CN210111623U - 一种面向小型微电网的能量路由器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种面向小型微电网的能量路由器，包括：交流母线、一条直流母线、一个交直流双向变换器、储能模块、电网端口、分布式电源端口、电源负荷端口和主控制器，其特征在于，所述的交流母线为两条，所述的能量路由器还包括测量单元和开关阵列，所述的第一交流母线连接到配电网，第二交流母线连接到分布式能源，开关阵列位于两条交流母线之间，各个电源负荷端口通过开关阵列连接到第一交流母线或第二交流母线；所述的直流母线通过交直流双向变换器与第二交流母线相连，储能模块连接到直流母线。本实用新型可以在实现提高分布式能源的自我消纳、减少对电网负面影响的同时，保证有特殊电力需求的重要负荷的供电。

Description

一种面向小型微电网的能量路由器

技术领域

本实用新型涉及一种面向小型微电网的具有固态继电器开关阵列的能量路由器，属于智能电网和能源互联网技术领域。

背景技术

化石能源枯竭与气候环境危机加重促使分布式新能源大量接入电网。但是可再生能源发电装置、储能设备及各种类型的电能负载的大量接入，导致传统的电力系统设备无法满足供电形式多样性、能量多向流动和功率流的主动调控等要求，无法适应未来电力市场化的需要。而要保证在不影响大电网安全的情况下，将这些波动性很强的新能源电力尽可能多地并网，电力系统设备就亟需变革。能源互联网作为实现可再生能源接入与协调管理的方案应运而生，而能量路由器作为能源互联网的关键枢纽，可实现能量流的主动控制。

作为能源互联网主要构件的电能路由器，不但可为不同的新能源发电装置和不同类型负载提供灵活多样化的接口电气形式，还可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。与信息技术的融合使电能路由器拥有通讯和智能决策能力，可根据网络运行状态以及用户和控制中心的指令，实现对电力网络能量流的主动管理。

现有的一些专利(如CN207490531U)公开的能量路由器只有一根交流母线与一根直流母线，在分布式电源出力波动较大时，势必对电网造成震荡、电压不稳定等负面影响。而专利CN103248068A公开的一种具备多种供电方式的能量路由器，开关阵列由一个单向开关与若干双向开关构成，众多硬开关由于开关损耗大、感性关断电压尖峰大、容性开通电流尖峰大、电磁干扰严重，不适用于大功率电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的缺陷，提供一种面向小型微电网的采用固态继电器开关阵列的能量路由器，用以实现提高分布式能源的自我消纳、减少对电网负面影响的同时，保证有特殊电力需求的重要负荷的供电。本实用新型所采用的技术方案如下：

一种面向小型微电网的能量路由器，包括：交流母线、一条直流母线、一个交直流双向变换器、储能模块、电网端口、分布式电源端口、电源负荷端口和主控制器，其特征在于，所述的交流母线为两条，所述的能量路由器还包括测量单元和开关阵列，所述的第一交流母线连接到配电网，第二交流母线连接到分布式能源，开关阵列位于两条交流母线之间，各个电源负荷端口通过开关阵列连接到第一交流母线或第二交流母线；

所述的直流母线通过交直流双向变换器与第二交流母线相连，储能模块连接到直流母线。

优选地，所述的开关阵列采用过零触发型交流固态继电器，开关阵列的开关量由主控制器给定。

主控制器内置远程通讯模块，能够实现远程控制开关阵列的开关状态。

本实用新型的有益效果是，本实用新型提供的能量路由器具有双交流母线结构，再辅以软件，可以进行就地消纳，减少分布式可再生能源对电网的影响，同时保证有特殊电力需求的重要用户的电力供应；具有电网端口、分布式电源端口、负荷端口，方便多种能源形式接入，即插即用；开关阵列采用的交流固态继电器，可以避免普通开关的损耗高、电磁干扰等问题，寿命更长、更可靠，电磁兼容性更好，电磁干扰小，工作频率高。

附图说明

图1为本实用新型能量路由器的结构示意图；

图2为本实用新型能量路由器中开关阵列的结构示意图；

图3为本实用新型装置的控制策略流程图。

图4为主控制器给定开关阵列开关量的流程图。

图中，1-第一交流母线；2-第二交流母线；3-直流母线；4-交直流双向变换器；5-主开关；6-并网开关；7-电网端口；8-分布式电源端口；9-负荷端口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种面向小型微电网的能量路由器，包括：两条交流母线、一条直流母线、一个交直流双向变换器、交流固态继电器开关阵列、自身的储能模块、各种电源负荷端口、测量单元、主控制器等，其中第一交流母线连接到配电网，第二交流母线连接到分布式能源，开关阵列位于两条交流母线之间，负荷通过开关阵列可连接到第一交流母线或第二交流母线。能量路由器自身的储能模块连接到直流母线，直流母线通过交直流双向变换器与第二交流母线相连，第二交流母线由风力发电、光伏发电、储能装置等提供电力支持。测量单元将各母线的电力信息传输至主控制器，主控制器内置远程通讯模块，通过智能算法，能够实现远程控制开关阵列、主开关、并网开关等的状态。其中，能量路由器主控制器算法内包含模糊控制器，可选定风力发电出力、光伏出力、储能单元荷电状态、储能单元充放电状态、负荷功率情况、重要负荷的特殊电力需求情况为模糊控制器的输入量，并将其转换为系统可识别的模糊量，根据设定的模糊规则库，进行模糊推理，最后将推理得到的模糊量转化为控制输出。模糊控制器的输出值为能量路由器工作状态值，根据不同的工作状态值，主控制器可以通过查表给出开关阵列、主开关、并网开关等的开关状态控制值。

能量路由器中基于三相交流固态继电器的固态开关阵列如图2虚线框中所示。本实用新型采用固态继电器(SSR)构成的开关阵列，其与普通开关相比，没有机械运动，不含运动零件，是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，利用电子元器件的点、磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。图中，SSR的负输入端都接低电平。上面的固态继电器输出的一端接到第一交流母线，下面的固态继电器输出的一端接到第二交流母线。图2中示意了几种典型负荷：SSR3与SSR4之间连接的是插电式混合动力汽车；SSR5与SSR6之间连接的单相负荷；SSR7与SSR8之间连接的是三相负荷。随着负荷的增加，SSR可以相应的增加。SSR的通断控制信号由主控制器给出。因此，根据能量路由器所控制的系统的分布式电源出力与负荷功率情况、重要负荷的特殊电力需求情况，主控制器可以做出合适的控制命令让负荷由哪一条交流母线供电，减少分布式可再生能源对电网的影响。

能量路由器控制策略的流程图如图3所示。首先判断电网是否故障，如果电网故障，则此能量路由器所控制的系统进入孤岛模式，与电网隔离。否则，如果分布式电源功率如果小于最小的负荷，则第二交流母线不能为负荷供电，主控制器控制开关阵列将所有负荷接入第一交流母线。如果分布式电源功率大于所有的负荷功率，则主控制器控制开关阵列将所有负荷接入第二交流母线。如果此时储能单元的荷电状态SOC低于90，则主控制器控制主开关打开，储能单元充电；如果SOC不低于90，则主开关、并网开关闭合，盈余能量被传输到电网。如果分布式能源既不小于最小负荷，也不大于总负荷，则进入负荷匹配阶段，主开关断开，此阶段负荷由两根交流母线同时供电。

根据图2的具体实施例，其中开关阵列的开关量给定方法如图4所示。因为固态继电器的负输入端都接了低电平，则主控制器只需根据负荷需接入第一/第二交流母线，给出相应的开关阵列开关量即可。例如负荷需由电网供电，接入第一交流母线，则与负荷相接的上固态继电器正输入端置1，下固态继电器正输入端置0。若分布式能源可以满足所有负荷，则8个固态继电器中，S1、S3、S5、S7不工作，S2、S4、S6、S8工作，以使所有负荷接入第二交流母线，主控制器输出的开关阵列开关量为01010101。若分布式能源出力为0或出力几乎为0，不能满足任何负荷，则8个固态继电器中，S1、S3、S5、S7工作，S2、S4、S6、S8不工作，以使所有负荷接入第一交流母线，主控制器输出的开关阵列开关量为10101010。其他情况下，需要主控制器匹配分布式能源出力与负荷功率。如果匹配出三相负荷和单相负荷应由电网供电，插电式混合动力汽车由分布式能源供电，其他负荷此时不工作，则主控制器输出的开关阵列开关量为00011010。

Claims (3)

1.一种面向小型微电网的能量路由器，包括：交流母线、一条直流母线、一个交直流双向变换器、储能模块、电网端口、分布式电源端口、电源负荷端口和主控制器，其特征在于，所述的交流母线为两条，所述的能量路由器还包括测量单元和开关阵列，所述的第一交流母线连接到配电网，第二交流母线连接到分布式能源，开关阵列位于两条交流母线之间，各个电源负荷端口通过开关阵列连接到第一交流母线或第二交流母线；

所述的直流母线通过交直流双向变换器与第二交流母线相连，储能模块连接到直流母线。

2.根据权利要求1所述的能量路由器，其特征在于，所述的开关阵列采用过零触发型交流固态继电器，开关阵列的开关量由主控制器给定。

3.根据权利要求1所述的能量路由器，其特征在于，主控制器内置远程通讯模块，能够实现远程控制开关阵列的开关状态。

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