CN107863776A - 应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，包括：以多台电能路由器模组和集群控制器为核心，与外部设备组网连接；每台电能路由器模组具有至少三个电能端口，具备电能变换和电能路由功能；外部设备包括交流防雷汇流箱、直流防雷汇流箱、多个交/直流接触器、交流配电柜、直流配电柜、交流开关柜和直流开关柜；集群系统控制器与电能路由器集群系统的计量装置、保护装置、控制装置进行信息交互。该系统可视为一台虚拟的“电能路由器”，满足电能路由器所具备的电能变换、传输路径可控优选、传输容量可控分配等基本功能，可有效降低设备成本，有效提高设备能效、组网灵活性、能源系统可靠性，简单易实现。

Description

应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统

技术领域

本发明涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统。

背景技术

目前，由于电力电子技术还处于发展阶段，基于电力电子变换的电能路由器在成本、效率、可靠性方面相比传统电力设备(如工频变压器)处于劣势。就应用于交直流混合电力系统的电能路由器而言，若采用集中式方案，即单台大功率电能路由器，其在研发难度和研发成本上往往大于总容量相同的多台设备；一旦集中式方案在设备检修或者损坏时，将会导致整个配电系统无法正常运行，可靠性得不到保障；在电能路由器负载率处于较低水平时，集中式方案中，电能路由器容量得不到有效利用，其稳态损耗为系统高效率运行带来了负面影响，电能路由器的组网灵活性无法得到充分利用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种应用于交直流混合分布式可再生能源系统的电能路由器集群系统，该系统可有效降低设备成本，有效提高设备能效、组网灵活性、能源系统可靠性，简单易实现。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，包括：以多台电能路由器模组和集群控制器为核心，与外部设备组网连接；外部设备，所述外部设备包括至少一个交流防雷汇流箱、至少一个直流防雷汇流箱、多个交/直流接触器、交流配电柜、直流配电柜、交流开关柜和直流开关柜；多台电能路由器模组，所述多台电能路由器模组的每个模组具有至少三个电能端口，具备电能变换和电能路由功能，所述多台电能路由器模组与所述外部设备组网连接；以及集群系统控制器，所述集群系统控制器以及所述电能路由器集群系统的计量装置、保护装置、控制装置进行信息交互，其包括实时交互信息以及离线交换信息，其中，所述实时交互信息包括：集群系统运行信息、运行控制指令、策略执行返校，并且所述离线交换信息包括：所述电能路由器集群系统的模型文件、所述集群系统控制器下发指令执行期间内所述电能路由器集群系统计量、保护、控制装置对所述电能路由器集群系统的动作指令记录文件。

本发明实施例的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，可以为不同的新能源发电装置和不同类型的储能、负载提供灵活多样化的电气接口形式，减少了原交直流混合电力系统的变流环节，结构更加高效、紧凑，可实现分布式能源的大容量、灵活、高效接入，并通过电能路由器主动控制，可以实现各个终端和节点功率流定量、定点、定时控制，实现整个交直流混合电力系统对电能的主动调度管理，从而不仅可以有效降低设备成本，而且可以有效提高设备运行能效、组网灵活性、交直流混合分布式可再生能源系统的可靠性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个电能路由器模组的交流输出端口和直流输出端口的出口均安装有接触器，并且所述交流输出端口和直流输出端口分别与交流防雷汇流箱和直流防雷汇流箱的输入端相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，高压交流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为电能路由器集群系统的对外高压交流端口，并且所述高压交流端口引出总线，并连接至所述交流开关柜的输入端，所述交流开关柜的输出端与网侧高压交流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，低压交流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为所述电能路由器集群系统的对外低压交流端口，并且所述低压交流端口引出总线，并连接至所述交流配电柜的输入端，所述交流配电柜的输出端与网侧低压交流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，高压直流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为所述电能路由器集群系统的对外高压直流端口，并且所述高压直流端口引出总线，并连接至所述直流开关柜的输入端，所述直流开关柜的输出端与网侧高压直流母线相连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，低压直流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为所述电能路由器集群系统的对外低压直流端口，并且所述低压直流端口引出总线，并连接至所述直流配电柜的输入端，所述直流配电柜的输出端与网侧低压直流母线相连。

进一步地，在本发明的一个实施例中，交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱内部对应配置有交流汇流排与直流汇流排，并且对应具有交流防雷装置与直流防雷装置，所述交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱的输入端与所述交流汇流排与直流汇流排的其中一个输入端相连，输出端引出一条总线与所述交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱的输出端相连，所述交流防雷装置与直流防雷装置响应包括交流防雷模块和直流防雷模块、雷电计数器、底座以及多层结构的PCB(Printed Circuit Board，印制线路板)板，所述交流防雷模块、所述直流防雷模块及所述雷电计数器通过所述底座与所述PCB板焊接，并固定在所述PCB板上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述交流开关柜与所述直流开关柜内部对应配置有第一交流电压互感器、第一直流电压互感器、第一交流电流互感器、第一直流电流互感器、隔离开关或第一交流断路器、第一直流断路器或隔离开关组合、第一接地开关；所述交流配电柜与所述直流配电柜内部对应配置有第二交流电压互感器、第二直流电压互感器、第二交流电流互感器、第二直流电流互感器、第二交流断路器、第二直流断路器、第二接地开关。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述集群系统控制器由数据采集模块、数据处理模块和人机交互模块组成，各个电能路由器模组内部的变换器控制模块与所述集群系统控制器相连，电能路由器集群系统内部的接触器与所述集群系统控制器相连，所述交流防雷汇流箱、所述直流防雷汇流箱内部的防雷装置与所述集群系统控制器相连接，所述交流开关柜、直流开关柜内部的第一交流电压互感器、第一直流电压互感器、第一交流电流互感器、第一直流电流互感器、隔离开关或第一交流断路器、第一直流断路器或隔离开关组合、第一接地开关与所述集群系统控制器相连，所述交流配电柜、直流配电柜内部的第二交流电压互感器、第二直流电压互感器、第二交流电流互感器、第二直流电流互感器、第二交流断路器、第二直流断路器、第二接地开关与所述集群系统控制器相连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过集群系统控制器可使得电能路由器集群系统作为一个整体具备单个电能路由器所具备的电能变换、传输路径可控优选、传输容量可控分配等基本功能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述集群系统控制器具体用于：采集所述各电能路由器模组各端口运行信息；依照目标控制策模式向所述各电能路由器模组各交流端口和直流端口下发控制指令，使得所述各电能路由器模组根据接收到所述控制指令和调节定值控制调节状态量；获取端口潮流控制结果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统的结构示意图。；

图2为根据本发明一个实施例的电能路由器集群系统开关柜、配电柜示意图；

图3为根据本发明一个实施例的集群系统控制器信息交互示意图；

图4为根据本发明一个实施例的电能路由器集群系统潮流控制方法方框图；

图5为根据本发明一个实施例的电能路由器集群系统方案与单台大功率电能路由器方案的比较示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在介绍应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统之前，先简单介绍一下电能路由器的重要性。

一方面，为了缓解能源危机、减小工业排放污染，大量的分布式可再生能源发电装置接入电网。但这些新能源发电方式往往具有地理分散性、间歇性、随机性和不可控性。高渗透率分布式可再生能源对交直流混合电力系统的安全可靠运行带来了挑战。另一方面，随着电力市场改革的不断推进，未来的电能交易将越来越灵活，每一个需求侧终端都有可能作为源向电网侧售电。此外，随着未来电动汽车的大量推广、新能源发电以及储能装置接入用户终端，电能的流动方式将从传统的单向流动变为双向甚至多向流动。因此需要对功率流进行灵活精确控制以及主动调度管理。

其中，作为集成融合了信息技术与电力电子变换技术、实现分布式资源的有效利用和传输的电力装备，电能路由器不但为不同的新能源发电装置和不同类型的储能、负载提供灵活多样化的电气接口形式，包括不同电压等级的交、直流，减少了原交直流混合电力系统的变流环节。还具备电能路由功能，即通过电能路由器主动控制，实现各个终端和节点功率流定量、定点、定时控制，实现整个交直流混合电力系统对电能的主动调度管理。电能路由器除具备基本的电能变换功能之外，还应实现多个电能输入端口和输出端口之间电能传输路径的可控优选，实现电源、储能设备与用电负荷的匹配优化、电能高效分配与传输。

正是基于上述原因，本发明实施例提出了一种应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统。

图1是本发明一个实施例的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统的结构示意图。

如图1所示，该应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统10包括：外部设备100、多台电能路由器模组200和集群系统控制器300。

其中，外部设备100包括至少一个交流防雷汇流箱、至少一个直流防雷汇流箱、多个交/直流接触器、交流配电柜、直流配电柜、交流开关柜和直流开关柜。多台电能路由器模组200的每个模组具有至少三个电能端口，具备电能变换和电能路由功能，多台电能路由器模组200与外部设备100组网连接。集群系统控制器300以及电能路由器集群系统的计量装置、保护装置、控制装置进行信息交互，其包括实时交互信息以及离线交换信息，其中，实时交互信息包括：集群系统运行信息、运行控制指令、策略执行返校，并且离线交换信息包括：电能路由器集群系统的模型文件、集群系统控制器300下发指令执行期间内电能路由器集群系统计量、保护、控制装置对电能路由器集群系统的动作指令记录文件。本发明实施例的系统10为应用于交直流混合分布式可再生能源系统的电能路由器集群系统，可以实现整个交直流混合电力系统对电能的主动调度管理，从而不仅可以有效降低设备成本，而且可以有效提高设备运行能效、组网灵活性、交直流混合分布式可再生能源系统的可靠性，简单易实现。

可以理解的是，本发明实施例的集群系统10的主体可以由多台电能路由器模组200(每个模组具备不少于3个电能端口，如高压交流端口×1、高压直流端口×1、低压交流端口×1、低压直流端口×1)、电能路由器集群控制器为核心，与交流防雷汇流箱、直流防雷汇流箱、交/直流接触器、交流配电柜、直流配电柜、交流开关柜、直流开关柜等外部设备100组网连接，并且本发明实施例的集群系统10可视为一台虚拟的“电能路由器”，满足电能路由器所具备的电能变换、传输路径可控优选、传输容量可控分配等基本功能。

举例而言，本发明实施例的系统10可以包括：n台电能路由器模组(每个模组具备高压交流端口×1、高压直流端口×1、低压交流端口×1、低压直流端口×1)、交流防雷汇流箱×2、直流防雷汇流箱×2、交/直流接触器多个、电能路由器集群控制器×1、交流配电柜×1、直流配电柜×1、交流开关柜×1、直流开关柜×1。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个电能路由器模组200的交流输出端口和直流输出端口的出口均安装有接触器，并且交流输出端口和直流输出端口分别与交流防雷汇流箱和直流防雷汇流箱的输入端相连。

也就是说，多个电能路由器模组200的交、直流输出端口出口各安装1个接触器；多个电能路由器模组200的交、直流输出端口分别与交、直流防雷汇流箱的输入端相连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，高压交流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为电能路由器集群系统的对外高压交流端口，并且高压交流端口引出总线，并连接至交流开关柜的输入端，交流开关柜的输出端与网侧高压交流母线相连。

可以理解的是，高压交流防雷汇流箱输出端引出总线，作为本发明实施例的电能路由器集群系统10的对外高压交流端口；高压交流端口引出总线，连接至交流开关柜输入端；交流开关柜输出端与网侧高压交流母线相连接，本发明实施例的电能路由器集群系统10的高压交流端口可接入高电压等级交流负荷。

可选地，在本发明的一个实施例中，低压交流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为电能路由器集群系统的对外低压交流端口，并且低压交流端口引出总线，并连接至交流配电柜的输入端，交流配电柜的输出端与网侧低压交流母线相连。

可以理解的是，低压交流防雷汇流箱输出端引出总线，作为本发明实施例的电能路由器集群系统10的对外低压交流端口；低压交流端口引出总线，连接至所示交流配电柜输入端；交流配电柜输出端与网侧低压交流母线相连接，本发明实施例的电能路由器集群系统10的低压交流端口可接入低电压等级交流负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，高压直流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为电能路由器集群系统的对外高压直流端口，并且高压直流端口引出总线，并连接至直流开关柜的输入端，直流开关柜的输出端与网侧高压直流母线相连接。

具体而言，高压直流防雷汇流箱输出端引出总线，作为本发明实施例的电能路由器集群系统10的对外高压直流端口；高压直流端口引出总线，连接至直流开关柜输入端；直流开关柜输出端与网侧高压直流母线相连接，本发明实施例的电能路由器集群系统10的高压直流端口可接入高电压等级直流负荷、分布式发电装置、储能单元等。

可选地，在本发明的一个实施例中，低压直流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为电能路由器集群系统的对外低压直流端口，并且低压直流端口引出总线，并连接至直流配电柜的输入端，直流配电柜的输出端与网侧低压直流母线相连。

具体而言，低压直流防雷汇流箱输出端引出总线，作为本发明实施例的电能路由器集群系统10的对外低压直流端口；低压直流端口引出总线，连接至直流配电柜输入端；直流配电柜输出端与网侧低压直流母线相连接，本发明实施例的电能路由器集群系统10的低压直流端口可接入低电压等级直流负荷、分布式发电装置、储能单元等。

进一步地，在本发明的一个实施例中，交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱内部对应配置有交流汇流排与直流汇流排，并且对应具有交流防雷装置与直流防雷装置，交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱的输入端与交流汇流排与直流汇流排的其中一个输入端相连，输出端引出一条总线与交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱的输出端相连，交流防雷装置与直流防雷装置响应包括交流防雷模块和直流防雷模块、雷电计数器、底座以及多层结构的PCB板，交流防雷模块、直流防雷模块及雷电计数器通过底座与PCB板焊接，并固定在PCB板上。

可以理解的是，每个交、直流防雷汇流箱内部配置有交、直流汇流排，交、直流防雷装置。交、直流汇流箱输入端与交、直流汇流排其中一个输入端相连接，交、直流汇流排输出端引出一条总线与交、直流汇流箱输出端相连接。交、直流防雷装置包括交、直流防雷模块，雷电计数器，底座以及多层结构的PCB板，交、直流防雷模块及雷电计数器通过底座与PCB板焊接，固定在PCB板上。

可选地，在本发明的一个实施例中，交流开关柜与直流开关柜内部对应配置有第一交流电压互感器、第一直流电压互感器、第一交流电流互感器、第一直流电流互感器、隔离开关或第一交流断路器、第一直流断路器或隔离开关组合、第一接地开关；交流配电柜与直流配电柜内部对应配置有第二交流电压互感器、第二直流电压互感器、第二交流电流互感器、第二直流电流互感器、第二交流断路器、第二直流断路器、第二接地开关。

具体而言，如图2所示，交、直流开关柜内部配置有第一交、直流电压互感器，第一交、直流电流互感器，隔离开关或第一交、直流断路器或隔离开关组合，第一接地开关。交、直流开关柜外部输入端连接至内部第一交、直流电流互感器输入端，第一交、直流电流互感器输出端连接至隔离开关或第一交、直流断路器或隔离开关组合输入端，二者之间并联接地开关，在隔离开关/第一交、直流断路器/隔离开关组合输出端并联第一交、直流电压互感器，隔离开关/交、直流断路器/隔离开关组合与交、直流开关柜输出端相连接。此外，交、直流开关柜还应具备相应继电保护等二次设备。

此外，交、直流配电柜内部配置有第二交、直流电压互感器，第二交、直流电流互感器，第二交、直流断路器，接地开关。交、直流开关柜外部输入端连接至内部第二交、直流电流互感器输入端，第二交、直流电流互感器输出端连接至第二交、直流断路器输入端，二者之间并联接地开关，在第二交、直流断路器输出端并联第二交、直流电压互感器，第二交、直流断路器与第二交、直流配电柜输出端相连接。此外，交、直流配电柜还应具备相应继电保护等二次设备。

举例而言，交流开关柜内部配置有3台交流电流互感器CT1，3台交流电压互感器PT1，1套隔离开关Q1/交流断路器DL1/隔离开关Q2组合，1套接地开关Q3。交流开关柜外部三相输入端连接至内部3台交流电流互感器CT1输入端，3台交流电流互感器CT1输出端连接至隔离开关Q1/交流断路器DL1/隔离开关Q2组合输入端，二者之间并联接地开关Q3，在隔离开关Q1/交流断路器DL1/隔离开关Q2组合三相输出端并联3台交流电压互感器PT1，隔离开关Q1/交流断路器DL1/隔离开关Q2组合与交流开关柜输出端相连接。3台交流电流互感器CT1要求包含精度0.5级和0.2级两组输出，3台交流电压互感器PT1要求包含精度0.5级和0.2级两组输出，采用Y-Y接线。其中，交流开关柜还应具备相应继电保护等二次设备。

另外，直流开关柜内部配置有2台直流电流互感器CT2，2台直流电压互感器PT2，1套隔离开关Q4/交流断路器DL2/隔离开关Q5组合，1套接地开关Q6。直流开关柜外部正负输入端连接至内部2台直流电流互感器CT2输入端，2台直流电流互感器CT2输出端连接至隔离开关Q4/直流断路器DL2/隔离开关Q5组合输入端，二者之间并联接地开关Q6，在隔离开关Q4/直流断路器DL2/隔离开关Q5组合正负输出端并联2台交流电压互感器PT2，隔离开关Q4/直流断路器DL2/隔离开关Q5组合与直流开关柜输出端相连接。2台直流电流互感器CT2要求包含精度0.5级和0.2级两组输出，2台直流电压互感器PT2要求包含精度0.5级和0.2级两组输出。其中，直流开关柜还应具备相应继电保护等二次设备。

此外，交流配电柜内部配置有3台交流电流互感器CT3，3台交流电压互感器PT3，交流断路器DL3。交流开关柜外部三相输入端连接至内部3台交流电流互感器CT3输入端，3台交流电流互感器CT3输出端连接至交流断路器DL3输入端，在交流断路器DL3三相输出端并联3台交流电压互感器PT3，交流断路器DL3与交流配电柜输出端相连接。3台交流电流互感器CT3要求包含精度0.5级和0.2级两组输出，3台交流电压互感器PT3要求包含精度0.5级和0.2级两组输出，采用Y-Y接线。其中，交流配电柜还应具备相应继电保护等二次设备。

进一步地，直流配电柜内部配置有2台直流电流互感器CT4，2台直流电压互感器PT4，直流断路器DL4。直流开关柜外部正负输入端连接至内部2台直流电流互感器CT4输入端，2台直流电流互感器CT4输出端连接至直流断路器DL4输入端，在直流断路器DL4正负输出端并联2台交流电压互感器PT4，直流断路器DL4与直流配电柜输出端相连接。2台直流电流互感器CT4要求包含精度0.5级和0.2级两组输出，2台直流电压互感器PT4要求包含精度0.5级和0.2级两组输出。其中，直流配电柜还应具备相应继电保护等二次设备。

进一步地，在本发的一个实施例中，集群系统控制器300由数据采集模块、数据处理模块和人机交互模块组成，各个电能路由器模组内部的变换器控制模块与集群系统控制器300相连，电能路由器集群系统内部的接触器与集群系统控制器300相连，交流防雷汇流箱、直流防雷汇流箱内部的防雷装置与集群系统控制器300相连接，交流开关柜、直流开关柜内部的第一交流电压互感器、第一直流电压互感器、第一交流电流互感器、第一直流电流互感器、隔离开关或第一交流断路器、第一直流断路器或隔离开关组合、第一接地开关与集群系统控制器300相连，交流配电柜、直流配电柜内部的第二交流电压互感器、第二直流电压互感器、第二交流电流互感器、第二直流电流互感器、第二交流断路器、第二直流断路器、第二接地开关与集群系统控制器300相连接。

可以理解的是，集群系统控制器300可以由数据采集模块、数据处理模块和人机交互模块组成。各个电能路由器模组内部的变换器控制模块与集群系统控制器300相连接；本发明实施例的电能路由器集群系统10内部的接触器与集群系统控制器300相连接；交、直流防雷汇流箱内部的防雷装置与集群系统控制器300相连接；交、直流开关柜内部的第一交、直流电压互感器，第一交、直流电流互感器，隔离开关或第一交、直流断路器或隔离开关组合，第一接地开关与集群系统控制器300相连接；交、直流配电柜内部的第二交、直流电压互感器，第二交、直流电流互感器，第二交、直流断路器，第二接地开关与集群系统控制器300相连接。以上装置通过通信电缆、控制电缆或CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与集群系统控制器300相连接。

具体而言，集群系统控制器300以及本发明实施例的电能路由器集群系统10计量、保护、控制装置进行信息交互的内容包括：实时交互信息以及离线交换信息，其中，实时交互信息包括：集群系统运行信息、运行控制指令、策略执行返校；离线交换信息包括：本发明实施例的电能路由器集群系统10的模型文件、集群系统控制器300下发指令执行期间内本发明实施例的电能路由器集群系统10计量、保护、控制装置对本发明实施例的电能路由器集群系统10的动作指令记录文件。

举例而言，如图3所示，集群系统控制器300可以由数据采集模块、数据处理模块和人机交互模块组成。各个电能路由器模组内部的变换器控制模块与集群系统控制器300相连接，接收集群系统控制器300下发控制指令并及时返校；本发明实施例的电能路由器集群系统10内部的接触器常开触点和常闭触点接入集群系统控制器300；交、直流防雷汇流箱内部的防雷装置与集群系统控制器300相连接；交、直流开关柜内部的第一交、直流电压互感器，第一交、直流电流互感器与集群系统控制器300相连接，实时上传电能路由器集群系统运行信息；交、直流开关柜内部的隔离开关、第一接地开关与集群系统控制器300相连接，辅助触点接入集群系统控制器300；交、直流开关柜内部的交、直流断路器与集群系统控制器300相连接，允许集群系统控制器300完成交、直流断路器合闸、分闸，且一对常开和一对常闭辅助触点接入集群系统控制器300；交、直流配电柜内部的第二交、直流电压互感器，第二交、直流电流互感器与集群系统控制器300相连接，实时上传本发明实施例的电能路由器集群系统10运行信息；交、直流配电柜内部的隔离开关、第二接地开关与集群系统控制器300相连接，辅助触点接入集群系统控制器300；以上装置通过通信电缆、控制电缆或CAN总线与集群系统控制器300相连接。

另外，集群系统控制器300以及本发明实施例的电能路由器集群系统10计量、保护、控制装置进行信息交互的内容包括：实时交互信息和离线交换信息，其中，实时交互信息包括：本发明实施例的电能路由器集群系统10上传实时运行参数，参数包括端口电压、电流、有功功率、无功功率、以及断路器、接触器、隔离开关的开断状态；集群系统控制器300对本发明实施例的电能路由器集群系统10发出的控制指令，控制指令包括电压、电流控制参数序列、有功功率定值、无功功率定值、以及断路器、接触器、隔离开关的开断指令；本发明实施例的电能路由器集群系统10计量、保护、控制装置将控制结果返回给集群系统控制器300。另外，离线交换信息包括：本发明实施例的电能路由器集群系统10的模型文件、集群系统控制器300下发指令记录文件、指令执行期间内本发明实施例的电能路由器集群系统10计量、保护、控制装置对本发明实施例的电能路由器集群系统10的动作指令记录文件。

可选地，在发明的一个实施例中，集群系统控制器300具体用于：采集各电能路由器模组各端口运行信息；依照目标控制策模式向各电能路由器模组各交流端口和直流端口下发控制指令，使得各电能路由器模组根据接收到控制指令和调节定值控制调节状态量；获取端口潮流控制结果。

具体而言，如图4所示，(1)集群系统运行信息采集：各电能路由器模组各端口运行信息如电压、电流、有功功率、无功功率等通过传感器等计量装置采集，上传至集群系统控制器300。(2)集群系统控制指令下发：集群系统控制300器依照目标控制策模式向各电能路由器模组各交、直流端口下发参考电压值、电压上限值和电压下限值，有功出力目标值，无功出力目标值等控制指令。(3)集群系统潮流控制：各电能路由器模组各端口变换器控制模块接收到集群系统控制器300下发的控制指令和调节定值，据此快速控制调节各电能路由器模组各端口电压、电流、有功功率、无功功率等状态量，以满足本发明实施例的电能路由器集群系统10运行需求。(4)集群系统控制结果返校：各电能路由器模组各端口变换器控制模块将端口潮流控制结果返校给集群系统控制器300。

其中，本发明实施例的电能路由器集群系统10实现了对线路潮流的精确控制，其各个端口可以灵活地选择多种控制模式。各个电能路由器模组交流端口控制模式可采用：①定有功功率(P)、定电压(V)模式；②定有功功率(P)、定无功功率(Q)模式；③下垂控制模式；各个电能路由器模组直流端口控制模式可采用：①定功率(P)模式；②定电压(V)模式。各电能路由器模组各端口控制方式灵活组合，从而可以实现对本发明实施例的电能路由器集群系统10对外等效端口的精确控制。

举例而言，定电压(V)控制模式为例，详细说明端口控制模式的具体控制方法。定电压(V)模式的具体控制方法如下：通过集群系统控制器300人机交互界面设定第i个电能路由器模组直流端口母线电压参考定值U_ni和误差范围△U_ni，实时监测母线电压，若母线电压低于(U_ni-△U_ni)，集群系统控制器300提升无功出力目标值，并下发给第i个电能路由器模组直流端口变换器控制模块，提升端口无功功率输出；若母线电压高于(U_ni+△U_ni)，集群系统控制器300降低无功出力目标值，并下发给第i个电能路由器模组直流端口变换器控制模块，降低端口无功功率输出。直流端口定功率(P)控制模式以及交流端口定有功功率(P)、定电压(V)控制模式，定有功功率(P)、定无功功率(Q)控制模式，下垂控制模式的具体控制方法与上述类似。

综上而言，与传统交直流混合电力系统柔性输电系统装置相比，本发明实施例的电能路由器集群系统10为不同的新能源发电装置和不同类型的储能、负载提供灵活多样化的电气接口形式，包括不同电压等级的交、直流端口，减少了原交直流混合电力系统的变流环节，结构更加高效、紧凑，可实现分布式能源的大容量、灵活、高效接入。此外，本发明实施例的电能路由器集群系统10还具备电能路由功能，即通过电能路由器主动控制，实现各个终端和节点功率流定量、定点、定时控制，实现整个交直流混合电力系统对电能的主动调度管理。

进一步地，与已提出的集中式方案，即单台大功率电能路由器方案相比，如图5所示，本发明实施例的电能路由器集群系统10在设备成本、研发难度、设备能效、组网灵活性、能源系统可靠性等方面具有优势：①在设备负载率处于较低水平时，集中式方案中，电能路由器容量得不到有效利用，其稳态损耗为系统高效率运行带来了负面影响，电能路由器的组网灵活性无法得到充分利用，而本发明实施例的电能路由器集群系统10可实现多个电能路由器模组的灵活组合，将不必要的电能路由器模组设置为离线状态，提高负载率水平，降低稳态损耗，可以保障本发明实施例的电能路由器集群系统10的高效运行；②本发明实施例的电能路由器集群系统10在其内部某台电能路由器模组检修或故障时，可实现短时过载运行，将负载及时转移至其他电能路由器模组，可以保障本发明实施例的电能路由器集群系统10的可靠运行；③本发明实施例的电能路由器集群系统10所需配套单个电抗器、电容器的大小以及相关保护、切换等装置的额定容量小于集中式方案，在设备成本方面具有优势；④本发明实施例的电能路由器集群系统10与相同容量的集中式方案相比，其由多台较小容量的电能路由器模组集群而成，研发难度小于集中式方案。

根据本发明实施例提出的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，可以为不同的新能源发电装置和不同类型的储能、负载提供灵活多样化的电气接口形式，减少了原交直流混合电力系统的变流环节，结构更加高效、紧凑，可实现分布式能源的大容量、灵活、高效接入，并通过电能路由器主动控制，可以实现各个终端和节点功率流定量、定点、定时控制，实现整个交直流混合电力系统对电能的主动调度管理，从而不仅可以有效降低设备成本，而且可以有效提高设备运行能效、组网灵活性、交直流混合分布式可再生能源系统的可靠性，简单易实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，包括：

以多台电能路由器模组和集群控制器为核心，与外部设备组网连接；

每台电能路由器模组，具有至少三个电能端口，具备电能变换和电能路由功能；

外部设备包括至少一个交流防雷汇流箱、至少一个直流防雷汇流箱、多个交/直流接触器、交流配电柜、直流配电柜、交流开关柜和直流开关柜；以及

集群系统控制器，所述集群系统控制器以及所述电能路由器集群系统的计量装置、保护装置、控制装置进行信息交互，其包括实时交互信息以及离线交换信息，其中，所述实时交互信息包括：集群系统运行信息、运行控制指令、策略执行返校，并且所述离线交换信息包括：所述电能路由器集群系统的模型文件、所述集群系统控制器下发指令执行期间内所述电能路由器集群系统计量、保护、控制装置对所述电能路由器集群系统的动作指令记录文件。

2.根据权利要求1所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，所述多个电能路由器模组的交流输出端口和直流输出端口的出口均安装有接触器，并且所述交流输出端口和直流输出端口分别与交流防雷汇流箱和直流防雷汇流箱的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，高压交流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为电能路由器集群系统的对外高压交流端口，并且所述高压交流端口引出总线，并连接至所述交流开关柜的输入端，所述交流开关柜的输出端与网侧高压交流母线相连。

4.根据权利要求1或3所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，低压交流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为所述电能路由器集群系统的对外低压交流端口，并且所述低压交流端口引出总线，并连接至所述交流配电柜的输入端，所述交流配电柜的输出端与网侧低压交流母线相连。

5.根据权利要求1所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，高压直流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为所述电能路由器集群系统的对外高压直流端口，并且所述高压直流端口引出总线，并连接至所述直流开关柜的输入端，所述直流开关柜的输出端与网侧高压直流母线相连接；以及低压直流防雷汇流箱的输出端引出总线以作为所述电能路由器集群系统的对外低压直流端口，并且所述低压直流端口引出总线，并连接至所述直流配电柜的输入端，所述直流配电柜的输出端与网侧低压直流母线相连。

6.根据权利要求1所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱内部对应配置有交流汇流排与直流汇流排，并且对应具有交流防雷装置与直流防雷装置，所述交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱的输入端与所述交流汇流排与直流汇流排的其中一个输入端相连，输出端引出一条总线与所述交流防雷汇流箱与直流防雷汇流箱的输出端相连，所述交流防雷装置与直流防雷装置响应包括交流防雷模块和直流防雷模块、雷电计数器、底座以及多层结构的PCB板，所述交流防雷模块、所述直流防雷模块及所述雷电计数器通过所述底座与所述PCB板焊接，并固定在所述PCB板上。

7.根据权利要求6所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，所述交流开关柜与所述直流开关柜内部对应配置有第一交流电压互感器、第一直流电压互感器、第一交流电流互感器、第一直流电流互感器、隔离开关或第一交流断路器、第一直流断路器或隔离开关组合、第一接地开关；所述交流配电柜与所述直流配电柜内部对应配置有第二交流电压互感器、第二直流电压互感器、第二交流电流互感器、第二直流电流互感器、第二交流断路器、第二直流断路器、第二接地开关。

8.根据权利要求7所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，所述集群系统控制器由数据采集模块、数据处理模块和人机交互模块组成，各个电能路由器模组内部的变换器控制模块与所述集群系统控制器相连，电能路由器集群系统内部的接触器与所述集群系统控制器相连，所述交流防雷汇流箱、所述直流防雷汇流箱内部的防雷装置与所述集群系统控制器相连接，所述交流开关柜、直流开关柜内部的第一交流电压互感器、第一直流电压互感器、第一交流电流互感器、第一直流电流互感器、隔离开关或第一交流断路器、第一直流断路器或隔离开关组合、第一接地开关与所述集群系统控制器相连，所述交流配电柜、直流配电柜内部的第二交流电压互感器、第二直流电压互感器、第二交流电流互感器、第二直流电流互感器、第二交流断路器、第二直流断路器、第二接地开关与所述集群系统控制器相连接。

9.根据权利要求1所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，通过集群系统控制器可使得电能路由器集群系统作为一个整体具备单个电能路由器所具备的电能变换、传输路径可控优选、传输容量可控分配等基本功能。

10.根据权利要求1-9任一项所述的应用于交直流混合电力系统的电能路由器集群系统，其特征在于，所述集群系统控制器具体用于：

采集所述各电能路由器模组各端口运行信息；

依照目标控制策模式向所述各电能路由器模组各交流端口和直流端口下发控制指令，使得所述各电能路由器模组根据接收到所述控制指令和调节定值控制调节状态量；以及

获取端口潮流控制结果。