CN113169552B - 模块化互连装置及其系统 - Google Patents

模块化互连装置及其系统

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Abstract

本公开的实施例涉及模块化互连装置(MID)和电网系统。MID包括模块化端口组件、节点、转换器以及本地控制器。模块化端口组件被配置为输送交流电流和/或直流电流。节点经由第一开关和模块化端口组件耦合到AC源。第一开关被配置为选择性地将模块化互连装置从AC源断开。转换器经由第二开关耦合到节点并经由第三开关耦合到DC源。转换器被配置为将AC电流转换为DC电流或者将DC电流转换为AC电流。本地控制器耦合到第一开关、第二开关、和第三开关并且被配置为控制第一开关、第二开关和第三开关的操作。

Description

模块化互连装置及其系统
技术领域
本公开的示例实施例一般地涉及电力装置和系统，更具体地涉及模块化互连装置和系统。
背景技术
电网一般由各种电源和输电线路组成，并且电通过电网输送并由接入电网的负载消耗。
电网的全局控制中心监视电网的运行或接收电网状况的信息，使得控制中心可以控制电网上的电分配。例如，全局控制中心可以控制电网将电引导到电力不足的地方。
通常包括交流(AC)或直流(DC)电源的馈线可以在电力短缺时被添加到电网中，或者在故障时被更换为新的馈线。CN102938564B介绍了一种基于DC电流的闭环柔性配电系统。然而，这种方法在实践中是不方便的，因为它们通常依赖于电网和装置的特定配置。
发明内容
本公开的示例实施例提出了一种用于在电网中互连馈线的解决方案。
在第一方面中，本公开的示例实施例提供了一种模块化互连装置。所述模块化互连装置包括模块化端口组件、节点、转换器、以及本地控制器。所述模块化端口组件被配置为输送交流电流和/或直流电流。所述节点经由第一开关和所述模块化端口组件耦合到AC源。所述第一开关被配置为选择性地将所述模块化互连装置从所述AC源断开。所述转换器经由第二开关耦合到节点并且经由第三开关耦合到DC源。所述转换器被配置为将AC电流转换为DC电流或者将DC电流转换为AC电流。所述本地控制器耦合到所述第一开关、所述第二开关、和所述第三开关，并且被配置为控制所述第一开关、所述第二开关、和所述第三开关的操作。
在一些实施例中，所述模块化互连装置被配置为耦合到另一模块化互连装置，并且向所述另一模块化互连装置输送电或从所述另一模块化互连装置接收电。所述模块化互连装置的本地控制器被配置为与所述另一模块化互连装置的本地控制器或电源网络的控制中心通信。
在一些实施例中，所述第一开关耦合在所述模块化端口组件和所述节点之间。
在一些实施例中，所述节点还经由第四开关或直接耦合到所述模块化端口组件。所述本地控制器还耦合到所述第四开关并且被配置为控制所述第四开关的操作。
在一些实施例中，所述模块化端口组件包括第一端口、第二端口、第三端口、以及第四端口。所述第一端口耦合到所述第一开关并且被配置为接收来自所述AC源的AC电流或将AC电流输送到所述AC源。所述第二端口直接或经由第四开关耦合到所述节点，并且被配置为在各模块化互连装置之间选择性地输送AC电流。所述第三端口耦合到所述第三开关并且被配置为在各模块化互连装置之间选择性地输送DC电流。所述第四端口耦合到所述节点并且被配置为在各模块化互连装置之间输送AC电流。
在一些实施例中，所述模块化互连装置还包括第五开关。所述第五开关耦合到电缆和所述本地控制器并且被配置为选择性地将电缆从所述DC源断开。
在一些实施例中，所述本地控制器集成在所述转换器中。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为响应于接收到指示所述AC源的故障的信息而关断所述第一开关。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为响应于接收到指示所述转换器的故障的信息而关断第二开关。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为响应于接收到从所述模块化互连装置向另一模块化互连装置输送DC电流的请求或者接收到接收从所述另一模块化互连装置到所述模块化互连装置的DC电流的请求而接通所述第三开关。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为响应于接收到另一AC源或另一转换器输送AC电流的请求而接通所述第四开关。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为响应于接收到转换来自另一AC源的无功AC电流的请求而接通所述第四开关并关断所述第一开关。
在一些实施例中，所述模块化互连装置还包括第五开关。所述第五开关耦合到所述转换器并且被配置为将所述转换器从DC源断开。所述模块化端口组件包括耦合到所述第五开关的第五端口，所述第五端口被配置为在各模块化互连装置之间输送DC电流。所述本地控制器还耦合到所述第五开关并且被配置为控制所述第五开关的操作。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为响应于从另一模块化互连装置接收DC电流或向另一模块化互连装置输送DC电流的请求而接通所述第五开关。
在一些实施例中，所述本地控制器还被配置为基于负载重分配请求而控制所述转换器接收或输送DC电流。
在第二方面中，本公开的示例实施例提供了一种电网系统。所述电网系统包括根据第一方面所述的第一模块化互连装置和根据第一方面所述的第二模块化互连装置，所述第二模块化互连装置选择性地耦合到所述第一模块化互连装置并且被配置为在所述第一模块化互连装置和所述第二模块化互连装置之间输送电能。
在一些实施例中，所述第一模块化互连装置的第二端口选择性地耦合到所述第二模块化互连装置的第四端口。
在一些实施例中，所述第一模块化互连装置的第三端口选择性地耦合到所述第二模块化互连装置的第三端口。
在一些实施例中，所述电网系统还包括根据第一方面所述的第三模块化互连装置，所述第一模块化互连装置、所述第二模块化互连装置以及所述第三模块化互连装置的第二端口和第四端口以环形拓扑耦合。
在一些实施例中，所述第一模块化互连装置、所述第二模块化互连装置和所述第三模块化互连装置的第三端口耦合到公共节点。
在一些实施例中，根据权利要求11所述的第一模块化互连装置、根据权利要求10所述的第二模块化互连装置、以及根据权利要求11所述的第三模块化互连装置的第三端口和第五端口以环形拓扑耦合。
在一些实施例中，所述电网系统还包括能量存储装置，所述能量存储装置耦合到所述第一模块化互连装置或所述第二模块化互连装置的第三端口。
根据本公开的实施例，可以容易地配置所述电网系统，并且可以利用所述模块化互连装置改善所述电网系统的可靠性。
附图说明
参照附图，通过以下详细描述，上述和本文公开的示例实施例的其他目标、特征、和优点将变得更加可理解。在附图中，本文公开的几个示例实施例将以示例而非限制方式进行说明，其中：
图1示出了根据本公开的一些示例实施例的电网系统的框图；
图2示出了根据本公开的一些示例实施例的模块化互连装置的框图；
图3示出了根据本公开的一些其他示例实施例的模块化互连装置的框图；
图4示出了根据本公开的一些其他示例实施例的模块化互连装置的框图；
图5示出了根据本公开的一些示例实施例的两个MID的电网系统的框图；
图6示出了根据本公开的一些其他示例实施例的两个MID的电网系统的框图；
图7示出了根据本发明的一些示例实施例的三个MID的电网系统的框图；
图8示出了根据本公开的一些示例实施例的四个MID的电网系统的框图；
图9示出了根据本公开的一些示例实施例的五个MID的电网系统的框图；
图10示出了根据本公开的一些其他示例实施例的四个MID的电网系统的框图；
图11示出了根据本公开的一些其他示例实施例的四个MID的电网系统的框图；
图12示出了根据本公开的一些示例实施例的具有能量存储装置的四个MID的电网系统的框图；
图13示出了根据本公开的一些示例实施例的具有能量存储装置的五个MID的电网系统的框图；
图14示出了根据本公开的一些示例实施例的多个MID的电网系统的框图；
图15示出了根据本公开的一些其他示例实施例的模块化互连装置的框图；
图16示出了根据本公开的一些示例实施例的两个图15的MID的电网系统的框图；
图17示出了根据本公开的一些示例实施例的三个图15的MID的电网系统的框图；
图18示出了根据本公开的一些示例实施例的四个图15的MID的电网系统的框图。
在整个附图中，相同或相应的参考标号指代相同或相应的部分。
具体实施方式
现在将参考若干示例实施例来讨论本文描述的主题。讨论这些实施例仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解并实现本文描述的主题，而不是建议对主题的范围的任何限制。
术语“包括”或“包含”及其变体应该被理解为开放术语，其意思是“包括但不限于”。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”应理解为“和/或”。术语“基于”应该被理解为“至少部分基于”。术语“可操作以”应指可以通过用户或外部机构引起的操作来实现功能、动作、运动、或状态。术语“一个实施例”和“实施例”应该被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应该被理解为“至少一个其他实施例”。
除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”、和“耦合”及其变体被广泛使用，并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑、和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。在下面的描述中，相同的参考标号和标记用于描述附图中相同、相似、或对应的部分。下文可能包括其他明确和隐含的定义。
如上所述，传统的电网系统不便于配置，这是因为各种特性的各种馈线可以耦合到电网系统，并且传统的电网系统在合并馈线时需要考虑各种馈线的固有特性。另外，当电网系统的全局控制中心发生故障时，传统的电网系统可能遭遇完全崩溃。因此，希望促进电网系统的配置，并提高传统的电网系统的稳定性。
图1示出了根据本公开的一些示例实施例的电网系统1的框图。电网系统1包括多个模块化互连装置(MID)10，每个MID包括本地控制器。这里的术语“模块化互连装置”是指具有相似或相同架构的互连装置，这些互连装置包括实现相似或相同的互连功能的端口组件，并且可以彼此耦合和替换。这里的术语“本地控制器”是指MID设备中的控制器，而不是由传统的电网系统共享的全局控制器。
MID 10可以耦合到AC电源。尽管图1中的每个MID被示出为耦合到AC电源，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，MID可以经由另一MID共享AC电源。在一个示例中，图1中的MID2可以从电源AC2断开，并且与MID1共享电源AC1。互连的细节将在下面描述。
电网系统1包括全局AC网络控制中心2。控制中心2可以从电网系统中的多个MID或其他感测节点收集信息，并且通过向MID发送指令来控制MID的操作。在电网系统1需要另一MID的情况下，则AC网络控制中心2可以控制某些MID(通常是将与该另一MID耦合的MID)以临时禁用这些MID，并且在将另一MID成功耦合到禁用的MID时启用禁用的MID和另一MID。
在需要从电网系统1中移除某个MID的情况下，AC网络控制中心2可以控制某些MID(通常是该MID将耦合到的MID)以临时禁用这些MID，并且在成功地耦合禁用的MID和/或合并新MID时启用禁用的MID。在全局AC网络控制中心2发生故障或者丢失与MID的通信的情况下，MID中的至少一个控制器可以操作临时主机控制器，并且其他控制器可以与主机控制器通信以使电网系统1正常工作。
通过在MID中加入本地控制器，即使全局AC网络控制中心发生故障，MID也可以正常工作。此外，即使MID的某个或某些控制器发生故障，电力系统也将不会发生完全崩溃。
此外，传统的方法只包括一个全局网络控制中心，该全局网络控制中心往往远离馈线。因此，由于通信距离长和通信业务负载大，传统的方法不能对电网的变化提供快速或即时的响应。
通过在MID中提供本地控制器，本地控制器可以管理MID而无需将所有信息传送到全局AC网络控制中心。这将显著降低通信业务负载，并且由于通信距离短，可以实现对电网变化的快速或即时响应。在某些情况下，MID外部没有通信。此外，可以用本地控制器实现更全面和灵活的MID操作，如下所述。
图2示出了根据本公开的一些示例实施例的模块化互连装置10的框图。模块化互连装置10包括第一开关12、第二开关13、第三开关15、第四开关14、本地控制器18、AC/DC转换器16、以及端口组件20。尽管在模块化互连装置10中示出了第一开关、第二开关、第三开关、和第四开关，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。一些开关可以独立设置并且设置在模块化互连装置10外部。例如，第一开关可以设置在模块化互连装置10的外部，并且耦合在端口组件20的第一端口21和AC电源之间。
端口组件20包括第一端口21、第二端口22、第三端口23、以及第四端口24。尽管在图2中示出了四个端口，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。可以在端口组件中设置更多或更少的端口。例如，图15示出了包括五个端口的端口组件，下面将对其进行描述。尽管在图2中的单端口组件20中示出了四个端口，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，端口组件20可以包括布置在MID 10的不同表面上的四个端口。
本地控制器18被配置为收集MID的状况的信息，包括功率状况、开关状况等，并控制开关的操作。另外，本地控制器18还可以控制AC/DC转换器16的操作。尽管独立示出了本地控制器18，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，为了节省成本，可以将本地控制器18合并到AC/DC转换器16的控制器中。
AC/DC转换器16被配置为将AC电流转换为DC电流或者将DC电流转换为AC电流。例如，在将AC电流转换为DC电流的情况下，AC/DC转换器16可以经由第一端口21、接通的开关12、节点N0、和接通的开关13接收AC电流，并将AC电流转换为DC电流。然后，DC电流可以经由接通的开关15输送到其他MID。例如，在将DC电流转换为AC电流的情况下，AC/DC转换器16可以经由接通的开关15接收DC电流，并将DC电流转换为AC电流。然后，AC电流可以经由接通的开关13、节点N0、接通的开关12、和第一端口21输送到其他MID。虽然描述了两种一般的转换方法，但这只是用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。转换和输送的详细信息将描述如下。
第一开关12耦合到AC源，并且被配置为选择性地输送AC电流。此外，第一开关12还被配置为在要更换MID 10或AC源或MID 10发生故障的情况下禁用MID 10或者将MID 10与AC源隔离。第二开关13耦合在节点N0和AC/DC转换器16之间，并且被配置为在AC/DC转换器16发生故障的情况下选择性地传导AC电流，以及禁用转换器16或者将转换器16与MID 10隔离。
第三开关15耦合在AC/DC转换器16和第三端口23之间，并且被配置为选择性地传导DC电流并隔离MID 10和其他MID之间的DC链路。第四开关14耦合在节点N0和第二端口22之间，并且被配置为选择性地与另一MID传导AC电流。第四开关14通常是常开点(NOP)开关。尽管第四开关14在MID 10中示出，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，MID 10可以通过直接将节点N0连接到第二端口22而不包括第四开关14，并且传统的NOP开关可以耦合到MID 10的第二端口22并且由MID 10的本地控制器18控制。
此外，节点N0可以直接耦合到第四端口24，并且被配置为在不同的MID之间输送AC电流。尽管节点N0被示出为直接耦合到第四端口24，但这只是用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，节点N0可以经由另一开关耦合到第四端口24，并且本地控制器18控制该另一开关的操作。
图3示出了根据本公开的一些其他示例实施例的模块化互连装置10的框图。除了合并第五开关S0之外，图3中的MID 10与图2中的MID 10类似。第五开关S0可以独立于MID10设置，并且由本地控制器18经由电缆通信或无线地控制。第五开关S0耦合到用于输送DC电流的电缆并且被配置为选择性地将电缆从电网断开(由于潜在的能量损失)。
图4示出了根据本公开的一些其他示例实施例的模块化互连装置10的框图。除了第四开关14的位置以外，图4中的MID 10与图2中的MID 10类似。在图4中，第四开关14位于MID 10的外部。第四开关14可以独立于MID 10设置，但是由本地控制器18控制。作为替代方案，第四开关14可以由存在于电网系统中的常规NOP开关提供。
下面将描述MID的操作和电网系统的配置的细节。图5示出了根据本公开的一些示例实施例的两个MID的电网系统的框图。电网系统可以包括至少两个MID，并且馈线可以通过适当地耦合MID的端口来互连。MID M1和M2可以是图2中的MID 10的实例。可以理解的是，图3和图4中的MID 10也可以应用于图5的配置。
包括四个端口的MID M1经由电缆C1、C2、和C3耦合到包括四个端口的MID M2。电缆C1、C2、和C3可以包括用于输送电流的长距离电缆。AC源PS1耦合到MID M1的第一端口，并且AC源PS2耦合到MID M2的第一端口。MID M1的第二端口经由电缆C1耦合到MID M2的第四端口，并且MID M1的第四端口经由电缆C3耦合到MID M2的第二端口。MID M1的第三端口经由电缆C2耦合到MID M2的第三端口。
尽管AC源PS1被示出为直接耦合到MID M1的第一端口，但这只用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，AC源PS1可以经由设置在MID M1外部的第一开关耦合到MID M1的第一端口。类似地，AC源PS2可以经由第一开关耦合到MID M2的第一端口。
尽管MID M1的第二端口被示出为直接耦合到电缆C1，但这只用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，MID M1的第二端口可以经由设置在MID M1外部的第四开关耦合到电缆C1。类似地，MID M2的第二端口可以经由第四开关耦合到电缆C3。
一般，MID M1和M2中的第四开关是NOP开关，并且MID M1和M2之间没有AC电流输送。然而，在某些情况下，AC电流需要在MID M1和M2之间输送。
例如，在AC源PS2发生故障的情况下，MID M2的本地控制器18响应于接收到指示AC源PS2的故障的信息而关断第一开关12。此外，MID M1的第四开关可以由MID M1的本地控制器18接通，使得来自AC源PS1的AC电流可以经由MID M1的第四开关14和节点N0输送到AC/DC转换器16或者经由MID M2的节点N0输送到AC源PS2。
另外，在AC源PS1发生故障的情况下，MID M1的本地控制器18响应于接收到指示AC源PS1的故障的信息而关断第一开关12。此外，MID M2的第四开关可以由MID M2的本地控制器18接通，使得来自AC源PS2的AC电流可以经由MID M2的第四开关14和节点N0输送到AC/DC转换器16或者经由MID M1的节点N0输送到AC源PS1。
在MID M2的AC/DC转换器16发生故障的情况下，MID M2的本地控制器18响应于接收到指示转换器16的故障的信息而关断第二开关13。另外，如果第二开关15没有被关断，则MID M2的本地控制器18可以响应于接收到指示转换器16的故障的信息而关断MID M2的第二开关15。此外，MID M2的第四开关14可以由MID M2的本地控制器18接通，使得来自AC源PS2的AC电流可以被MID M1共享。
在MID M1的AC/DC转换器16发生故障的情况下，MID M1的本地控制器18响应于接收到指示转换器16的故障的信息而关断第二开关13。另外，如果第二开关15没有被关断，则MID M1的本地控制器18可以响应于接收到指示转换器16的故障的信息而关断MID M1的第二开关15。另外，MID M1的第四开关14可以由MID M1的本地控制器18接通，使得来自AC源PS1的AC电流可以由MID M2共享。
在需要从MID M1向MID M2输送DC电流的情况下，MID M2可以向全局AC网络控制中心2或MID M1发送从MID M1向MID M2输送DC电流的请求，并且可以在发送请求之后接通MIDM2的第三开关15。MID M1的本地控制器18响应于接收到从MID M1向MID M2输送DC电流的请求而接通MID M1的第三开关15。
作为替代方案，MID M1可以向全局AC网络控制中心2或MID M2发送接收从MID M2到MID M1的DC电流的请求，并且可以在发送请求之后接通MID M1的第三开关15。MID M2的本地控制器18响应于接收到从MID M2向MID M1输送DC电流的请求而接通MID M2的第三开关15。
在一个示例中，需要将预定量的电能从MID M1输送到MID M2，MID M1的本地控制器18基于来自MID M2的请求而控制MID M1的第二开关13和第三开关15接通，将预定量的电能从AC转换为DC，并且经由电缆C2向MID M2输送预定电能，MID M2已接通MID M2的第三开关15以接收电能。
类似地，需要从MID M2向MID M1输送预定量的电能，MID M2的本地控制器18基于来自MID M1的请求信息而控制MID M2的第二开关13和第三开关15接通，并将预定量的电能从AC转换为DC，然后经由电缆C2向MID M1输送预定电能，MID M1已经接通MID M1的第三开关15以接收电能。
应当理解，以上示例是针对有功模式描述的。在无功模式中，图5的配置也适用。例如，在AC源PS2发生故障的情况下，MID M2的本地控制器18关断MID M2的第一开关12，并且接通MID M2的第二开关13。MID M1的本地控制器18接通MID M1的第一开关12、第二开关13、和第四开关14，并关断MID M1的第三开关15。在这种情况下，即使其中一个AC源发生故障，两个MID的系统也可以在无功模式下运行。
在另一示例中，在MID M1的AC/DC转换器16发生故障的情况下，MID M1的本地控制器18接通MID M1的第一开关12和第四开关14，并且关断MID M1的第二和第三开关。MID M2的本地控制器18接通MID M2的第二开关13，并且关断MID M2的第一开关12。在这种情况下，即使AC/DC转换器中的一个发生故障，两个MID的系统也可以在无功模式下运行。
可以看出，由于所有MID都是模块化的并且由各自的本地控制器控制，因此这里的MID和配置有MID的系统易于实现并且可以应用于有功和无功模式。在实际应用中，只需正确连接端口组件即可。
尽管在图5中仅示出了两个MID，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。例如，两个MID可以向全局AC网络控制中心2发送操作状况，并且基于来自全局AC网络控制中心2的指令进行操作。例如，全局AC网络控制中心2可以基于从MID向全局AC网络控制中心2发送的负载信息，指示MID M1向MID M2输送预定量的电能。
在另一示例中，全局AC网络控制中心2可以基于从MID M2向全局网络控制器发送的AC源PS2的故障信息，指示MID M1与MID M2共享AC源PS1。在又一示例中，全局AC网络控制中心2可以从MID M1接收要求预定量的电能的请求，并且全局AC网络控制中心2可以指示MID M2经由电缆C2向MID M1提供预定量的电能。
图6示出了根据本公开的一些其他示例实施例的两个MID的电网系统的框图。除了两个MID之间的AC电缆链路以外，图6的配置与图5的配置类似。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
MID M1的第二端口21经由长距离电缆C1与MID M2的第二端口21耦合。图6的配置是可行的，因为一条用于AC电流输送的长距离电缆在两个MID的系统中就足够了。例如，尽管在图5的配置中示出了两条长距离电缆，但是只有一条电缆就足够了，另一条电缆可以用作备用电缆。在这种情况下，针对图5描述的所有操作可以应用于图6的配置。
图7示出了根据本公开的一些示例实施例的三个MID的电网系统的框图。图7的配置可以从图5的两个MID的系统扩展。例如，在新馈线需要合并入图5的系统的情况下，本地控制器可以通过关断所有开关来暂时暂停操作。然后，操作员可以断开MID M1和M2之间的一些连接，并将MID M3耦合到MID M1和M2。
可以看出，操作员在扩展电网系统时只需将原有电缆从端口断开，然后将电缆耦合到MID的正确端口即可。因此，操作员很容易在现场操作。电网系统可以包括三个MID，并且馈线可通过适当耦合MID的端口而互连。MID M1、M2、和M3可以是图2中的MID 10的实例。可以理解，图3和图4中的MID 10也可以应用于图7的配置。
MID M1的第二端口耦合到MID M2的第四端口，MID M2的第二端口耦合到MID M3的第四端口，并且MID M3的第二端口耦合到MID M1的第四端口。可以看出，第一MID M1、第二MID M2、和第三MID M3的第二和第四端口以环形拓扑耦合。
MID M1、M2、和M3的每个第一端口耦合到相应的AC源。MID M1、M2、和M3的第三端口经由长距离电缆的串行连接和由相应的本地控制器控制的开关耦合到公共节点N1。串行连接中的开关可以是图3中的第五开关S0的实例。通过这种配置，可以根据需要在电缆C11、C12、和C13上输送AC电流，并且可以根据需要在电缆C21、C22、和C23上输送DC电流。
例如，在AC源PS3发生故障的情况下，MID M3的AC/DC转换器可以通过关断MID M3的第一开关，并且接通MID M3的第二开关和第四开关以及MID M2的第四开关来接收来自AC源PS1和PS2的AC电流。
在MID M3的AC/DC转换器发生故障的情况下，MID M1和M2的AC/DC转换器可以通过关断MID M3的第二开关和第三开关，并且接通MID M3的第一开关和第四开关以及MID M2的第四开关来接收来自AC源PS3的AC电流。在需要将第一预定量的电能从MID M1输送到MIDM3，并且需要将第二预定量的电能从MID M2输送到MID M3的情况下，开关S21、S22、和S23可以由相应的本地控制器接通，使得第一量和第二量的电能可以从MID M1和M2的AC/DC转换器输送到MID M3的AC/DC转换器。
应当理解，以上示例是针对有功模式描述的。在无功模式中，图7的配置也适用。例如，关断第二MID M2和第三MID M3的第一开关，并接通第一MID M1的第一开关。接通第二MID M2和第三MID M3的第二开关，并关断第一MID M1的第二开关。接通MID M1-M3的所有第四开关，并关断MID M1-M3的所有第三开关。在这种情况下，电网系统中的所有AC/DC转换器都耦合到AC源PS1，并且可以在静止同步补偿器(STATCOM)无功模式下操作。
尽管参考图5的两个MID的系统和图7的三个MID的系统来描述无功模式，但是这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。可以理解的是，无功操作(诸如STATCOM操作)可以通过选择性地操作开关以将更多的AC/DC转换器耦合到一个AC源而扩展到包括更多MID的电网系统。
尽管已经针对图7描述了三个MID的系统的某些方面，但这只是用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。针对两个MID的电网系统描述的特征可以通过适当地接通/关断开关而类似地应用于三个MID的电网系统。
图8示出了根据本公开的一些示例实施例的四个MID的电网系统的框图。图8的配置可以从图7的三个MID的系统扩展。例如，在需要将新馈线合并入图7的系统中的情况下，本地控制器可以通过关断所有开关来临时暂停操作。然后，操作员可以断开MID M1、M2、和M3之间的某些连接，并将MID M4耦合到MID M1、M2、和M3。
可以看出，操作员在扩展电网系统时只需将原有电缆从端口断开，并且然后将电缆耦合到MID的正确端口即可。因此，操作员很容易在现场操作。电网系统可包括四个MID，并且馈线可以通过适当耦合MID的端口来互连。MID M1、M2、M3、和M4可以是图2中的MID 10的实例。可以理解，图3和图4中的MID 10也可以应用于图8的配置。
MID M1的第二端口耦合到MID M4的第四端口，MID M4的第二端口耦合到MID M2的第四端口，MID M2的第二端口耦合到MID M3的第四端口，并且MID M3的第二端口耦合到MIDM1的第四端口。可以看出，第一MID M1、第二MID M2、第三MID M3、和第四MID M4的第二和第四端口以环形拓扑耦合，以用于在这些馈线之间输送AC电流。
MID M1、M2、M3、和M4的每个第一端口耦合到相应的AC源。第一MID M1、第二MIDM2、第三MID M3、和第四MID M4的第三端口经由长距离电缆的串行连接和由相应的本地控制器控制的开关耦合到公共节点N1。串行连接中的开关可以是图3中的第五开关S0的实例。通过这种配置，可以根据需要在电缆C11、C12、C13、和C14上选择性地输送AC电流，并且可以根据需要在电缆C21、C22、C23、和C24上选择性地输送DC电流。
例如，在AC源PS3发生故障的情况下，MID M3的AC/DC转换器可以通过关断MID M3的第一开关并接通MID M3的第二开关和第四开关以及MID M2的第四开关而关断MID M1和M4的第二开关来从AC源PS1和PS2接收AC电流。
在MID M3的AC/DC转换器发生故障的情况下，MID M1和M2的AC/DC转换器可以通过关断MID M3的第二开关和第三开关并接通MID M3的第一开关和第四开关以及MID M2的第四开关而关断MID M1和M4的第四开关来接收来自AC源PS3的AC电流。在第一预定量的电能需要从MID M1输送到MID M3，并且第二预定量的电能需要从MID M2输送到MID M3的情况下，开关S21、S22、和S23可以由相应的本地控制器接通，并且开关S24可以由MID M4的本地控制器关断，使得第一量和第二量的电能可以从MID M1和M2的AC/DC转换器输送到MID M3的AC/DC转换器而不流入MID M4的AC/DC转换器。
尽管已经参考图8描述了四个MID的系统的一些方面，但这仅用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。针对两个或三个MID的电网系统描述的特征可以通过适当地接通/关断开关类似地应用于四个MID的电网系统。
图9示出了根据本公开的一些示例实施例的五个MID的电网系统的框图。图9的配置可以从图8的三个MID的系统扩展。例如，在新馈线需要合并入图8的系统的情况下，本地控制器可以通过关断所有开关来暂时暂停操作。然后，操作员可以断开MID M1、M2、M3、和M4之间的一些连接，并将MID M5耦合到MID M1、M2、M3、和M4。
可以看出，操作员在扩展电网系统时只需将原有电缆从端口断开，并且然后将电缆耦合到MID的正确端口即可。因此，操作员很容易在现场操作。电网系统可包括四个MID，并且馈线可通过适当耦合MID的端口而互连。MID M1、M2、M3、M4、和M5可以是图2中的MID 10的实例。可以理解，图3和图4中的MID 10也可以应用于图9的配置。
MID M1的第二端口耦合到MID M4的第四端口，MID M4的第二端口耦合到MID M5的第四端口，MID M5的第二端口耦合到MID M2的第四端口，MID M2的第二端口耦合到MID M3的第四端口，并且MID M3的第二端口耦合到MID M1的第四端口。可以看出，第一MID、第二MID、第三MID和第四MID M1、M2、M3、M4、和M5的第二和第四端口以环形拓扑耦合，以用于在这些馈线之间输送AC电流。
MID M1、M2、M3、M4、和M5的每个第一端口耦合到相应的AC源。第一MID、第二MID、第三MID、和第四MID M1、M2、M3、M4、和M5的第三端口经由长距离电缆的串行连接和由相应的本地控制器控制的开关耦合到公共节点N1。串行连接中的开关可以是图3中的第五开关S0的实例。通过这种配置，可以在电缆C11、C12、C13、C14、和C15上选择性地输送AC电流，并且可以根据需要在电缆C21、C22、C23、C24和C25上选择性地输送DC电流。
例如，在AC源PS3发生故障的情况下，MID M3的AC/DC转换器可以通过关断MID M3的第一开关并接通MID M3的第二和第四开关以及MID M2的第四开关而关断MID M1、M4、和M5的第二开关来从AC源PS1和PS2接收AC电流。
在MID M3的AC/DC转换器发生故障的情况下，MID M1和M2的AC/DC转换器可以通过关断MID M3的第二开关和第三开关并接通MID M3的第一开关和第四开关以及MID M2的第四开关而关断MID M1、M4、和M5的第四开关来从AC源PS3接收AC电流。
在第一预定量的电能需要从MID M1输送到MID M3，并且第二预定量的电能需要从MID M2输送到MID M3的情况下，开关S21、S22、和S23可以由相应的本地控制器接通，并且开关S24和S25可以由MID M4和M5的本地控制器关断，使得第一量和第二量的电能可以从MIDM1和M2的AC/DC转换器输送到MID M3的AC/DC转换器，而不流入MID M4和M5的AC/DC转换器。
尽管已经针对图9描述了五个MID的系统的某些方面，但这只是用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。针对两个MID、三个MID、或四个MID的电网系统描述的特征可以通过适当地接通/关断开关类似地应用于五个MID的电网系统。
尽管图5至图9中示出了两个MID、三个MID、四个MID、和五个MID的电网系统，但这只是用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。应当理解，各实施例可以基于以上通过合并新馈线来扩展电气系统的描述类似地应用于包括五个以上MID的电网系统。
图10示出了根据本公开的一些其他示例实施例的四个MID的电网系统的框图。除了MID之间的DC链路外，图10中的四个MID的电网系统与图8中的四个MID的电网系统相似。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
第一MID M1和第二MID M2的第三端口耦合到第一公共节点N1，第三MID M3和第四MID M4的第三端口耦合到第二公共节点N2。第一公共节点N1和第二公共节点N2经由开关S25和S26以及长距离电缆S26彼此耦合。开关S25和S26可以由MID M1-M4本地控制器或AC网络控制中心2中的任一者控制。通过这种配置，MID M1和M2形成第一DC对，并且MID M3和M4形成第二DC对。
在一个示例中，第一DC电流可以在第一DC对的MID之间输送，并且第二DC电流可以与第一DC电流平行地在第二DC对的MID之间输送。在另一示例中，只要DC开关被适当地操作，DC电流就可以从任何MID输送到任何其它MID。通过添加第二节点，DC电流分配可以更灵活。
图11示出了根据本公开的一些其他示例实施例的四个MID的电网系统的框图。除了MID之间的DC链路外，图11中的四个MID的电网系统与图10中的四个MID的电网系统相似。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
第一MID M1和第二MID M2的第三端口耦合到第一公共节点N1，并且第三MID M3和第四MID M4的第三端口耦合到第二公共节点N2。第一公共节点N1和第二公共节点N2经由开关S25彼此耦合。开关S25可以由MID M1-M4的本地控制器或AC网络控制中心2中的任一者控制。通过这种配置，MID M1和M2形成第一DC对，并且MID M3和M4形成第二DC对。在图11的配置中，四个MID可以在物理上彼此短距离靠近。因此，可以省略用于DC链路的长距离电缆，并且四个MID的第三端口可以用短距离电缆耦合。
在一个示例中，第一DC电流可以在第一DC对的MID之间输送，并且第二DC电流可以与第一DC电流平行地在第二DC对的MID之间输送。在另一示例中，只要DC开关被适当地操作，DC电流就可以从任何MID输送到任何其它MID。通过添加第二节点，DC电流分配可以更灵活。
图12示出了根据本公开的一些示例实施例的具有能量存储件的四个MID的电网系统的框图。除了能量存储件E1和E2以外，图12中的四个MID的电网系统类似于图11中的四个MID的电网系统。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
能量存储件E1和E2可以是用于存储DC能量的装置，例如电池。第一能量存储件E1由第一DC对共享，并且第二能量存储件E2由第二DC对共享。此外，第一能量存储件E1可以通过接通开关S25来由第二DC对共享。类似地，第二能量存储件E2可以通过接通开关S25来由第一DC对共享。
通过设置能量存储装置，可以帮助配电网络实现能量管理和功率流优化，因为多余的能量可以被存储到能量存储装置中并且在需要时可被释放到DC电网中。
图13示出了根据本公开的一些示例实施例的具有能量存储件的五个MID的电网系统的框图。除了合并第五中间M5以外，图12中的四个MID的电网系统与图11中的四个MID的电网系统类似。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
在图13的配置中，MID M1、M2、和M5形成第一DC对，并且能量存储件E1由MID M1、M2、和M5共享。此外，第一能量存储件E1可以通过接通开关S25来由第二DC对共享。类似地，第二能量存储件E2可以通过接通开关S25来由第一DC对共享。
尽管图5至图13示出了电网系统的各种配置，但这只用于说明而非暗示对这里描述的主题的范围的任何限制。应当理解，其他配置拓扑是可行的。
例如，图14示出了根据本公开的一些示例实施例的多个MID的电网系统的框图。该电网系统包括第一子系统和第二子系统。第一子系统经由开关S11和S12以及用于DC链路的长距离电缆C14耦合到第二子系统。
第一个子系统包括MID 1、MID 2…MID K，其中K表示大于2的数字。第一子系统中的MID可以物理上彼此靠近并且串联耦合，使得AC电流可以在第一子系统内输送，并且DC电流可以在第一子系统和第二子系统之间输送。
第二个子系统包括MID A、MID B、MID M…MID N，其中M表示大于0的数字，并且N表示大于N的数字。第二子系统中的MID的第三端口耦合到公共节点N2，而第二子系统中的MID的第二端口和第四端口串联耦合以在必要时共享AC源。
图15示出了根据本公开的一些其他示例实施例的MID 9的框图。除了合并第五端口25和第五开关17以外，MID 9与图2中的MID 10类似，。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。第三开关15和第五开关17都耦合到AC/DC转换器16以输送DC电流，并且端口组件20可以包括第五端口25。通过设置第五开关17和第五端口25，将提高DC链路配置的灵活性，如下面参考图16至图18描述的。
图16示出了根据本公开的一些示例实施例的两个图15的MID的电网系统的框图。第一MID M1和第二MID M2的第一端口分别耦合到AC源PS1和PS2。为了选择性地输送AC电流，第一MID M1的第二端口耦合到第二MID M2的第四端口，并且第一MID M1的第四端口耦合到第二MID M2的第二端口。可以理解，两个MID的系统的MID之间的一条AC链路就足够了，并且另一条AC链路可以是备用AC链路。
MID M1的第三端口经由电缆C2耦合到MID M2的第三端口，并且MID M1的第五端口经由电缆C3耦合到MID M2的第五端口。因此，在第一MID M1和第二MID M2之间形成两条DC链路。通过设置两条DC链路，可以在两条DC链路都用于输送DC电流的情况下提高输送效率。
图17示出了根据本公开的一些示例实施例的三个图15的MID的电网系统的框图。除了DC链路拓扑以外，图17的配置类似于图7的配置。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
第一MID M1的第三端口耦合到第二MID M2的第五端口，第一MID M2的第三端口耦合到第二MID M3的第五端口，并且第一MID M3的第三端口耦合到第二MID M1的第五端口。因此，第一MID、第二MID、和第三MID M1-M3的第三端口和第五端口形成环形拓扑，而不是将所有三个MID都耦合到图7中的公共节点。
通过在电网系统的每两个MID之间形成DC链路，MID之间的DC电流的输送将更加灵活和易于实现。
图18示出了根据本公开的一些示例实施例的四个图15的MID的电网系统的框图。除了DC链路拓扑以外，图18的配置类似于图8的配置。因此，为了简洁起见，这里将省略对类似特征的描述。
第一MID M1的第三端口耦合到第二MID M2的第五端口，第一MID M2的第三端口耦合到第二MID M4的第五端口，第一MID M4的第三端口耦合到第二MID M3的第五端口，并且第一MID M3的第三端口耦合到第二MID M1的第五端口。因此，第一MID、第二MID、和第三MIDM1-M3的第三和第五端口形成环形拓扑，而不是将所有三个MID都耦合到图8中的公共节点。
类似地，通过在电网系统的每两个相邻MID之间形成DC链路，MID之间的DC电流的输送将更灵活且更容易实现。
此外，虽然以特定顺序描述操作，但这不应理解为要求以所示的特定顺序或次序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。同样，尽管在上述讨论中包含若干具体实现细节，但这些细节不应被解释为对本公开的范围的限制，而被解释为对可特定于特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。另一方面，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或在任何合适的子组合中实现。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法行为的语言描述了主题，但是应当理解，在所附权利要求中定义的主题不一定限于上述特定特征或行为。相反，以上描述的具体特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (21)

1.一种模块化互连装置(10)，所述模块化互连装置包括：
模块化端口组件(20)，所述模块化端口组件被配置为输送交流电流(AC)和/或直流电流(DC)；
节点(N0)，所述节点经由第一开关(12)和所述模块化端口组件(20)耦合到AC源，所述第一开关(12)被配置为选择性地将所述模块化互连装置(10)从所述AC源断开；
转换器(16)，所述转换器经由第二开关(13)耦合到所述节点(N0)并且经由第三开关(15)耦合到DC源，所述转换器(16)被配置为将AC电流转换为DC电流或者将DC电流转换为AC电流；
本地控制器(18)，所述本地控制器耦合到所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，并且被配置为控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的操作，
其中，所述模块化端口组件(20)包括：
第一端口(21)，所述第一端口耦合到所述第一开关(12)，并且被配置为从所述AC源接收AC电流或者将AC电流输送到所述AC源；
第二端口(22)，所述第二端口直接或经由第四开关(14)耦合到所述节点(N0)，并且被配置为在各模块化互连装置之间选择性地输送AC电流；
第三端口(23)，所述第三端口耦合到所述第三开关(15)，并且被配置为在各模块化互连装置之间选择性地输送DC电流；以及
第四端口(24)，所述第四端口耦合到所述节点(N0)，并且被配置为在各模块化互连装置之间输送AC电流。
2.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中
所述模块化互连装置(10)被配置为耦合到另一模块化互连装置，并且向所述另一模块化互连装置输送电或者从所述另一模块化互连装置接收电；并且
所述模块化互连装置(10)的本地控制器(18)被配置为与所述另一模块化互连装置的本地控制器或电源网络的控制中心通信。
3.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述第一开关(12)耦合在所述模块化端口组件(20)和所述节点(N0)之间。
4.根据权利要求3所述的模块化互连装置(10)，其中
所述节点(N0)还经由第四开关(14)或直接耦合到所述模块化端口组件(20)；并且
所述本地控制器(18)还耦合到所述第四开关(14)，并且被配置为控制所述第四开关(14)的操作。
5.根据权利要求4所述的模块化互连装置(10)，所述模块化互连装置还包括第五开关(S0)，所述第五开关(S0)耦合到电缆和所述本地控制器(18)，并且被配置为选择性地将所述电缆从所述DC源断开。
6.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)集成在所述转换器(16)中。
7.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为响应于接收到指示所述AC源的故障的信息而关断所述第一开关(12)。
8.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为响应于接收到指示所述转换器(16)的故障的信息而关断所述第二开关(13)。
9.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为响应于接收到从所述模块化互连装置(10)向另一模块化互连装置输送DC电流的请求或接收到接收从所述另一模块化互连装置到所述模块化互连装置(10)的DC电流的请求而接通所述第三开关(15)。
10.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为响应于接收到另一AC源或另一转换器输送AC电流的请求而接通所述第四开关(14)。
11.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为响应于接收到转换来自另一AC源的无功AC电流的请求而接通所述第四开关(14)并且关断所述第一开关(12)。
12.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，所述模块化互连装置还包括：
第五开关(17)，所述第五开关耦合到所述转换器(16)，并且被配置为将所述转换器从DC源断开；并且
其中，所述模块化端口组件(20)包括第五端口(25)，所述第五端口耦合到所述第五开关(17)，并且被配置为在各模块化互连装置之间输送DC电流，所述本地控制器(18)还耦合到所述第五开关(17)，并且被配置为控制所述第五开关(17)的操作。
13.根据权利要求11所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为响应于接收到从另一模块化互连装置接收DC电流的请求或向另一模块化互连装置输送DC电流的请求而接通第五开关(17)。
14.根据权利要求1所述的模块化互连装置(10)，其中，所述本地控制器(18)还被配置为基于负载重分配请求，控制所述转换器(16)接收或输送DC电流。
15.一种电网系统，所述电网系统包括：
根据权利要求1至14中任一项的第一模块化互连装置；
根据权利要求1至14中任一项的第二模块化互连装置，所述第二模块化互连装置选择性地耦合到所述第一模块化互连装置，并且被配置为在所述第一模块化互连装置和所述第二模块化互连装置之间输送电能。
16.根据权利要求15所述的电网系统，其中，所述第一模块化互连装置的第二端口选择性地耦合到所述第二模块化互连装置的第四端口。
17.根据权利要求16所述的电网系统，其中，所述第一模块化互连装置的第三端口选择性地耦合到所述第二模块化互连装置的第三端口。
18.根据权利要求15所述的电网系统，所述电网系统还包括根据权利要求1至14中任一项的第三模块化互连装置，所述第一模块化互连装置、所述第二模块化互连装置以及所述第三模块化互连装置的第二端口和第四端口以环形拓扑耦合。
19.根据权利要求18所述的电网系统，其中，所述第一模块化互连装置、所述第二模块化互连装置以及所述第三模块化互连装置的第三端口耦合到公共节点(N1)。
20.根据权利要求18所述的电网系统，其中，根据权利要求10的第一模块化互连装置、根据权利要求9的第二模块化互连装置以及根据权利要求10的第三模块化互连装置的第三端口和第五端口以环形拓扑耦合。
21.根据权利要求15所述的电网系统，所述电网系统还包括能量存储装置，所述能量存储装置与所述第一模块化互连装置或所述第二模块化互连装置的第三端口耦合。
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