CN112701886B - 模块化能量路由器、控制方法、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，具体提供了一种模块化能量路由器、控制方法、装置及介质，旨在解决如何提高能量路由器可扩展性的技术问题。为此目的，根据本发明实施例的模块化能量路由器，设置有多个第一功率模块支路，每个第一功率模块支路均包括顺次连接且数量相同的多个功率转换控制模块。通过对每个第一功率模块支路中的功率转换控制模块进行连接控制，不仅能够形成不同类型的直流侧端口和交流侧端口，还能够形成矩阵式拓扑结构，从而不仅能够满足不同类型的能源结构的接入需求，提高模块化能量路由器的可扩展性，还能够通过对功率子模块进行投切控制形成多种可用的拓扑结构，提高模块化能量路由器的运行可靠性。

Description

模块化能量路由器、控制方法、装置及介质

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种模块化能量路由器、控制方法、装置及介质。

背景技术

能量路由器(Power Router)指的是能够实现电能的多向流动以及能够对功率进行控制的设备，能量路由器内设置有多个接口模块，每个接口模块分别用于连接分布式电源(例如：光伏发电、风力发电等)、储能设备、负载和电网等不同类型的能源结构。由于每个接口模块只能用于连接与其类型匹配的能源结构，因而在接入新的能源接口时，必须增加新的接口模块，而受限于能量路由器的硬件结构，往往无法设置/增加新的接口模块，致使能量路由器的可扩展性较差。

相应地，本领域需要一种新的能量路由器方案来解决上述问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决如何提高能量路由器可扩展性的技术问题的模块化能量路由器、控制方法、装置及介质。

第一方面，提供一种模块化能量路由器，所述模块化能量路由器包括多个第一功率模块支路，每个第一功率模块支路均包括顺次连接且数量相同的多个功率转换控制模块，所述功率转换控制模块包括功率子模块、状态转换开关、直流侧端口和交流侧端口；

所述状态转换开关包括动触头、第一静触头和第二静触头，所述第一静触头与所述功率子模块的直流侧连接，所述第二静触头分别与所述直流侧端口连接，所述功率子模块的交流侧与所述交流侧端口连接；

所述状态转换开关被配置成通过切换所述动触头、所述第一静触头与所述第二静触头的连接状态对所述功率子模块进行投切控制。

在上述模块化能量路由器的一个技术方案中，所述直流侧端口包括第一直流正极端子、第二直流正极端子和直流负极端子；

所述每个第一功率模块支路内首个功率转换控制模块的第一直流正极端子与所述模块化能量路由器的直流侧正极端连接，所述每个第一功率模块支路内最后一个功率转换控制模块的直流负极端子与所述模块化能量路由器的直流侧负极端连接，所述每个第一功率模块支路内相邻两个功率转换控制模块中一个功率转换控制模块的直流负极端子与另一个功率转换控制模块的第一直流正极端子连接；

所述每个第一功率模块支路内模块连接顺序相同的功率转换控制模块依次连接形成每个模块连接顺序各自对应的第二功率模块支路，以使所述第一功率模块支路与所述第二功率模块支路形成矩阵式结构。

在上述模块化能量路由器的一个技术方案中，所述功率子模块包括逆变单元、DC/DC隔离单元和整流单元；

所述逆变单元的交流侧与所述功率转换控制的交流侧端口连接，所述逆变单元的直流侧通过所述DC/DC隔离单元与所述整流单元连接，所述整流单元分别与所述状态转换开关的第二静触头以及相应功率转换控制模块内的储能单元连接。

在上述模块化能量路由器的一个技术方案中，所述逆变单元包括单相逆变器，所述整流单元包括buck-boost电路和半桥整流电路，所述buck-boost电路的第一端与所述储能单元连接，所述buck-boost电路的第二端与所述半桥整流电路连接，所述半桥整流电路与所述状态转换开关的第二静触头连接。

在上述模块化能量路由器的一个技术方案中，所述模块化能量路由器还包括单相交流侧端口和三相交流侧端口；

所述单相交流侧端口被配置成与所述模块化能量路由器内所述第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接；

所述三相交流侧端口包括第一单相交流端子、第二单相交流端子和第三单相交流端子，所述第一单相交流端子、所述第二单相交流端子与所述第三单相交流端子分别被配置成与所述模块化能量路由器内一个所述第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。

第二方面，提供一种上述模块化能量路由器的技术方案所述的模块化能量路由器的控制方法，所述控制方法包括：

步骤S1：判断所述模块化能量路由器的输出功率是否满足负载功率需求；若是，则转至步骤S2；若否，则转至步骤S5；

步骤S2：判断所述模块化能量路由器内是否存在在相应状态转换开关的控制下处于切除状态的功率子模块；若是，则转至步骤S3；若否，则直接控制所述模块化能量路由器对负载进行功率输出；

步骤S3：获取所述模块化能量路由器内与所述处于切除状态的功率子模块所属的功率转换控制模块存在直接连接关系的其他功率转换控制模块，控制所述其他功率转换控制模块内的状态转换开关对相应功率子模块进行投切控制，以形成多个新的所述模块化能量路由器的拓扑结构；

步骤S4：获取每个新的拓扑结构的可靠性指标值，选取可靠性指标值最大的拓扑结构对负载进行功率输出；

步骤S5：输出报警信息。

在上述模块化能量路由器的控制方法一个技术方案中，“获取每个新的拓扑结构的可靠性指标值”的步骤具体包括：

按照下式所示的方法计算每个拓扑结构各自对应的可靠性指标值：

其中，所述

表示所述拓扑结构的可靠性指标值，所述R_SMji表示所述模块化能量路由器中第i个第一功率模块支路内第j个模块连接顺序的功率转换控制模块SM_ji的可靠性指标值，所述M表示所述模块化能量路由器中第一功率模块支路的数量，所述N表示第一功率模块支路中功率转换控制模块的数量；

所述功率转换控制模块在t时刻的可靠性指标值R_SMji(t)如下式所示：

所述λ_SMji表示功率转换控制模块SM_ji的失效率，

所述λ_k表示所述功率转换控制模块SM_ji内第k个元器件的失效率，λ_k＝λ₀π，所述λ₀表示在预设的运行工况下所述功率转换控制模块SM_ji内第k个元器件的失效率，所述π表示预设的调整系数。

第三方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的模块化能量理由器的控制方法。

第四方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的模块化能量理由器的控制方法。

本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

在实施本发明的技术方案中，模块化能量路由器设置有多个第一功率模块支路，每个第一功率模块支路均包括顺次连接且数量相同的多个功率转换控制模块。通过对每个第一功率模块支路中的功率转换控制模块进行连接控制，以及对不同第一功率模块支路中的功率转换控制模块进行连接控制，能够形成不同类型的直流侧端口(如不同电压等级的直流侧端口)和交流侧端口(如单相或三相等交流侧端口)，从而能够满足不同类型的能源结构的接入需求，提高了模块化能量路由器的可扩展性。

进一步，在实施本发明的技术方案中，每个第一功率模块支路内首个功率转换控制模块的第一直流正极端子与模块化能量路由器的直流侧正极端连接，每个第一功率模块支路内最后一个功率转换控制模块的直流负极端子与模块化能量路由器的直流侧负极端连接，每个第一功率模块支路内相邻两个功率转换控制模块中一个功率转换控制模块的直流负极端子与另一个功率转换控制模块的第一直流正极端子连接，每个第一功率模块支路内模块连接顺序相同的功率转换控制模块依次连接形成每个模块连接顺序各自对应的第二功率模块支路，以使第一功率模块支路与第二功率模块支路形成矩阵式结构，通过对功率子模块进行投切控制，可以在一部分功率子模块处于切除状态时，形成多种可用的模块化能量路由器的拓扑结构，提高模块化能量路由器的运行可靠性。进一步，可以根据模块化能量路由器中每个元器件的失效率等参数来计算每个拓扑结构各自对应的可靠性指标值，进而根据可靠性指标值选取对负载进行功率输出的拓扑结构。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的具体实施方式，附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的模块化能量路由器的主要拓扑结构示意图；

图2是根据本发明的另一个实施例的模块化能量路由器的主要拓扑结构示意图；

图3是根据本发明的又一个实施例的模块化能量路由器的主要拓扑结构示意图；

图4是根据本发明的再一个实施例的模块化能量路由器的主要拓扑结构示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的功率转换控制模块的主要拓扑结构示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的功率子模块的主要拓扑结构示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的模块化能量路由器的控制方法的主要步骤流程示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的模块化能量路由器的拓扑结构示意图一；

图9是根据本发明的一个实施例的模块化能量路由器的拓扑结构示意图二；

图10是根据本发明的一个实施例的模块化能量路由器的拓扑结构示意图三。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。

目前传统的能量路由器中每个接口模块只能用于连接与其类型匹配的能源结构，在接入新的能源接口时，必须增加新的接口模块，而受限于能量路由器的硬件结构，往往无法设置/增加新的接口模块，致使能量路由器的可扩展性较差。而在本发明实施例中，可以设置多个具有相同拓扑结构的功率转换控制模块，并且使这些功率转换控制模块形成多个第一功率模块支路，每个第一功率模块支路均包括顺次连接且数量相同的多个功率转换控制模块。通过对每个第一功率模块支路中的功率转换控制模块进行连接控制，以及对不同第一功率模块支路中的功率转换控制模块进行连接控制，能够形成不同类型的直流侧端口(如不同电压等级的直流侧端口)和交流侧端口(如单相或三相等交流侧端口)，从而能够满足不同类型的能源结构的接入需求，显著提高了模块化能量路由器的可扩展性。进一步，在本发明实施例中，功率转换控制模块包括功率子模块和状态转换开关，状态转换开关可以被配置成通过状态切换对功率子模块进行投切控制。通过对功率子模块进行投切控制，可以在一部分功率子模块处于切除状态时，形成多种可用的模块化能量路由器的拓扑结构，提高模块化能量路由器的运行可靠性。

下面对本发明实施例中模块化能量路由器进行说明。

首先参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的模块化能量路由器的主要拓扑结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的模块化能量路由器可以包括多个第一功率模块支路(如图1所示的由功率转换控制模块SM₁₁-SM_N1形成的一个第一功率模块支路，由功率转换控制模块SM₁₂-SM_N2形成的一个第一功率模块支路，由功率转换控制模块SM_1M-SM_NM形成的一个第一功率模块支路等)，每个第一功率模块支路均包括顺次连接且数量相同的多个功率转换控制模块。

参阅附图5，在本实施例中每个功率转换控制模块均包括功率子模块、状态转换开关(如图5所示的S_ij)、直流侧端口(如图5所示的直流正极端子DC+1、直流正极端子DC+2和直流负极端子DC-形成的直流侧端口)和交流侧端口(如图5所示的交流侧端口L/N)。其中，状态转换开关可以包括动触头、第一静触头(如图5所示的S_ij中的触头1)和第二静触头(如图5所示的S_ij中的触头2)。

每个功率转换控制模块中状态转换开关的第一静触头分别与相应功率转换控制模块中功率子模块的直流侧连接，该功率子模块的交流侧与相应功率转换控制模块的交流侧端口连接，每个功率转换控制模块中状态转换开关的第二静触头与相应功率转换控制模块的直流侧端口连接。每个功率转换控制模块中的状态转换开关均可以被配置成通过切换动触头、第一静触头与第二静触头的连接状态对功率子模块进行投切控制。具体而言，如果控制某个状态转换开关的动触头与其第一静触头连接，那么与该状态转换开关连接的功率子模块被接入到模块化能量路由器进行正常运行。如果控制某个状态转换开关的动触头与其第二静触头连接，那么与该状态转换开关连接的功率子模块被该状态转换开关旁路掉，相当于从模块化能量路由器中切除(处于切除状态)。

参阅附图5和6，在本实施例中功率转换控制模块S_ij中的功率子模块可以包括逆变单元、DC/DC隔离单元和整流单元。如图6所示，逆变单元的交流侧与功率转换控制的交流侧端口(如图6所示L和N形成的交流侧端口)连接，逆变单元的直流侧通过DC/DC隔离单元与整流单元连接，整流单元与状态转换开关的第一静触头连接(如图6所示的触头1)。一个实施方式中，整流单元还与储能单元连接，该储能单元可以被配置成接收整流单元输出的电能进行充电，以及向整流单元输出电能进行放电，以便于在模块化能量理由器连接的电源设备发生故障(例如：交流电网或光伏发电设备发生故障)时，还能够利用储能单元中的电能向负载供电。在本实施例中，功率子模块还可以包括控制器，该控制器能够根据接收到的控制指令控制功率子模块中的电力电子器件进行导通/关断，以调整功率子模块的输入功率和/或输出功率。

继续参阅附图6，在一个实施方式中，逆变单元可以包括单相逆变器，整流单元可以包括buck-boost电路和半桥整流电路，该buck-boost电路的第一端与储能单元连接，buck-boost电路的第二端与半桥整流电路连接，半桥整流电路与状态转换开关的第二静触头连接。

要说明的是，虽然本发明实施例仅提供了采用单相逆变器、buck-boost电路和半桥整流电路等实施方式，但是本领域技术人员能够理解的是，本发明的保护范围显然并不局限于这些具体实施方式。本领域技术人员可以根据实际需求选择其他结构的逆变单元和整流单元，这些技术特征更改或替换之后的技术方案仍然落入本发明的保护范围之内。

继续参阅附图1，在本实施例中模块化能量路由器还可以包括单相交流侧端口，该单相交流侧端口可以被配置成与模块化能量路由器内第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。如图1所示，单相交流侧端口被配置成与每个功率转换控制模块的交流侧端口L/N连接。模块化能量路由器能够通过单相交流侧端口与单相交流电源(如单相交流电网)或单相交流负载连接。

一个实施方式中，模块化能量路由器还可以包括三相交流侧端口，该三相交流侧端口可以包括第一单相交流端子、第二单相交流端子和第三单相交流端子，第一单相交流端子、第二单相交流端子与第三单相交流端子分别被配置成与模块化能量路由器内一个第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。如图2所示，三相交流侧端口中第一单相交流端子与由“功率转换控制模块SM₁₁-SM_N1”形成的第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接，第二单相交流端子与由“功率转换控制模块SM₁₂-SM_N2”形成的第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接，第三单相交流端子与由“功率转换控制模块SM_1M-SM_NM”形成的第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。模块化能量路由器能够通过三相交流侧端口与单相交流电源(如三相交流电网)或三相交流负载连接。

一个实施方式中，模块化能量路由器可以同时包括单相交流侧端口和三相交流侧端口(如图2所示)，而本实施方式中的单相交流侧端口和三相交流侧端口分别与前述单相交流侧端口和三相交流侧端口相同，为了描述简洁，在此不再赘述。

进一步，在根据本发明的另一个实施例的模块化能量路由器中，模块化能量路由器的第一功率模块支路可以相互连接形成矩阵式结构，以便于某个第一功率模块支路中的一部分功率转换控制模块发生故障处于切除状态时，还能够利用其他第一功率模块支路与这个第一功率模块支路中处于正常运行的功率转换控制模块形成新的拓扑结构，提高模块化能量路由器的工作可靠性。

具体而言，参阅附图3，图3是根据本发明的另一个实施例中模块化能量路由器的主要拓扑结构，在该实施例中模块化能量路由器中功率转换控制模块的直流侧端口可以包括第一直流正极端子(图3所示的DC+1)、第二直流正极端子(图3所示的DC+2)和直流负极端子(图3所示的DC-)。在本实施例中每个第一功率模块支路内首个功率转换控制模块的第一直流正极端子与模块化能量路由器的直流侧正极端连接，每个第一功率模块支路内最后一个功率转换控制模块的直流负极端子与模块化能量路由器的直流侧负极端连接，每个第一功率模块支路内相邻两个功率转换控制模块中一个功率转换控制模块的直流负极端子与另一个功率转换控制模块的第一直流正极端子连接；每个第一功率模块支路内模块连接顺序相同的功率转换控制模块依次连接形成每个模块连接顺序各自对应的第二功率模块支路，以使第一功率模块支路与第二功率模块支路形成矩阵式结构。一个例子：如图3所示，在由“功率转换控制模块SM₁₁-SM_N1”形成的第一功率模块支路中首个功率转换控制模块SM₁₁的DC+1与模块化能量路由器的直流侧正极端CDC+连接，SM₁₁的DC+2与由“功率转换控制模块SM₁₂-SM_N2”形成的第一功率模块支路中功率转换控制模块SM₁₂的DC+1连接，SM₁₁的DC-与SM₂₁的DC+1连接。

一个实施方式中，模块化能量路由器还可以包括单相交流侧端口，该单相交流侧端口可以被配置成与模块化能量路由器内第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。如图3所示，单相交流侧端口被配置成与每个功率转换控制模块的交流侧端口L/N连接。模块化能量路由器能够通过单相交流侧端口与单相交流电源(如单相交流电网)或单相交流负载连接。

一个实施方式中，模块化能量路由器还可以包括三相交流侧端口，该三相交流侧端口可以包括第一单相交流端子、第二单相交流端子和第三单相交流端子，第一单相交流端子、第二单相交流端子与第三单相交流端子分别被配置成与模块化能量路由器内一个第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。如图4所示，三相交流侧端口中第一单相交流端子与由“功率转换控制模块SM₁₁-SM_N1”形成的第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接，第二单相交流端子与由“功率转换控制模块SM₁₂-SM_N2”形成的第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接，第三单相交流端子与由“功率转换控制模块SM_1M-SM_NM”形成的第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。模块化能量路由器能够通过三相交流侧端口与单相交流电源(如三相交流电网)或三相交流负载连接。

一个实施方式中，模块化能量路由器可以同时包括单相交流侧端口和三相交流侧端口(如图4所示)，而本实施方式中的单相交流侧端口和三相交流侧端口分别与前述单相交流侧端口和三相交流侧端口相同，为了描述简洁，在此不再赘述。

进一步，本发明还提供了上述路由器实施例所述的模块化路由器的控制方法实施例。在根据本发明的一个实施例的模块化路由器的控制方法中，该控制方法可以包括以下步骤：

步骤S101：判断模块化能量路由器的输出功率是否满足负载功率需求。若满足负载功率需求，则转至步骤S102；若不满足负载功率需求，则转至步骤S106。

步骤S102：判断模块化能量路由器内是否存在处于切除状态的功率子模块。若存在处于切除状态的功率子模块，则转至步骤S103；若不存在处于切除状态的功率子模块，则转至步骤S105。

步骤S103：获取模块化能量路由器内与处于切除状态的功率子模块所属的功率转换控制模块存在直接连接关系的其他功率转换控制模块，控制其他功率转换控制模块内的状态转换开关对相应功率子模块进行投切控制，以形成多个新的模块化能量路由器的拓扑结构。

参阅附图8-10，以包含三个第一功率模块支路(支路1、支路2、支路3)，每个第一功率模块支路包括10个功率转换控制模块(支路1中的SM11-SM101，支路2中的SM12-SM102，支路3中的SM13-SM103)的模块化能量路由器为例，对步骤S103作进一步说明。

首先参阅附图8，支路2中的功率转换控制模块SM22和SM32处于切除状态，支路1中的SM21和支路3中的SM23会平均承担SM22的电流，支路1中的SM31和支路3中的SM33会平均承担SM32的电流，此时，由于支路1和支路3中的每个功率转换控制模块均正常工作，因此模块化能量路由器中所有功率转换控制模块所承受的电压仍然是1.0p.u.，即模块化能量路由器的输入功率和输出功率均保持不变。进一步，如果支路1中的SM21被切换至切除状态(如图9所示)，那么支路3中的SM23会由于最大电流约束条件而工作在限流状态。对此，可以对SM23进行投切控制形成两种新的模块化能量路由器的拓扑结构。

第一种拓扑结构是：参阅附图9，控制SM23仍处于正常运行状态，降低其他功率转换控制模块的流经电流，模块化能量路由器将会运行在限功率状态。然而，由于SM23承受最大电流，如果长时间运行会导致功率转换控制模块的工作稳定升高，降低其运行可靠性，进而影响整个模块化能量路由器的运行可靠性。

第二种拓扑结构是：参阅附图10，控制SM23处于切除状态(例如：将图5所示的将状态切换开关S_ij中的动触头与第二静触头连接)，此时SM21、SM22、SM23的电压将分别由支路1-3中其他正常运行的功率转换控制模块有限承担(正常运行的功率转换控制模块承担的电压由1.0p.u.上升至1.1p.u.)，而其他正常运行的功率转换控制模块承担的电流不变，模块化能量路由器的总功率保持不变。然而电压增加会导致功率转换控制模块发生过电压失效的概率增大，进而影响整个模块化能量路由器的运行可靠性。

步骤S104：获取每个新的拓扑结构的可靠性指标值，选取可靠性指标值最大的拓扑结构对负载进行功率输出。

一个实施方式中，可以按照下式(1)所示的方法计算每个拓扑结构各自对应的可靠性指标值：

公式(1)中各参数含义是：

表示拓扑结构的可靠性指标值，R_SMji表示模块化能量路由器中第i个第一功率模块支路内第j个模块连接顺序的功率转换控制模块SM_ji的可靠性指标值，M表示模块化能量路由器中第一功率模块支路的数量，N表示第一功率模块支路中功率转换控制模块的数量。功率转换控制模块在t时刻的可靠性指标值R_SMji(t)如下式(2)所示：

公式(2)中各参数含义是：

λ_SMji表示功率转换控制模块SM_ji的失效率，

λ_k表示功率转换控制模块SM_ji内第k个元器件的失效率，λ_k＝λ₀π，λ₀表示在预设的运行工况下功率转换控制模块SM_ji内第k个元器件的失效率，π表示预设的调整系数，该调整系数指的是能够表示由于应力或环境等工作条件的变化导致元器件的失效率变化的度量，其数值可以是表示由于应力变化导致元器件失效率变化的度量，以及由于环境条件变化导致元器件失效率变化的度量等度量的乘积。

一个实施方式中，预设的调整系数π可以如下式(3)所示：

π＝π_Uπ_Iπ_Tπ_Eπ_Sπ_ES (3)

公式(3)中各参数含义是：

π_U表示电压应力系数，π_I表示电流应力系数，π_T表示温度应力系数，π_E表示环境应用系数，π_S表示开关率系数，π_ES表示电应力系数。需要说明的是，上述参数π_U、π_I、π_T、π_E、π_S和π_ES均是采用《中华人民共和国国家标准GB/T 7289-2017电学元器件可靠性失效率的基准条件和失效率转换的应力模型》中限定的方法得到的，这些参数的具体含义与计算方法均可参见上述国家标准，为了描述简洁，在此不再赘述。

在本发明实施例中，除了可以直接选取可靠性指标值最大的拓扑结构对负载进行功率输出，还可以同时根据可靠性指标值与负载需求选取拓扑结构。一个例子：如果负载需求较低，那么可以选取图9所示的限功率运行的拓扑结构。如果负载需求较高，为了保证负载能够正常运行，可以选取图10所示的功率维持不变的拓扑结构。

步骤S105：直接控制模块化能量路由器对负载进行功率输出。

步骤S106：输出报警信息。

需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的模块化能量路由器的控制方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述模块化能量路由器的控制方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该存储装置可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中存储是非暂时性的计算机可读存储介质。

进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的模块化能量路由器的控制方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的模块化能量路由器的控制方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。

进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的系统的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。

本领域技术人员能够理解的是，可以对系统中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。

至此，已经结合附图所示的一个实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模块化能量路由器，其特征在于，所述模块化能量路由器包括多个第一功率模块支路，每个第一功率模块支路均包括顺次连接且数量相同的多个功率转换控制模块，所述功率转换控制模块包括功率子模块、状态转换开关、直流侧端口和交流侧端口；

所述状态转换开关包括动触头、第一静触头和第二静触头，所述第一静触头与所述功率子模块的直流侧连接，所述第二静触头分别与所述直流侧端口连接，所述功率子模块的交流侧与所述交流侧端口连接；

所述状态转换开关被配置成通过切换所述动触头、所述第一静触头与所述第二静触头的连接状态对所述功率子模块进行投切控制；

所述直流侧端口包括第一直流正极端子、第二直流正极端子和直流负极端子；

所述每个第一功率模块支路内首个功率转换控制模块的第一直流正极端子与所述模块化能量路由器的直流侧正极端连接，所述每个第一功率模块支路内最后一个功率转换控制模块的直流负极端子与所述模块化能量路由器的直流侧负极端连接，所述每个第一功率模块支路内相邻两个功率转换控制模块中一个功率转换控制模块的直流负极端子与另一个功率转换控制模块的第一直流正极端子连接；

所述每个第一功率模块支路内模块连接顺序相同的功率转换控制模块依次连接形成每个模块连接顺序各自对应的第二功率模块支路，以使所述第一功率模块支路与所述第二功率模块支路形成矩阵式结构。

2.根据权利要求1所述的模块化能量路由器，其特征在于，所述功率子模块包括逆变单元、DC/DC隔离单元和整流单元；

所述逆变单元的交流侧与所述功率转换控制的交流侧端口连接，所述逆变单元的直流侧通过所述DC/DC隔离单元与所述整流单元连接，所述整流单元分别与所述状态转换开关的第二静触头以及相应功率转换控制模块内的储能单元连接。

3.根据权利要求2所述的模块化能量路由器，其特征在于，所述逆变单元包括单相逆变器，所述整流单元包括buck-boost电路和半桥整流电路，所述buck-boost电路的第一端与所述储能单元连接，所述buck-boost电路的第二端与所述半桥整流电路连接，所述半桥整流电路与所述状态转换开关的第二静触头连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化能量路由器，其特征在于，所述模块化能量路由器还包括单相交流侧端口和三相交流侧端口；

所述单相交流侧端口被配置成与所述模块化能量路由器内所述第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接；

所述三相交流侧端口包括第一单相交流端子、第二单相交流端子和第三单相交流端子，所述第一单相交流端子、所述第二单相交流端子与所述第三单相交流端子分别被配置成与所述模块化能量路由器内一个所述第一功率模块支路中每个功率转换控制模块的交流侧端口连接。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的模块化能量路由器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

步骤S1：判断所述模块化能量路由器的输出功率是否满足负载功率需求；若是，则转至步骤S2；若否，则转至步骤S5；

步骤S2：判断所述模块化能量路由器内是否存在在相应状态转换开关的控制下处于切除状态的功率子模块；若是，则转至步骤S3；若否，则直接控制所述模块化能量路由器对负载进行功率输出；

步骤S3：获取所述模块化能量路由器内与所述处于切除状态的功率子模块所属的功率转换控制模块存在直接连接关系的其他功率转换控制模块，控制所述其他功率转换控制模块内的状态转换开关对相应功率子模块进行投切控制，以形成多个新的所述模块化能量路由器的拓扑结构；

步骤S4：获取每个新的拓扑结构的可靠性指标值，选取可靠性指标值最大的拓扑结构对负载进行功率输出；

步骤S5：输出报警信息。

6.根据权利要求5所述的模块化能量路由器的控制方法，其特征在于，“获取每个新的拓扑结构的可靠性指标值”的步骤具体包括：

按照下式所示的方法计算每个拓扑结构各自对应的可靠性指标值：

其中，所述

表示所述拓扑结构的可靠性指标值，所述R_SMji表示所述模块化能量路由器中第i个第一功率模块支路内第j个模块连接顺序的功率转换控制模块SM_ji的可靠性指标值，所述M表示所述模块化能量路由器中第一功率模块支路的数量，所述N表示第一功率模块支路中功率转换控制模块的数量；

所述功率转换控制模块在t时刻的可靠性指标值R_SMji(t)如下式所示：

所述λ_SMji表示功率转换控制模块SM_ji的失效率，

所述λ_k表示所述功率转换控制模块SM_ji内第k个元器件的失效率，λ_k＝λ₀π，所述λ₀表示在预设的运行工况下所述功率转换控制模块SM_ji内第k个元器件的失效率，所述π表示预设的调整系数。

7.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求5或6所述的模块化能量路由器的控制方法。

8.一种控制装置，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求5或6所述的模块化能量路由器的控制方法。

Images