一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置制造方法及图纸

一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置,该能源路由器装置包括A单元：三相PWM双向整流单元；B单元：隔离型双向软开关Cuk变换单元隔离型双向软开关Cuk变换单元；C单元：双有源DC/DC变换单元；D单元：三相四线制软开关逆变单元；E单元：软开关单相全桥双向逆变单元；F单元：光伏Boost变换单元；还包括一号直流高压母线；二号直流低压母线；其中双有源DC/DC变换单元包含有密耦合高频变压器；其中各单元均能通过辅助电路或控制策略实现软开关，大大降低了能源损耗以及开关管器件的损耗。智能型分布式网络技术将分布式能源网络分成3层电网树形架构,路由器应用于配电网和微电网以完成不同的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置
本专利技术属于能源互联网应用中解决能源互联网与配电网的信息交换与电能共享的核心电力电子装置；具体涉及一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置。
技术介绍
能源是经济增长和社会发展的重要物质基础，是改变人类生活水平、提高人类生活质量的最重要源动力。快速减少的非可再生能源、日益严重的生活环境，社会的可持续发展不再仅仅依靠单一的能源形式，当今能源的多样化结构越来越明显。而人类生产生活所需求载能体形式也越来越多样化，如电能、热能、天然气、石油等。同时，随着生态和环境的约束，愈专利技术显和深刻。未来的能源可持续发展状况，目前社会对分布式能源的高效利用形式，分布式能源的利用难题是人类社会所面临的重大难题之一。综上所述能源的短缺问题，为了促进能源网络的发展，实现社会的可持续发展，能源互联网成为目前研究能源形式的热点，能源路由器作为未来能源互联网中的关键设备，在未来能源互联网中将起到举足轻重的作用。能源路由器能够实现平抑功率波动、实现电能质量管理、分布式能源的即插即用以及系统的故障隔离等一系列功用。目前，对能源路由器的功能研究，硬件拓扑结构的设计，是国内外研究能源互联网的热点和重中之重。目前现有的能源路由器由于其拓扑结构相对落后，所以其功率容量小，所能提供的电压等级相对单一，能量流动及形式局限大且效率低。传统的能源路由器控制方式单一，仅从控制并网电压稳定的角度出发，此时固态变压器的效果仅相当于低损耗的传统变压器，不能实现对于能源的协调控制；区别于传统固态变压器并网时，分布式能源只从低压直流母线处并入电网。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置，其目的是解决以往所存在的问题。技术方案：一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置，能源路由器的拓扑结构及分布式网络技术。该能源路由器装置包括A单元：三相PWM双向整流单元；B单元：隔离型双向软开关Cuk变换单元隔离型双向软开关Cuk变换单元；C单元：双有源DC/DC变换单元；D单元：三相四线制软开关逆变单元；E单元：软开关单相全桥双向逆变单元；F单元：光伏Boost变换单元；还包括一号直流高压母线；二号直流低压母线；其中双有源DC/DC变换单元包含有密耦合高频变压器；其中各单元均能通过辅助电路或控制策略实现软开关，大大降低了能源损耗以及开关管器件的损耗。智能型分布式网络技术将分布式能源网络分成3层电网树形架构，自顶向下分别为配电网层、微电网层和用户层。在该整体架构的基础上实现分布式能源系统的运行控制和通信调度。路由器应用于配电网和微电网以完成不同的功能。所述三相PWM双向整流单元输入与10KV电网母线相连接，所述一号直流高压母线与三相PWM整流输出端相连接，所述双有源DC-DC单元的输入端与一号高压直流母线相连，所述高频密耦合变压器与双有源DC-DC变换单元中间AC输出、输入相连接，所述二号直流低压母线与双有源DC-DC变换单元输出相连接；所述的三相四线制ZVS-PWM逆变器输入端与二号低压直流母线相连接，软开关单相全桥逆变单元的输入侧与二号低压直流母线相连接；三相四线制ZVS-PWM逆变器输出端与三相负载相连接；软开关单相全桥逆变单元的输出侧与单相负载相连接；所述的双向隔离型Cuk软开关变换器的输入端与二号低压直流母线相连，光伏Boost变换器的输出端与二号低压直流母线相连，双向隔离型Cuk软开关变换器的输出端与储能装置相连，光伏Boost变换器的输入端与光伏序列相连。三相PWM整流器软开关、单相全桥逆变器软开关以及三相四线制逆变器的软开关的结构设计及能源路由器的整体应用。三相PWM整流器的辅助谐振支路包括一个辅助开关管、一个谐振电感和一个箝位电容，与传统复合有源箝位整流器的区别在于箝位电容与谐振电感串联,有源开关与该串联支路并联；辅助谐振支路的作用是在主开关管需要换流之前把主开关桥臂母线电压谐振到零,为主开关创造零电压开通的条件,同时谐振电感用来抑制主开关管反并联二极管的反向恢复电流。其特点是开关管的电压应力与直流输出电压相等。单相全桥逆变器软开关，其主要特点是将辅助谐振支路与主功率开关管并联，在主功率管变换的很短一段时间间隔内，使辅助谐振电路工作，为主功率管创造零电压开关条件。L12、L14，S20,S21,S24,S25构成传统的逆变电路，谐振支路中S22和S23是谐振开关管，作用是控制谐振回路的开通关断；C12是谐振电容，作用是为主开关管创造零电压开关条件；L13是谐振电感，作用是为S22和S23创造零电流开关条件。三相四线制逆变器软开关的主要特点是母线上串联了辅助谐振之路，包含辅助开关S32、箝位电容C11和谐振电感L11。该辅助之路的作用是在某桥臂出现负荷电流需要从二极管转移到互补开关管IGBT之前把三相桥臂直流侧的电压V谐振到0，为开关管创造零电压开通条件。能源路由器的整体结构的主要特征是在整流器、DAB、逆变器单元均可通过硬件电路或软件控制实现软开关来保护开关器件的长久使用。并且在整体结构上通过双向隔离型Cuk电路与储能装置的连接，实现能源的存储和有效利用，此外，在低压直流母线上也引入了光伏能源，整体硬件结构设计实现了多端口的即插即用和能源的有效利用。所述三相PWM整流器、双有源DC-DC变换器、三相四线制ZVS-PWM逆变器、软开关单相逆变器、双向隔离型Cuk软开关变换器以及光伏Boost变换器的连接方式、能够提供的接口电压特性；所述三相PWM整流器输入接口电压为10000V、50HZ交流，输出接口电压为18KV、双有源DC-DC变换器输出接口电压为600V，双向隔离型Cuk软开关变换器输出接口电压为240V直流电，软开关单相全桥逆变器输出接口为工频50HZ，220V交流，三相四线制ZVS-PWM逆变器输出接口为工频50HZ，380V交流电。所述分布式能源系统的运行控制如下：配电网层在满足电网供电质量、供电可靠性以及安全性的要求下，采用集中控制方式下的优化调度算法，实现整个系统运行成本最小化和效益最大化，在不改变各分布式电源并网方式的基础上，提供双向可靠的电力流和信息流，使普通电力用户可以把多余电能传输至配点网，实现整体的协调优化运行和节能减排。微电网层分别有孤岛运行模式和并网运行模式。当微电网工作在孤岛运行模式时，微电网路由器与配电网路由器无任何通信，独立的协调控制各分布式能源的行为，保证对优先级较高的负载供电，且能按需求自动返回并网模式。用户层根据微电网层的运行模式采用不同的控制策略。当并网运行时，用户层主要采用PQ控制。当微电网孤岛运行时，采用V/F控制策略或下垂控制来维持微电网的正常运行。所述分布式能源系统的通信调度方法：由于分布式能源系统的分层性和分散性，其运行控制需要依赖于通信进行调度。微电网层根据电网的预测值协调微电网之间的进行，配电网运行控制器给微电网控制中心下发功率调节、发电计划、运行模式等命令。微电网作为配电网的可控单元。微电网层通过对用户端的状态检测和信息采集来协调控制功率分配。用户层的设备安装通信和控制模块，通过通信总线与微电网能源路由器相连，可以响应微电网层的指令，同时向微电网层上传终端的状态以及控制所需的数据信息。微电网层根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置，其特征在于：该能源路由器装置包括A单元：三相PWM双向整流单元；B单元：隔离型双向软开关Cuk变换单元；C单元：双有源DC/DC变换单元；D单元：三相四线制软开关逆变单元；E单元：软开关单相全桥双向逆变单元；F单元：光伏Boost变换单元；还包括一号直流高压母线；二号直流低压母线；其中双有源DC/DC变换单元包含有密耦合高频变压器；所述三相PWM双向整流单元输入与10KV电网母线相连接，所述一号直流高压母线与三相PWM整流输出端相连接，所述双有源DC‑DC单元的输入端与一号高压直流母线相连，所述二号直流低压母线与双有源DC‑DC变换单元输出相连接；所述的三相四线制ZVS‑PWM逆变器输入端与二号低压直流母线相连接，软开关单相全桥逆变单元的输入侧与二号低压直流母线相连接；三相四线制ZVS‑PWM逆变器输出端与三相负载相连接；软开关单相全桥逆变单元的输出侧与单相负载相连接；所述的双向隔离型Cuk软开关变换器的输入端与二号低压直流母线相连，光伏Boost变换器的输出端与二号低压直流母线相连，双向隔离型Cuk软开关变换器的输出端与储能装置相连，光伏Boost变换器的输入端与光伏序列相连。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置，其特征在于：该能源路由器装置包括A单元：三相PWM双向整流单元；B单元：隔离型双向软开关Cuk变换单元；C单元：双有源DC/DC变换单元；D单元：三相四线制软开关逆变单元；E单元：软开关单相全桥双向逆变单元；F单元：光伏Boost变换单元；还包括一号直流高压母线；二号直流低压母线；其中双有源DC/DC变换单元包含有密耦合高频变压器；所述三相PWM双向整流单元输入与10KV电网母线相连接，所述一号直流高压母线与三相PWM整流输出端相连接，所述双有源DC-DC单元的输入端与一号高压直流母线相连，所述二号直流低压母线与双有源DC-DC变换单元输出相连接；所述的三相四线制ZVS-PWM逆变器输入端与二号低压直流母线相连接，软开关单相全桥逆变单元的输入侧与二号低压直流母线相连接；三相四线制ZVS-PWM逆变器输出端与三相负载相连接；软开关单相全桥逆变单元的输出侧与单相负载相连接；所述的双向隔离型Cuk软开关变换器的输入端与二号低压直流母线相连，光伏Boost变换器的输出端与二号低压直流母线相连，双向隔离型Cuk软开关变换器的输出端与储能装置相连，光伏Boost变换器的输入端与光伏序列相连。2.根据权利要求1所述的应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置，其特征在于：三相PWM整流器的辅助谐振支路包括一个辅助开关管(S7)、一个谐振电感(L4)和一个箝位电容(C3)，箝位电容(C3)与谐振电感(L4)串联构成串联支路,辅助开关管(S7)与该串联支路并联；软开关单相全桥双向逆变单元的辅助谐振支路包括俩个反向连接的辅助开关管(S22)和(S23)、一个谐振电感(L13)和一个箝位电容(C12)，其中辅助开关管(S22、S23)和谐振电感(L13)串联构成一串联支路，该串联支路与箝位电容(C12)并联构成辅助谐振支路,三相四线制逆变器软开关的主要特点是母线上串联了辅助谐振之路，包含辅助开关(S32)、箝位电容(C11)和谐振电感(L11)，其中辅助开关(S32)与箝位电容(C11)串联构成串联支路，该串联支路与谐振电感(L11)并联构成辅助谐振支路,在低压直流母线上也引入了光伏能源，整体硬件结构设计实现了多端口的即插即用和能源的有效利用。3.根据权利要求1所述的应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置，其特征在于：所述三相PWM整流器、双有源DC-DC变换器、三相四线制ZVS-PWM逆变器、软开关单相逆变器、双向隔离型Cuk软开关变换器以及光伏Boost变换器的连接方式、能够提供的接口电压特性；所述三相PWM整流器输入接口电压为10000V、50HZ交流，输出接口电压为18KV、双有源DC-DC变换器输出接口电压为600V，双向隔离型Cuk软开关变换器输出接口电压为240V直流电，软开关单相全桥逆变器输出接口为工频50HZ，220V交流，三相四线制ZVS-PWM逆变器输出接口为工频50HZ，380V交流电。4.根据权利要求1所述的应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置的控制方法，其特征在于：所述分布式能源系统的运行控制如下：配电网层在满足电网供电质量、供电可靠性以及安全性的要求下，采用集中控制方式下的优化调度算法，实现整个系统运行成本最小化和效益最大化，在不改变各分布式电源并网方式的基础上，提供双向可靠的电力流和信息流，使普通电力用户可以把多余电能传输至配点网，实现整体的协调优化运行和节能减排；微电网层分别有孤岛运行模式和并网运行模式；当微电网工作在孤岛运行模式时，微电网路由器与配电网路由器无任何通信，独立的协调控制各分布式能源的行为，保证对优先级较高的负载供电，且能按需求自动返回并网模式；用户层根据微电网层的运行模式采用不同的控制策略；当并网运行时，用户层主要采用PQ控制；当微电网孤岛运行时，采用V/F控制策略或下垂控制来维持微电网的正常运行。5.根据权利要求4所述的应用于智能型分布式能源网络的能源路由器装置的控制方法，其特征在于：所述分布式能源系统的通信调...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钊，于双江，邵宝珠，王刚，孙峰，马大中，张涛，戈阳阳，李胜辉，张潇桐，董鹤楠，张冠峰，白雪，李治波，董天阳，胡林强，林森，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，东北大学，
类型：发明
国别省市：北京,11