CN105914771A - 能源路由器 - Google Patents

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CN105914771A CN201610246754.4A CN201610246754A CN105914771A CN 105914771 A CN105914771 A CN 105914771A CN 201610246754 A CN201610246754 A CN 201610246754A CN 105914771 A CN105914771 A CN 105914771A
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田兵
雷金勇
许爱东
郭晓斌
李鹏
占恺峤
简淦杨
王建邦
喻磊
马溪原
魏文潇
于力
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Abstract

本发明涉及一种能源路由器，包括直流母线、高压交流接口、低压交流接口和直流接口，高压交流接口的一侧连接直流母线，另一侧连接高压交流网，低压交流接口的一侧连接直流母线，另一侧连接低压交流网，直流接口一侧连接直流母线，另一侧连接直流网。通过直流接口、高压交流接口和低压交流接口共用直流母线，直流接口用于与直流网之间的能量交换，高压交流接口用于与高压交流网之间的能量交换，低压交流接口用于与低压交流网之间的能量交换，电力接口功能多，且模块化结构便于扩展，能源路由器功能性强。

Description

能源路由器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种能源路由器。
背景技术
能源互联网是一种能实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络，能源路由器是能源互联网的关键设备，是实现能源互联网中能量交换、新能源和负载接入的重要技术手段。
现有的能源路由器以电力电子变压器替代传统变压器，在功能上主要考虑的多为传统变压器的功能，电力接口少，不便于扩展，功能性弱。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种功能性强的能源路由器。
一种能源路由器，包括直流母线、高压交流接口、低压交流接口和直流接口，
所述高压交流接口的一侧连接所述直流母线，另一侧连接高压交流网，所述低压交流接口的一侧连接所述直流母线，另一侧连接低压交流网，所述直流接口一侧连接所述直流母线，另一侧连接直流网。
上述能源路由器，通过直流接口、高压交流接口和低压交流接口共用直流母线，直流接口用于与直流网或直流网内用电设备之间的能量交换，高压交流接口用于与高压交流网或高压交流网内用电设备之间的能量交换，低压交流接口用于与低压交流网或低压交流网内用电设备之间的能量交换，电力接口功能多，且模块化结构便于扩展，能源路由器功能性强。
附图说明
图1为一实施例中本发明能源路由器的结构图；
图2为另一实施例中本发明能源路由器的结构图；
图3为一实施例中直流接口的电路图；
图4为一实施例中高压交流接口的电路图；
图5为一实施例中低压交流接口的电路图；
图6为一实施例中储能装置的电路图。
具体实施方式
参考图1，本发明一实施例中的一种能源路由器，包括直流母线110、直流接口130、高压交流接口150和低压交流接口170。直流接口130一侧连接直流母线110，另一侧连接直流网(图未示)。高压交流接口150的一侧连接直流母线110，另一侧连接高压交流网(图未示)，低压交流接口170的一侧连接直流母线110，另一侧连接低压交流网(图未示)。
其中，通过直流接口130连接直流网，可以是接入直流网的电能进行转换给其他电网供电，也可以是将其他电网的电能转换后给直流网中的用电设备供电，例如给直流接口分布式电源、电动汽车和负荷等供电，满足分布式电源发电和电动汽车、负荷的用电需求；通过高压交流接口150连接高压交流网，可以是接入高压交流网的电能进行转换给其他电网供电，也可以是将其他电网的电能转换后给高压交流网中的用电设备供电，例如通过高压交流接口150连接大电网或其它能源路由器的高压交流接口150；通过低压交流接口170连接低压交流网，可以是接入低压交流网的电能进行转换给其他电网供电，也可以是将其他电网的电能转换后给低压交流网中的用电设备供电，例如连接交流接口的分布式电源和负荷，通过低压交流接口170可以实现分布式电源并网发电和满足负荷用电需求。
在其中一实施例中，参考图2，直流接口130、高压交流接口150和低压交流接口170均有多个。直流接口130、高压交流接口150和低压交流接口170采用模块化结构，可方便地拓展为多个，多个直流接口130、高压交流接口150和低压交流接口170共直流母线110，可实现多个接口之间的能量交换。
在其中一实施例中，参考图3，直流接口130包括直流DC/DC模块，直流DC/DC模块包括第一电容C1、第二电容C2、第一H桥131、变压器132和第二H桥133，第一H桥131和第二H桥133均包括直流侧和交流侧。
第一H桥131的直流侧连接第一电容C1和直流母线110，第一H桥131的交流侧连接变压器132一侧，变压器132另一侧连接第二H桥133的交流侧，第二H桥133的直流侧连接第二电容C2和直流网。具体地，本实施例中，第一电容C1可以是并联在第一H桥131的直流侧，第二电容C2可以是并联在第二H桥的交流侧。
第一H桥131和第二H桥133可以进行直流电与交流电的逆变，通过采用第一H桥131、变压器132和第二H桥133构成模块化结构的直流接口130，维持直流输出端口电压稳定，且模块化结构使得方便拓展直流接口130的使用个数。
变压器132的类型可以根据实际需要进行选择。本实施例中，变压器132为高频变压器。高频变压器体积小，重量轻，减小整个能源路由器的体积。可以理解，在其他实施例中，变压器132的类型还可以为其他，例如中频变压器。
请继续参考图3，其中，第一H桥131包括第一开关模块1311、第二开关模块1312、第三开关模块1313和第四开关模块1314；第二H桥133包括第五开关模块1331、第六开关模块1332、第七开关模块1333和第八开关模块1334，第一H桥131和第二H桥133的直流侧和交流侧均分别包括正端和负端；第一开关模块1311、第二开关模块1312、第三开关模块1313、第四开关模块1314、第五开关模块1331、第六开关模块1332、第七开关模块1333和第八开关模块1334均包括第一端、第二端和控制端。
第一开关模块1311的第一端连接第二开关模块1312的第一端，且公共端作为第一H桥131的直流侧的正端连接直流母线110的正极+；第一开关模块1311的第二端连接第三开关模块1313的第一端，且公共端作为第一H桥131的交流侧的正端连接变压器132的初级线圈一端；第二开关模块1312的第二端连接第四开关模块1314的第一端，且公共端作为第一H桥131的交流侧的负端连接变压器132的初级线圈另一端；第三开关模块1313的第二端连接第四开关模块1314的第二端，且公共端作为第一H桥131的直流侧的负端连接直流母线110的负极-，第一开关模块1311的控制端、第二开关模块1312的控制端、第三开关模块1313的控制端和第四开关模块1314的控制端分别连接驱动装置。第一电容C1并联于第一H桥131的直流侧的正端和负端。其中，驱动装置可以是现有公知的可以实现驱动的驱动电路或者器件。
第五开关模块1331的第一端连接第六开关模块1332的第一端，且公共端作为第二H桥133的直流侧的正端连接直流网，本实施例中具体为通过端口DCZ+连接直流网。第五开关模块1331的第二端连接第七开关模块1333的第一端，且公共端作为第二H桥133的交流侧的正端连接变压器132的次级线圈一端，第六开关模块1332的第二端连接第八开关模块1334的第一端，且公共端作为第二H桥133的交流侧的负端连接变压器132的次级线圈另一端，第七开关模块1333的第二端连接第八开关模块1334的第二端，且公共端作为第二H桥133的直流侧的负端连接直流网，本实施例中具体为通过端口DCZ-连接直流网。第五开关模块1331的控制端、第六开关模块1332的控制端、第七开关模块1333的控制端和第八开关模块1334的控制端分别连接驱动装置。第二电容C2并联于第二H桥133的直流侧的正端和负端。其中，端口DCZ+和端口DCZ-中的Z表示直流接口130的序号。
在其中一实施例中，第一开关模块1311、第二开关模块1312、第三开关模块1313和第四开关模块1314、第五开关模块1331、第六开关模块1332、第七开关模块1333和第八开关模块1334均采用全控型电力电子器件。通过使用全控型电力电子器件，可增强能源路由器的可控性，直流接口130输出电能质量高。
本实施例中，第一开关模块1311包括第一开关管Q1和第一二极管D1，第一开关管Q1的输入端连接第一二极管D1的负极，且公共端作为第一开关模块1311的第一端，第一开关管Q1的输出端连接第一二极管D1的正极，且公共端作为第一开关模块1311的第二端，第一开关管Q1的控制端作为第一开关模块1311的控制端。
第二开关模块1312、第三开关模块1313和第四开关模块1314、第五开关模块1331、第六开关模块1332、第七开关模块1333和第八开关模块1334的结构与第一开关模块1311的结构相同，在此不做赘述。
在其中一实施例中，参考图4，高压交流接口150包括三个高压单元151，每个高压单元151对应一相，即高压交流接口150包括三相。各高压单元151分别包括高压电感L1和多个高压DC/AC装置1511。各高压DC/AC装置1511的直流侧分别连接直流母线110，具体地，高压DC/AC装置1511的直流侧一端连接直流母线110的正极+，直流侧另一端连接直流母线110的负极-，即高压DC/AC装置1511的直流侧并联于直流母线110。同一高压单元151中的高压DC/AC装置1511的交流侧级联后一端连接对应高压单元中高压电感L1一端，各高压单元151中的高压DC/AC装置1511的交流侧级联后另一端相互连接，高压单元中各高压电感L1另一端作为一相连接高压交流网。如此，高压交流接口150可以维持交流侧电压稳定。本实施例中，三个高压单元151的电感L1分别通过端口Ax、端口Bx和端口Cx连接高压交流网，其中x表示高压交流接口150的序号。
高压DC/AC装置1511的个数可以根据实际需要进行设置，例如，可以增加高压DC/AC装置1511级联的个数以提高高压交流接口150的电压。
在其中一实施例中，请继续参考图4，高压DC/AC装置1511包括高压DC/DC模块15111和第三H桥15112，第三H桥15112包括直流侧和交流侧。高压DC/DC模块15111一侧作为高压DC/AC装置1511的直流侧连接直流母线110，具体为连接直流母线110的正极+和负极-，高压DC/DC模块15111另一侧连接第三H桥15112的直流侧；第三H桥15112的交流侧作为对应高压DC/AC装置1511的交流侧。
在其中一实施例中，高压DC/DC模块15111的结构与直流DC/DC模块的结构相同，第三H桥15112的结构与第一H桥131的结构相同，在此不做赘述。具体地，高压DC/AC装置1511的交流侧级联的具体方式为：高压DC/AC装置1511中第三H桥15112的交流侧的正端连接前一个高压DC/AC装置1511中第三H桥15112的交流侧的负端，高压DC/AC装置1511中第三H桥15112的交流侧的负端连接后一个高压DC/AC装置1511中第三H桥15112的交流侧的正端。
在其中一实施例中，参考图5，低压交流接口170包括三个低压单元171，每个低压单元171对应一相，即低压交流接口170包括三相。各低压单元171分别包括多个低压电感L2和与低压电感L2数量相同的低压DC/AC装置1711。各低压DC/AC装置1711的直流侧分别连接直流母线110，具体地，低压DC/AC装置1711的直流侧一端连接直流母线110的正极+，低压DC/AC装置1711的直流侧另一端连接直流母线110的负极-，即低压DC/AC装置1711的直流侧并联于直流母线110。各低压DC/AC装置1711的交流侧均一端连接低压电感L2一端，另一端相互连接，具体地，同一低压单元171中所有低压DC/AC装置1711的交流侧另一端相连，并与其他低压单元中低压DC/AC装置1711的交流侧另一端相连；同一低压单元的低压电感L2另一端相互连接后作为一相连接低压交流网，即低压DC/AC装置1711的交流侧串联低压电感L2后并联连接。如此，低压交流接口170可以维持交流侧电压稳定。本实施例中，各低压单元171的低压电感L2分别通过端口ay、端口by和端口cy连接低压交流网，其中y表示低压交流接口170的序号。
低压DC/AC装置1711的个数可以根据实际需要进行设置，例如，可以增加低压DC/AC装置1711并联的个数以提高低压交流接口170的输出电流。
在其中一实施例中，请继续参考图4，低压DC/AC装置1711包括低压DC/DC模块17111和第四H桥17112，第四H桥17112包括交流侧和直流侧。低压DC/DC模块17111一侧作为对应低压DC/AC装置1711的直流侧连接直流母线110，具体连接直流母线110的正极+和负极-。低压DC/DC模块17111另一侧连接第四H桥17112的直流侧；第四H桥17112的交流侧作为对应低压DC/AC装置1711的交流侧。
在其中一实施例中，低压DC/DC模块17111的结构与直流DC/DC模块的结构相同，第四H桥17112的结构与第一H桥131的结构相同，在此不做赘述。具体地，各低压DC/AC装置1711的第四H桥17112的交流侧的正端分别连接对应低压电感L2后相连，第四H桥17112的交流侧的负端相连。
在其中一实施例中，请继续参考图2，上述能源路由器还包括连接直流母线110的储能装置190。储能装置190可以维持直流母线110的电压稳定并控制储能的荷电状态，实现了不同接口之间功率解耦，使得控制简单。
参考图6，一实施例中，储能装置190包括储能DC/DC模块191和储能电池192，储能DC/DC模块191一端连接直流母线110，另一端连接储能电池192。通过储能DC/DC模块191进行直流电压变换之后对储能电池192进行充电，维持直流母线110的电压稳定并控制储能的荷电状态。本实施例中，储能电池192为蓄电池。
具体地，本实施例中，储能DC/DC模块191的结构和直流DC/DC模块的结构相同，在此不做赘述。
上述能源路由器，通过直流接口130、高压交流接口150和低压交流接口170共用直流母线110，直流接口130用于与直流网或直流网内用电设备之间的能量交换，高压交流接口150用于与高压交流网或高压交流网内用电设备之间的能量交换，低压交流接口170用于与低压交流网或低压交流网内用电设备之间的能量交换，电力接口功能多，且模块化结构便于扩展，能源路由器功能性强。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种能源路由器，其特征在于，包括直流母线、高压交流接口、低压交流接口和直流接口，
所述高压交流接口的一侧连接所述直流母线，另一侧连接高压交流网，所述低压交流接口的一侧连接所述直流母线，另一侧连接低压交流网，所述直流接口一侧连接所述直流母线，另一侧连接直流网。
2.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，所述直流接口包括直流DC/DC模块，所述直流DC/DC模块包括第一电容、第二电容、第一H桥、第二H桥和变压器，所述第一H桥和所述第二H桥均包括直流侧和交流侧；
所述第一H桥的直流侧连接所述第一电容和所述直流母线，所述第一H桥的交流侧连接所述变压器一侧，所述变压器另一侧连接所述第二H桥的交流侧，所述第二H桥的直流侧连接所述第二电容和所述直流网。
3.根据权利要求2所述的能源路由器，其特征在于，所述第一H桥包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块，所述第二H桥包括第五开关模块、第六开关模块、第七开关模块和第八开关模块，所述第一H桥和所述第二H桥的直流侧和交流侧均分别包括正端和负端，所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块和所述第四开关模块、所述第五开关模块、所述第六开关模块、所述第七开关模块和所述第八开关模块均包括第一端、第二端和控制端；
所述第一开关模块的第一端连接所述第二开关模块的第一端，且公共端作为所述第一H桥的直流侧的正端连接所述直流母线的正极，所述第一开关模块的第二端连接所述第三开关模块的第一端，且公共端作为所述第一H桥的交流侧的正端连接所述变压器的初级线圈一端，所述第二开关模块的第二端连接所述第四开关模块的第一端，且公共端作为所述第一H桥的交流侧的负端连接所述变压器的初级线圈另一端，所述第三开关模块的第二端连接所述第四开关模块的第二端，且公共端作为所述第一H桥的直流侧的负端连接所述直流母线的负极，所述第一开关模块的控制端、所述第二开关模块的控制端、所述第三开关模块的控制端和所述第四开关模块的控制端分别连接驱动装置，所述第一电容并联于所述第一H桥的直流侧的正端和负端；
所述第五开关模块的第一端连接所述第六开关模块的第一端，且公共端作为所述第二H桥的直流侧的正端连接所述直流网，所述第五开关模块的第二端连接所述第七开关模块的第一端，且公共端作为所述第二H桥的交流侧的正端连接所述变压器的次级线圈一端，所述第六开关模块的第二端连接所述第八开关模块的第一端，且公共端作为所述第二H桥的交流侧的负端连接所述变压器的次级线圈另一端，所述第七开关模块的第二端连接所述第八开关模块的第二端，且公共端作为所述第二H桥的直流侧的负端连接所述直流网，所述第五开关模块的控制端、所述第六开关模块的控制端、所述第七开关模块的控制端和所述第八开关模块的控制端分别连接所述驱动装置，所述第二电容并联于所述第二H桥的直流侧的正端和负端。
4.根据权利要求3所述的能源路由器，其特征在于，所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块、第五开关模块、第六开关模块、第七开关模块和第八开关模块均采用全控型电力电子器件。
5.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，所述高压交流接口包括三个高压单元，每个高压单元对应一相，各所述高压单元分别包括高压电感和多个高压DC/AC装置，
各所述高压DC/AC装置的直流侧分别连接所述直流母线，同一高压单元中的高压DC/AC装置的交流侧级联后一端连接对应高压单元中高压电感一端，各高压单元中的高压DC/AC装置的交流侧级联后另一端相互连接，所述高压单元中高压电感另一端作为一相连接所述高压交流网。
6.根据权利要求5所述的能源路由器，其特征在于，各所述高压DC/AC装置均包括高压DC/DC模块和第三H桥，所述第三H桥包括直流侧和交流侧，
所述高压DC/DC模块一侧作为所述高压DC/AC装置的直流侧连接所述直流母线，另一侧连接所述第三H桥的直流侧；所述第三H桥的交流侧作为对应高压DC/AC装置的交流侧。
7.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，所述低压交流接口包括三个低压单元，每个低压单元对应一相，各所述低压单元分别包括多个低压电感和与所述低压电感数量相同的低压DC/AC装置，
各所述低压DC/AC装置的直流侧分别连接所述直流母线，各所述低压DC/AC装置的交流侧均一端连接对应低压电感一端，另一端相互连接；同一低压单元的所述低压电感另一端相互连接后作为一相连接所述低压交流网。
8.根据权利要求7所述的能源路由器，其特征在于，所述低压DC/AC装置包括低压DC/DC模块和第四H桥，所述第四H桥包括交流侧和直流侧，
所述低压DC/DC模块一侧作为对应低压DC/AC装置的直流侧连接所述直流母线，另一侧连接所述第四H桥的直流侧；所述第四H桥的交流侧作为对应低压DC/AC装置的交流侧。
9.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，还包括连接所述直流母线的储能装置。
10.根据权利要求9所述的能源路由器，其特征在于，所述储能装置包括储能DC/DC模块和储能电池，所述储能DC/DC模块一端连接所述直流母线，另一端连接所述储能电池。
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