CN115313373A - 一种能源路由器、控制方法及电力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种能源路由器、控制方法及电力系统。其中，该能源路由器包括：第一端子，用于连接储能电池的正极；第二端子、第三端子和第四端子，用于分别连接交流电网的三相输入端，或者分别连接三个光伏发电模块的正极；第五端子，用于连接储能电池的负极、交流电网的零线、光伏发电模块的负极以上其中之一；切换模块，其第一端连接整流模块，其第二端分别连接第一端子、所述第二端子、第三端子和第四端子，用于根据控制指令控制第一端子、第二端子、第三端子、第四端子是否导通。通过本发明，能够实现通过同一硬件集成光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能，节约了硬件成本。

Description

一种能源路由器、控制方法及电力系统
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种能源路由器、控制方法及电力系统。
背景技术
目前，在以新能源为主体的新型电力系统中，光伏发电、储能备电、电网协同供电是十分重要的组成部分，图1为现有的光伏DC/DC变流器的结构图，图2为现有的储能DC/DC变流器的结构图，图3为现有的变流器的结构图，可见，现有技术中光伏DC/DC变流器、储能DC/DC变流器、电网变流器三种系统采用不同硬件结构，不同的系统在投入建设后，其硬件结构就已经确定，其硬件结构确定后，其功能便确定，无法灵活切换为其他功能。
针对现有技术中电力系统中的变流器的硬件结构确定后，其功能便确定，无法灵活切换为其他功能，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例中提供一种能源路由器、控制方法及电力系统，以解决现有技术中电力系统中的变流器硬件结构确定后，其功能便确定，无法灵活切换为其他功能的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种能源路由器，其中，能源路由器包括：
第一端子，用于连接储能电池的正极；
第二端子、第三端子和第四端子，用于分别连接交流电网的三相输入端，或者分别连接三个光伏发电模块的正极；
第五端子，用于连接储能电池的负极、交流电网的零线、光伏发电模块的负极以上其中之一；
切换模块，其第一端连接整流模块，其第二端分别连接所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子，用于根据控制指令控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子是否导通。
进一步地，所述切换模块包括：
第一开关，其第一端连接至所述整流模块的第一整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子，第三端连接所述第二端子；
第二开关，其第一端连接至所述整流模块的第二整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子，第三端连接所述第三端子；
第三开关，其第一端连接至所述整流模块的第三整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子，第三端连接所述第四端子。
进一步地，所述第一开关、第二开关、第三开关为单刀双掷开关。
进一步地，所述能源路由器还包括：
第四开关，设置在所述整流模块的负极端子和所述第五端子之间。
本发明还提供一种电力系统，包括上述能源路由器。
本发明还提供一种切换控制方法，应用于上述能源路由器，所述方法包括：
检测第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号；
根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定所述能源路由器的功能；其中，所述功能包括：电网变流、光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流；
根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通。
进一步地，根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定所述能源路由器的功能，包括：
判断所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子是否均有电压信号输入；
如果判断结果为是，则判断所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子输入的电压信号为交流信号还是直流信号；如果是直流信号，则确定能源路由器的功能为光伏DC/DC变流；如果是交流信号，则确定能源路由器的功能为电网变流；
如果判断结果为否，则判断所述第一端子是否有电压信号输入；如果是，则确定能源路由器的功能为储能DC/DC变流。
进一步地，根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通，包括：
如果能源路由器的功能为储能DC/DC变流，则控制所述切换模块切换为第一导通状态，进而控制所述第一端子导通，并且控制第四开关导通，进而控制所述第五端子导通；
如果能源路由器的功能为光伏DC/DC变流，则控制所述切换模块切换为第二导通状态，进而控制所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子导通，并且控制所述第四开关导通，进而控制所述第五端子导通；
如果能源路由器的功能为电网变流，控制所述切换模块切换为第二导通状态，进而控制所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子导通；
其中，所述第四开关设置在所述整流模块的负极端子和所述第五端子之间。
进一步地，根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通之后，所述方法还包括：
根据所述能源路由器的功能切换相应的控制策略。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述切换控制方法。
应用本发明的技术方案，通过切换模块切换能源路由器中导通的端子，进而控制能源路由器在光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能之间灵活切换，能够实现通过同一硬件集成光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能，节约了硬件成本。
附图说明
图1为现有的光伏DC/DC变流器的结构图；
图2为现有的储能DC/DC变流器的结构图；
图3为现有的变流器的结构图；
图4为根据本发明实施例的能源路由器的机构图；
图5为根据本发明实施例的切换控制方法的流程图；
图6为根据本发明另一实施例的切换控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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做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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述开关，但这些开关不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同位置的开关区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一开关也可以被称为第二开关，类似地，第二开关也可以被称为第一开关。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
实施例1
如上文中提及的图1中所示，储能DC/DC变流器包括高压侧直流输入端子VH+、输出端子VH-、高压侧主回路接触器K3、高压侧充电回路接触器K1、高压侧充电电阻R1、高压侧母线电容C1、开关管S1～S6及其反向并联的二极管D1～D6，开关管S1的发射极与开关管S2的集电极间接入电感L1；开关管S3的发射极与开关管S4的集电极间接入电感L2；开关管S5的发射极与开关管S6的集电极间接入电感L3；低压侧母线电容C2、低压侧主回路接触器K4、低压侧充电回路接触器K2、低压侧充电电阻R2；低压侧直流输入端子VL+、输出端子VL-。
如上文中提及的图2中所示，光伏DC/DC变流器包括高压侧直流输入端子VH+、输出端子VH-，高压侧主回路接触器K3；高压侧充电回路接触器K1，高压侧充电电阻R1，高压侧母线电容C1、二极管D1、D3、D5、开关管S2、S4、S6及与其反向并联的二极管D2、D4、D6；二极管D1的阳极与开关管S2的集电极间接入电感L1；二极管D3的阳极与开关管S4的集电极间接入电感L2；二极管D5的阳极与开关管S6的集电极间接入电感L3，还包括三路光伏输入接口PV1+、PV2+、PV3+和输出端子PV-。
如上文中提及的图3中所示，电网变流器包括高压侧直流输入端子VH+、输出端子VH-、高压侧主回路接触器K3、高压侧充电回路接触器K1、高压侧充电电阻R1；高压侧母线电容C1；开关管S1～S6及与其反向并联的二极管D1～D6；开关管S1的发射极与开关管S2的集电极间接入电感L1；开关管S3的发射极与开关管S4的集电极间接入电感L2；开关管S5的发射极与开关管S6的集电极间接入电感L3；三相交流接入端子R、S、T。
由图1～图3可见，光伏DC/DC变流器、储能DC/DC变流器、电网变流器三种系统，通过不同的结构，实现不同的功能，电力系统中的变流器硬件结构确定后，其功能便确定，无法灵活切换为其他功能的问题，导致硬件成本的浪费。
为了解决上述问题，本实施例提供一种能源路由器，图4为根据本发明实施例的能源路由器的机构图，如图4所示，所述能源路由器包括：第一端子VL+，用于连接储能电池的正极；第二端子PV1+/R、第三端子PV2+/S和第四端子PV3+/T，用于分别连接交流电网的三相输入端，或者分别连接三个光伏发电模块的正极；第五端子VL-/PV-，用于连接储能电池的负极、交流电网的零线、光伏发电模块的负极以上其中之一；切换模块10，其第一端连接整流模块20，其第二端分别连接第一端子VL+、所述第二端子PV1+/R、所述第三端子PV2+/S和所述第四端子PV3+/T，用于接收控制芯片的控制指令，并根据该控制指令控制所述第一端子VL+、所述第二端子PV1+/R、所述第三端子PV2+/S和所述第四端子PV3+/T是否导通。
本实施例的能源路由器，通过切换模块切换能源路由器中导通的端子，进而控制能源路由器在光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能之间灵活切换，能够实现通过同一硬件集成光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能，节约了硬件成本。
如图4所示，切换模块10包括：第一开关K5，其第一端连接至所述整流模块20的第一整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子VL+，第三端连接所述第二端子PV1+/R；第二开关K6，其第一端连接至整流模块20的第二整流桥的上下桥臂之间，第二端连接第一端子VL+，第三端连接第三端子PV2+/S；第三开关K7，其第一端连接至整流模块20的第三整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子VL+，第三端连接所述第四端子PV3+/T。
为了实现切换功能，第一开关K5、第二开关K6、第三开关为单刀双掷开关，具体为单刀双掷继电器，第一继电器的静触点通过电感L1连接至所述整流模块20的第一整流桥的上下桥臂之间，第一动触点1连接所述第一端子VL+，第二动触点2连接所述第二端子PV1+/R；第二继电器的静触点通过电感L2连接至整流模块20的第二整流桥的上下桥臂之间，第一动触点1连接第一端子VL+，第二动触点2连接第三端子PV2+/S；第三继电器的静触点通过电感L3连接至整流模块20的第三整流桥的上下桥臂之间，第一动触点1连接所述第一端子VL+，第二动触点2连接第四端子PV3+/T。
为了控制第五端子是否导通，所述能源路由器还包括：第四开关K8，设置在整流模块20的负极端子和第五端子VL-/PV-之间。
综上所述，本实施例的能源路由器包括：高压侧直流输入端子VH+、输出端子VH-、开关管S1～S6及其反向并联的二极管D1～D6、开关管S1的发射极与开关管S2的集电极间接入电感L1；开关管S3的发射极与开关管S4的集电极间接入电感L2；开关管S5发射极与开关管S6集电极间接入的电感L3；电感L1～L3右侧分别连接第一开关K5、第二开关K6、第二开关K7的静触点；第四开关K8与开关管S2、S4、S6共发射极相连；低压侧直流端子包括：第一端子VL+，用于连接储能电池的正极；第二端子PV1+/R、第三端子PV2+/S和第四端子PV3+/T，用于分别连接交流电网的三相输入端，或者分别连接三个光伏发电模块的正极；第五端子VL-/PV-，用于连接储能电池的负极、交流电网的零线、光伏发电模块的负极以上其中之一，其中，第一开关K5、第二开关K6、第二开关K7为单刀双掷继电器。
实施例2
本实施例提供一种电力系统，包括上述实施例中的能源路由器，用于实现通过同一硬件集成光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能，节约了硬件成本。
实施例3
本实施例提供一种切换控制方法，应用于上述实施例中的能源路由器，图5为根据本发明实施例的切换控制方法的流程图，如图5所所示，该方法包括：
S101，检测第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号。
S102，根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定能源路由器的功能；其中，上述功能包括：电网变流、光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流。
S103，根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制第一端子、第二端子、第三端子第四端子和第五端子是否导通。
本实施例的切换控制方法，根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定所述能源路由器的功能；根据能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通，能够实现控制能源路由器在光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流和电网变流三种功能之间灵活切换。
由于储能电池输出的电压信号只有一相，光伏模块输出的电压信号和电网电压信号有三相，且光伏模块输入的电压信号为直流信号，电网输入的三相电压信号为交流信号，为了准确区分储能电池、电网和光伏模块输出的电压信号，进而准确确定能源转换器将要进入的功能，根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定所述能源路由器的功能，包括：判断所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子是否均有电压信号输入；如果判断结果为是，则判断所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子输入的电压信号是直流信号还是交流信号；如果是直流信号，则确定能源路由器的功能为光伏DC/DC变流；如果是交流信号，则确定能源路由器的功能为电网变流；如果判断结果为否，则判断所述第一端子是否有电压信号输入；如果是，则确定能源路由器的功能为储能DC/DC变流，如果否，则认为没有电源接入，控制能源路由器断电即可。
根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通，包括：如果能源路由器的功能为储能DC/DC变流，则控制所述切换模块切换为第一导通状态，即控制第一开关、第二开关、第二开关的第一动触点导通，进而控制上述第一端子导通，并且控制第四开关导通，进而控制所述第五端子导通；如果能源路由器的功能为光伏DC/DC变流，则控制所述切换模块切换为第二导通状态，即控制第一开关、第二开关、第二开关的第二动触点导通，进而控制上述第二端子、所述第三端子、所述第四端子导通，并且控制第四开关导通，进而控制所述第五端子导通。
如果能源路由器的功能为电网变流，则控制所述切换模块切换为第二导通状态，即控制第一开关、第二开关、第二开关的第二动触点导通，进而控制上述第二端子、所述第三端子、所述第四端子导通。
由于不同功能下的控制策略不同，根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通之后，上述方法还包括：根据所述能源路由器的功能切换相应的控制策略。
图6为根据本发明另一实施例的切换控制方法的流程图，如图5所示，该方法包括以下优选步骤：
S1，系统初始化。
S2，检测各端子输入的电压信号。
S3，判断第二端子、第三端子和第四端子是否均有电压信号输入，如果是，则执行步骤S5，如果否，则执行步骤S4。
S4，判断第一端子是否有电压信号输入，如果是，则执行步骤S12，如果否，则执行步骤S11。
S5，判断第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号是直流信号还是交流信号，如果是交流信号，则执行步骤S6，如果是直流信号，则执行步骤S9。
S6，控制第一开关、第二开关、第二开关的第二动触点导通，进而控制第二端子、第三端子、第四端子导通。
光伏模块输入的电压信号为直流信号，电网输入的三相电压信号为交流信号，如果断第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号为直流信号，表明接入的光伏模块，因此，能源路由器的功能应该切换为光伏DC/DC变流。
S7，控制第四开关导通，进而控制第五端子导通。
S8，控制策略为光伏DC/DC变流器控制策略。
S9，控制第一开关、第二开关、第二开关的第二动触点导通，进而控制第二端子、第三端子、第四端子导通。
S10，控制策略为电网变流器控制策略。
S11，控制能源路由器断电。
如果第一端子、第二端子、第三端子、第四端子均没有电压信号输入，说明没有电源接入，控制能源路由器断电即可。
S12，控制第一开关、第二开关、第二开关的第一动触点导通，进而控制第一端子导通。
S13，控制第四开关导通，进而控制第五端子导通。
S14，控制策略切换为储能DC/DC变流器控制策略。
S15，控制能源路由器正常运行。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述实施例的切换控制方法。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种能源路由器，其特征在于，所述能源路由器包括：
第一端子，用于连接储能电池的正极；
第二端子、第三端子和第四端子，用于分别连接交流电网的三相输入端，或者分别连接三个光伏发电模块的正极；
第五端子，用于连接储能电池的负极、交流电网的零线、光伏发电模块的负极以上其中之一；
切换模块，其第一端连接整流模块，其第二端分别连接所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子，用于根据控制指令控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子是否导通。
2.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，所述切换模块包括：
第一开关，其第一端连接至所述整流模块的第一整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子，第三端连接所述第二端子；
第二开关，其第一端连接至所述整流模块的第二整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子，第三端连接所述第三端子；
第三开关，其第一端连接至所述整流模块的第三整流桥的上下桥臂之间，第二端连接所述第一端子，第三端连接所述第四端子。
3.根据权利要求2所述的能源路由器，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关为单刀双掷开关。
4.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，所述能源路由器还包括：
第四开关，设置在所述整流模块的负极端子和所述第五端子之间。
5.一种电力系统，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的能源路由器。
6.一种切换控制方法，应用于权利要求1至4中任一项所述的能源路由器，其特征在于，所述方法包括：
检测第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号；
根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定所述能源路由器的功能；其中，所述功能包括：电网变流、光伏DC/DC变流、储能DC/DC变流；
根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据第一端子、第二端子、第三端子和第四端子输入的电压信号确定所述能源路由器的功能，包括：
判断所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子是否均有电压信号输入；
如果判断结果为是，则判断所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子输入的电压信号为交流信号还是直流信号；如果是直流信号，则确定能源路由器的功能为光伏DC/DC变流；如果是交流信号，则确定能源路由器的功能为电网变流；
如果判断结果为否，则判断所述第一端子是否有电压信号输入；如果是，则确定能源路由器的功能为储能DC/DC变流。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通，包括：
如果能源路由器的功能为储能DC/DC变流，则控制所述切换模块切换为第一导通状态，进而控制所述第一端子导通，并且控制第四开关导通，进而控制所述第五端子导通；
如果能源路由器的功能为光伏DC/DC变流，则控制所述切换模块切换为第二导通状态，进而控制所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子导通，并且控制所述第四开关导通，进而控制所述第五端子导通；
如果能源路由器的功能为电网变流，控制所述切换模块切换为第二导通状态，进而控制所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子导通；
其中，所述第四开关设置在所述整流模块的负极端子和所述第五端子之间。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述能源路由器的功能控制切换模块的导通状态，进而控制所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子、所述第四端子和所述第五端子是否导通之后，所述方法还包括：
根据所述能源路由器的功能切换相应的控制策略。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求6至9中任一项所述的方法。
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