雙碳背景下多端口能量路由器的應用與介紹

能量路由器概述

中國電科院的研究人員根據不同電壓、容量和應用功能的不同將其重新命名為：“能量路由器（energy router）”、“電能交換器（energy switcher）”和“電力集能器（energy hub）”。

能量路由器

以電能為核心，可匯集和管理電、冷、熱、燃氣以及其他形式的能源，具備能量靈活轉化、變換、傳遞和路由功能，并實現能源物理系統與信息系統的融合，是支持呢能源互聯網的核心裝置。

電能路由器

是能源路由器（能量路由器）的基本形式，可獨立使用。它以電能為控制對象，具備三個或以上電能端口，具備不同電氣參數電能之前的靈活變換、傳統和路由功能，并實現電氣物流系統與信息系統的融合。

研旭能量路由器特點

1、傳統信息流控制、DSP（C6000）控制和快速原型控制器都可以根據用戶的需求進行定制。

2、能量路由器可以進行二次開發，可提供能量路由器的所有源代碼。

3、交流端口、直流端口可根據客戶需求進行定制。

5、直流端口電壓等級，可以根據用戶需求進行復用

6、具備策略調度系統功能

7、通訊接口或人機界面，具備ms級別的通訊速率

一、基于多端口變換器的能量路由器構架

下圖是典型的多端口能量路由器的工業應用， 控制分布式能源、儲能出力，協調與電網/負荷間能量轉換、靈活控制的核心部件，實現配電系統中源-儲-網-荷的能量交換。

多端口能量路由器拓撲

南京研旭公司推出了低壓多端口能量路由器，多端口交直流柔性變換器具備N個交流端口（可選），N個直流端口（可選）。每個端口均可接入相應電壓等級的有源或無源設備，任意端口間可以實現功率潮流的控制。

南京研旭創新性的采用了單獨的統一控制器，摒棄了傳統的多分布式控制器通訊控制的方式，將所有變流器的控制由統一控制器完成控制，保證了系統嚴格意義上的實時性和即插即用功能。

配置液晶顯示界面，可以實現就地人機交互。本變換器主要應用于微電網、低壓主動配電網及交直流混合低壓配電網的科研、小型示范等場合。

二、能量路由器的典型應用

能量路由器作為主動配電網的電能接入裝置，其最基本的任務是管理接入電源和負荷、尋求最優路徑。但能量路由器應用在電網的不同位置將承擔不同的具體任務。

能量路由器在用戶側的應用

當能量路由器用于配電網末端時，直接與分布式能源DER相連，分布式能源主要有分布式電源、分布式儲能設備及負載。

能量路由器作為配電網中使用簡單的、即插即用的能源接入裝置，當分布式能源接入能量路由器的接口時，能量路由器應能夠檢測到分布式能源的插入，迅速監測分布式能源的類型及用電參數，并給予相應的回應?？紤]到實時電價，能量路由器可以根據電價信息動態調整用電負荷。如在居民區白天電價低，居民用戶的能量路由器可將有需求的可控電力設備接入配電網;而在工業區的電價信息可能是白天較高，而晚上較低，能量路由器可以將實時性低的可控負荷安排到夜間。

能量路由器在配電網中的應用

在配電網中，若能量路由器用于區域電網入口，不僅能夠采集區域電網的用電信息，而且還可以與配電網中其他能量路由器相互通信。不僅可以實現區域網內分布式電能的有效利用，而且能夠使整個配電網達到能源的最優化配置。 能量路由器在配電網中運行在并網運行模式下時，能量路由器將其所控制的區域(如微網)連接到配電網干線上，區域電網通過能量路由器從電網索取電能或向電網提供電。作為能流調節器，能量路由器根據區域電網對電能的需求情況進行調度，在區域電網或大電網出現故障時，能量路由器運行在孤島模式，與配電網隔離。此時，區域電網中的當地負荷需同分布式可再生電源及儲能設備協調運行。

三、能量路由器協調控制方法

利用協調控制方法來實現分布式能源的高效利用、多種類接口單元的能量協調控制。

設備級控制面向底層接口變換器，接口變換器接入能源的種類、變換器類型、控制目標不同，變換器級控制方法也不同。變換器級控制方法有：最大功率點跟蹤、母線電壓控制、直接功率控制、PQ 控制（恒功率控制）、V/F 控制（恒壓恒頻控制）、VSG 控制（虛擬同步機控制）、Droop 控制（下垂控制）、恒壓/恒流/恒功率充放電控制等。

系統級控制面向系統運行目標，通過對系統內各接入能源和負載變換器進行集中管理，實現能量管理和目標最優運行。變換器級控制與系統級控制組成了整個能量路由器的控制體系。

四、能量路由器策略調度

能量路由器策略調度以直流母線電壓為主信號，以蓄電池 SOC 為輔助信號，控制中央管理層綜合各信息進行模式判斷，并在模式變化時將控制指令下發給底層控制層，通過底層控制層來實現對各功能單元變換器的調節，最終實現母線電壓穩定、系統功率平衡。

并網狀態下：根據各個端口所需能量進行調配，當系統自發能量不足時可從主電網進行能量傳輸。孤島狀態下：主要是針對主電網脫落時的孤島運行情形，多端口能量路由器需要孤島運行，支撐整個主電網。

能量路由器設備在每個子微網中都是充當了分布式電源（發電）或者負載（耗電）的作用。針對每個子網需要判斷其能量流動方向以及大小，整體系統的控制，主要交由上位機能源調度系統來完成。

五、能量路由器監控軟件平臺

1、監測與顯示功能：上位機平臺通過通訊口（以太網、CAN）與能量路由器進行信息交互，能顯示能量路由器的端口電壓、功率、負荷等多種信息；

2、控制功能：通過上位機平臺能對能量路由器發布指令，如并網功率因數控制、各端口的功率控制，光伏發電MPPT控制與給定功率控制；

3、上位機平臺接受路由器上傳數據及電網信息，正常運行方式下不干預路由器運行；異常情況下，綜合處理各項信息后，可統一發布指令至各路由器；

4、能量路由管理：高峰時段，蓄電池進行放電控制，光伏進行MPPT控制；低谷時段，市電供給負載，儲能電池進行充電控制。一般情況下，由底層能量路由器自行進行控制，高峰時段、低谷時段則由平臺進行設置；

研旭多端口能量路由器監控界面

六、現場實物照片

研旭多端口能量路由器實物照片