CN207069581U - 一种基于电力电子开关器件的电能路由器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于电力电子器件的电能路由器，其技术特点在于：包括外壳及其内部电路；所述内部电路包括交流电压/电流测量模块、直流电压/电流测量模块、控制模块、多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块、多个AC/DC变换模块、直流正负极母线、多个交流接口和多个直流接口。本实用新型既可接入负荷又可接入电源，既可接入直流电设备又可接入交流电设备，交流电设备具有几种电压等级可供选择，直流电设备也具有几种电压等级可供选择。
Description
技术领域
本实用新型属于电能路由器技术领域，尤其是基于电力电子开关器件的电能路由器。
背景技术
近些年光伏发电、风力发电、燃料电池等新能源蓬勃发展，但这些新能源具有间歇性、地域性性特点，为提高这类能源的消纳有必要增加储能设备，并将电网由集中式发电转向分布式发电以缓冲和消纳这些新能源。微电网作为一种典型的实现分布式电源与本地负荷电力自平衡和解决大电网接纳能力与分布式电源广泛接入矛盾的方案，得到越来越广泛的应用。而如何将分布式发电、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳充分整合，成为了重要的研究方向。针对此现状，借鉴Internet中交换设备的设计理念，设计能够实现能源网络互联，调度和控制的“电能路由器”越来越受到各个国家的关注。
电能路由器区别于传统的信息路由器，其集成了电力电子技术以及信息技术。在电能路由器研究方面，电能路由器在国内的研究才刚刚起步。美国国家科学基金会支持建立的北卡大学FREEDM工程研究中心提出了一种全新智能微网模型，并效仿网络中的路由器提出了“电能路由器”的概念，且进行了原型实现。他们利用电力电子技术实现对变压器的控制，路由器之间利用通信技术实现对等交互，验证了电能路由器的概念。
日本研制的电能路由器被称为“电力路由器”，可以统筹管理一定范围的地区的电力，并可通过电力路由器调度地区电力。电力路由器与现有电网及能源局域网相连，可以根据相当于互联网地址的“IP地址”识别电源及基地，由此就可进行“将A地区的风力发电电力送往B地区的电力路由器”等控制。
目前电能路由器主要有两种类型，一种是基于断路器的电能路由器，其具有造价低、结构简单的特点，但是只能实现电能的路由功能不能实现电能的变换功能，且接入设备只能为同一种电压等级；另一种是基于电力电子开关的电能路由器，该种类型电能路由器具有可接纳设备范围广的特点，既可以接入交流设备，又可接纳直流设备，但是目前该种电能路由器不具有可接入不通电压等级的功能。
经检索，未发现与本实用新型相同或相似的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电力电子开关器件的电能路由器，能够解决现有电能路由器对可接入设备电压要求高和基于断路器构成的电能路由器开关速度慢的技术问题。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于电力电子器件的电能路由器，包括外壳及其内部电路；所述内部电路包括交流电压/电流测量模块、直流电压/电流测量模块、控制模块、多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块、多个AC/DC变换模块、直流正负极母线、多个交流接口和多个直流接口；所述交流电压/电流测量模块和控制模块相连接，用于测量能源路由器交流接口处电压电流；所述直流电压/电流测量模块和控制模块相连接，用于测量能源路由器直流接口处电压电流、直流母线电压和DC/DC模块两侧直流电流电压；所述控制模块分别与多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块和多个AC/DC变换模块相连接，实现对DC/DC变换模块、DC/AC变换模块和AC/DC变换模块全控电力电子器件的通断控制功能；所述直流正负极母线与多个DC/DC变换模块的一端相连接，所述DC/DC变换模块包括三部分，第一部分的每个DC/DC变换模块的另一端均与一个直流接口相连接，所述直流接口外接直流电源或者直流用电设备；第二部分的每个DC/DC变换模块的另一端均通过一个DC/AC变换模块与一个交流接口相连接，所述交流接口外接交流电源或者交流用电设备；第三部分的每个DC/DC变换模块的另一端均通过一个AC/DC变换模块与一个交流接口相连接。
而且，所述直流正负极母线还与滤波模块相连接，用于滤除其非直流分量。
而且，所述控制模块还与通信模块相连接，用于接收外部控制信号并向通信模块输出能源路由器运行状态信息；该通信模块还通过通信接口与通信线缆相连接，用于实现电能路由器与外部控制器以及管理平台通信。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本实用新型的电能路由器既可接入负荷又可接入电源，既可接入直流电设备又可接入交流电设备，交流电设备具有几种电压等级可供选择，直流电设备也具有几种电压等级可供选择。本实用新型可解决现有电能路由器对可接入设备电压要求高的问题。
2、本实用新型主要由AC/DC转换模块、DC/AC转换模块和DC/DC转换模块全控电力电子器件构成相比基于断路器构成的电能路由器开关速度大幅提高；专利成果应用后，实现了电力能量流的控制和信息流的融合，对于信息交互、信息处理、自主组网、能量控制和分布式发电的发展起着积极促进作用。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：
一种基于电力电子器件的电能路由器，包括外壳及其内部电路；所述内部电路，如图1所示，包括外壳及其内部电路；所述内部电路包括交流电压/电流测量模块、直流电压/电流测量模块、控制模块、多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块、多个AC/DC变换模块、直流正负极母线、多个交流接口和多个直流接口；所述交流电压/电流测量模块和控制模块相连接，用于测量能源路由器交流接口处电压电流；所述直流电压/电流测量模块和控制模块相连接，用于测量能源路由器直流接口处电压电流、直流母线电压和DC/DC模块两侧直流电流电压；所述控制模块分别与多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块和多个AC/DC变换模块相连接，实现对DC/DC变换模块、DC/AC变换模块和AC/DC变换模块全控电力电子器件的通断控制功能；所述直流正负极母线与多个DC/DC变换模块的一端相连接，所述DC/DC变换模块包括三部分，第一部分的每个DC/DC变换模块的另一端均与一个直流接口相连接，所述直流接口外接直流电源或者直流用电设备；第二部分的每个DC/DC变换模块的另一端均通过一个DC/AC变换模块与一个交流接口相连接，所述交流接口外接交流电源或者交流用电设备；第三部分的每个DC/DC变换模块的另一端均通过一个AC/DC变换模块与一个交流接口相连接。
在本实施例中，所述直流正负极母线还与滤波模块相连接，用于滤除其非直流分量；即直流母线高频谐波。
在本实施例中，所述控制模块还与通信模块相连接，用于接收外部控制信号并向通信模块输出能源路由器运行状态信息；该通信模块还通过通信接口与通信线缆相连接，用于实现电能路由器和外部控制器以及管理平台通信。
下面分别对构成本发明的各个模块的作用进行详细说明
(1)交流电压/电流测量模块用于测量能源路由器交流侧端口处电压电流，该电气量用于实现电能计量及DC/AC、AC/DC控制等；
(2)直流电压/电流测量模块用于测量能源路由器直流侧端口处电压电流，该电气量用于实现直流侧电能计量及DC/DC控制等；
(3)控制模块用于实现对DC/DC、DC/AC、AC/DC变换模块全控电力电子器件的通断控制；接收通信模块信息并反馈电能路由器运行状态；
(4)通信模块用于实现电能路由器与外部控制器及管理平台通信，接收外部控制信号及反馈电能路由器运行状态；
(5)滤波模块用于滤除直流母线高频谐波，因为该电能路由器基于电力电子器件构成，因此在直流侧和交流含有电压电流谐波，需增加滤波器；
(6)通信接口用于插接通信线缆；
(7)交流接口用于与交流电源或者交流用电设备相连；
(8)直流接口用于与直流电源或者直流用电设备相连；
(9)DC/DC变换模块用于实现直流电能转换；
(10)DC/AC模块用于将直流电转换为交流电；
(11)AC/DC模块用于将交流电转换为直流电。
本实用新型的工作原理是：
直流正负极母线分别与多个DC/DC模块的一个端口相连；电能路由器的直流接口与DC/DC变换模块的另一个端口相连；AC/DC变换模块分别与DC/DC模块、交流接口相连。控制模块控制AC/DC、DC/DC模块全控电力电子器件的通断；在正负极直流母线上接滤波模块，滤除其非直流分量；控制模块与交流电压/电流测量模块、直流电压/电流测量模块、通信模块相连；通信模块与通信接口相连。
交流电气设备与电能路由器的交流接口相连；直流电气设备与电能路由器的直流接口相连；直流母线额定电压不变；通过DC/DC变换模块可使接入的直流电气设备有多种电压等级可选择；通过AC/DC模块、DC/DC模块可使接入的交流电气设备有多种电压等级可选择；控制模块接受直流电压/电流测量模块、交流电压/电流模块、通信模块信号并控制AC/DC模块、DC/DC模块全控电力电子器件的通断来实现电能变换；通信模块接受外部控制信号以及发出自身运行状态信号。
如果接入能源路由器的为交流电源，则其接入交流接口，电能先经AC/DC变换变为直流电，然后经DC/DC变换汇聚至直流母线；如果接入能源路由器的为直流电源，则其接入直流接口，电能经过DC/DC变换汇聚至直流母线；交流用电设备接入交流接口，直流母线处电能经DC/DC变换、DC/AC变换为交流用电设备供电；直流用电设备接入直流接口，直流母线处电能经DC/DC变换为直流用电设备供电。
专利成果应用后，通过自动验电及核相装置对联络开关两侧的自动核相处理，并上送配网主站判别，一方面提高了合环操作的准确性，另一方面又大幅提高了合环操作的效率，预计可将配电线路解合环操作时间缩短50％；自动验电及核相装置的运用可以减少停电进行人工核相的操作，缩短用户停电时间，直接为用户和供电公司创造经济效益和社会效益。同时，自动验电及核相装置提升了配网工程的自动化水平，提升了企业形象，使配电网的技术、管理水平更上一个新台阶。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (3)
1.一种基于电力电子器件的电能路由器，其特征在于：包括外壳及其内部电路；所述内部电路包括交流电压/电流测量模块、直流电压/电流测量模块、控制模块、多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块、多个AC/DC变换模块、直流正负极母线、多个交流接口和多个直流接口；所述交流电压/电流测量模块和控制模块相连接，用于测量能源路由器交流接口处电压电流；所述直流电压/电流测量模块和控制模块相连接，用于测量能源路由器直流接口处电压电流、直流母线电压和DC/DC模块两侧直流电流电压；所述控制模块分别与多个DC/DC变换模块、多个DC/AC变换模块和多个AC/DC变换模块相连接，实现对DC/DC变换模块、DC/AC变换模块和AC/DC变换模块全控电力电子器件的通断控制功能；所述直流正负极母线与多个DC/DC变换模块的一端相连接，所述DC/DC变换模块包括三部分，第一部分的每个DC/DC变换模块的另一端均与一个直流接口相连接，所述直流接口外接直流电源或者直流用电设备；第二部分的每个DC/DC变换模块的另一端均通过一个DC/AC变换模块与一个交流接口相连接，所述交流接口外接交流电源或者交流用电设备；第三部分的每个DC/DC变换模块的另一端均通过一个AC/DC变换模块与一个交流接口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力电子器件的电能路由器，其特征在于：所述直流正负极母线还与滤波模块相连接，用于滤除其非直流分量。
3.根据权利要求1所述的一种基于电力电子器件的电能路由器，其特征在于：所述控制模块还与通信模块相连接，用于接收外部控制信号并向通信模块输出能源路由器运行状态信息；该通信模块还通过通信接口与通信线缆相连接，用于实现电能路由器与外部控制器以及管理平台通信。
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