前言

能源危机严重制约了世界各国的发展，提高可再生能源在终端能源消费的占比已成为世界各国的共识。

能源互联网作为互联网与能源网深度融合的新一代能源系统，是解决能源危机促进能源结构转型的新型能源网络。

能量路由器作为能源互联网的关键设备，是研究能源互联网的核心之一。

美国ＦＲＥＥＤＭ中心以电力电子变压器为核心，母线上包含不同电气接口连接负载和分布式电源，实现设备的即插即用。

此外，日本研究了新型电网结构：数字电网，把互联网思维运用到电网中设计了电力路由器，旨在给每一个电网设备分配一个ＩＰ，实现设备智能管控与调配；欧盟对固态变压器展开了研究，研制了背靠背多电平变换器单相结构；瑞士学者提出了能源集线器，旨在实现电能和其他形式能量之间的转换、传输及储存。

清华大学曹军威等人分别从能源转换、信息保障、定制化需求管理等方面提出了能源路由器的主要功能，并指出能源互联网的实质是信息技术与能源系统融合的新型能源网络；东北大学、浙江大学、天津大学等机构都对能量路由器展开了研究。

结合国内外研究现状不难看出，对于能源互联网核心设备能量路由器的研究集中在信息技术和能量变换。侧重点不同主要在于电力电子拓扑结构不同。

一、能源路由器基本概念与特征

能源互联网

能源互联网是未来能源发展的新形式，是国内外的研究热点。能源互联网在电力系统的基础上耦合其他能源网络，融合信息系统，构成了多能源网络互补、信息实时交互的新型能源网络。

能量路由器定义

国内对能量路由器功能研究较多，对定义的研究尚不明确。综合主要文献研究，试着给出能量路由器的定义。

能量路由器是利用电力电子技术、通信互联网技术、无线充电技术和储能技术等设计而成的多端口设备，它可以连接不同传输介质和不同运行环境的能源微网和广域能源网。

在实现能量缓存、控制、整流和转发的基础上，实现了能源消纳、能量质量监控、能量流控制、无线充电和通信保障、故障隔离等功能，是支撑能源互联网建设的关键设备。

二、能量路由器架构研究

能量路由器定位与作用

能源互联网是互联网理念与能源深度结合的产物，符合国家“互联网＋”战略。能量路由器的设计，对于推进能源互联网的建设及相关示点工程的落地有着极大的促进作用，对于建设智慧城市打造智慧能源系统具有重要的意义。能源互联网框架如图１所示。

图１ 能源互联网

能量路由器是能源互联网中连接各分布式能源的接入与转换装置，将各能源子网和资源子网连接构成能源互联网。在配电网中承载了电能变压与分配的任务，在用户侧承担了电能的双向传输作用，使得设备既可以作为负荷消耗电能，又可以作为“充电宝”向能量路由器馈电。

能量路由器结构

能量路由器以电能为核心，耦合可再生能源系统和储能系统，接入风、光、电、气等多种能源形成多能互补的多端口网络；利用电力电子装置进行电能交－直流变换，起到了维护系统稳定抑制波动的作用。能量路由器功能示意图如图２所示。

图２ 能量路由器功能示意图

能量路由器中风机、光伏等通过电力电子装置并网后接入，天然气、氢气等通过燃料电池转化为电能后接入能量路由器。其中，氢气又可以通过电解水从能源路由器流回氢能系统，实现能量流的双向流动。

蓄电池作为储能系统可通过充放电与能量路由器进行交互，并为能量路由器提供备用裕度，保证系统运行的可靠性。

无线充电接口为电动汽车提供的无线充电接口，可扩展接口保证各能源子网和资源子网之间的实时通信，协调优化运行。

三、能源路由器的关键技术

能源互联网作为新一代能源网络，颠覆了原有能源结构，产生全新的价值链和商业模式。

能源路由器作为能源互联网中连接各能源网络的关键性设备，多样化的功能为用户带来新的服务模式。

如能量路由器中即插即用接口，可以满足用户对不同类型能量的需求；无线电能传输功能的加入，解决了用户充电困难的烦恼；能量路由器甚至可以颠覆能量交易模式，实现用户与用户的Ｐ２Ｐ交易，打破了传统电从远方来的固有模式，在能源互联网环境下真正做到“电从隔壁来”。

要实现能量路由器强大的功能体系，离不开关键技术的支撑。能源路由器的关键技术如图３所示。

图３ 关键技术

电力电子技术

能量路由器为外电网和可再生能源的接入提供电气接口，为用户提供不同电压等级交－直流的即插即用接口，可扩展端口，保证各能源子网协作运行。

变压和整流的功能离不开电力电子器件支撑运行，电力电子技术应用广泛。

固态变压器采用电力电子技术实现电能的控制与传输，具有体积小、质量轻的优点；电气隔离功能保证了接口的安全性，能量控制单元利用自动控制技术能够感知能量供需的变化，保障能量实时供给和能量质量的稳定高效。

新型信息通信技术与监控平台

能量路由器采用自适应的控制策略，通过物联网技术、大数据等新技术对设备进行实时监测，保证通信讯息的实时性和准确性。

采集的数据云端同步储存，谨防数据包的丢失，可以掌握用户的用能习惯，为用户提供个性化的用能服务和节能服务等增值服务。

监控运维平台的接入为能源互联网运维过程带来可视化的操作，通过源－网－荷－储的协调优化运行，使全过程可视化、可追忆和可监测。

能量路由器作为能源互联的关键设备，接入运维平台，有助于能量路由器各器件模块和运行过程的全场景监控，保证源－网－荷－储准确实时互动，保证设备的安全稳定运行。

无线电能传输技技术

随着电动汽车的推广与普及，电动汽车充电困难的问题也随之而来。为解决家庭日常用能问题，在能量路由器中添加一个端口用于电动汽车的无线充电，具备Ｖ２Ｇ功能的无线充电桩可以实现能量的双向流动。

此外，设置的另一个端口可用于可穿戴、可植入设备的供电，为用户提供便捷式的充电体验。

无线充电是指没有经过物理连接，通过电磁感应、无线电波等手段实现电能的无线传输。

未来能源互联网中，无线电能传输也必将受到越来越多的关注。相比于有线充电需要频繁拨插充电枪，易造成设备的老化，且存在触电的危险等缺点，无线充电以其安全、方便的特点在未来更易普及。

总结

首先，文章从能源互联网发展的现状出发，在分析国内外研究的基础上，给出了能量路由器的定义，并对其功能特点进行了介绍。

其次，给出了户用型新型能量路由器的主要架构，包含满足家庭日常用能需求的即插即用接口、无线充电技术及分布式能源接入技术。最后，总结了能量路由器的关键技术，并对能源互联网的发展进行了展望。