一种基于交直流混合配用电的多端口电能交换器制造技术

本发明专利技术提供一种基于交直流混合配用电的多端口电能交换器，所述电能交换器包括：由电力电子固态模块、固态模块控制器、保护与驱动模块、监测与传感模块、内部供电模块、电能接口模块和储能模块组成的电气物理层和由智能控制模块、通信模块和上层管理与应用模块组成的电气信息层。该发明专利技术实现了配电网中分布式电源的统一并网功能的管理，构建了统一的直流和交流线路，统一的电能质量控制，统一的能量管理。

Multi port electric energy exchanger based on AC and DC mixed power matching

The invention provides a multi port power converter based on AC / DC hybrid electric, the electric energy exchanger comprises a solid-state power electronic module, controller module, solid-state drive module, protection and monitoring and sensing module, internal power module, power module and energy storage electric information layer electrical physical layer module. And by the intelligent control module, communication module and upper management and Application module. The invention realizes the unified management of the distributed power supply in the distribution network, and constructs a unified DC and AC line, a unified power quality control, a unified energy management.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电能交换器，特别涉及一种基于交直流混合配用电的多端口电能交换器。
技术介绍
随着经济社会的发展，能源生产和消费的持续增长，化石能源的大量开发和使用，导致资源紧张、环境污染、气候变暖、冰川消融、海平面上升等问题突显，严重威胁人类生存和可持续发展。随着新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化不断推进，人民生活水平不断提高，能源消费仍将持续增长，能源需求压力日益增大。全球当前面临着“能源安全”、“环境污染”、“气候变化”三重挑战，要解决好能源问题，根本出路是构建全球能源互联网，加快清洁能源替代和电能替代，实现清洁能源大规模开发、大范围配置、高效率利用，保障能源安全、清洁、高效、可持续供应。所谓能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。随着“能源互联网”的提出，以电网为核心的多种能源高效融合的新一代能源系统对配电网灵活可控、弹性坚强又提出了更高的要求；但由于风电、太阳能等绿色可再生能源发电具有间歇性、随机性的特点，所以传统的电力装备、电网结构和运行技术对于接纳越来越多的分布式可再生电源越来越力不从心，并且不同的负荷类型对电能质量和多种电能形式的定制需求也越来越强烈；因此需要提供一种方便分布式电源、储能、电动汽车接入的一体化柔性控制的交直流混合配用电的多端口电能交换器，以及其新的交直流混合配用电系统架构来更好的解决当前配电网面临的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种面向交流35kV、直流60kV以下交直流配电网电压级别的系列新型柔性控制多端口电能交换器、及其核心模块的主电路拓扑结构和以电能交换器为核心的新型交直流混合配用电系统架构。本专利技术提供一种交直流混合配用电的多端口电能交换器，包括：电气信息层和电气物理层，所述电气物理层包括：电力电子固态模块、固态模块控制器、保护与驱动模块、监测与传感模块、内部供电模块、电能接口模块和储能模块；所述电气信息层包括：智能控制模块、通信模块和上层管理与应用模块。所述电力电子固态模块通过电力电子变换器、直流链路、滤波器与电气接口连接；所述电力电子固态模块通过内部供电模块的供电，以及与保护驱动模块、监测与传感模块、固态模块控制器间的信息传递，实现对所述电气物理层驱动和控制。所述电气信息层将通信模块和电气物理层中监测与传感模块收集的信息进行处理、标准化；通过智能控制模块和上层管理与应用模块实现智能控制；通过设备内部信息总线或通信模块下发控制和管理调度指令；上层管理与应用模块实现人机界面的交互。所述电力电子固态模块包括拓扑结构分别：直流链路采用中频变压器隔离方式的电路拓扑结构a和直流链路直接采用直流隔离方式的电路拓扑结构b。所述电路拓扑结构a包括：并网级、高压直流配电级、隔离级、中低压直流配电级和交流源荷级；所述并网级经高压直流链路与隔离级相连，所述隔离级经中压直流链路与交流源荷级相连。所述并网级包括AC/DC变换器(1)；所述高压直流配电级包括高压直流电气接口、高压双向DC/DC变换器和储能模块；所述隔离级包括：依次连接的DC/AC变换器(1)、中高频变压器和AC/DC变换器(2)；所述中低压直流配电级包括中压直流电气接口、DC/DC变换器(1)、低压直流电气接口、中压双向DC/DC变换器和储能模块；所述交流源荷级包括DC/AC变换器(2)。所述电路拓扑结构b包括：并网级、隔离级、储能级、交流源荷级和中低压直流配电级。所述并网级包括三相或单相AC/DC变换器(3)；所述储能级包括DC/DC变换器(3)与储能模块；所述交流源荷级包括DC/AC变换器(3)；所述中低压直流配电级包括中压直流线路电气接口、DC/DC变换器(2)和低压直流线路电气接口，并网级经直流链路级分别与储能级和隔离级相连，隔离级经直流链路级分别与交流源荷级和中低压直流配电级相连。所述直流链路级包括由直流母线电容构成的直流链路。所述中低压直流配电级的中压直流线路电气接口直接与直流链路级相并联，提供中压直流线路；DC/DC变换器(2)直接与直流链路级并联后经直流斩波与低压直流线路电气接口相连，提供低压直流线路。一种基于所述电能交换器的新型交直流混合配用电系统，包括：电能交换器串联保护开关，经并网级与交流0.11kV～35kV三相或单相配电线路相连，电能交换器可以双向传递电能，在提供双向交流线路的同时，还可以提供多种电压等级的双向直流线路，并且统一进行分布式电源并网和电能质量控制。所述电能交换器采用电路拓扑结构a时：其并网级与交流0.11kV～35kV交流配电线路并网连接，其高压直流配电级提供相应0.15kV～60kV高压直流配电线路，方便高压直流型分布式电源、分布式储能、电动汽车、和高压直流负荷的直流并网接入，同时也可与其他电能交换器的高压直流配电级并联，不同的电能交换器互相连接的方式包括直流连接、交流连接或者两种方式都进行连接，同时，中低压直流配电级的中压接口提供0.15kV～0.8kV中压直流配电线路，方便中压直流型分布式电源、分布式储能、电动汽车、和中压直流负荷的直流并网接入，中低压直流配电级的低压接口也可提供0.005kV-0.048kV低压直流配电线路，直接给低压直流负荷提供直流用电，交流源荷级提供高质量的0.11kV～0.4kV工频三相或单相交流供电，提供相关交流型分布式电源、储能和负荷的接入；所述电能交换器采用电路拓扑结构b时：其并网级与交流0.11kV～35kV交流配电线路并网连接，由于该电路拓扑结构b的隔离级没有中高频变压器的隔离因此没有高压直流配电级，其中，中低压直流配电级的中压接口提供相应0.15kV～60kV直流配电线路，方便高压直流型分布式电源、分布式储能、电动汽车、和高压直流负荷的直流并网接入，同时也可与其他电能交换器的相应等级直流配电级并联，不同的电能交换器互相连接的方式包括直流连接、交流连接或者两种方式都进行连接，中低压直流配电级的低压接口也可提供0.005kV-0.048kV低压直流配电线路，直接给低压直流负荷提供直流用电，交流源荷级提供高质量的0.11kV～0.4kV工频三相或单相交流供电，提供相关交流型分布式电源、储能和负荷的接入；不同电压等级的交直流线路和储能可根据不同的应用场景进行选择是否进行配置。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：本专利技术提出了一种交直流混合配电的多端口电能交换器实现了分布式电源、分布式储能和电动汽车的即插即用；本专利技术提供的电能交换器的电力电子固态模块具有两种电路拓扑结构，实现了电能交换器在电气运行上的灵活配用电特点；本专利技术提供的技术方案基于该电能交换器的新型交直流混合配用电系统架构，该系统由电能交换器统一管理并网功能，统一能量管理，统一构建直流和交流线路，统一电能质量控制，从而满足对分布式电源、分布式储能和电动汽车的即插即用接入的要求，以及多种电压等级的交直流混合配用电的需求。附图说明附图1：一种基于交直流混合配电的多端口电能交换器的结构示意图；附图2：一种基于多端口电能交换器的新型交直流混合配用电系统架构；附图3：一种基于交直流混合配电的多端口电能交换器的电力电子固态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交直流混合配用电的多端口电能交换器，其特征在于，所述电能交换器包括：电气物理层和电气信息层，所述电气物理层包括：电力电子固态模块、固态模块控制器、保护与驱动模块、监测与传感模块、内部供电模块、电能接口模块和储能模块；所述电气信息层包括：智能控制模块、通信模块和上层管理与应用模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于交直流混合配用电的多端口电能交换器，其特征在于，所述电能交换器包括：电气物理层和电气信息层，所述电气物理层包括：电力电子固态模块、固态模块控制器、保护与驱动模块、监测与传感模块、内部供电模块、电能接口模块和储能模块；所述电气信息层包括：智能控制模块、通信模块和上层管理与应用模块。2.如权利要求1所述的电能交换器，其特征在于，所述电力电子固态模块通过电力电子变换器、直流链路、滤波器与电气接口连接；所述电力电子固态模块通过内部供电模块的供电，以及与保护驱动模块、监测与传感模块、固态模块控制器间的信息传递，实现对所述电气物理层驱动和控制。3.如权利要求1所述的电能交换器，其特征在于，所述电气信息层包括：对通信模块和电气物理层中监测与传感模块收集的信息进行处理、标准化；通过智能控制模块和上层管理与应用模块实现智能控制；通过设备内部信息总线或通信模块下发控制和管理调度指令；上层管理与应用模块实现人机界面的交互。4.如权利要求1所述的电能交换器，其特征在于，所述电力电子固态模块包括的拓扑结构：直流链路采用中频变压器隔离方式的电路拓扑结构a；直流链路直接采用直流隔离方式的电路拓扑结构b。5.如权利要求4所述的电能交换器，其特征在于，所述电路拓扑结构a包括：并网级、高压直流配电级、隔离级、中低压直流配电级和交流源荷级；所述并网级经高压直流链路与隔离级相连，所述隔离级经中压直流链路与交流源荷级相连。6.如权利要求5所述的电能交换器，其特征在于，所述并网级包括AC/DC 变换器(1)；所述高压直流配电级包括高压直流电气接口、高压双向DC/DC变换器和储能模块；所述隔离级包括：依次连接的DC/AC变换器(1)、中高频变压器和AC/DC变换器(2)；所述中低压直流配电级包括中压直流电气接口、DC/DC变换器(1)、低压直流电气接口、中压双向DC/DC变换器和储能模块；所述交流源荷级包括DC/AC变换器(2)。7.如权利要求4所述的电能交换器，其特征在于，所述电路拓扑结构b包括：并网级、隔离级、储能级、交流源荷级和中低压直流配电级；并网级经直流链路级分别与储能级和隔离级相连，隔离级经直流链路级分别与交流源荷级和中低压直流配电级相连。8.如权利要求7所述的电能交换器，其特征在于，所述并网级包括AC/DC变换器(3)；所述储能级包括DC/DC变换器(3)与储能模块；所述交流源荷级包括DC/AC变换器(3)；所述中低压直流配电级包括中压直流线路电气接口、DC/DC变换器(2)和低压直流线路电气接口；所述直流链路级包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：段青，盛万兴，孟晓丽，史常凯，李玉凌，李振，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11