踪的控制。同样为了实现控制框架，我们在控制系统上也认为，它应该借鉴柔性直流输电分层分级的控制策略，包含最底层的模块控制层和中间层的变流器控制层，以及最高层的系统控制层，这三层都分别采用了高性能的数字控制器，在核心算法满足的条件下，利用高速通信技术来实现各层级之间的控制信号，保护信号的传递。同时分层分级的控制保护策略，能够满足系统的高速控制保护要求。

 

　　说到电能路由器的原理，我们为了实现电能路由器的高效、高功率密度和高可靠性等技术特点，实际上需要解决非常多的技术难题，在这里也对它的关键系数做一个简单的介绍。

 

　　其中一项关键技术就是模块化低压侧并联、高压侧串联的拓扑结构和均压、均流的控制策略。这种方案具备模块化、标准化设计的，容易扩展并且方便维护等优点。同时采用了系统的高压侧模块化串联技术，具备了多电频输出的能力，这样就使并网谐波含量较低，无须大量的滤波装置，就可以减少系统的成本和体积。低压侧的并联和高压侧的串联，需要实现模块间的均压均流问题，高压的隔离DCDC控制后级的母线电压，会使DC/AC控制的前机功率均压效果比较好，动态相应速度快，通过模块化的串并联拓扑自身的特点，可以在保证均压的情况下，自动实现均流，目前通过该技术应该可以使电压电流不均衡度低于4%。

 

　　另一项关键技术就是双有源桥电路移相控制+占空比调制的多自由度软开关技术。可以通过双有源桥电路建模，综合考虑考核导通损耗和开关损耗，依据不同的工作条件调节工作时的占空比，从而解决它在控制性差等技术难题。

 

　　还有一项关键技术，原有IGBT开关器件是达不到使电源电子变压器效率高、体积小的特点，所以在这里可能会采用碳化硅的功率器件，碳化硅的功率器件的工程化应用，其实本身本身就是一项技术难题，实际上可以通过各种优化来实现更低的太阳能频率，通过保证变小的漏机的尖峰电压，来保证碳化硅目前工作域。目前碳化硅开关工作损耗已经是明显得到降低，使得我们优越的性能得到充分的发挥。

 

　　还有一项技术，模块的高频隔离和高功率密度的一体化设计，为了将整机尺寸做小，将电能路由器的效率做高，其中最核心的单元就是功率模块，要将功率模块进行高密度的设计，而刚才提到并网侧电压实际上达到了10kV交流，运行电压该需要保证模块内部能实现35kV绝缘等级，单个模块就需要实现35kV的绝缘等级，在这里面实际上可以看到，从风道考虑上我们可以充分利用风道来区分低压区、高压区，利用风道实现空间的充分利用。

 

　　还有一项关键技术，电源电子设备如果要去替代传统的变压器，用在电力系统里面，用在光伏领域里面，它的安全性和可靠性要求要求非常高。因此在这里面，我们加入了一项独特的技术，就是在线的智能冗余技术。电源电子变压器拓扑结构都是基于模块化串并联结构，当其中一个模块发生故障的时候，只要加入在线的智能冗余技术，就可以保证在冗余具备的条件下，我们可以在线的切除故障模块。目前一般系统会配置8%的冗余度，当模块发生故障切除掉的以后，不会影响系统的正常运行，系统会继续为光伏进行发电，在电网系统中也会继续进行电子传输，这样可以保证系统非常安全的运行，当我们需要检测维修的时候，我们再将故障模块换除，换上新的模块，保证下一个周期的继续运行。

 

　　最后，这里面介绍的是电能路由器的技术和关键的需要攻克的难题。下面我也提一下，实际上电能路由器是一个通用化、平台化的技术，它具有非常多的应用场合，下面我给大家介绍应用场合和推广范围。

 

　　首先是光伏领域，这也是我们开创性的将电能路由器和光伏发电技术相结合，成功的研制了世界上首台套基于电能路由器的10kV、1MVA高压直接并网成套装置，这个装置可以用于整体替代传统的光伏发电里面的逆变器+相变整体组合，真正实现达到之间。这个产品我们在7月22日成功通过了产品的技术鉴定，主要性能居于国际领先水平。

 

　　我们一直之在起草相应的标准，目前已经联合其他企业起草了企业的标准，目前也在推行业的标准。通过我们的标准进行了第三方的测试和认证，取得了金太阳的认证证书。

 

　　这块是基于该装置的整体解决方案。现在光伏并网主要有两种方式，一种是大型的集中电站的集中式并网方案，另外一种是针对于复杂地形的组串式进行方案，同样基于该设备，我们也可以提供两种方案，一种是集中式的高压直接并网方案，另外是直流汇流型的组串式的方案，可以应用于不同的场合，包括大型的地面电站、山地电站以及工商的屋顶电站。

 

　　此处我们运用新的技术实现并网发电，来和传统的光伏集中式并网方案做一个对比，可以看出，针对损耗和成本，采用我们的方案可以省去原有的逆变器、升压变压器，交流电缆等设备，整个1MW的成本可以节省34W，低于传统的集中式方案，并且在效益上会有一个点以上的提高。同样我们也和现在的组串式方案进行了对比，可以看出，我们的方案每兆瓦的成本也可以降低12%，效率也有明显的提升。

 

　　总结一下，这种方案运用光伏并网，实际上主要具备了四点的优点优势，第一点它的高压直接并网，高压替代了低压，同时直流替代了原有的交流，它就会带来的是系统损耗低、无工频变压器，重量轻、体积小、无污染等特点。同时没有工频变压器的空载损耗，它在待机损耗是小于20W的，基本上在夜间无损耗，同时整个装置可以设计到一体化，易于维护，施工周期短。

 

　　第二个特点，采用了新型的碳化硅器件和高频的磁性元件，不再用大量的铜铁，以硅代替了铜铁，体积小，重量轻，成本低，未来的降价空间会非常大。因此我们相信变流器在未来会有更大的突破。同时针对大型电站，它具备独特的优势，具备超低的启机电压，可以达到200V以下，也可以增加新能源在早晨和晚上的光伏发电的时长，增加发电量，同时在山地等复杂地形，具有MPPT组串式跟踪功能，同时没有熔丝的设计，可以保证高可靠性。另外它采用了直流汇流，可以实现电网的一个适应能力强，电流质量好等特点，同时也不存在原有的这种串扰的一些问题。同时在2016年的12月我们也是将这一个新的设备在1MW的一个光伏的屋顶上尽心了一个示范应用，我们经过检测，到目前为止运行是非常稳定的，它的整个转化效率高达98%以上，传统效率可能是百分之九十六点几，就是固定变压器加逆变器加电瓦，那这个效率是有明显的提高，夜间待机损耗也减少到270W以下，整个我们和旁边传统的逆变器加升压变压器，我们进行了一个对比，整个发电量可以提升到2%以上，我想刚才很多专家介绍的是光伏的组件，组件实际上提升也很困难，逆变器大家都认为已经了门槛，都是98%了，那我们现在如果能再提升2个点的发电量，我觉得也是一个新的技术的突破。

 

　　前面是光伏领域，实际上它可以应用的领域比较多，光伏发展到后期，实际上平民化也可以开始使用了。平民化使用的时候，它会相应的配备储能，配备一些交流负载、充电桩等等的一些直流负荷，实际上它更多的一个推广领域就是微电网，微电网实际上现在有三种形态，第一种形态就是交流微电网，第二种形态是直流微电网，第三种形态是交直流混合微电网。实际上我们的光伏、储能、充电桩以及包括数据中心，很多的负荷都是直流的负荷，那我们为什么一定要去直接上220V、380V的交流电网呢？这样会多级转化的过程，会造成成本和效能的损失。在这边我们可以以电能路由器放在微网中作为一个核心装置来构建它的交直流混合微电网，我们典型的容量配比来看，一个2MW的光伏，2MW的储能，1MW的直流负荷，1MW的交流负荷来看，我们实现了采用这种电动路由器为交直流混合微电网，整个的综合效率可以提高到6.5%以上，它的成本可以节约16%，将来会对工业微电网或者无电地区的微电网或者是海岛地区的微电网提供一个更先进的解决方案。目前，实际上南网和国网都在积极地推性这方面的示范工程，包括唐家湾的直流微电网项目，未来可能还有东莞的项目，还有江苏这边建立交直流混合微电网。这样的话，我们的分布式光伏后期就可以在这个设备上就可以实现即插即用，更加的便利，效率更加高。同时也可以运用单独的电动汽车的充电领域，也可以替代原有的DC充电器、整流器等装置，可以提高整个系统效率1%以上，同时可以节约我们的初始投资成本100万元以上，还可以节约我们需要配的APF、SVG电能质量的补偿设备另外它还可以应用于我们的储能的领域，储能的充放电，一充一放，如果通过电能路由器这种技术来实现，实际上可以提高发电效率5-8%，实现更加环保、智能和施工的便利。

 

　　最后我也是对电能路由器的未来发展做一个简单的展望。那实际上我们认为电能路由器的技术将会朝着三方面方向发展。第一个是更高的电压等级，目前国内外能做到的都是10kV等级，我们这个产品开发也是10KV的等级，那未来可能将会朝着更高电压等级发展，包括交流的35KV，直流的正负30KV及以上去发展。另外一个方向是更高的效率，因为它全部采用的半导体器件，它的效率提升不会依赖于无源的铜铁的效率提升，那个效率已经很难再往高提了，这块的效率提升，现在国外已经有了碳化硅工业器件可以做到17kV的耐压，目前国内可能也采购到10KV的耐压管子，试想一下，如果我们在未来具有10kV的碳化硅，用到变流器上可能一个管子就可以做到10kV的直接并网，那么在未来电源电子变压器，包括我们的逆变器等设备它的体积户缩小1/10、1/8，成本也会有大幅度的节约。今天看到一个消息，就是中科院和我们的株洲所联合通过了科学成果鉴定，就是最新研发的碳化硅国产SBD管子，我觉得这个国产的管子也会为未来碳化硅商业应用带来新的契机。第三个方面，我认为它会朝着更加智能的管理方向发展，结合大数据分析和人工智能的算法，未来实现真正的电能路由器的功能，实现电能路由的功能，也为光伏未来发展、并网技术的发展提供更新的思路和眼界和应用领域。