直流配电网的核心设备包括哪些？

直流配电网的核心设备包括基于电力电子技术的直流变压器、直流断路器、能源路由器等。

1.直流变压器

第二次工业革命时期，爱迪生发明和商业化的直流电力系统被特斯拉发明、 威斯汀豪斯商业化的交流电力系统打败，交流电成为现今电力系统主要形态，其核 心原因在于随着电力得到广泛应用，需求不断增加，传输距离不断增长，需要升高 电力传输电压减少损耗，交流电依赖法拉第电磁感应定律解决了升压和降压的问 题，交流变压器也成为电力系统的核心装备。交流变压器在额定功率下具备很高 的效率，可以达到90%以上。然而，城市配电网中，负荷不断变化，变压器达到额定 功率的时间段占比不高，往往运行在低效的区间，产生了大量额外的损耗。随着技 术水平的进步，直流变压器出现并得以广泛应用，最为典型的应用场景包括直流电 网互联应用以及大规模可再生能源汇集应用等。

广义的直流变压器通常指替代交流变压器进行交流电的变压。根据电能变换次数分为单 极型、双极型和三极型等结构。其中最广泛使用的是三极型，其原理是将输入的交流电通过 整流器变换为直流电，再通过隔离型DC/DC（直流到直流）变换器实现直流的变压，最后通 过逆变器将直流变换回交流。狭义的直流变压器就是DC/DC变换器，实现直流电的变压。直 流变压器具有模块化程度高、系统配置灵活等优点，但仍需致力于降低成本、提高可靠性。

2.直流断路器

在电力设备需要接入或者离开其接入的电网时，在电网某处出现故障需要将故障区域隔 离时，均离不开断路器。开断电路时，当电压和被开断的电流超过一定数值，在触头间隙通常 会产生电弧，灭弧是断路器的重要能力。交流电由于在每个周期都有自然过零点，在过零点容 易熄弧，交流断路器有着成熟的灭弧技术，这也是交流得以广泛应用的原因之一。在直流配电 网中，直流断路器采用特殊的灭弧、限流系统起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流、 转换系统运行方式以及切断故障电流对系统实行保护等重要作用。

直流断路器可以分为机械式、固态式和混合式。其中，混合式直流断路器结合了机械式和 固态式的优点，正常负荷电流通过机械开关导通，故障电流通过电力电子开关关断。直流断路 器技术发展方向包括新型拓扑结构、高可靠换流方式、运行控制策略、型式试验方法等。清华 大学于2015年提出了一种基于耦合负压电路的低损耗混合式直流断路器拓扑结构， 并在张北四端柔性直流电网示范工程成功应用。其具有通态损耗近零、支持电流差异化配 置、占地面积小、可靠性高、可控性强等优势。

3.能源路由器

能源路由器本质上是多端口、多级联的电力电子变换器，前述直流变压器和 直流断路器也可以视为能源路由器的特定形态。其通过多端口灵活控制和强大的 能量路由能力，支撑电力的多流向，提供设备即插即用和通讯交互等多种功能，从 而支撑分布式可再生能源的灵活接入、提升电网供电能力和供电质量，提高电网 优化运行的能力。其典型应用可参见苏州市主动配电网综合示范。 能源路由器的技术发展方向包括提升设备整体效率、减少设备损耗，集群协调控 制和运行技术等。

从互联网系统的角度来看，能源路由器是物理系统与信息系统深度融合的网 络节点装置，通过通信接口，达到信息流与能量流相互制约的作用。从具体装置 来看，能源路由器装置是新一代能源管理系统的具体实施装置，在实际应用中智 能管理系统的调控指令，包括能源的高效传输、低损耗转换、高度能源自由路由 等。通过这些装置，实现能源的远距离、高功率、低损耗传输和调配，完成不同地 区上传能源的全网优化分配，实现不同地区用能需求的全网调配。优化的能源路 由方式与低功耗能量传输装置的结合是实现能源互联互通，共享能源生产与分配 的核心环节。在腾讯发布的能源连接器（Tencent EnerLink）中，其数据连接模块 就是能源路由器的一种形式，是城市能源数字化发展趋势能源终端即插即用的核 心部分，其提供连接数据、业务、用户和生态以及敏捷开发的能力，并内置能源行 业组件和业务主题模板，连通丰富多彩的生态应用，帮助企业快速构建能碳管理， 内外部业务协同、数字营销和敏捷创新的能力，满足企业数字化转型和绿色低碳发展 的需求。