一种能量路由器制造技术

一种能量路由器，涉及电能分配装置，包括中压配电网、AC/DC变换器、集中控制器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统、直流负载、储能装置、交流负载、中压直流母线、低压直流母线和低压交流母线；中压配电网与AC/DC变换器连接，集中控制器与AC/DC变换器、枢纽DC/DC变换器、（每个）终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统和储能装置连接。本发明专利技术具有可对底层设备进行直接能量管理、能量可根据供需关系流动，高配电效率和高安全性等优点。高安全性等优点。高安全性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种能量路由器


[0001]本专利技术涉及电能分配装置，具体是一种基于直流母线电力电子变压器的集中式能量路由器。

技术介绍

[0002]近些年来，分布式发电技术已经逐步发展到了一个比较成熟的阶段。现有的大电网供电系统存在着多种缺陷，例如有一个故障点可能会导致大面积停电、易受战争或恐怖势力破坏，对于用户负荷变化无法灵活跟踪所导致的成本飙升等。
[0003]能源路由器主要由电力电子变换器和集中控制器为核心的控制系统组成；能量路由器可以将某地区分布式发电系统与用户负载及电网主网连接起来，控制用户负载正常工作，使能源得到高效利用，也使得整个区域电网更加稳定。使用能量路由器对大电网与分布式电源进行结合配置，可以有效解决大电网供电系统存在的缺陷，组建能量路由器符合能源高效利用以及电网合理利用的基本需求。
[0004]现有的能量路由器多为松散型能量路由器，其本质为能量被动路由，内部各部分按照设定进行控制，相互间通信受限，无法实现灵活高效的能量分配，且适用情况单一。现有的能量路由器大部分只能实现能量单一流动，供需关系不易平衡。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种对于底层设备进行直接能量管理、能量可根据供需关系流动，高配电效率和高安全性的能量路由器。
[0006]本专利技术解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：一种能量路由器，其特征在于包括中压配电网、AC/DC变换器、集中控制器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统、直流负载、储能装置、交流负载、中压直流母线、低压直流母线和低压交流母线；所有变换器包含数据采集器；所述中压配电网与AC/DC变换器连接，中压AD/DC变换器与中压直流母线连接，中压直流母线通过枢纽DC/DC变换器与低压直流母线连接，低压直流母线分别通过终端DC/DC变换器与分布式发电系统、直流负载和储能装置相连接，中压直流母线通过中压DC/AC变换器与低压交流母线连接，低压交流母线连接交流负载；集中控制器与AC/DC变换器、枢纽DC/DC变换器、（每个）终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统和储能装置连接，用于控制能量传输以及对储能装置安全性监测。
[0007]本专利技术中所述的枢纽DC/DC变换器由N个DC/DC模块输入端串联、输出端并联而成。
[0008]本专利技术中所有变换器（AC/DC变换器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器）的电流采样装置与电压采样装置通过信号线与集中控制器的信号接收装置连接，集中控制器经信号处理后通过信号线发送控制信号给变换器的控制电路控制变换器工作。
[0009]本专利技术中所述能量路由器的所有能量变换器（AC/DC变换器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器）与集中控制器的信息采集模块连接，信息经采集模块传输至
数据处理模块，最终经处理模块处理后通过传输接口传送至云端以供集中控制器对能量路由器各个模块进行监测、分析及控制。实现该能量路由器的信息传输。
[0010]本专利技术中所述的枢纽DC/DC变换器的控制方法包括如下步骤：第一步：将N个DC/DC模块的输出功率相加后除以N，得到平均功率；第二步：将各个DC/DC模块的功率与平均功率的差值输入至PI控制器，通过PI控制器输出各个DC/DC模块对应的移相角；第三步：采集各个DC/DC模块输出端电压，将输出电压与给定参考值Uref求差，将差值输入PI控制器，PI控制器输出量经限幅进行移相计算，得到稳压控制移相角；第四步：各个DC/DC模块对应的移相角分别与稳压控制的移相角相加，得到各个DC/DC模块分别对应的总移相角；第五步：将各个DC/DC模块分别对应的总移相角反馈至其（各个DC/DC模块）输入端，使用PS
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PWM技术控制原边功率器件导通关断时机，控制DC/DC模块的功率因数。
[0011]本专利技术中能量路由器的能量控制方法包括如下步骤：步骤a、由电压采集器采集低压直流母线电压，用电压比较器与其所设阈值比较，阈值包括上限阈值和下限阈值；步骤b、集中控制器通过库仑计量法判断储能装置容量；步骤c、当低压直流母线电压超过电压比较器上限阈值电压时，停止AC/DC变换器传输，枢纽DC/DC变换器反向传输（将能量流向改变为低压直流母线流至中压直流母线）、（经DC/AC变换器、低压交流母线）为交流负载供电；步骤d、在步骤c的基础上，低压直流母线电压依然超出上限阈值时，控制与储能装置相连接的终端DC/DC变换器将能量流向改变为低压直流母线流至储能装置、为储能装置充电储能，当低压直流母线电压低于下限阈值时停止储能；同时集中控制器判断储能装置容量是否达到限制范围，储能装置容量已经达到限制范围时，由集中控制器发出控制信号控制分布式发电系统退出运行；步骤e、当低压直流母线电压低于电压比较器下限阈值电压时，开启AC/DC变换器传输，控制与储能装置连接的终端DC/DC变换器将能量流向改变为储能装置至低压直流母线。
[0012]本专利技术中所述的上限阈值为枢纽DC/DC变换器的理想输出电压的110%，下限阈值为枢纽DC/DC变换器的理想输出电压的95%。
[0013]本专利技术的能量路由器利用了双向能量变换器与能量双向控制，可根据供需关系进行供能，解决了能量流向单一、能量供需关系不平衡的问题，提高了能量利用效率。本专利技术提供的能量路由器为集中型拓扑结构以及拥有多种供能渠道，在电网部分结构遭到破坏后，本能量路由器可调动其他能量渠道继续为用户端供能，提高了用电稳定性。本能量路由器利用集中控制器，将各级所有变换器进行监测与控制，使得系统整体协调性提高，可进行更加灵活的能量路由。本专利技术具有可对底层设备进行直接能量管理、能量可根据供需关系流动，高配电效率和高安全性等优点。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的拓扑结构与能量、信息流示意图。
[0015]图2为本专利技术中枢纽DC/DC变换器的结构示意图。
[0016]图3为本专利技术中枢纽DC/DC变换器的控制方法示意图。
[0017]图4为本专利技术中稳压控制移相角计算方法示意图。
[0018]图5为本专利技术的能量控制方法示意图。
具体实施方式
[0019]如图1所示的能量路由器，包括中压配电网、AC/DC变换器、集中控制器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统、直流负载、储能装置、交流负载、中压直流母线、低压直流母线和低压交流母线；所有变换器包含数据采集器；所述的所有变换器或所有能量变换器包括AC/DC变换器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器。
[0020]所述中压配电网与AC/DC变换器连接，AD/DC变换器与中压直流母线连接，中压直流母线通过枢纽DC/DC变换器与低压直流母线连接，低压直流母线分别通过（三组）终端DC/DC变换器与分布式发电系统、直流负载和储能装置相连接，中压直流母线通过DC/AC变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能量路由器，其特征在于包括中压配电网、AC/DC变换器、集中控制器、枢纽DC/DC变换器、终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统、直流负载、储能装置、交流负载、中压直流母线、低压直流母线和低压交流母线；所有变换器包含数据采集器；所述中压配电网与AC/DC变换器连接，中压AD/DC变换器与中压直流母线连接，中压直流母线通过枢纽DC/DC变换器与低压直流母线连接，低压直流母线分别通过终端DC/DC变换器与分布式发电系统、直流负载和储能装置相连接，中压直流母线通过中压DC/AC变换器与低压交流母线连接，低压交流母线连接交流负载；集中控制器与AC/DC变换器、枢纽DC/DC变换器、（每个）终端DC/DC变换器、DC/AC变换器、分布式发电系统和储能装置连接，用于控制能量传输以及对储能装置安全性监测。2.根据权利要求1所述的能量路由器，其特征在于所述的枢纽DC/DC变换器由N个DC/DC模块输入端串联、输出端并联而成。3.根据权利要求1或2所述的能量路由器，其特征在于所有变换器的电流采样装置与电压采样装置通过信号线与集中控制器的信号接收装置连接，集中控制器经信号处理后通过信号线发送控制信号给变换器的控制电路控制变换器工作。4.根据权利要求3所述的能量路由器，其特征在于所有能量变换器与集中控制器的信息采集模块连接，信息经采集模块传输至数据处理模块，最终经处理模块处理后通过传输接口传送至云端以供集中控制器对能量路由器各个模块进行监测、分析及控制。5.根据权利要求2所述的能量路由器，其特征在于所述的枢纽DC/DC变换器的控制方法包括如下步骤：第一步：将N个DC/DC模块的输出功率相加后除以N，得到平均功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王松，刘伯豪，吴建华，王丽，俞军涛，李雪莲，宋玉美，王挺侹，彭传校，
申请(专利权)人：山东大学威海工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：