基于电力电子变换的电能路由器研究现状与发展

柳寅

【摘 要】本文在對基于电力电子变换的电能路由器及其功能、类型等分析基础上，对其研究现状与技术发展进行分析。

【关键词】电力电子变换；电能路由器；研究现状；发展

随着分布式可再生能源发电技术在电网建设中并入应用，使得传统集中式向多种并存的发电方式转变中，对传统电力系统的配电运行要求也不断提升，再加上电力改革与市场化发展的不断推进，使得未来电能交易的形式更加灵活自由，电能流动更加多样化，因此，为满足未来电网进行电能控制的复杂性与多样性需求，在信息技术与电力电子变换等技术发展与集成应用条件下，基于电力电子变换的电能路由器逐渐被研究提出，并且在未来电网以及电力事业的建设与发展中起到了非常积极的作用和意义。

一、基于电力电子变换的电能路由器及其功能要求分析

基于电力电子变换的电能路由器是在对信息技术以及电力电子变换技术等先进技术集成转换基础上，实现的一种对分布式能量高效利用与传输支持的电力装备。在电网系统中，电能路由器可以作为电力局域网和主干网之间的交互接口，在对电力局域网内部各设备运行及能量分配进行管理的同时，还能够通过对上层电力调度中心的指令进行接收以及实现局域网运行状态上传实现。总之，电能路由器在电力网络系统中的设计应用，能够根据电网运行的经济效益或者是电网用户自定义优化目标进行定点、定量的能量传递，是未来电网运行的重要枢纽，在实现电网系统中子网内部的能量流动以及子网与主干网之间的能量交换控制与管理中具有非常重要的作用。

电能路由器作为电网结构中的重要基础与核心部件，其功能作用主要表现在以下几个方面。首先，在电网结构中，未来实现节点之间能量的精确传递，需要在电网设备中标记设置相应的IP地址，然后由电能路由器根据电网设备的各节点IP地址以及实时变化的网络拓扑结构，在能量交换过程中迅速确定最佳能量传递路径，以实现电力局域网内部或者是相邻近局域网之间能量交换的控制与管理。一般情况下，在电力局域网内部或相邻近局域网之间的能量交换管理中，只需要一台电能路由器即可实现传递路径的推算与确定，以进行能量交换管理；而对不相邻近的局域网之间能量传递，则需要多个电能路由器共同参与，并且需要依靠路由协议实现能量传递最佳路径的推算确定。其次，在电网结构中，电能路由器运行应用中为满足不同设备的电气形式需求，往往需要具备多种电气形式的接口，并且每个端口还要具备能量多向流动能力，以实现能量定点、定量的交换传递。此外，在电气设备与电能路由器连接后，通过设定好的协议内容实现信息交互后，路由器在进行电气终端类型与状态快速识别后，根据终端命令采取相应的电气形式完成能量交换，并对系统连接配置与状态进行更新，根据这一情况可以看出，为满足其在电网系统的有关功能要求，电能路由器与电气设备的连接接口需要包含有通信与功率两种端口。但是与电能路由器连接的电气形式要求不同，这就需要电能路由器在与电气设备连接中需要设置有相应的标准化即插即用接口，以满足其有关功能需求。此外，还要求电能路由器具备较好的可扩展性，以满足电网用户或节点增加的需求。

二、基于电力电子变换的电能路由器类型及其研究发展分析

根据国内城市电网结构类型，配电网中使用的电能路由器也可以根据功率等级的不同，划分为主干电能路由器与区域电能路由器、家庭电能路由器三种类型。

其中，配电网中的主干电能路由器与电网变电站的功能作用基本相似，其电压变换的等级一般在10kv以上，具有功率大，功能较为单一，能量流动方式简单的特点。但需要注意的是，主干电能路由器的供电区域较大，因此对其在配电网中运行使用的可靠性要求也比较高，需要在实际应用中设置相应的冗余配备。同时配电网中的主干电能路由器还具有故障隔离的功能，在电力局域网故障情况下，能够迅速实现故障隔离，以避免对主干网形成影响，此外根据供电区域的大功率非线性负载情况，主干电能路由器还需要具备无功补偿以及谐波改善、电压支撑等电能质量调节功能，以实现较差电能在区域配网内部的隔离实现。

区域电能路由器在较小低于范围以及民用、商业楼宇等能量管理中应用较多，其变换电压等级一般为三相380V，其在能量管理中，为了满足分布式能源以及储备能源、用户端配电复杂性等要求，需要进行各种类型的电气接口提供，因此，可通过标准化接口设置实现与电气设备的连接交互。电能路由器在电能汽车领域的研究应用，也可能成为其理想的充电设备。最后，家庭电能路由器作为配电网终端设备，在电网用户的家庭入网接口处通过安装设置相应的家庭电能路由器，能够对电网用户的能量进行管理，其交换电压等级为单相220v交流电，功率一般在20kw以下，并且为满足不同家用电器的各种供电形式要求，其接口也需要提供相对丰富的电气形式，具有功率等级小，但功能与复杂性则更高的特点。当前针对家庭电能路由器的设计应用，有学者研究提出了针对家庭能量管理的能量包以及多端口变换器等方案，能够同时对多个可再生能源或负载进行连接，以实现能量多向流动，为功率等级较低家庭电能路由器的能量转换功能提供支持。

三、结束语

总之，对基于电力电子变换的电能路由器研究现状与发展进行分析，能够促进其在实际中的设计应用，从而满足未来电网能量管理需求，推进我国电网建设与发展。

【参考文献】

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