CN116488134A - 一种能源路由器 - Google Patents

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王仕城
徐正国
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Abstract

本申请公开一种能源路由器，包括：并网变换器、离网变换器、新能源变换器、充放电变换器和超级电容；直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值时，离网变换器进行电压频率下垂控制，充放电变换器进行功率下垂控制，并网变换器稳定直流母线电压；偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器进行最大功率追踪下垂控制；偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值且直流母线电压小于预设直流电压时，新能源变换器进行最大功率追踪。各个变换器不与上位机进行通信，不存在通信延迟，检测直流母线电压能够在直流母线电压出现波动时，平稳直流母线电压。

Description

一种能源路由器
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种能源路由器。
背景技术
随着传统能源的逐渐枯竭，现在新能源越来越被重视。因此，分布式能源的规模化发展，呈现多元化，主要分为可再生新能源和不可再生能源，太阳能、水能和风能的开发和利用，大量的新能源以电能的形式呈现，新能源间歇性、不确定性再加上储能技术的快速发展、电动汽车的出现等对电网提出新的挑战。
能源路由器是能源互联网实现的关键装备，能源路由器包括直流母线和变换器，例如变换器可以包括逆变器、DCDC变换器或者整流器等。能源路由器可以实现多种能源与直流母线之间的功率交换。
现有技术中，能源路由器与上位机采用低速率通信的方式实现控制，但是通信存在延时，因此造成能源路由器的稳定性较差。例如，在负载或新能源的功率突变时容易造成直流母线电压失控，容易出现故障。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种能源路由器，能够在直流母线电压出现波动时，平稳直流母线电压，而且不存在通信延时。
本申请提供一种能源路由器，包括：并网变换器、离网变换器、新能源变换器、充放电变换器和超级电容；新能源变换器包括风电变换器和/或光伏变换器；充放电变换器包括储能变换器和/或充电桩；
并网变换器的第一端和第二端分别用于连接电网和直流母线；离网变换器的第一端和第二端分别用于连接负载和直流母线；新能源变换器、充放电变换器和超级电容均连接直流母线；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值时，离网变换器用于进行电压频率下垂控制，充放电变换器用于进行功率下垂控制，并网变换器用于稳定直流母线电压；
在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器，用于进行最大功率追踪下垂控制；在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，新能源变换器用于进行最大功率追踪。
优选地，在偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值时，离网变换器用于按照预设电压和预设频率进行控制。
优选地，在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，离网变换器用于进行电压频率下垂控制，具体包括：
VOFGref＝VN+KOFG*(UDC-UUP1)；
FOFGref＝FN+KOFG*(UDC-UUP1)；
VOFGref为离网变换器的电压给定值，FOFGref为离网变换器的频率给定值；UDC为直流母线电压，VN为预设直流电压，FN为预设频率；KOFG为离网变换器的预设下垂系数；
在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，离网变换器用于进行电压频率下垂控制，具体包括：
VOFGref＝VN-KOFG*(UDOWN1-UDC)；
FOFGref＝FN-KOFG*(UDOWN1-UDC)；
UDC-UUP1的绝对值和UDOWN1-UDC的绝对值均大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值。
优选地，在偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器用于最大功率追踪下垂控制。
优选地，新能源变换器，进行最大功率追踪下垂控制，具体包括：
PPref＝P’P-MPPT-KP*(UDC-UUP1)；
PPref为新能源变换器的功率给定指令，P’P-MPPT为新能源变换器的最大功率点，UDC为直流母线电压，UDC-UUP1的绝对值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值；KP为新能源变换器的预设下垂系数。
优选地，在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，充放电变换器进行功率下垂控制，具体包括：
Pref＝PTC-K*(UDC-UUP1)；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，充放电变换器进行功率下垂控制，具体包括：
Pref＝PTC+K*(UDOWN1-UDC)；
Pref为充放电变换器的功率给定指令，PTC为总控制器下发给充放电变换器的功率；UDC为直流母线电压，K为充放电变换器的预设下垂系数；UDC-UUP1的绝对值和UDOWN1-UDC的绝对值均大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值。
优选地，在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，充放电变换器通过功率下垂控制来充电；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，充放电变换器通过功率下垂控制来放电。
优选地，在偏离值小于第一电压阈值时，离网变换器用于工作在额定电压和额定频率。
优选地，在偏离值小于第一电压阈值时，新能源变换器用于工作在最大功率点。
优选地，在偏离值小于第一电压阈值时，充放电变换器用于根据总控制器下发的功率进行充电或者放电。
由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例提供的能源路由器，除了包括各个变换器以外，还包括超级电容，超级电容的容量较大，因此，可以实现高倍率的充放电，有效平衡能源路由器的功率波动，增加直流惯量，提高能源路由器的稳定性。而且本申请实施例提供的能源路由器，由于各个变换器自动响应直流母线电压波动，各个变换器不必与上位机进行通信，因此，不存在通信延时，各个变换器可以直接通过检测直流母线电压来完成控制，能够在直流母线电压出现波动时来抑制波动。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种能源路由器的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种能源路由器的示意图；
图3为本申请实施例提供的能源路由器进行并网自由控制的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解和实施本申请实施例提供的技术方案，下面先结合附图介绍本申请实施例提供的能源路由器。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种能源路由器的示意图。
本申请实施例提供的能源路由器1000包括：离网变换器300、新能源变换器、充放电变换器和超级电容800；离网变换器300为AC/DC变换器。新能源变换器包括风电变换器和/或光伏变换器500；图1中以新能源变换器包括光伏变换器500为例，光伏变换器500的第一端和第二端分别用于连接光伏和直流母线BUS。图2所示的另一种能源路由器中以新能源变换器包括风电变换器400和光伏变换器500；风电变换器400的第一端和第二端分别用于连接风电和直流母线BUS，其中风电是指风力发电机组。风电变换器400为AC/DC变换器，光伏变换器500为DC/DC变换器。
超级电容800直接和直流母线BUS相连，以图2为例，在6个变换器的端口能量和不相等时，超级电容800充电或放电可以迅速填补能量缺口，由于超级电容80的功率密度大，可以实现高倍率的充放电，可以有效地平抑能源路由器1000的直流母线BUS的功率波动，增加直流惯量，提高稳定性。
充放电变换器包括储能变换器和/或充电桩700；图1中以充放电变换器包括充电桩700为例，充电桩700为DC/DC变换器。图2中以充放电变换器包括储能变换器600和充电桩700为例，储能变换器600为DC/DC变换器。本申请实施例中以充电桩为例进行介绍，应该理解，充电桩仅是代表一类DCDC变换器，可以从直流母线取电为负载充电，也可以从负载向直流母线馈电。
储能变换器600的第一端和第二端分别用于连接储能电池和直流母线BUS。充电桩700的第一端和第二端分别用于连接电动汽车和直流母线BUS。
离网变换器300的第一端和第二端分别用于连接负载和直流母线BUS；新能源变换器、充放电变换器和超级电容800均连接直流母线BUS。
另外，本申请实施例提供的能源路由器还可以包括并网变换器200，并网变换器200的第一端和第二端分别用于连接电网和直流母线；具体地，并网变换器200的第一端通过继电器K1连接电网。并网变换器200为AC/DC变换器。能源路由器1000还包括总控制器100，总控制器100可以与各个变换器进行有线通信。总控制器100还可以与能量管理系统EMS进行通信。总控制器100还连接人机界面(HMI，Human Machine Interface)。HMI用于能源路由器的运行数据、状态显示和手动控制。
另外，EMS还可以与各个变换器的第一端连接的电表进行无线通信，各个电表完成电量的计量。
总控制器100与HMI、EMS、6个变换器通信(有线通信方式)，总控制器100接收HMI和EMS指令并经过算法下发控制指令给6个变换器，总控制器100还可以上传6个变换器的实时状态和数据给HMI和EMS，总控制器100实时采集6个变换器的数据并下发控制指令。能源路由器1000的每个端口作为一个节点，EMS对每个节点可以实时进行结算，例如电动汽车完成充电，可以进行缴费。每个变换器的第二端设有电表，电表采集电能数据传给采集器，采集器将电能数据传给EMS，由于电能数据传输间隔比较大，宜采用无线的方式进行组网。用户终端可以和EMS实时通信，用户终端通过后台APP实时查询能源路由器当前运行数据、下设模式和命令。
能源路由器1000可以包括以下三种工作模式：并网自由控制、并网功率调度控制和离网自由控制。
并网自由控制是指能源路由器的并网变换器端口和电网连接，但不接受电网功率调度，其他变换器按照一定的工作模式运行。
并网功率调度控制是指能源路由器的并网变换器端口和电网连接，优先响应电网功率调度，在优先保证电网功率调度的前提下其他变换器按照一定的工作模式运行。
离网自由控制是指能源路由器的并网变换器端口和电网断开连接，其他变换器按照一定的工作模式运行。
本申请实施例提供的能源路由器主要介绍并网自由控制的具体实现方式。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
参见图3，该图为本申请实施例提供的能源路由器进行并网自由控制的流程图。
本申请实施例提供的能源路由器，包括：离网变换器、新能源变换器、充放电变换器和超级电容；新能源变换器包括风电变换器和/或光伏变换器；充放电变换器包括储能变换器和/或充电桩。
离网变换器的第一端和第二端分别用于连接负载和直流母线；新能源变换器、充放电变换器和超级电容均连接直流母线。
S301：在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值时，离网变换器用于进行电压频率下垂控制，充放电变换器用于进行功率下垂控制，并网变换器用于稳定直流母线电压；由于能源路由器进行并网自由控制，因此，不响应电网的功率调度。并网变换器也用来稳定能源路由器中的直流母线电压。
离网变换器进行电压频率下垂控制具体为，当直流母线电压大于预设直流电压时，离网变换器的电压给定值和频率给定值均会增加，当直流母线电压小于预设直流电压时，离网变换器的电压给定值和频率给定值均会降低。电压给定值增加相当于增加负载，电压给定值降低相当于降低负载，同理，频率给定值的变化与电压给定值的变化效果类似。
另外，本申请实施例提供的能源路由器中各个变换器进行下垂控制时，均是采用增量下垂控制，例如，电压给定值增加通过逐渐增加的方式，避免电压给定值突变，引起波动，而是连续逐渐变化来增加。同理，电压给定值降低也是通过增量式降低，逐渐降低，频率给定值变化类似，在此不再赘述。
充放电变换器采用功率下垂控制也是采用增量式下垂控制，可以控制充电功率下垂，也可以控制放电功率下垂。功率给定指令也是逐渐变化，不是突变，这样可以保证功率平滑无冲击，从而提高能源路由器的稳定性。
由于各个变换器均连接直流母线，因此，各个变换器独立进行各自的控制，各个变换器可以获得实时的直流母线电压，根据直流母线电压的大小来进行控制。为了进行差异化控制，本申请实施例将直流母线电压大小进行区间的划分，当直流母线电压偏离预设直流电压越大时，说明直流母线电压越不稳定，波动较大。当直流母线电压偏离预设直流电压较小时，说明直流母线电压存在较小波动。当直流母线电压在预设直流电压周围较小范围内波动时，视为直流母线电压处于稳定状态，不需要进行稳定控制。
由于直流母线电压有可能比预设直流电压大，也可能直流母线电压比预设直流电压小，因此，为了方便描述，利用直流母线电压与预设直流电压直接的偏离值来表示偏离的程度，偏离值为正数，直流母线电压大于预设直流电压也视为偏离，直流母线电压小于预设直流电压也视为偏离。当偏离值小于第一电压阈值时，表明直流母线电压处于稳态。当偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值时，表明直流母线电压存在波动，处于次稳态。
S302：在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器，用于进行最大功率追踪下垂控制；在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，新能源变换器，用于进行最大功率追踪。
应该理解S301和S302没有先后顺序，各个变换器根据直流母线电压进行独立控制，互相之间不影响。
新能源变换器的控制与充放电变换器的控制有所区别。在直流母线电压大于预设直流电压，以及直流母线电压小于预设直流电压时，新能源变换器的控制有所区别。
本申请实施例提供的能源路由器，除了包括各个变换器以外，还包括超级电容，超级电容的容量较大，因此，可以实现高倍率的充放电，有效平衡能源路由器的功率波动，增加直流惯量，提高能源路由器的稳定性。而且本申请实施例提供的能源路由器，由于各个变换器自动响应直流母线电压波动，各个变换器不必与上位机进行通信，因此，不存在通信延时，各个变换器可以直接通过检测直流母线电压来完成控制，能够在直流母线电压出现波动时来抑制波动。
下面结合表1和表2详细介绍本申请实施例提供的能量路由器进行并网自由控制的实现方式。分析表1可以看出，储能变换器和充电桩的控制原理类似，分析表2可以看出，光伏变换器和风电变换器的控制原理类似。
表1
表2
为了方便理解，下面先介绍表1和表2中各个参数的含义。
UDC---直流母线电压的标幺值；
UUP1，UUP2，UUP3，为设置的三个电压阈值，均为大于1的常数，且UUP1<UUP2<UUP3；
UDOWN1，UDOWN2，UDOWN3，为设置的三个电压阈值，均为小于1的常数，且UDOWN3<UDOWN2<UDOWN1；
MPPT----最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking)；
定义：电流(能量)流入能源路由器为正方向，流出为负方向；
VN---系统的额定交流电压；
FN---系统的额定交流频率；
VOFGref---AC/DC离网变换器交流电压给定；
FOFGref---AC/DC离网变换器交流频率给定；
KOFG---AC/DC离网变换器下垂系数；
POFG---AC/DC离网变换器当前功率；
PWPref---AC/DC风电变换器功率给定指令；
P’WP-MPPT---AC/DC风电变换器在稳定区域(UDOWN1<UDC<UUP1)的最大功率点；
PWP-MPPT---AC/DC风电变换器最大功率点；
KWP---AC/DC风电变换器下垂系数；
PWP-TC---总控制器(TC)下设给风电变换器的功率；
PPVref---DC/DC光伏变换器功率给定指令；
P’PV-MPPT---DC/DC光伏变换器在稳定区域(UDOWN1<UDC<UUP1)最大功率点；
PPV-MPPT---DC/DC光伏变换器最大功率点；
KPV---DC/DC光伏变换器下垂系数；
PPV-TC---总控制器(TC)下设给光伏变换器的功率；
PBATref---DC/DC储能变换器功率给定指令；
PBAT-TC---总控制器(TC)下设给储能变换器的功率，正值表示放电，负值表示充电；
KBAT---DC/DC储能变换器下垂系数；
PBAT---DC/DC储能变换器当前功率，正值表示放电，负值表示充电；
PBAT-N---DC/DC储能变换器额定功率；
PEVref---充电桩功率给定指令；
PEV-TC---总控制器(TC)下设给充电桩的功率，正值表示放电，负值表示充电；
PEV-ChgMax---电动汽车最大可充功率；
PEV-DChgMax---电动汽车最大可放功率；
KEV---充电桩下垂系数；
PEV---充电桩当前功率，正值表示放电，负值表示充电。
下面先介绍离网变换器的控制方式，本申请实施例提供的能源路由器，在偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值时，离网变换器用于按照预设电压和预设频率进行控制。即不再进行下垂控制，而是按照最大电压和最大频率进行逆变，具体可以参见表1，VOFGref＝VN+KOFG*(UUP2-1)，FOFGref＝FN+KOFG*(UUP2-1)。
在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，离网变换器用于进行电压频率下垂控制，具体包括：
VOFGref＝VN+KOFG*(UDC-UUP1)；
FOFGref＝FN+KOFG*(UDC-UUP1)；
VOFGref为离网变换器的电压给定值，FOFGref为离网变换器的频率给定值；UDC为直流母线电压，VN为预设直流电压，FN为预设频率；KOFG为离网变换器的预设下垂系数；
在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，离网变换器用于进行电压频率下垂控制，具体包括：
VOFGref＝VN-KOFG*(UDOWN1-UDC)；
FOFGref＝FN-KOFG*(UDOWN1-UDC)；
UDC-UUP1的绝对值和UDOWN1-UDC的绝对值均大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值。
下面介绍新能源变换器的控制方式，在偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器，用于进行最大功率追踪下垂控制；在偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器用于最大功率追踪下垂控制，因此，在偏离值大于等于第一电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，新能源变换器用于最大功率追踪下垂控制。
新能源变换器，进行最大功率追踪下垂控制，具体包括：
PPref＝P’P-MPPT-KP*(UDC-UUP1)；
PPref为新能源变换器的功率给定指令，P’P-MPPT为新能源变换器的最大功率点，UDC为直流母线电压，UDC-UUP1的绝对值大于等于第一电压阈值小于第三电压阈值；KP为新能源变换器的预设下垂系数。
下面介绍充放电变换器的控制方式，充放电变换器包括储能变换器和充电桩，控制原理类似，具体可以参见表1。在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，充放电变换器进行功率下垂控制，具体包括：
Pref＝PTC-K*(UDC-UUP1)；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，充放电变换器进行功率下垂控制，具体包括：
Pref＝PTC+K*(UDOWN1-UDC)；
Pref为充放电变换器的功率给定指令，PTC为总控制器下发给充放电变换器的功率；UDC为直流母线电压，K为充放电变换器的预设下垂系数；UDC-UUP1的绝对值和UDOWN1-UDC的绝对值均大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值。
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，充放电变换器通过功率下垂控制来充电，即此时一定保证给电池充电，能量从直流母线流向电池；例如，储能变换器进行功率下垂控制来充电PBATref＝PBAT-TC-KBAT*(UDC-UUP1)。充电桩进行功率下垂控制来充电PEVref＝PEV-TC-KEV*(UDC-UUP1)*PEV-ChgMax。
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，充放电变换器通过功率下垂控制来放电，此时一定保证电池放电，即能量从电池流向直流母线。
例如，储能变换器进行功率下垂控制来放电PBATref＝PBAT-TC+KBAT**(UDOWN1-UDC)。充电桩进行功率下垂控制来放电PEVref＝PEV-TC+KEV*(UDOWN1-UDC)*PEV-DChgMax。
在偏离值小于第一电压阈值时，离网变换器用于工作在额定电压和额定频率。
在偏离值小于第一电压阈值时，新能源变换器用于工作在最大功率点，即光伏变换器的最大功率点MPPT(P’PV-MPPT)，风电变换器的最大功率点MPPT(P’WP-MPPT)。
在偏离值小于第一电压阈值时，充放电变换器用于根据总控制器下发的功率进行充电或者放电。例如，储能变换器可充放(接受指令控制)PBATref＝PBAT-TC。充电桩可充放(接受指令控制)PEVref＝PEV-TC。
另外，当偏离值大于第三电压阈值时，各个变换器需要停机。
离网变换器：直流母线在UDOWN1≦UDC<UUP1范围内以额定电压和额定频率离网逆变带负载，当UUP1≦UDC<UUP2，离网变换器转入V/F下垂控制，VOFGref＝VN+KOFG*(UDC-UUP1)，FOFGref＝FN+KOFG*(UDC-UUP1),逆变电压和逆变频率给定增加，当UUP2≦UDC<UUP3，变换器转入以最大电压和最大频率进行逆变，当UDOWN2≦UDC<UDOWN1，变换器转入V/F下垂控制，VOFGref＝VN-KOFG*(UDOWN1-UDC)，FOFGref＝FN-KOFG*(UDOWN1-UDC)，逆变电压和逆变频率给定减小，当UDOWN3≦UDC<UDOWN2，变换器最小电压和最小频率逆变，其他电压范围变换器停机。逆变电压和频率升高(降低)相当于增载(降载)，直流母线电压在UDOWN3≦UDC<UUP3范围内是连续变化的，本发明采用的是增量V/F下垂控制，逆变电压给定VOFGref、逆变频率给定FOFGref也是连续变化的，避免了指令突变，可以提高系统稳定性。
AC/DC风电变换器：当UDOWN3≦UDC<UUP1风电变换器处于MPPT模式；当UUP1≦UDC<UUP3风电变换器工作在增量MPPT下垂模式，功率指令PWPref＝P’WP-MPPT-KWP*(UDC-UUP1)，当MPPT输出最大功率大于实际所需功率时(PWP-MPPT>PWPref)，按照下垂特性减少风电的输出功率为PWPref，而当MPPT输出最大功率低于实际所需功率时(PWP-MPPT<PWPref)，风电按照此时的最大功率PWP-MPPT进行输出。风电变换器的功率输出在全直流母线范围内是连续变化的，输出功率平滑无冲击，可以提高系统稳定性。
DC/DC光伏变换器：控制策略和AC/DC风电变换器策略一致，不再赘述。
DC/DC储能变换器：当UDOWN1≦UDC<UUP1时，储能变换器可以接受总控制器的充放电指令，功率指令PBATref＝PBAT-TC；当UUP1≦UDC<UUP2时，储能变换器转入增量功率下垂控制，假如PBAT-TC是正值即电池放电，功率指令PBATref＝PBAT-TC-KBAT*(UDC-UUP1)，PBATref给定值随着直流母线电压的值升高而减小，减小放电功率，PBATref减小到负值时变为充电，假如PBAT-TC是负值即充电，功率指令PBATref＝PBAT-TC-KBAT*(UDC-UUP1)，PBATref给定值随着直流母线电压的值升高而减小，增加充电功率；当UUP2≦UDC<UUP3时，储能变换器要处于充电状态，充电功率给定PBATref＝PBAT-TC-KBAT*(UDC-UUP1)，下垂系数满足PBAT-N≦KBAT*(UUP2-UUP1)，目的是为了可变的功率要大于额定值，当下垂系数太小时，则可能处于放电状态，为了保证在直流母线电压波动时，必须充电，从直流母线吸收能量，来拉低直流母线电压。
当UDOWN2≦UDC<UDOWN1，转入功率增量功率下垂控制，假如PBAT-TC是正值即电池放电，功率指令PBATref＝PBAT-TC+KBAT*(UDOWN1-UDC)，PBATref给定值随着直流母线电压的值降低而增加，增大放电功率，假如PBAT-TC是负值即电池充电，功率指令PBATref＝PBAT-TC+KBAT*(UDOWN1-UDC)，PBATref给定值随着直流母线电压的值降低而增加，减小充电功率，PBATref转为正值时即放电；当UDOWN3≦UDC<UDOWN2，储能变换器要处于放电状态，放电功率给定PBATref＝PBAT-TC+KBAT*(UDOWN1-UDC)，下垂系数满足PBAT-N≦KBAT*(UDOWN1-UDOWN2)方程，目的是为了可变的功率要大于额定值，当下垂系数太小时，则可能处于充电状态，为了保证在直流母线电压波动时，必须放电，向直流母线馈入能量，来抬升直流母线电压。
储能变换器的功率输出在全直流母线范围内是连续变化的，输出功率平滑无冲击，可以提高系统稳定性。
充电桩：控制策略和DC/DC储能变换器策略一致，在此不再赘述。
UDOWN1≦UDC<UUP1，当POG+POFG+P’WP-MPPT+P’PV-MPPT+PBAT+PEV>0，能源路由器的输入能量大于输出能量，直流母线电压升高，超级电容充电，直流母线电压在UUP1≦UDC<UUP3范围内，当POG+POFG+PWPref+PPVref+PBATref+PEVref＝0时，能源路由器的输入能量等于输出能量，能量达到新的平衡，总控制器通过通信实时的得到6个变换器的当前状态并重新修正PBAT-TC和PEV-TC下发的指令，使POG+POFG+PWPref+PPVref+PBATref+PEVref<0，能源路由器的输入能量小于输出能量，超级电容放电，直流母线电压降低，直流母线电压回到UDOWN1≦UDC<UUP1稳态区域内。
UDOWN1≦UDC<UUP1，当POG+POFG+P’WP-MPPT+P’PV-MPPT+PBAT+PEV<0，能源路由器的输入能量小于输出能量，直流母线电压降低，超级电容放电，直流母线电压在UDOWN3≦UDC<UDOWN1范围内，当POG+POFG+PWPref+PPVref+PBATref+PEVref＝0时，能源路由器的输入能量等于输出能量，能量达到新的平衡，总控制器通过通信实时的得到6个变换器的当前状态并重新修正PBAT-TC和PEV-TC下发的指令，使POG+POFG+PWPref+PPVref+PBATref+PEVref>0，能源路由器的输入能量大于输出能量，超级电容充电，直流母线电压升高，直流母线电压回到UDOWN1≦UDC<UUP1稳态区域内。
每个变换器根据直流母线电压的大小实时调节功率大小，底层调节属于快速调节，可以保证能源路由器实时稳定。另外，本申请实施例提供的能源路由器还可以总控制器下发指令，下发修正指令通过通信完成，通信存在一定的延时，总控制器下发命令属于慢速调节，可以让直流母线电压回到UDOWN1≦UDC<UUP1的稳定区域，一快一慢调节方式既可以完全适应负荷快速变化和新能源发电的间歇性，可以提高能源路由器的稳定性。
为了增加系统稳定性，变换器底层增加了增量下垂控制策略，在负载和新能源功率突变的时候，如果直流母线电压发生了偏移，通过增量下垂等控制方法使系统产生新的能量平衡，然后再通过总控制器重新分配功率，将直流母线电压恢复到稳定区域(UDOWN1<UDC<UUP1)。
增量下垂控制是在原来指令的基础上累加一个由下垂算法产生的指令，目的使指令不发生突变，减少冲击，提高整个系统的稳定性，本发明采用的功率下垂、V/F下垂、MPPT下垂都采用增量式下垂控制策略。下面举例说明，并网自由控制运行策略中，假如初始运行区域在UDOWN1<UDC<UUP1，AC/DC并网变换器运行在稳定直流母线电压模式，AC/DC离网变换器在以额定电压和频率逆变带负载，AC/DC风电变换器运行在MPPT模式(功率为P’WP-MPPT)，DC/DC光伏变换器运行在MPPT模式(功率为P’PV-MPPT)，DC/DC储能变换器运行在恒功率充放电模式，响应总控制器下发的功率指令PBAT-TC，充电桩运行在恒功率充放电模式(或停机)，响应总控制器下发的功率指令PEV-TC。
当离网变换器的负载突增，光伏和风电发电不足，并网变换器以最大功率(整流)稳定直流母线电压输出也不足以能稳定直流母线电压恒定，直流母线电压降低超级电容放电，直流母线电压到UDOWN2≦UDC<UDOWN1区域，AC/DC风电变换器和DC/DC光伏变换器运行在MPPT模式，DC/DC储能变换器运行在增量下垂控制模式，在原来功率指令PBAT-TC基础上增加由电压下垂产生的功率，即PBATref＝PBAT-TC+KBAT*(UDOWN1-UDC)，这样功率指令不会突变减少冲击，同理充电桩也运行在增量下垂控制模式，AC/DC离网逆变器运行在“增量”下垂控制模式，电压和频率根据直流母线电压等比例减小，这相当于减负荷，直流电压在达到新的平衡后，总控制器根据当前的各个变换器的功率，重新分配功率指令，让直流电压缓慢地恢复到稳定区域(UDOWN1<UDC<UUP1)。
当离网变换器的负载突减，光伏和风电发电充足，并网变换器以最大功率(逆变)稳定直流母线电压输出也不足以能稳定直流母线电压恒定，直流母线电压升高超级电容充电，直流母线电压到UUP1≦UDC<UUP2区域，AC/DC风电变换器和DC/DC光伏变换器运行在MPPT下垂模式(以风电举例说明，当MPPT输出最大功率大于实际所需功率时(PWP-MPPT>PWPref)，按照下垂特性减少风电的输出功率为PWPref；而当MPPT输出最大功率低于实际所需功率时(PWP-MPPT<PWPref)，风电按照此时的最大功率PWP-MPPT进行输出)，DC/DC储能变换器运行在增量下垂控制模式，在原来功率指令PBAT-TC基础上增加由电压下垂产生的功率，即PBATref＝PBAT-TC+KBAT*(UDOWN1-UDC)，这样功率指令不会突变减少冲击，同理充电桩也运行在增量下垂控制模式，直流电压在达到新的平衡后，总控制器根据当前的各个变换器的功率，重新分配功率指令，让直流电压缓慢地恢复到稳定区域(UDOWN1<UDC<UUP1)。
本申请实施例提供的能源路由器，在直流母线上增加超级电容，可以增加能源路由器的直流惯量，并且控制可以采用总控制器和各个变换器的主从控制，以及各个变换器的增量下垂控制，主从控制是在系统稳态层面重新分配能量，底层增量下垂是在动态上平抑系统能量变化，变换器本身可以减少突变，从而提高系统稳定性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种能源路由器，其特征在于，包括：并网变换器、离网变换器、新能源变换器、充放电变换器和超级电容；所述新能源变换器包括风电变换器和/或光伏变换器；所述充放电变换器包括储能变换器和/或充电桩；
所述并网变换器的第一端和第二端分别用于连接电网和直流母线；所述离网变换器的第一端和第二端分别用于连接负载和所述直流母线；所述新能源变换器、所述充放电变换器和所述超级电容均连接所述直流母线；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值时，所述离网变换器用于进行电压频率下垂控制，所述充放电变换器用于进行功率下垂控制，所述并网变换器用于稳定所述直流母线电压；
在所述偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压大于预设直流电压时，所述新能源变换器，用于进行最大功率追踪下垂控制；在所述偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且直流母线电压小于预设直流电压时，所述新能源变换器用于进行最大功率追踪。
2.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，在所述偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值时，所述离网变换器用于按照预设电压和预设频率进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的能源路由器，其特征在于，在所述偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且所述直流母线电压大于所述预设直流电压时，所述离网变换器用于进行电压频率下垂控制，具体包括：
VOFGref＝VN+KOFG*(UDC-UUP1)；
FOFGref＝FN+KOFG*(UDC-UUP1)；
VOFGref为所述离网变换器的电压给定值，FOFGref为所述离网变换器的频率给定值；UDC为所述直流母线电压，VN为所述预设直流电压，FN为预设频率；KOFG为所述离网变换器的预设下垂系数；
在所述偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且所述直流母线电压小于所述预设直流电压时，所述离网变换器用于进行电压频率下垂控制，具体包括：
VOFGref＝VN-KOFG*(UDOWN1-UDC)；
FOFGref＝FN-KOFG*(UDOWN1-UDC)；
UDC-UUP1的绝对值和UDOWN1-UDC的绝对值均大于等于所述第一电压阈值小于所述第二电压阈值。
4.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，在所述偏离值大于等于所述第二电压阈值小于所述第三电压阈值，且所述直流母线电压大于所述预设直流电压时，所述新能源变换器用于最大功率追踪下垂控制。
5.根据权利要求1或4所述的能源路由器，其特征在于，所述新能源变换器，进行最大功率追踪下垂控制，具体包括：
PPref＝P’P-MPPT-KP*(UDC-UUP1)；
PPref为所述新能源变换器的功率给定指令，P’P-MPPT为所述新能源变换器的最大功率点，UDC为所述直流母线电压，UDC-UUP1的绝对值大于等于所述第一电压阈值小于所述第二电压阈值；KP为所述新能源变换器的预设下垂系数。
6.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且所述直流母线电压大于所述预设直流电压时，所述充放电变换器进行功率下垂控制，具体包括：
Pref＝PTC-K*(UDC-UUP1)；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第一电压阈值小于第二电压阈值，且所述直流母线电压小于所述预设直流电压时，所述充放电变换器进行功率下垂控制，具体包括：
Pref＝PTC+K*(UDOWN1-UDC)；
Pref为所述充放电变换器的功率给定指令，PTC为总控制器下发给所述充放电变换器的功率；UDC为所述直流母线电压，K为所述充放电变换器的预设下垂系数；UDC-UUP1的绝对值和UDOWN1-UDC的绝对值均大于等于所述第一电压阈值小于所述第二电压阈值。
7.根据权利要求6所述的能源路由器，其特征在于，在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且所述直流母线电压大于所述预设直流电压时，所述充放电变换器通过功率下垂控制来充电；
在直流母线电压与预设直流电压之间的偏离值大于等于第二电压阈值小于第三电压阈值，且所述直流母线电压大于所述预设直流电压时，所述充放电变换器通过功率下垂控制来放电。
8.根据权利要求3所述的能源路由器，其特征在于，在所述偏离值小于所述第一电压阈值时，所述离网变换器用于工作在额定电压和额定频率。
9.根据权利要求5所述的能源路由器，其特征在于，在所述偏离值小于所述第一电压阈值时，所述新能源变换器用于工作在所述最大功率点。
10.根据权利要求6或7所述的能源路由器，其特征在于，在所述偏离值小于所述第一电压阈值时，所述充放电变换器用于根据所述总控制器下发的功率进行充电或者放电。
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