CN108281987A - 一种应用于海岛微电网的能源路由器 - Google Patents

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王琛
周晨
杜云虎
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Abstract

本发明提出了一种应用于海岛微电网的能源路由器，属于能源互联网技术领域。本发明的应用于海岛微电网的能源路由器包括N个交流变换器和M个直流交换器以及能源路由器控制模块；每个交流变换器结构相同，每个交流变换器的交流侧分别与一个微电网连接，每个交流变换器的直流侧与直流母线连接；每个直流变换器结构相同，每个直流交换器的一侧分别与一个直流微电网连接，另一侧均分别与直流母线连接；能源路由器控制模块根据各个微电网的能量信息下发功率调度指令。本发明的能源路由器实现交流微电网、直流微电网的功率连接，通过控制三个端口开关开通关断实现三个微电网与能源路由器的通断。

Description

一种应用于海岛微电网的能源路由器
技术领域
本发明涉及能源互联网技术领域，特别是一种应用于海岛微电网的能源路由器。
背景技术
随着我国海洋事业的迅猛发展，海洋资源开发利用被列为经济建设的重大战略举措，海岛的保护、开发与管理成为新世纪海洋事业的热点。合理有序的开发海洋资源将极大的缓解当前陆地开发所面临的经济、资源与环境之间的矛盾。中国一向注重海岛资源的发展利用，海岛的开发利用需要能源作为推力。但一般而言，多数海岛面临化石燃料短缺、运输困难、地域偏远难以与大陆联网等问题。现有柴油发电系统难以保证海岛能源供应的稳定性。由于大多数海岛及周围拥有丰富可再生能源如太阳能，通过构建高效清洁的海岛能源体系，特别是大力发展海岛微电网，不仅能够解决海岛化石燃料短缺、运输困难等问题，对保护海洋环境、促进节能减排也具有重要的意义。
针对能源互联网在能源接入、能源控制和能量传输等方面所面临的挑战，借鉴Internet中数据交换设备“路由器”的设计理念，设计能够实现能源网络互联、调度和控制的“能量路由器”的概念被提了出来。能量路由器是一种集成融合了信息技术与电力电子变换技术、实现分布式能量的高效利用和传输的电力装备。电力电子变换技术使电能路由器为各种类型的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口形式，包括各种电压、电流量的直流或交流形式等。为保证电网及设备的可靠稳定运行，电能路由器还需具备主动故障隔离、电能质量改善、以及不间断电力提供等功能。
中国专利CN103248068A公开了具备多种供电方式的电能路由器，采用了交直流混合母线组成交直流混合微网，采用了开关阵列来形成能量通道。中国专利CN104682430A公开了一种应用于能源互联网的能源路由器装置，属于中压范围，对DC/DC变换、DC/AC作了大量的说明。中国专利CN105932779A公开了基于能量路由器的微电网，采用了高度智能化管理的能量路由器管理输配电系统，具有智能化输配电管理和能源利用率高特点。现有的能量路由器研究主要集中在交流网、混合交直流网，且大多集中在局域网和主干网，对离网型海岛微电网及多近距离海岛微电网群的能源互联研究较少关注。
发明内容
本发明提出了一种应用于海岛微电网的能源路由器，解决现有连接多个不同架构的海岛微电网，实现区域内各微电网的整体能量协调流动。
实现本发明的技术解决方案为：一种应用于海岛微电网的能源路由器，包括N个交流变换器和M个直流交换器以及能源路由器控制模块；所述每个交流变换器结构相同，每个交流变换器的交流侧分别与一个微电网连接，每个交流变换器的直流侧与直流母线连接；所述每个直流变换器结构相同，每个直流交换器的一侧分别与一个直流微电网连接，另一侧均分别与直流母线连接；
所述能源路由器控制模块根据各个微电网的能量信息下发功率调度指令。
进一步地，所述每个交流变换器的直流侧均通过一电容与直流母线连接。
进一步地，所述交流变换器包括依次连接的工频变压器、LC滤波器以及三相半桥电路，所述工频变压器位于交流变换器的交流侧，所述三相半桥电路位于交流变换器的直流侧。
进一步地，所述三相半桥电路由绝缘栅双极型晶体管构成。
进一步地，所述直流变换器包括依次连接的直流变换模块、直流侧LC滤波器以及直流接触器KM2，所述直流变换模块位于直流变换器与直流母线连接的一侧，所述直流接触器KM2位于直流变换器与直流微电网连接的一侧。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1、具有多个输入端口，能够同时实现几个微电网系统的接入，实现不同微电网之间的能量流动，满足各微电网之间功率的盈缺互补，提高了能量的利用效率。2、采用交流变换器和直流交换器，均采用模块化设计，使能源路由器具备“即插即用”功能，可满足更多微电网接入扩容需求。3、接入简单，可实现热插拔，实现能源互联网的组网运行，通过DC/DC,AC/DC变换可实现不同分布式发电在不同微电网功率互补，可广泛应用于离网海岛，工业园区、学校、医院等场合。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明一种应用于海岛微电网的能源路由器的接入方式示意图。
图2为本发明一种应用于海岛微电网的能源路由器的电路拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种应用于海岛微电网的能源路由器，包括N个交流变换器和M个直流交换器以及能源路由器控制模块；所述每个交流变换器结构相同，每个交流变换器的交流侧分别与一个微电网连接，每个交流变换器的直流侧与直流母线连接；所述每个直流变换器结构相同，每个直流交换器的一侧分别与一个直流微电网连接，另一侧均分别与直流母线连接；
所述能源路由器控制模块根据各个微电网的能量信息下发功率调度指令。
进一步的实施例中，所述每个交流变换器的直流侧均通过一电容与直流母线连接。
进一步的实施例中，所述交流变换器包括依次连接的工频变压器、LC滤波器以及三相半桥电路，所述工频变压器位于交流变换器的交流侧，所述三相半桥电路位于交流变换器的直流侧
进一步的实施例中，所述三相半桥电路由绝缘栅双极型晶体管构成。
进一步的实施例中，所述直流变换器包括依次连接的直流变换模块、直流侧LC滤波器以及直流接触器KM2，所述直流变换模块位于直流变换器与直流母线连接的一侧，所述直流接触器KM2位于直流变换器与直流微电网连接的一侧。
从而，本发明的应用于海岛微电网的能源路由器连接多个不同架构的海岛微电网，实现区域内各微电网的整体能量协调流动。为分布式可再生能源发电设备、储能设备、用电负荷的接入提供一种新的能源路由方式。实现近距离海岛微电网群的能源互联网构建，满足单个微电网的内部自愈及整个微电网群的功率平衡。
实施例1
结合图2所示，一种应用于海岛微电网的能源路由器，包括2个交流变换器和1个直流交换器，每个交流变换器结构相同，每个交流变换器的交流侧分别与一个微电网连接，每个交流变换器的直流侧与直流母线连接；所述每个直流变换器结构相同，每个直流交换器的一侧分别与一个直流微电网连接，另一侧均分别与直流母线连接。交流端口主要与配电网系统连接。直流交换器的低压直流端口则可以外接储能装置、分布式电源、电动汽车充电装置等直流设备。其中，交流变换器包括依次连接的工频变压器、LC滤波器以及三相半桥电路，交流微电网通过工频变压器实现电气隔离，满足电压变换需求。交流微电网电压电流经工频变压器后，通过LC滤波器进行滤波，然后接入由绝缘栅双极型晶体管构成的三相半桥电路，两个交流变换器直流侧输出连接直流母线，然后共同接入直流交换器，实现与直流微电网的功率连接，直流侧电压等级可为DC400V、DC48等电压等级可选，便于分布式电源接入，满足数据中心、移动通信等负荷的接入需求。
结合图1所示，本实施例中应用于海岛微电网的能源路由器实现交流微电网1、交流微电网2、直流微电网3的功率连接，两交流微电网的电压为交流380V，直流微电网的电压包含直流电压400V、48V等电压等级，通过控制三个端口开关S1、S2、S3开通关断实现三个微电网与能源路由器的通断。能源路由器控制模块与能量管理系统及各微电网进行数据交换，从而实现能量流与数据流的多向控制，通过RS485或以太网实现本发明应用于海岛微电网的能源路由器与能量管理系统的通讯功能。能源路由器作为核心模块，实现多个不同架构微电网连接，能源路由器控制模块对三个微电网整体能量进行协调控制，实现各微电网能量的盈缺互补。本实施例中微电网1由光伏发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、直流负荷、海水淡化装置、协调控制器、可控开关等组成；微电网2由风力发电系统、铅酸储能系统、变流器、交流负荷、可控开关等组成；微电网3由光伏发电系统、铅酸电池系统、移动通信负荷、可控开关等组成。
能量管理系统根据公式P0＝Pv+Pess-Pload对各个微电网的信息进行判断，其中P0表示微电网内剩余功率，其中Pv表示分布式光伏发电功率，Pess表示储能电池输出功率，Pload表示为单位负荷用电功率。针对各个微电网判断P0与0关系，若交流微电网1的P0大于零，则表示交流微电网1可输出功率，若小于零，则表示该交流微电网需要从其他微电网获取功率。其它两个微电网类似判断。
当能量管理系统将三个微电网数据处理完毕后，就可以判定功率需求流动方向，若交流微电网1功率有缺额时，能源路由器控制模块判断交流微电网2和直流微电网的功率，然后选择功率剩余较大的微电网对其变换器下功率指令，进行功率控制。本发明的应用于海岛微电网的能源路由器通过对2个交流变换器和1个直流交换器的功率控制，实现微电网之间的功率流动。

Claims (5)

1.一种应用于海岛微电网的能源路由器，其特征在于，包括N个交流变换器和M个直流交换器以及能源路由器控制模块；所述每个交流变换器结构相同，每个交流变换器的交流侧分别与一个微电网连接，每个交流变换器的直流侧分别与直流母线连接；所述每个直流变换器结构相同，每个直流交换器的一侧分别与一个直流微电网连接，另一侧均分别与直流母线连接；
所述能源路由器控制模块根据各个微电网的能量信息下发功率调度指令。
2.根据权利要求1所述的应用于海岛微电网的能源路由器，其特征在于，所述每个交流变换器的直流侧均通过一电容与直流母线连接。
3.根据权利要求1所述的应用于海岛微电网的能源路由器，其特征在于，所述交流变换器包括依次连接的工频变压器、LC滤波器以及三相半桥电路，所述工频变压器位于交流变换器的交流侧，所述三相半桥电路位于交流变换器的直流侧。
4.根据权利要求4所述的应用于海岛微电网的能源路由器，其特征在于，3所述三相半桥电路由绝缘栅双极型晶体管构成。
5.根据权利要求1所述的应用于海岛微电网的能源路由器，其特征在于，所述直流变换器包括依次连接的直流变换模块、直流侧LC滤波器以及直流接触器KM2，所述直流变换模块位于直流变换器与直流母线连接的一侧，所述直流接触器KM2位于直流变换器与直流微电网连接的一侧。
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