电能路由器系列标准解读

／机械工业北京电工技术经济研究所 果岩／

一、引言

能源互联网是以互联网理念构建的新型信息+能源融合的“广域网”，以大电网为“主干网”，以微电网、分布式能源、智能小区等为“局域网”为构架组成，实现以开放对等的信息+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新能源的接入，其发展趋势是基于分布式可再生能源的智能微电网，具有变换环节少、系统效率高、度电成本低等优势。

电能路由器集成了现代通信技术和电力电子变换技术、智能控制与管理技术，实现能量智能管理、分布式能量的高效利用与控制的电力设备，成为能源互联网的关键一环。一方面，可有效实现低压直流（光、储）+高压直流（柔直）+低压交流（源、荷）+高压交流（配电网）的广泛直接接入与控制；另一方面，可进一步满足交流混合智能微电网、能源互联网的核心装备，是直流智能微电网能量变换与管理的唯一解决方案。

目前，包括GE、ABB、ETH等厂商及国内相关公司、多所高校均致力于研制和开发电能路由器产品，同时已推广至国内相关示范应用。2021年，由中国电器工业协会归口，特变电工西安电气科技有限公司、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、机械工业北京电工技术经济研究所、许昌开普检测研究院股份有限公司等单位联合起草的JB/T 14260－2021《电能路由器 技术条件》和JB/T 14261－2021《电能路由器 试验方法》于2021年4月正式发布，并拟于2021年10月正式实施。

二、标准主要内容

该标准规定了电能路由器的工作条件、技术要求、检验规则、标识、包装、储存和运输等。适用于系统电压35kV及以下的电能路由器。

（一）术语和定义

电能路由器是一种可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制的设备，可以作为配电网中分布式电源、无功补偿设备、储能设备、负荷等的智能接口，灵活管理区域电网内部及整个配电网中的动态电能。

本标准提出了电能路由器术语定义，即“由多功率单元模块集成组成的，具备高压/低压、交流/直流之间广泛互联，具备电能管理功能，实现电能多向传输的电力电子设备”。

（二）工作条件

分别从环境温度、海拔、湿度、电气条件等正常工作条件，及非正常工作条件共两个方面给出了电能路由器的工作条件要求。包括：电能路由器设备周围空气温度范围：-5℃～+40℃。安装地点海拔不超过1000m。当海拔高于1000m时，应按GB/T 3859.2规定降额使用。温度为+40℃时，空气相对湿度不超过50%。在较低温度下允许有较高的相对湿度，如+25℃时可达100%。针对温度变化偶尔产生的凝露应采取特殊的措施。电网条件方面，包括交流电网谐波电压、三相电压不平衡度、频率偏差、电压波动和闪变、电压偏差等方面均应满足相应电能质量国家标准要求。

（三）技术要求

主要规定了安全、性能、保护、电磁兼容、环境适应性共5个方面技术要求。

安全要求方面：因电能路由器具备多端口、交直流、高低压设备融合的特征，在安全方面，分别确定了高压交/直流端口、低压交/直流端口等方面的绝缘水平。

性能要求方面：确定了转换效率、冷却系统、控制功能精度、雷电防护、故障穿越、过载能力、转换时间、动态性能等方面技术指标。

①转换效率：电能路由器额定工况下，电能路由器的转换效率应不低于95%。②冷却系统：电能路由器可采用自然冷却、强制风冷或水冷等方式，应保障其在规定工作条件下电能路由器可长期运行。③控制功能精度：功率控制功能，功率控制精度不应大于目标功率的3%；电压控制功能，电压控制精度不应大于目标电压的3%。④过载能力：电能路由器应具备1.1倍额定电流过载长期运行、1.2倍额定电流过载运行10s能力。⑤转换时间：电能路由器在运行过程中，可接受上层控制调度装置指令进行功率潮流转换，功率潮流转换指令响应时间应不大于100ms。⑥动态性能：电能路由器全部或某两个端口间，由空载至满载的功率阶跃响应时间应小于50ms。

保护功能方面：规定了端口过电压/欠电压、短路、过流、交流端口过频/欠频、交流端口相序错误、直流端口极性反接，以及通讯故障和器件过温保护等内容。

（四）试验方法

多端口电能路由器功率测试时直流端口应配置覆盖端口容量的交直流双向变换器，交直流端口应并入相对应电压等级的交流电网，具体试验环境宜结合现场实际环境测试。多端口电能路由器各端口电压、电流采集位置应在各端口出口处，多端口电能路由器功率测试环境如图1所示。

图1 多端口电能路由器功率测试环境

（五）关键技术指标测试方法

（1）转换效率

作为电能路由器的关键技术指标，因该产品具有多端口、交直流、高低压融合等特点，与传统DC/DC、DC/AC变换设备转换效率的测试方法有明显区别。该标准确定了“任意两端口之间转换效率”和“整机额定容量转换效率”共两种试验方法。

1）任意两端口之间转换效率：①电能路由器的转换效率应测试每两个端口之间的功率正反向传输效率，每组测量时间不应少于3 min，并采用不少于3 min 功率积分时间对功率进行平均处理，正反功率工况均每隔10%功率点进行一组测量；②电能路由器设备应分别标注各端口允许通过的最大设计容量、转换效率及各个端口效率；③对于额定输入功率不等于额定输出功率的电能路由器应根据工程现场情况与供应商协商确定其转换效率考核方法；④与电能路由器配套提供的辅助装置（接触器、泵、程序设备、风机等），即使不与电能路由器使用同一个电源供电，也应测量其功率。

2）整机额定容量转换效率：测试环境具备时，宜开展电能路由器整机效率测试。电能路由器在额定功率运行条件下，且所有端口均处于运行状态，按照功率分析仪接口连接方式，测试各个端口电压、电流信号，采用不少于3min功率积分时间对功率进行平均处理，并记录系统效率数据。

（2）故障穿越

图2给出了电能路由器故障穿越性能试验的参考电路，测试要求：①模拟直流源的容量和最大输出电流要求不小于被测端口的最大输入功率和最大输入电流；②模拟交流电网电源容量要求不小于被测端口的最大输出功率，输出的电压、频率能在一定的范围内调节。

图2 电能路由器故障穿越测试平台（示意）

三、总结

构建以新能源为主体的新型电力系统作为目前国家实施碳达峰、碳中和战略的有效途径，其中，交直流混联电力系统、源网荷储及多能互补一体化、分布式发电及微电网等成为新一代电力系统应用场景，电能路由器作为交互联通的核心装备，可有效满足各种交直流接口和潮流管理需求，包括储能接入、光伏接入、电动汽车充电桩接入、直流组网等。

JB/T 14260－2021《电能路由器 技术条件》和JB/T 14261－2021《电能路由器 试验方法》两项行业标准的制定，明确了电能路由器的各项指标要求，规范电能路由器产品研发生产过程中的行为准则，可有效指导电能路由器研发生产阶段的功能及性能要求，解决了目前国内外尚无此类技术标准的问题。同时，为引导和规范电能路由器技术的发展，提升标准的先进性、合理性和适用性，为提高其技术水平起到关键性的支撑作用。