近年来由于能源短缺和环境污染问题日益严重，全球掀起了新一代能源互联网的研发热潮。能源结构正从主要依靠化石能源向分布式、多样性的可再生能源转变。能源互联网是能量流和信息流高度融合的新型能源体系，是能源广泛共享和存储的多级分布式能源互联系统。
作者简介：
李红波，华中科技大学电力电子与电力传动博士，佛罗里达州立大学CAPS中心博士后(已出站)。现就职于中车株洲电力机车研究所,清华大学能源互联网创新研究院电力电子器件及其高端应用研究中心。
主要研究方向：机车牵引变频系统、电力电子变压器、基于Quasi-Z Source的光伏并网逆变器、直流固态限流器等。
1. 能源路由器
与传统电网集中式能量分配与调度，能量只能从电网到用户单向流动的运行模式不同，在能源互联网中，能源能够以peer-to-peer的形式在市场上进行自由对等的交易和兑换，用户即是能源消费者又是能源的供应者。这种开放式的能源交互，对能源互联网能源的接入、控制和传输提出了挑战。借鉴Internet交换设备概念，设计能源路由器将其作为能源生产、消费、传输基础设施的接口，实现不同能源载体的输入、输出、转换及存储。
图1能源路由构架【1】
如图1所示，能源路由器由电力电子变换及储能单元、通信单元和决策控制单元三部分组成。能源路由器对局域网间以及局域网内部的能量流进行实时监控和信息收集，并通过信息通道及时反馈能量流状态。控制单元根据反馈信息，控制电力电子变换器或储能装置进行相应的能量转换和存储动作，保证能量高质量、高可靠性流动，实现多个分布式能源网间的能量交换、路由管理和同一局域网内的风光储及载荷协同消纳。
2. 能源路由器原型实现
FREEDM根据能源路由的概念进行了原型实现，如图2所示。以电力电子变压器(Solid State Transformer, SST)作为能源路由器的核心，通过远程可控的快速智能开关，实现微电网和线路的智能通断，并加之能量管理系统。通信单元采用Zigbee、Ethernet和WLAN三种模式实现能源路由器间和内部的数据交互。
图2 基于20kVA电力电子变压器(SST)的能源路由器设计框图【2】
3. 能源路由器的关键技术
根据能源路由器的基本功能和结构，其关键技术主要包括电力电子变压器技术、大规模储能技术和柔性直流输电技术【3】。
3.1电力电子变压器技术
SST内置交直流变换器，具有变压、变频、故障隔离、故障限流、功率因数调整、潮流控制、无功发生等功能。相比传统变压器，SST体积小、重量轻，但在效率、容量和可靠性上，目前有待提高，需要新的开关器件和材料的技术突破。
3.2储能技术
储能单元也是能源路由的重要组件，可以降低供电和用电的同步性要求。储能装置根据通信单元反馈的电网和分布式发电的能量流状态和电价等信息，经过控制算法智能调节充放电模式，削峰填谷。现在大规模储能成本仍然较高。
3.3柔性输电技术
能源路由器间的能量交换通过柔性输电技术来实现。柔性输电技术基于高压直流输电，可控性强、模块化程度高、配用电中间转换环节少、配用电效率高，广泛应用在风电场接入、海上钻井平台供电、异步电网互联等场合。
参考资料：
【1】X. Zhou, F. Wang, Y. Ma," An overview of Energy Internet, "IEEE International Conference on Mechatronics and Automations, 2015,pp.126-131.
【2】Y. Xu, J. Zhang ,W. Wang, et al. ," Energy Router: Architectures and Functionalities towards Energy Internet, " Smart Grid Communications (SmartGridComm), 2011, 41(1):109-114.
【3】曹军威,杨明博,张德华,等. 能源互联网——信息与能源的基础设施一体化[J]. 南方电网技术 ,2014,8(4):1-12.
延伸阅读：
原标题：李红波：能源互联网中的能源路由器
