[发明专利]一种基于信息物理系统融合的能量路由器

说明书

技术领域

本发明涉及一种路由器，具体讲涉及一种基于信息物理系统融合的能量路由器。

背景技术

能源互联网作为一种未来能源网络的发展模式和解决方案在国内外引起了广泛关注，它利用信息互联网技术和智能终端技术构建智能能源共享网络平台，虽然电能源仅仅是能源的一种，但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，未来能源基础设施在传输方面的主体必然还是电网，因此未来能源互联网其实质就是互联网式的电网，它在现有电网基础上通过先进电力电子技术和信息技术，融合大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，能够实现电能和信息的双向流动，它让每个电力用户都成为能源企业家，从而提高能源的利用率。它是以互联网理念构建新型能源与信息融合的“广域网”，即以大电网为“主干网”，以微电网为“局域网”，设计开放对等的信息能源一体化架构，真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度地适应分布式能源的接入。图1和图2分别为能源互联网系统与计算机互联网的结构图，其中能量路由器是构建能源互联网的关键装备。

由于受当前技术限制以及对分布式能源接入配电网要求，能量互联网的研究和建设首先必然是从配用电端开始，而目前机械式、机电式、刚性的配电网装备已无法满足能源互联网的功能需求，如配电变压器，必须研制一种全柔性控制的配用电关键设备——能量路由器。这需要利用先进电力电子技术、智能控制技术和信息技术对现有传统配电网的刚性控制的装备进行变革，使得未来这种配电网电能分配装置——能量路由器除具备电能分配功能外，还具备变压、变流、电气隔离、存储、电能质量控制以及分布式能源即插即用接入和通讯与自治功能。

信息物理系统(Cyber Physical Systems，CPS)的概念最早是由美国国家基金委员会在2006年提出，被认为有望成为继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次浪潮，其核心是3Cs(计算Computation、通讯Communication、控制Control)的融合，如图3所示。CPS是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体，它包含了无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使得物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。CPS愿景的实现，意味着人类将拥有远超以往的对物理世界的强大控制能力，美国总统科学技术咨询委员会(PCAST)在2007年向美国总统提交的报告中明确建议将CPS列为美国联邦政府研究投入的第一优先领域。欧盟、日本和韩国随即也提出了CPS研究计划。中国对CPS研究也相当重视，国家自然科学基金、科技部973计划和863计划都已将CPS列为重点资助领域。

CPS的提出与发展促进了电力系统与电力信息系统的深度融合，并为实现电网智能化提供了新的思路和实现途径，但是国内关于电力系统与CPS融合的研究还较少。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于信息物理系统融合的能量路由器，其具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治等功能，本发明将信息物理系统CPS应用于电气系统和未来智能电气装备的研发。设计了能量路由器和CPS融合的系统层次模型，将CPS与未来电气物理设备的研发融合在一起，提出了电气信息物理系统(P-CPS)统一建模理论，为能量路由器的研发指明了方向；在此基础上设计基于信息物理系统融合的能量路由器系统结构，使其满足结构模块化、控制智能化、通讯坚强化和系统鲁棒化等特征并具备实用化的可行性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于信息物理系统融合的能量路由器，所述能量路由器包括监测模块、通讯模块、信息处理模块、智能控制模块、电力电子固态模块、电能接口模块和储能模块；所述监测模块将监测信息通过所述通讯模块传输给所述信息处理模块，所述信息处理模块将运算处理后的数据通过所述通讯模块传输给所述智能控制模块，所述智能控制模块将控制信息通过所述通讯模块传输给所述电力电子固态模块，同时传输给监测模块、信息处理模块和储能模块，从而控制能量路由器的运行，所述储能模块为所述能量路由器提供电能存储。

所述监测模块包括传感器和检测器；所述监测模块对电能转换和传输过程中电力电子固态模块、储能模块和电能接口模块各自的工作状态、电能质量和环境进行监测，并将监测信息通过通讯模块反馈给所述信息处理模块。