CN115037120A - 基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，包括前级模块电气拓扑，其输出端通过前级测量电路与前级主控芯片的输入端相连，前级主控芯片与后级主控芯片之间通过RS485串口通讯，后级主控芯片的输出端与后级开关管驱动电路的输入端相连，后级开关管驱动电路的输出端与后级模块电气拓扑的输入端相连，后级模块电气拓扑的输出端与后级测量电路的输入端相连，后级测量电路的输出端与后级主控芯片的输入端相连。本发明还公开了一种基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统的的协同控制方法。本发明实现了可再生能源直流三端口变换器转换级的减少，提高了系统的效率，通过控制少数开关管就可以实现电气拓扑工作时的模态切换。

Description

基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统及方法
技术领域
本发明涉及能源路由器设计技术领域，尤其是一种基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统及方法。
背景技术
随着可再生能源在发电领域的大量应用，其电网接入技术也受到的大量的关注，如何克服气候、天气等自然条件引起的新能源发电的波动性和间歇性的问题也值得引起人们思考。为了解决这一问题，在可再生能源发电的并网阶段，通常引入储能元件如蓄电池，来提供不间断的、平稳可靠的供电。
传统的可再生能源通常采用的是多台独立的直流-直流变换器同时对可再生能源、蓄电池和负载进行连接，通常会出现多级转换、成本高、效率低、难以集中控制等问题。如：多个直流变换器所需要的元器件一般随着个数的增多会成倍增加，当使用的时候，也会出现元件的空闲问题，即器件的使用效率不高，而且元器件的数量变多势必会引起变换器体积的增大和成本的增加；除此之外，多级变换器的级联也会引起传递效率的下降，引起电能的损失；多级的变换器也会增加控制上的难度，不便于控制的集中。
可再生能源接入电网时，通常也会将电能部分直接供给一部分直流负载使用，在这个阶段，通常单个可再生能源的电能输入端口会对应多个输出端口用于不同的用途。负载的功率会时刻变动，同时，可再生能源也会随着天气和气候等自然条件的变化出现发电的不稳定，这两者的不稳定因素如何克服，并且使得电能被最大化利用，是值得深思的问题。在现有的技术下，通常以光伏发电为例，在发电端通常使用最大功率点跟踪的方法实现可再生能源产生最大功率使电能得到充分利用，负载如何更高效地利用这些电能，以及当可再生能源发电不够的情况下，如何取舍多个负载的耗电情况是当前直流变换器控制策略的薄弱点。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种能够提高系统的效率、增加系统的可拓展性和可维修性的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，包括前级能源路由器和后级能源路由器，所述前级能源路由器包括：
前级模块电气拓扑，用于对输入电压进行电能转换；
前级测量电路，用于对前级模块电气拓扑进行参数测量；
前级主控芯片，用于对后级模块电气拓扑上报的信息进行分析处理，选择后级模块工作的模态；
所述后级能源路由器包括：
后级模块电气拓扑，用于对后级模块电气拓扑的输入进行电能转换；
后级测量电路，用于对后级模块电气拓扑进行参数测量；；
后级主控芯片，用于对后级模块电气拓扑的输入输出电压进行内部控制，并最终使其稳定在一个稳定值；
后级开关管驱动电路，用于产生后级模块电气拓扑中的开关管的驱动电压，使电气拓扑可以工作在合适的模态；
所述前级模块电气拓扑的输入端接输入电压，前级模块电气拓扑的输出端通过前级测量电路与前级主控芯片的输入端相连，前级主控芯片与后级主控芯片之间通过RS485串口通讯，后级主控芯片的输出端与后级开关管驱动电路的输入端相连，后级开关管驱动电路的输出端与后级模块电气拓扑的输入端相连，后级模块电气拓扑的输出端与后级测量电路的输入端相连，后级测量电路的输出端与后级主控芯片的输入端相连。
所述后级模块电气拓扑包括第一后级模块电气拓扑和第二后级模块电气拓扑，所述后级测量电路包括第一后级测量电路和第二后级测量电路，所述后级主控芯片包括第一后级主控芯片和第二后级主控芯片，所述后级开关管驱动电路包括第一后级开关管驱动电路和第二后级开关管驱动电路；所述第一后级主控芯片、第二后级主控芯片均通过RS485串口与前级主控芯片通讯，第一后级主控芯片的输出端与第一后级开关管驱动电路的输入端相连，第一后级开关管驱动电路的输出端与第一后级模块电气拓扑的输入端相连，第一后级模块电气拓扑的输出端与第一后级测量电路的输入端相连，第一后级测量电路的输出端与第一后级主控芯片的输入端相连；所述第二后级主控芯片的输出端与第二后级开关管驱动电路的输入端相连，第二后级开关管驱动电路的输出端与第二后级模块电气拓扑的输入端相连，第二后级模块电气拓扑的输出端与第二后级测量电路的输入端相连，第二后级测量电路的输出端与第二后级主控芯片的输入端相连。
所述前级模块电气拓扑、后级模块电气拓扑的电路结构相同，所述前级模块电气拓扑包括电解电容C1，电解电容C1的两端接输入电压Uin，电解电容C1的一端与二极管D1的阳极相连，电解电容C1的另一端与电解电容C2的一端相连，二极管D1的阴极分别与MOS管M1的源极、电感L1的一端相连，MOS管M1的漏极与电解电容C2的另一端相连，电解电容C2的两端接蓄电池Ub，MOS管M2的源极接在MOS管M1的漏极和电解电容C2之间，MOS管M2的漏极与二极管D3的阴极相连，电感L1的另一端分别与二极管D3的阳极、MOS管M3的漏极、二极管D2的阳极相连，MOS管M3的源极分别与电解电容C2、电解电容C3、电阻R1的一端相连，二极管D2的阴极分别与电解电容C3的另一端、电阻R1的另一端相连，电阻R1与电解电容C3并联。
所述前级测量电路和后级测量电路的电路结构相同，所述前级测量电路包括采样电阻，其输出端与电阻分压电路的输入端相连，电阻分压电路的输出端与电压跟随器的输入端相连，电压跟随器的输出端与电压偏置电路的输入端相连，电压偏置电路的输出端与电压限幅电路的输入端相连，电压限幅电路。
所述前级主控芯片和后级主控芯片均采用TMS320F28335芯片。
所述后级开关管驱动电路包括数字驱动芯片，其输入端与后级主控芯片的输出端相连，其输出端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的基极、三极管Q2的基极相连，三极管Q1的集电极接电源VCC，三极管Q2的集电极接地，三极管Q1和三极管Q2的发射极相连，且均接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地；所述数字驱动芯片采用MD1211D芯片。
本发明的另一目的在于提供一种基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统的协同控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)通过前级测量电路和后级测量电路测得前级模块电气拓扑、后级模块电气拓扑的信息，包括电压U、电流I、功率P和蓄电池的荷电状态SoC参数；
(2)计算前级模块电气拓扑输入的总功率P1和后级模块电气拓扑输出的总功率P2，比较P1是否可以满足P2，若P1小于P2，则将部分后级模块电气拓扑与前级模块电气拓扑脱联；
(3)对与前级模块电气拓扑脱联的部分后级模块电气拓扑进行工作模式判断；
(4)对依然与前级模块电气拓扑连接的后级模块电气拓扑进行工作模式判断。
所述步骤(2)具体是指：若P1小于P2，则将多个后级模块电气拓扑的功率按照从小到大的顺序依次与前级模块电气拓扑脱联，直到输入的前级模块电气拓扑输入的总功率P1满足后级模块电气拓扑输出的总功率P2。
所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)判断后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC是否大于40％，若SoC大于40％，则判定该后级模块电气拓扑的输出能够独立由蓄电池供电，此时该后级模块电气拓扑工作于单输入单输出模态；
(3b)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC小于40％，则判定该后级模块电气拓扑的输出无法由蓄电池供电，此时该后级模块电气拓扑中所有MOS管关断，不参与供电。
所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4a)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC大于40％，则该后级模块电气拓扑进入双输入模式，利用该后级模块电气拓扑的蓄电池的电压和来自于前级模块电气拓扑的电压共同向负载供电；
(4b)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC小于40％，则该后级模块电气拓扑进入双输出模式，来自前级模块电气拓扑的输出电压给后后级模块电气拓扑的蓄电池充电，同时给负载供电。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，两级式的能源路由器系统内的三端口变换电气拓扑，实现了可再生能源直流三端口变换器转换级的减少，提高了系统的效率，因此在电能转换的过程中，效率也会提高、同时得益于电气拓扑的集成化，在控制策略上也得到了简化，通过控制少数开关管就可以实现电气拓扑工作时的模态切换；第二，两级式的能源路由器系统内模块化的前级和后级能源路由器可以作为一个模块单元，在具体使用时，将模块单元按照需求组合起来，降低了整个系统的设计难度，增加了系统的可拓展性及可维修性；第三，两级式的能源路由器系统内用通信的方式，将前级和后级的能源路由器连接起来，实现了不同模块之间的通信，可以做到模块间的信息共享，并且在前级主控芯片内可以根据这些通信内的信息内容，对后级能源路由器模块进行智能化的控制，根据这些智能化的控制策略，也实现了可再生能源的智能化应用；第四，两级式的能源路由器系统在运行时，分析电气功率的流动，开关管频繁的动作发生在后级能源路由器，即电能变换频繁发生在后级，功率变化的流向主要集中在后级；分析信息流动，大量的后级模块信息集中于前级模块，并且在前级模块的主控芯片内部进行模态判断，即信息流主要存在于前级。在两级式的能源路由器系统内，利用这种设计，实现了功率流和信息流的分离，从而实现系统设计的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是图1中前级模块电气拓扑的电气拓扑图；
图3是图1中前级测量电路的电路框图；
图4是图1中后级主控芯片内的闭环控制框图；
图5是图1中后级开关管驱动电路的电路原理图；
图6是本发明的内部模式选择控制策略示意图；
图7是两级式能源路由器的实施例一的组合框图；
图8是两级式能源路由器的实施例二的组合框图；
图9是本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，包括前级能源路由器和后级能源路由器，所述前级能源路由器包括：
前级模块电气拓扑，用于对输入电压进行电能转换；
前级测量电路，用于对前级模块电气拓扑进行参数测量；
前级主控芯片，用于对后级模块电气拓扑上报的信息进行分析处理，选择后级模块工作的模态；
所述后级能源路由器包括：
后级模块电气拓扑，用于对后级模块电气拓扑的输入进行电能转换；
后级测量电路，用于对后级模块电气拓扑进行参数测量；；
后级主控芯片，用于对后级模块电气拓扑的输入输出电压进行内部控制，并最终使其稳定在一个稳定值；
后级开关管驱动电路，用于产生后级模块电气拓扑中的开关管的驱动电压，使电气拓扑可以工作在合适的模态；
所述前级模块电气拓扑的输入端接输入电压，前级模块电气拓扑的输出端通过前级测量电路与前级主控芯片的输入端相连，前级主控芯片与后级主控芯片之间通过RS485串口通讯，后级主控芯片的输出端与后级开关管驱动电路的输入端相连，后级开关管驱动电路的输出端与后级模块电气拓扑的输入端相连，后级模块电气拓扑的输出端与后级测量电路的输入端相连，后级测量电路的输出端与后级主控芯片的输入端相连。
所述后级模块电气拓扑包括第一后级模块电气拓扑和第二后级模块电气拓扑，所述后级测量电路包括第一后级测量电路和第二后级测量电路，所述后级主控芯片包括第一后级主控芯片和第二后级主控芯片，所述后级开关管驱动电路包括第一后级开关管驱动电路和第二后级开关管驱动电路；所述第一后级主控芯片、第二后级主控芯片均通过RS485串口与前级主控芯片通讯，第一后级主控芯片的输出端与第一后级开关管驱动电路的输入端相连，第一后级开关管驱动电路的输出端与第一后级模块电气拓扑的输入端相连，第一后级模块电气拓扑的输出端与第一后级测量电路的输入端相连，第一后级测量电路的输出端与第一后级主控芯片的输入端相连；所述第二后级主控芯片的输出端与第二后级开关管驱动电路的输入端相连，第二后级开关管驱动电路的输出端与第二后级模块电气拓扑的输入端相连，第二后级模块电气拓扑的输出端与第二后级测量电路的输入端相连，第二后级测量电路的输出端与第二后级主控芯片的输入端相连。
如图2所示，所述前级模块电气拓扑、后级模块电气拓扑的电路结构相同，所述前级模块电气拓扑包括电解电容C1，电解电容C1的两端接输入电压Uin，电解电容C1的一端与二极管D1的阳极相连，电解电容C1的另一端与电解电容C2的一端相连，二极管D1的阴极分别与MOS管M1的源极、电感L1的一端相连，MOS管M1的漏极与电解电容C2的另一端相连，电解电容C2的两端接蓄电池Ub，MOS管M2的源极接在MOS管M1的漏极和电解电容C2之间，MOS管M2的漏极与二极管D3的阴极相连，电感L1的另一端分别与二极管D3的阳极、MOS管M3的漏极、二极管D2的阳极相连，MOS管M3的源极分别与电解电容C2、电解电容C3、电阻R1的一端相连，二极管D2的阴极分别与电解电容C3的另一端、电阻R1的另一端相连，电阻R1与电解电容C3并联。
如图3所示，所述前级测量电路和后级测量电路的电路结构相同，所述前级测量电路包括采样电阻，其输出端与电阻分压电路的输入端相连，电阻分压电路的输出端与电压跟随器的输入端相连，电压跟随器的输出端与电压偏置电路的输入端相连，电压偏置电路的输出端与电压限幅电路的输入端相连，电压限幅电路。
如图4所示，所述前级主控芯片和后级主控芯片均采用TMS320F28335芯片。前级主控芯片内部的控制闭环大体上可以分为3各部分：光伏MPPT控制部分、储能端口充放电模式闭环控制和输出端口恒压闭环控制。在光伏MPPT闭环控制内，利用MPPT算法，时光伏时刻保持在最大功率点工作状态；在储能端口充放电模式闭环控制部分内，通过PI控制，可以使得在不同的SoC阶段进行恒流或恒压两种方式充电，放电时保证恒压放电，有助于后面的系统稳定工作。输出端口的恒压闭环控制保证了在不同的工作模式下，依然存在稳定的输出电压。
如图5所示，所述后级开关管驱动电路包括数字驱动芯片，其输入端与后级主控芯片的输出端相连，其输出端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的基极、三极管Q2的基极相连，三极管Q1的集电极接电源VCC，三极管Q2的集电极接地，三极管Q1和三极管Q2的发射极相连，且均接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地；所述数字驱动芯片采用MD1211D芯片。输入信号经过数字驱动芯片转化为PWM，经过电阻R1转化为电压，三极管Q1的发射极和三极管Q2的集电极连接起来组成图腾柱式连接，增加其驱动能力，在经过驱动加强以后，产生MOSFET驱动信号驱动MOSFET。
如图6、9所示，本方法包括下列顺序的步骤：
(1)通过前级测量电路和后级测量电路测得前级模块电气拓扑、后级模块电气拓扑的信息，包括电压U、电流I、功率P和蓄电池的荷电状态SoC参数；
(2)计算前级模块电气拓扑输入的总功率P1和后级模块电气拓扑输出的总功率P2，比较P1是否可以满足P2，若P1小于P2，则将部分后级模块电气拓扑与前级模块电气拓扑脱联；
(3)对与前级模块电气拓扑脱联的部分后级模块电气拓扑进行工作模式判断；
(4)对依然与前级模块电气拓扑连接的后级模块电气拓扑进行工作模式判断。
所述步骤(2)具体是指：若P1小于P2，则将多个后级模块电气拓扑的功率按照从小到大的顺序依次与前级模块电气拓扑脱联，直到输入的前级模块电气拓扑输入的总功率P1满足后级模块电气拓扑输出的总功率P2。
所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)判断后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC是否大于40％，若SoC大于40％，则判定该后级模块电气拓扑的输出能够独立由蓄电池供电，此时该后级模块电气拓扑工作于单输入单输出模态；
(3b)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC小于40％，则判定该后级模块电气拓扑的输出无法由蓄电池供电，此时该后级模块电气拓扑中所有MOS管关断，不参与供电。
所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4a)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC大于40％，则该后级模块电气拓扑进入双输入模式，利用该后级模块电气拓扑的蓄电池的电压和来自于前级模块电气拓扑的电压共同向负载供电；
(4b)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC小于40％，则该后级模块电气拓扑进入双输出模式，来自前级模块电气拓扑的输出电压给后后级模块电气拓扑的蓄电池充电，同时给负载供电。
实施例一
如图7所示，在两级式能源路由器系统中，实施例一提出了一种前级和后级能源路由器内模块间的组合方式。实施例一中，在前级能源路由器内部，一共有两个模块，其中模块2电气拓扑的输出连接到模块1电气拓扑的输入端，两者串联连接，模块1的电气拓扑的输出作为后级能源路由器电气拓扑的输入端；在后级能源路由器内部，一共有三个后级模块，且后级模块的电气拓扑的输入端并联连接，同时从前级能源路由器获得电能。
实施例二
如图8所示，在两级式能源路由器系统中，实施例二提出了一种前级和后级能源路由器内模块间的组合方式。实施例二中，在前级能源路由器内部，一共有两个模块，其中模块1的和模块2均有一个电压输入端口，即前级能源路由器一共有两个输入端口，同时，模块1和模块2的电气拓扑的储能端口共用同一个蓄电池，即蓄电池同时为模块1和模块2供电，其电气拓扑的电压输出端口也分别给后级能源路由器供电；在后级能源路由器内部，一共有三个后级模块，其中后级模块1和后级模块2电气拓扑的储能端口并联在一起，同时接收来自于前级模块1的输出电压，后级模块3的电气拓扑的输入端口接收来自于前级模块2的输出电压。
所述的模块化多端口变换器的内部控制部分可包括有各个端口的控制闭环。以光伏-储能-负载三端口系统为例，在输入端口中，本发明为使能量最大效率被利用，采用最大功率点跟踪(MPPT)方法，保证在当前光照和温度环境下的功率最大输入；在储能部分端口，本发明采用恒流恒压的闭环控制，以实现对储能设备的保护和充放电部工作模式的平滑切换；在输出端口主要采用恒压控制，以实现输出电压的稳定。同时模块化内部控制器还包含信息处理，以及工作模式选择器，以保证模块化多端口变换器工作在正确的工作模式。以上控制部分均属于模块化内部控制。
所述的指令发送、接收部分主要由通讯模块组成，其通讯模式可用RS232、RS485或其他串口通讯、CAN通讯、Zigbee等方式实现。其数据传输的通信协议可以采用数据帧结构完成。其数据结构主要由头码、次码、功能码、数据码、校验和等组成。传输数据用校验和检验传送数据的正确性，用头码和次码检验分辨数据帧与数据帧的间隔，用功能码分辨数据功能，用数据码传送具体数据信息。用完整数据结构保证通讯间的可靠性和规范性。
综上所述，本发明两级式的能源路由器系统内的三端口变换电气拓扑，实现了可再生能源直流三端口变换器转换级的减少，提高了系统的效率，因此在电能转换的过程中，效率也会提高、同时得益于电气拓扑的集成化，在控制策略上也得到了简化，通过控制少数开关管就可以实现电气拓扑工作时的模态切换。

Claims (10)

1.一种基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，其特征在于：包括前级能源路由器和后级能源路由器，所述前级能源路由器包括：
前级模块电气拓扑，用于对输入电压进行电能转换；
前级测量电路，用于对前级模块电气拓扑进行参数测量；
前级主控芯片，用于对后级模块电气拓扑上报的信息进行分析处理，选择后级模块工作的模态；
所述后级能源路由器包括：
后级模块电气拓扑，用于对后级模块电气拓扑的输入进行电能转换；
后级测量电路，用于对后级模块电气拓扑进行参数测量；；
后级主控芯片，用于对后级模块电气拓扑的输入输出电压进行内部控制，并最终使其稳定在一个稳定值；
后级开关管驱动电路，用于产生后级模块电气拓扑中的开关管的驱动电压，使电气拓扑可以工作在合适的模态；
所述前级模块电气拓扑的输入端接输入电压，前级模块电气拓扑的输出端通过前级测量电路与前级主控芯片的输入端相连，前级主控芯片与后级主控芯片之间通过RS485串口通讯，后级主控芯片的输出端与后级开关管驱动电路的输入端相连，后级开关管驱动电路的输出端与后级模块电气拓扑的输入端相连，后级模块电气拓扑的输出端与后级测量电路的输入端相连，后级测量电路的输出端与后级主控芯片的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，其特征在于：所述后级模块电气拓扑包括第一后级模块电气拓扑和第二后级模块电气拓扑，所述后级测量电路包括第一后级测量电路和第二后级测量电路，所述后级主控芯片包括第一后级主控芯片和第二后级主控芯片，所述后级开关管驱动电路包括第一后级开关管驱动电路和第二后级开关管驱动电路；所述第一后级主控芯片、第二后级主控芯片均通过RS485串口与前级主控芯片通讯，第一后级主控芯片的输出端与第一后级开关管驱动电路的输入端相连，第一后级开关管驱动电路的输出端与第一后级模块电气拓扑的输入端相连，第一后级模块电气拓扑的输出端与第一后级测量电路的输入端相连，第一后级测量电路的输出端与第一后级主控芯片的输入端相连；所述第二后级主控芯片的输出端与第二后级开关管驱动电路的输入端相连，第二后级开关管驱动电路的输出端与第二后级模块电气拓扑的输入端相连，第二后级模块电气拓扑的输出端与第二后级测量电路的输入端相连，第二后级测量电路的输出端与第二后级主控芯片的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，其特征在于：所述前级模块电气拓扑、后级模块电气拓扑的电路结构相同，所述前级模块电气拓扑包括电解电容C1，电解电容C1的两端接输入电压Uin，电解电容C1的一端与二极管D1的阳极相连，电解电容C1的另一端与电解电容C2的一端相连，二极管D1的阴极分别与MOS管M1的源极、电感L1的一端相连，MOS管M1的漏极与电解电容C2的另一端相连，电解电容C2的两端接蓄电池Ub，MOS管M2的源极接在MOS管M1的漏极和电解电容C2之间，MOS管M2的漏极与二极管D3的阴极相连，电感L1的另一端分别与二极管D3的阳极、MOS管M3的漏极、二极管D2的阳极相连，MOS管M3的源极分别与电解电容C2、电解电容C3、电阻R1的一端相连，二极管D2的阴极分别与电解电容C3的另一端、电阻R1的另一端相连，电阻R1与电解电容C3并联。
4.根据权利要求1所述的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，其特征在于：所述前级测量电路和后级测量电路的电路结构相同，所述前级测量电路包括采样电阻，其输出端与电阻分压电路的输入端相连，电阻分压电路的输出端与电压跟随器的输入端相连，电压跟随器的输出端与电压偏置电路的输入端相连，电压偏置电路的输出端与电压限幅电路的输入端相连，电压限幅电路。
5.根据权利要求1所述的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，其特征在于：所述前级主控芯片和后级主控芯片均采用TMS320F28335芯片。
6.根据权利要求1所述的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统，其特征在于：所述后级开关管驱动电路包括数字驱动芯片，其输入端与后级主控芯片的输出端相连，其输出端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与三极管Q1的基极、三极管Q2的基极相连，三极管Q1的集电极接电源VCC，三极管Q2的集电极接地，三极管Q1和三极管Q2的发射极相连，且均接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接；所述数字驱动芯片采用MD1211D芯片。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于模块化多端口变换器的两级式能源路由器系统的协同控制方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)通过前级测量电路和后级测量电路测得前级模块电气拓扑、后级模块电气拓扑的信息，包括电压U、电流I、功率P和蓄电池的荷电状态SoC参数；
(2)计算前级模块电气拓扑输入的总功率P1和后级模块电气拓扑输出的总功率P2，比较P1是否可以满足P2，若P1小于P2，则将部分后级模块电气拓扑与前级模块电气拓扑脱联；
(3)对与前级模块电气拓扑脱联的部分后级模块电气拓扑进行工作模式判断；
(4)对依然与前级模块电气拓扑连接的后级模块电气拓扑进行工作模式判断。
8.根据权利要求7所述的协同控制方法，其特征在于：所述步骤(2)具体是指：若P1小于P2，则将多个后级模块电气拓扑的功率按照从小到大的顺序依次与前级模块电气拓扑脱联，直到输入的前级模块电气拓扑输入的总功率P1满足后级模块电气拓扑输出的总功率P2。
9.根据权利要求7所述的协同控制方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3a)判断后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC是否大于40％，若SoC大于40％，则判定该后级模块电气拓扑的输出能够独立由蓄电池供电，此时该后级模块电气拓扑工作于单输入单输出模态；
(3b)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC小于40％，则判定该后级模块电气拓扑的输出无法由蓄电池供电，此时该后级模块电气拓扑中所有MOS管关断，不参与供电。
10.根据权利要求7所述的协同控制方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(4a)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC大于40％，则该后级模块电气拓扑进入双输入模式，利用该后级模块电气拓扑的蓄电池的电压和来自于前级模块电气拓扑的电压共同向负载供电；
(4b)若后级模块电气拓扑中蓄电池的荷电状态SoC小于40％，则该后级模块电气拓扑进入双输出模式，来自前级模块电气拓扑的输出电压给后后级模块电气拓扑的蓄电池充电，同时给负载供电。
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