多类型能量路由器研究综述

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250063

摘要/Abstract

摘要：

在能源互联网中，能量路由器（ERs）是实现多端口能量转换和能量流主动调控的核心组件之一.本文将ERs分为3类：电能路由器、信息能量路由器和多能能量路由器.根据类别间的差异，将ER的研究划分为4个层面：电力变换，侧重多端口的电力变换拓扑与控制；能量路由控制，主要关注端口间功率流的调控；信息处理与优化控制，强调信息的获取、传输并据其优化能量的流动；多能协调，以多能综合利用为主要目标.以4个层面研究为基础，探讨了ER的拓扑、控制、通信和多能优化等技术，以及不同层面间的关联性.

关键词: 能量路由器（ER）, 电力变换, 能量路由控制, 信息处理, 多能综合利用

Abstract:

Energy routers （ERs） are one of the core components of the energy Internet for achieving multi-port energy conversion and active energy flow control. This paper classified ERs into three categories： electrical ERs， information ERs， and multi-energy ERs. Based on the differences between these categories， the research on ERs is divided into four aspects： electrical conversion， focusing on topology and control of multi-port electrical conversion； energy routing control， primarily concerned with the regulation of power flow between ports of ERs； information processing and optimal control， emphasizing the acquisition and transmission of information and optimizing energy flow； and multi-energy coordination， with multi-energy comprehensive utilization as the main goal. Based on these four research aspects， this paper explored topology， control， communication， and multi-energy optimization of ERs， as well as the interrelationships between different aspects.

Key words: energy router （ER）, power conversion, energy routing control, information processing, multi-energy comprehensive utilization

中图分类号:

TM 73

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图/表 7

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类别	主要研究方向	特点或主要功能	发展方向
电能路由器	端口间的电力分配	多端口电力变换及电能路由功能	高效率电能转换、高质量供电
信息能量路由器	能量节点间的协调调度	信息采集、处理等功能	运行状态调控与优化、设备间协同
多能能量路由器	多能源系统建模	无实体装备，由能源网络抽象而成；多能转换功能	多能源的梯级利用、多能流优化

类别	主要研究方向	特点或主要功能	发展方向
电能路由器	端口间的电力分配	多端口电力变换及电能路由功能	高效率电能转换、高质量供电
信息能量路由器	能量节点间的协调调度	信息采集、处理等功能	运行状态调控与优化、设备间协同
多能能量路由器	多能源系统建模	无实体装备，由能源网络抽象而成；多能转换功能	多能源的梯级利用、多能流优化

层面	特点	研究内容	现有问题
第一层面电力变换	多端口电力变换	拓扑结构、内部单元能量平衡^[1]、端口控制^[10]	本层面研究较成熟，但尚未有ER的容量定义
第二层面能量路由控制	端口间的能量路由	网络电压控制^[11]	缺少ER与网络中其他设备交互的研究
第三层面信息处理与优化控制	信息能量耦合	信息处理、通信、网络潮流优化^[12]	信息与能量流的结合仍不紧密
第四层面多能协调	多能综合利用	经济运行、碳排放、能源效率等优化	未有对实体设备的研究

层面	特点	研究内容	现有问题
第一层面电力变换	多端口电力变换	拓扑结构、内部单元能量平衡^[1]、端口控制^[10]	本层面研究较成熟，但尚未有ER的容量定义
第二层面能量路由控制	端口间的能量路由	网络电压控制^[11]	缺少ER与网络中其他设备交互的研究
第三层面信息处理与优化控制	信息能量耦合	信息处理、通信、网络潮流优化^[12]	信息与能量流的结合仍不紧密
第四层面多能协调	多能综合利用	经济运行、碳排放、能源效率等优化	未有对实体设备的研究

控制方法	基本特性	适用场景	主要优缺点	实现目标	与其他方法的比较
恒定参数控制	输出参数保持设定值	组网或并网	易实现，但缺乏适应性	电压、频率或功率支撑	与下垂控制相比，缺乏动态调节能力
下垂控制	有功功率按容量比例分担	分布式构网	易实现，但无功难以按比例分配	功率分配	相比恒定参数控制，增加了动态调节
虚拟同步机控制	模拟同步发电机特性	新能源并网	提供虚拟惯性，但控制复杂	模拟惯性	相比传统控制，更能适应可再生能源波动
智能控制	应用先进算法和计算技术	高级应用	灵活且性能高，但实现难度大	系统优化	相比传统控制，具有更高级的智能化水平