電能路由器系列標準解讀

／機械工業北京電工技術經濟研究所 果巖／

一、引言

能源互聯網是以互聯網理念構建的新型信息+能源融合的“廣域網”，以大電網為“主干網”，以微電網、分布式能源、智能小區等為“局域網”為構架組成，實現以開放對等的信息+能源一體化架構真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用，因此可以最大限度地適應新能源的接入，其發展趨勢是基于分布式可再生能源的智能微電網，具有變換環節少、系統效率高、度電成本低等優勢。

電能路由器集成了現代通信技術和電力電子變換技術、智能控制與管理技術，實現能量智能管理、分布式能量的高效利用與控制的電力設備，成為能源互聯網的關鍵一環。一方面，可有效實現低壓直流（光、儲）+高壓直流（柔直）+低壓交流（源、荷）+高壓交流（配電網）的廣泛直接接入與控制；另一方面，可進一步滿足交流混合智能微電網、能源互聯網的核心裝備，是直流智能微電網能量變換與管理的唯一解決方案。

目前，包括GE、ABB、ETH等廠商及國內相關公司、多所高校均致力于研制和開發電能路由器產品，同時已推廣至國內相關示范應用。2021年，由中國電器工業協會歸口，特變電工西安電氣科技有限公司、國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院、機械工業北京電工技術經濟研究所、許昌開普檢測研究院股份有限公司等單位聯合起草的JB/T 14260－2021《電能路由器 技術條件》和JB/T 14261－2021《電能路由器 試驗方法》于2021年4月正式發布，并擬于2021年10月正式實施。

二、標準主要內容

該標準規定了電能路由器的工作條件、技術要求、檢驗規則、標識、包裝、儲存和運輸等。適用于系統電壓35kV及以下的電能路由器。

（一）術語和定義

電能路由器是一種可實現能量的多向流動能力和對功率流的主動控制的設備，可以作為配電網中分布式電源、無功補償設備、儲能設備、負荷等的智能接口，靈活管理區域電網內部及整個配電網中的動態電能。

本標準提出了電能路由器術語定義，即“由多功率單元模塊集成組成的，具備高壓/低壓、交流/直流之間廣泛互聯，具備電能管理功能，實現電能多向傳輸的電力電子設備”。

（二）工作條件

分別從環境溫度、海拔、濕度、電氣條件等正常工作條件，及非正常工作條件共兩個方面給出了電能路由器的工作條件要求。包括：電能路由器設備周圍空氣溫度范圍：-5℃～+40℃。安裝地點海拔不超過1000m。當海拔高于1000m時，應按GB/T 3859.2規定降額使用。溫度為+40℃時，空氣相對濕度不超過50%。在較低溫度下允許有較高的相對濕度，如+25℃時可達100%。針對溫度變化偶爾產生的凝露應采取特殊的措施。電網條件方面，包括交流電網諧波電壓、三相電壓不平衡度、頻率偏差、電壓波動和閃變、電壓偏差等方面均應滿足相應電能質量國家標準要求。

（三）技術要求

主要規定了安全、性能、保護、電磁兼容、環境適應性共5個方面技術要求。

安全要求方面：因電能路由器具備多端口、交直流、高低壓設備融合的特征，在安全方面，分別確定了高壓交/直流端口、低壓交/直流端口等方面的絕緣水平。

性能要求方面：確定了轉換效率、冷卻系統、控制功能精度、雷電防護、故障穿越、過載能力、轉換時間、動態性能等方面技術指標。

①轉換效率：電能路由器額定工況下，電能路由器的轉換效率應不低于95%。②冷卻系統：電能路由器可采用自然冷卻、強制風冷或水冷等方式，應保障其在規定工作條件下電能路由器可長期運行。③控制功能精度：功率控制功能，功率控制精度不應大于目標功率的3%；電壓控制功能，電壓控制精度不應大于目標電壓的3%。④過載能力：電能路由器應具備1.1倍額定電流過載長期運行、1.2倍額定電流過載運行10s能力。⑤轉換時間：電能路由器在運行過程中，可接受上層控制調度裝置指令進行功率潮流轉換，功率潮流轉換指令響應時間應不大于100ms。⑥動態性能：電能路由器全部或某兩個端口間，由空載至滿載的功率階躍響應時間應小于50ms。

保護功能方面：規定了端口過電壓/欠電壓、短路、過流、交流端口過頻/欠頻、交流端口相序錯誤、直流端口極性反接，以及通訊故障和器件過溫保護等內容。

（四）試驗方法

多端口電能路由器功率測試時直流端口應配置覆蓋端口容量的交直流雙向變換器，交直流端口應并入相對應電壓等級的交流電網，具體試驗環境宜結合現場實際環境測試。多端口電能路由器各端口電壓、電流采集位置應在各端口出口處，多端口電能路由器功率測試環境如圖1所示。

圖1 多端口電能路由器功率測試環境

（五）關鍵技術指標測試方法

（1）轉換效率

作為電能路由器的關鍵技術指標，因該產品具有多端口、交直流、高低壓融合等特點，與傳統DC/DC、DC/AC變換設備轉換效率的測試方法有明顯區別。該標準確定了“任意兩端口之間轉換效率”和“整機額定容量轉換效率”共兩種試驗方法。

1）任意兩端口之間轉換效率：①電能路由器的轉換效率應測試每兩個端口之間的功率正反向傳輸效率，每組測量時間不應少于3 min，并采用不少于3 min 功率積分時間對功率進行平均處理，正反功率工況均每隔10%功率點進行一組測量；②電能路由器設備應分別標注各端口允許通過的最大設計容量、轉換效率及各個端口效率；③對于額定輸入功率不等于額定輸出功率的電能路由器應根據工程現場情況與供應商協商確定其轉換效率考核方法；④與電能路由器配套提供的輔助裝置（接觸器、泵、程序設備、風機等），即使不與電能路由器使用同一個電源供電，也應測量其功率。

2）整機額定容量轉換效率：測試環境具備時，宜開展電能路由器整機效率測試。電能路由器在額定功率運行條件下，且所有端口均處于運行狀態，按照功率分析儀接口連接方式，測試各個端口電壓、電流信號，采用不少于3min功率積分時間對功率進行平均處理，并記錄系統效率數據。

（2）故障穿越

圖2給出了電能路由器故障穿越性能試驗的參考電路，測試要求：①模擬直流源的容量和最大輸出電流要求不小于被測端口的最大輸入功率和最大輸入電流；②模擬交流電網電源容量要求不小于被測端口的最大輸出功率，輸出的電壓、頻率能在一定的范圍內調節。

圖2 電能路由器故障穿越測試平臺（示意）

三、總結

構建以新能源為主體的新型電力系統作為目前國家實施碳達峰、碳中和戰略的有效途徑，其中，交直流混聯電力系統、源網荷儲及多能互補一體化、分布式發電及微電網等成為新一代電力系統應用場景，電能路由器作為交互聯通的核心裝備，可有效滿足各種交直流接口和潮流管理需求，包括儲能接入、光伏接入、電動汽車充電樁接入、直流組網等。

JB/T 14260－2021《電能路由器 技術條件》和JB/T 14261－2021《電能路由器 試驗方法》兩項行業標準的制定，明確了電能路由器的各項指標要求，規范電能路由器產品研發生產過程中的行為準則，可有效指導電能路由器研發生產階段的功能及性能要求，解決了目前國內外尚無此類技術標準的問題。同時，為引導和規范電能路由器技術的發展，提升標準的先進性、合理性和適用性，為提高其技術水平起到關鍵性的支撐作用。