CN112152196A - 一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，涉及电网技术领域，电能路由器包括高频链换流器；控制器与高频链换流器、第一逆变器、电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷通过光纤通信，实现多端口能量协调控制；高频链换流器由DAB双向桥构成，分隔离型和非隔离型，器件由SiC或IGBT实现。DAB通过直流母线互联，从而进行能量交换。本发明通过在电能路由器拥有七个端口，能够对多种不同形式的电能进行变换控制，众所周知，端口数量和控制策略难度等级息息相关，本七端口路由器实现了风电、光伏、充电、储能、负荷和电网等不同能源之间的相互连接和转换，满足了现场实际应用需求。

Description

一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法
技术领域
本发明属于电网技术领域，特别是涉及一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法。
背景技术
近年来，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并入大电网中。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。为了减轻电网压力、提高可再生能源利用率，大量储能设备随之加入电网为波动的能量流提供缓冲。因此，传统的单一集中式发电正逐渐向集中式、分布式并存的发电方式转变，电能的单向流动正变为多向流动方式。同时，以电动汽车为代表的新型不确定性的负载加入，使电能的流动和管理变得更加复杂。传统电力系统的配电运行方式很难胜任这样复杂的要求。电能路由器(Electrical Energy Router)基于电力电子变换技术，不但可为不同的可再生能源发电装置和不同类型的负载提供灵活的标准化功率或通讯接口形式，还可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。与信息技术的融合使得电能路由器拥有通讯和智能决策能力，可根据网络或储能电池运行状态以及用户和控制中心的指令，实现对功率流的主动控制。但是，现有的电能路由器装置一般没有标准化的功率计通讯接口，只能支持一种或两种可再生能源的接入，并且其接入发电单元和储能单元的容量固定，难以满足电能路由器复杂多变的应用场景及用户需求，因此为满足用户多样化需求，本发明提出了一种具有可扩展性并适合多种可再生能源接入的电能路由器模块化的实现方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，通过在电能路由器拥有七个端口，能够对多种不同形式的电能进行变换控制，众所周知，端口数量和控制策略难度等级息息相关，本七端口路由器实现了风电、光伏、充电、储能、负荷和电网等不同能源之间的相互连接和转换，满足了现场实际应用需求。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，包括电能路由器、交流电网和风力发电；电能路由器包括高频链换流器、第一逆变器和控制器；高频链换流器的第一端口通过第一逆变器与交流电网相连接；高频链换流器的第二端口连接有电池储能；高频链换流器的第三端口连接有光伏发电；高频链换流器的第四端口通过第二逆变器与风力发电相连接；高频链换流器的第五端口连接有直流充电桩；高频链换流器的第六端口连接有第一直流负荷；高频链换流器的第七端口连接有第二直流负荷；控制器与高频链换流器、第一逆变器、电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷通过光纤通信，实现多端口能量协调控制，各功率单元的均压控制和均流控制；高频链换流器由DAB双向桥构成，分隔离型和非隔离型，器件由SiC或IGBT实现。DAB通过直流母线互联，从而进行能量交换。
进一步地，高频链换流器的各个端口不局限于连接电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷。
进一步地，功率变换单元为DC/DC双向高频电力电子变压器，DC/AC双向并网逆变器。
进一步地，控制器为可编程数字控制器、数字信号微处理器或系统。
进一步地，电池储能为锂电池、铅酸电池等化学储能电池。
进一步地，功率接口为满足国际的交流或直流功率接口。
进一步地，标准化通讯接口为满足国际的LAN、CAN和485总线接口，通讯接口不仅需要完成通讯，而且还接收微网控制器的调度，实现能量的分配。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在电能路由器拥有七个端口，能够对多种不同形式的电能进行变换控制，众所周知，端口数量和控制策略难度等级息息相关，本七端口路由器实现了风电、光伏、充电、储能、负荷和电网等不同能源之间的相互连接和转换，满足了现场实际应用需求。
2、本发明通过在控制器接受能量管理系统的指令调度，实现控制、运行模式切换、电压及功率调节等功能。
3、本发明通过在DC/DC转换采用基于SiC的高频换流链，降低了开关损耗，提高了设备的效率。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法的系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，包括电能路由器、交流电网和风力发电，电能路由器包括高频链换流器、第一逆变器和控制器。
高频链换流器的第一端口通过第一逆变器与交流电网相连接，高频链换流器的第二端口连接有电池储能，高频链换流器的第三端口连接有光伏发电，高频链换流器的第四端口通过第二逆变器与风力发电相连接，高频链换流器的第五端口连接有直流充电桩，高频链换流器的第六端口连接有第一直流负荷，高频链换流器的第七端口连接有第二直流负荷。
控制器与高频链换流器、第一逆变器、电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷通过光纤通信，实现多端口能量协调控制，各功率单元的均压控制和均流控制。高频链换流器由DAB双向桥构成，分隔离型和非隔离型，器件由SiC或IGBT实现。DAB通过直流母线互联，从而进行能量交换。
高频链换流器的各个端口不局限于连接电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷。功率变换单元为DC/DC双向高频电力电子变压器，DC/AC双向并网逆变器。控制器为可编程数字控制器、数字信号微处理器或系统。电池储能为锂电池、铅酸电池等化学储能电池。功率接口为满足国际的交流或直流功率接口。标准化通讯接口为满足国际的LAN、CAN和485总线接口，通讯接口不仅需要完成通讯，而且还接收微网控制器的调度，实现能量的分配。
基于现有技术，本发明提出了一种低压七端口电能路由器装置及其实现方法，对光伏、风电、储能、直流充电桩、AC电网和直流负载进行能量转换与协调控制装置的实现方法。
本发明的一种低压七端口电能路由器装置，该装置包括七个端口模块，(分别是300kVA交流电网端口模块，100kW光伏端口模块，30kW风电端口模块，100kW储能端口模块，50kW直流充电桩端口模块，100kW直流负荷端口1模块，100kW直流负荷端口2模块)，包括控制器柜、交流电网母线、直流电网母线、通讯控制总线；所述七端口电能路由器本体被划分为系统控制单元、功率变换单元、辅助控制回路单元，各模块通过光纤连接到控制单元，根据控制指令控制本端口输出电压电流。所述功率300kVA交流电网端口模块交流侧链接到电网，直流侧通过DC母线与其他端口直流母线并联。所述30kW风电端口模块将风电输出的直流电压，通过双向高频链连接到DC母线，所述100kW光伏端口模块将光伏的可变直流电压，经过DC/DC调节后连接到DC母线，所述100kW储能端口模块，实现对储能设备的充放电管理功能，所述50kW直流充电桩端口模块，负责汽车充放电，将DC母线电压转换到合适的电压，所述直流负荷模块，为直流负载提供能量。所述控制器接受能量管理系统的指令(如启停命令、运行模式、电压和功率指令等)，并控制换流器的运行,所述控制器通过均压策略控制个模块的电压，通过能量管理策略控制个模块电流流向，并控制各并联模块均流。所述控制通过光纤接口与各模块单元连接，实现通信控制和保护功能。所述控制器拥有LAN、CAN、485、RS232等标准通信接口，用于与触摸屏和外部监控设备的通信。所述直流端口模块功率器件使用SiC，降低开关损耗，提高DC-DC转换效率。所述交流端口模块功率器件使用IGBT，降低设备使用成本。所述控制器处理器为可编程数字控制器、数字信号处理器或计算机系统。所述功率变换单元为DC/DC单向或双向的高频电力电子变换器，DC/AC双向电力电子变换器。所述控制器采用可插拔板卡设计，分别为处理器板卡、模拟采样板卡、光纤通信板卡、DIDO输入输出板卡和LAN外部通信板卡。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，包括电能路由器、交流电网和风力发电；
电能路由器包括高频链换流器、第一逆变器和控制器；
高频链换流器的第一端口通过第一逆变器与交流电网相连接；高频链换流器的第二端口连接有电池储能；高频链换流器的第三端口连接有光伏发电；高频链换流器的第四端口通过第二逆变器与风力发电相连接；高频链换流器的第五端口连接有直流充电桩；高频链换流器的第六端口连接有第一直流负荷；高频链换流器的第七端口连接有第二直流负荷；
控制器与高频链换流器、第一逆变器、电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷通过光纤通信，实现多端口能量协调控制，各功率单元的均压控制和均流控制；
高频链换流器由DAB双向桥构成，分隔离型和非隔离型，器件由SiC或IGBT实现。DAB通过直流母线互联，从而进行能量交换。
2.根据权利要求1的一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，高频链换流器的各个端口不局限于连接电池储能、光伏发电、风力发电、直流充电桩、第一直流负荷、第二直流负荷。
3.根据权利要求1的一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，功率变换单元为DC/DC双向高频电力电子变压器，DC/AC双向并网逆变器。
4.根据权利要求1的一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，控制器为可编程数字控制器、数字信号微处理器或系统。
5.根据权利要求1的一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，电池储能为锂电池、铅酸电池等化学储能电池。
6.根据权利要求1的一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，功率接口为满足国际的交流或直流功率接口。
7.根据权利要求1的一种低压七端口电能路由器转换装置及其转换方法，其特征在于，标准化通讯接口为满足国际的LAN、CAN和485总线接口，通讯接口不仅需要完成通讯，而且还接收微网控制器的调度，实现能量的分配。
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