／機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 果巖／

一、引言

能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的新型信息+能源融合的“廣域網(wǎng)”，以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微電網(wǎng)、分布式能源、智能小區(qū)等為“局域網(wǎng)”為構(gòu)架組成，實(shí)現(xiàn)以開放對(duì)等的信息+能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，因此可以最大限度地適應(yīng)新能源的接入，其發(fā)展趨勢(shì)是基于分布式可再生能源的智能微電網(wǎng)，具有變換環(huán)節(jié)少、系統(tǒng)效率高、度電成本低等優(yōu)勢(shì)。

電能路由器集成了現(xiàn)代通信技術(shù)和電力電子變換技術(shù)、智能控制與管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量智能管理、分布式能量的高效利用與控制的電力設(shè)備，成為能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一環(huán)。一方面，可有效實(shí)現(xiàn)低壓直流（光、儲(chǔ)）+高壓直流（柔直）+低壓交流（源、荷）+高壓交流（配電網(wǎng)）的廣泛直接接入與控制；另一方面，可進(jìn)一步滿足交流混合智能微電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的核心裝備，是直流智能微電網(wǎng)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(nèi)相關(guān)公司、多所高校均致力于研制和開發(fā)電能路由器產(chǎn)品，同時(shí)已推廣至國內(nèi)相關(guān)示范應(yīng)用。2021年，由中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)歸口，特變電工西安電氣科技有限公司、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院、機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、許昌開普檢測(cè)研究院股份有限公司等單位聯(lián)合起草的JB/T 14260－2021《電能路由器 技術(shù)條件》和JB/T 14261－2021《電能路由器 試驗(yàn)方法》于2021年4月正式發(fā)布，并擬于2021年10月正式實(shí)施。

二、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電能路由器的工作條件、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)識(shí)、包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)?。適用于系統(tǒng)電壓35kV及以下的電能路由器。

（一）術(shù)語和定義

電能路由器是一種可實(shí)現(xiàn)能量的多向流動(dòng)能力和對(duì)功率流的主動(dòng)控制的設(shè)備，可以作為配電網(wǎng)中分布式電源、無功補(bǔ)償設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、負(fù)荷等的智能接口，靈活管理區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部及整個(gè)配電網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)電能。

本標(biāo)準(zhǔn)提出了電能路由器術(shù)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(lián)，具備電能管理功能，實(shí)現(xiàn)電能多向傳輸?shù)碾娏﹄娮釉O(shè)備”。

（二）工作條件

分別從環(huán)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(gè)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(shè)備周圍空氣溫度范圍：-5℃～+40℃。安裝地點(diǎn)海拔不超過1000m。當(dāng)海拔高于1000m時(shí)，應(yīng)按GB/T 3859.2規(guī)定降額使用。溫度為+40℃時(shí)，空氣相對(duì)濕度不超過50%。在較低溫度下允許有較高的相對(duì)濕度，如+25℃時(shí)可達(dá)100%。針對(duì)溫度變化偶爾產(chǎn)生的凝露應(yīng)采取特殊的措施。電網(wǎng)條件方面，包括交流電網(wǎng)諧波電壓、三相電壓不平衡度、頻率偏差、電壓波動(dòng)和閃變、電壓偏差等方面均應(yīng)滿足相應(yīng)電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（三）技術(shù)要求

主要規(guī)定了安全、性能、保護(hù)、電磁兼容、環(huán)境適應(yīng)性共5個(gè)方面技術(shù)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(shè)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(zhuǎn)換效率、冷卻系統(tǒng)、控制功能精度、雷電防護(hù)、故障穿越、過載能力、轉(zhuǎn)換時(shí)間、動(dòng)態(tài)性能等方面技術(shù)指標(biāo)。

①轉(zhuǎn)換效率：電能路由器額定工況下，電能路由器的轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不低于95%。②冷卻系統(tǒng)：電能路由器可采用自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷或水冷等方式，應(yīng)保障其在規(guī)定工作條件下電能路由器可長期運(yùn)行。③控制功能精度：功率控制功能，功率控制精度不應(yīng)大于目標(biāo)功率的3%；電壓控制功能，電壓控制精度不應(yīng)大于目標(biāo)電壓的3%。④過載能力：電能路由器應(yīng)具備1.1倍額定電流過載長期運(yùn)行、1.2倍額定電流過載運(yùn)行10s能力。⑤轉(zhuǎn)換時(shí)間：電能路由器在運(yùn)行過程中，可接受上層控制調(diào)度裝置指令進(jìn)行功率潮流轉(zhuǎn)換，功率潮流轉(zhuǎn)換指令響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于100ms。⑥動(dòng)態(tài)性能：電能路由器全部或某兩個(gè)端口間，由空載至滿載的功率階躍響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于50ms。

保護(hù)功能方面：規(guī)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(cuò)誤、直流端口極性反接，以及通訊故障和器件過溫保護(hù)等內(nèi)容。

（四）試驗(yàn)方法

多端口電能路由器功率測(cè)試時(shí)直流端口應(yīng)配置覆蓋端口容量的交直流雙向變換器，交直流端口應(yīng)并入相對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的交流電網(wǎng)，具體試驗(yàn)環(huán)境宜結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境測(cè)試。多端口電能路由器各端口電壓、電流采集位置應(yīng)在各端口出口處，多端口電能路由器功率測(cè)試環(huán)境如圖1所示。

圖1 多端口電能路由器功率測(cè)試環(huán)境

（五）關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試方法

（1）轉(zhuǎn)換效率

作為電能路由器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，因該產(chǎn)品具有多端口、交直流、高低壓融合等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)DC/DC、DC/AC變換設(shè)備轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試方法有明顯區(qū)別。該標(biāo)準(zhǔn)確定了“任意兩端口之間轉(zhuǎn)換效率”和“整機(jī)額定容量轉(zhuǎn)換效率”共兩種試驗(yàn)方法。

1）任意兩端口之間轉(zhuǎn)換效率：①電能路由器的轉(zhuǎn)換效率應(yīng)測(cè)試每兩個(gè)端口之間的功率正反向傳輸效率，每組測(cè)量時(shí)間不應(yīng)少于3 min，并采用不少于3 min 功率積分時(shí)間對(duì)功率進(jìn)行平均處理，正反功率工況均每隔10%功率點(diǎn)進(jìn)行一組測(cè)量；②電能路由器設(shè)備應(yīng)分別標(biāo)注各端口允許通過的最大設(shè)計(jì)容量、轉(zhuǎn)換效率及各個(gè)端口效率；③對(duì)于額定輸入功率不等于額定輸出功率的電能路由器應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況與供應(yīng)商協(xié)商確定其轉(zhuǎn)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(shè)備、風(fēng)機(jī)等），即使不與電能路由器使用同一個(gè)電源供電，也應(yīng)測(cè)量其功率。

2）整機(jī)額定容量轉(zhuǎn)換效率：測(cè)試環(huán)境具備時(shí)，宜開展電能路由器整機(jī)效率測(cè)試。電能路由器在額定功率運(yùn)行條件下，且所有端口均處于運(yùn)行狀態(tài)，按照功率分析儀接口連接方式，測(cè)試各個(gè)端口電壓、電流信號(hào)，采用不少于3min功率積分時(shí)間對(duì)功率進(jìn)行平均處理，并記錄系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)。

（2）故障穿越

圖2給出了電能路由器故障穿越性能試驗(yàn)的參考電路，測(cè)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(cè)端口的最大輸入功率和最大輸入電流；②模擬交流電網(wǎng)電源容量要求不小于被測(cè)端口的最大輸出功率，輸出的電壓、頻率能在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

圖2 電能路由器故障穿越測(cè)試平臺(tái)（示意）

三、總結(jié)

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作為目前國家實(shí)施碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略的有效途徑，其中，交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)及多能互補(bǔ)一體化、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)等成為新一代電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，電能路由器作為交互聯(lián)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(chǔ)能接入、光伏接入、電動(dòng)汽車充電樁接入、直流組網(wǎng)等。

JB/T 14260－2021《電能路由器 技術(shù)條件》和JB/T 14261－2021《電能路由器 試驗(yàn)方法》兩項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，明確了電能路由器的各項(xiàng)指標(biāo)要求，規(guī)范電能路由器產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)過程中的行為準(zhǔn)則，可有效指導(dǎo)電能路由器研發(fā)生產(chǎn)階段的功能及性能要求，解決了目前國內(nèi)外尚無此類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的問題。同時(shí)，為引導(dǎo)和規(guī)范電能路由器技術(shù)的發(fā)展，提升標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性、合理性和適用性，為提高其技術(shù)水平起到關(guān)鍵性的支撐作用。