基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构制造技术

本实用新型专利技术为目的在于克服现有技术存的不足，提出基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，实现未来能源互联网的架构以及直流配网建设，为第三代能源路由器的诞生做准备。一种基于多端口户用型能源路由器直流环网架构，设有直流母线，由直流母线构成环网，直流环网上设置若干多端口能源路由器，间隔多端口能源路由器之间设置有分段开关。该直流母线通过DC/AC换流器连接至外部的交流母线。本实用新型专利技术直流微电网主要优势集中在：可提供定制性的高质量供电解决方案；减少了电压变换环节，减少设备投资以及运行损耗；可为直/交流微电网提供并网口，提高微电网的运行可靠性并能满足交流微电网的谐波治理、无功补偿和能量反送需求。

DC ring network architecture based on multi port household energy routers

The purpose of the utility is to overcome the shortcomings of the existing technology, and put forward the DC ring network structure based on the multi port household energy router, to realize the future energy Internet structure and the DC distribution network construction, so as to prepare for the birth of the third generation energy router. A multi port household energy router's DC ring network structure has a DC bus, which is composed of a DC bus and a multi port energy router. The interval multi port energy router is equipped with sectional switches. The DC bus is connected to the external AC busbar through the DC/AC converter. The utility model has the advantages of DC micro grid is mainly focused on: to provide high quality power supply customized solutions; reduce the voltage converter, reduce equipment investment and operation loss; for DC / AC micro grid with grid mouth, improve the operation reliability of the micro grid and can meet the harmonic control and reactive power of AC microgrid energy compensation and reverse feeding demand.

【技术实现步骤摘要】
基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构
本技术所属电力电子领域。
技术介绍
随着化石燃料的短缺、环境污染日益严重，国内对于可再生能源发电的需求逐步增大。而如典型的光伏分布式发电以及风力分布式发电具有波动性以及随机性，需要配置储能单元平抑系统波动。第一代逆变系统，为了实现光伏+储能的最小系统配置，需要光伏逆变器与储能逆变器的结合；第二代逆变系统，提出了光储一体机，可以同时接入光伏与储能单元。另一方面，随着直流负荷的日益增多，传统的交流微电网有诸多问题凸显，例如：a)直流负荷接入引起的换流损耗以及换流成本的增加；b)高渗透率、大量分布式电源、储能电站等同时接入交流系统的同步问题；c)交流并网需考虑的频率和相位问题；d)电压暂降和供电短时中断问题；e)线路中电压源换流器无功和谐波等问题。
技术实现思路
展望中的第三代逆变器系统。第三代逆变器系统被设想为多端口的能源路由器系统，除光伏、储能系统外，可以同时考虑风力发电系统，氢燃料电池。同时受能源供应形式变化的影响，电能的单向流动正向着双向流动的方式转变，而传统的第一、第二代逆变器系统无法满足供电形式多样性、能源双向流动，以及功率流的主动调控等要求本技术为目的在于克服现有技术存的不足，提出基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，实现未来能源互联网的架构以及直流配网建设，为第三代能源路由器的诞生做准备。本技术需要保护的技术方案表征为：一种基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：设有直流母线，由直流母线构成环网，直流环网上设置若干多端口能源路由器，间隔多端口能源路由器之间设置有分段开关。该直流母线通过DC/AC换流器连接至外部的交流母线。所述直流环网为低压直流环网。外部各类发电系统、储能系统可以通过所述各个多端口能源路由器接入该直流环网，同时，外部各类负载可以通过就近的多端口能源路由器获得能源，形成小型局域直流配电网。所述多端口能源路由器，包括多端口DC/DC部分、抑制直流母线波动部分、DC/AC变换侧部分、直流侧输入输出部分。所述多端口DC/DC部分为路由器的DC/DC低压侧，由多条独立支路组成，支路之间并联连接，各支路均采用非隔离型双向DC/DC变换拓扑，可直接与外部的光伏单元、风能单元、储能单元相连。所述DC/AC变换侧部分，将交流侧电网与高压侧直流母线连接，采用两电平三相半桥拓扑结构。所述抑制直流母线波动部分包括电容C4，该电容C4并联在直流母线的正、负极。所述直流侧输入输出部分，通过导线直接连接至直流环网。作为实施例技术方案，多端口DC/DC部分是由三条独立支路(#2,3,5)组成，为#2端口支路、#3端口支路、#5端口支路，每条支路配置电感及电容，其中以#2端口支路为例，每个支路结构包括一L1为回路储能电感，与所述#2端口接入储能单元串接，用于存储能量，调整输入输出的电压变比。包括一C1为回路输入侧滤波电容，与所述#2端口接入储能单元并接，用于滤除高频电流纹波，最终得到平滑的直流输出。包括由两组IGBT模块构成的支路；所述两组IGBT模块之间通过节点A连接，同时各自另一端分别连接至直流母线的正、负极；所述节点A连接至所述L1为回路储能电感的能量输出侧；每个IGBT模块反向并接一续流二极管；IGBT(VS5)反向并接续流二极管(VD5)，IGBT(VS6)反向并接续流二极管VD6，构成两组IGBT模块，所述IGBT(VS5)的集电极连接至直流母线的正极，所述IGBT(VS6)发射极连接至直流母线的负极。作为实施例技术方案，所述DC/AC变换侧部分包括依序串接的功率模块、LC滤波回路、隔离变压器、#4交流侧输出端口；通过功率模块连接至直流母线的正、负极；该功率模块包括6个IGBT(VS7-VS12)以及6个续流二极管(VD7-VD12)，所述6个IGBT为第七IGBT(VS7)、第九IGBT(VS9)、第十一IGBT(VS11)、第八IGBT(VS8)、第十IGBT(VS10)、第十二IGBT(VS12)，所述6个续流二极管为第七续流二极管(VD7)、第八续流二极管(VD8)，第九续流二极管(VD9)、第十续流二极管(VD10)，第十一续流二极管(VD11)、第十二续流二极管(VD12)：V7-V12为DC/AC部分功率开关管，每个桥臂由IGBT功率管及反并联的二极管组成，同桥臂的上下两个功率之间即上下的第七续流二极管(VD7)、第八续流二极管(VD8)，第九续流二极管(VD9)、第十续流二极管(VD10)，第十一续流二极管(VD11)、第十二续流二极管(VD12)之间存在死区时间可防止同时导通。所述第七IGBT(VS7)、第九IGBT(VS9)、第十一IGBT(VS11)的集电极连接至直流母线的正极，所述第八IGBT(VS8)、第十IGBT(VS10)、第十二IGBT(VS12)发射极连接至直流母线的负极；所述第七IGBT(VS7)、第九IGBT(VS9)、第十一IGBT(VS11)的发射极分别与所述第八IGBT(VS8)、第十IGBT(VS10)、第十二IGBT(VS12)的集电极共点。由L4与C5组成的LC滤波回路，对功率模块输出波形滤波处理使趋向正弦波，向变压器T1输出平滑的正弦波；通过#4交流侧输出端口将变压器T1输出的交流连接至公共电网或者负载。作为实施例技术方案，直流侧输入输出部分为#1端口，通过导线直接连接至直流环网。进一步拓展，将构造多端口户用型能源路由器直流环网架构经过直流传输线路与多端口户用型能源路由器直流环网架构形成互联，组成多层次的直流系统。以上基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构技术方案，由于使用多端口路由器可以最大限度的就地消纳分布式新能源，多种能源互补可以提高供电可靠性，同时由于使用低压直流环网供电，线路某一部分出现故障，可及时隔离故障部分，避免引起大规模的停电事故，在输电线损上有所降低，是一种高品质的供电模式。传统电力电子并网系统中每增加一个端口就要相应地增加功率变换器及其控制电路，系统成本较高。为了简化系统结构、降低成本，行之有效的方法就是减少系统中功率变换器的数量。为此，本技术能源路由器前级直流变换侧采用单个功率变换器取代原有的多个功率变换器，实现功率变换器的拓扑合并和功能合并。合并后的功率变换器参与多个直流母线端口之间的能量传输。输入端口与输出端口之间可实现单向或双向能量传递，能量传递可以是同时或分时的，而其它端口之间不能相互传递能量。本技术直流微电网主要优势集中在：a)可提供定制性的高质量供电解决方案；b)减少了电压变换环节，减少设备投资以及运行损耗；c)可为直/交流微电网提供并网口，提高微电网的运行可靠性并能满足交流微电网的谐波治理、无功补偿和能量反送需求。附图说明图1为本技术基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构示意图。图2为图1中能量路由器本体主结构示意图。图3为能量路由器拓扑结构。图4为由直流环网架构构建互联的广域网链接示意图。具体实施方式以下结合附图和实施方式对本技术技术方案做进一步说明。实施例1如图1所示，本实施例以4个多端口能源路由器为例构建了小型局域直流配电网，其中设有直流母线，由直流母线构成环网，直流环网上设置若干(本实施例设置四个多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：设有直流母线，由直流母线构成环网，直流环网上设置若干多端口能源路由器，间隔多端口能源路由器之间设置有分段开关，该直流母线通过DC/AC换流器连接至外部的交流母线。

【技术特征摘要】
1.一种基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：设有直流母线，由直流母线构成环网，直流环网上设置若干多端口能源路由器，间隔多端口能源路由器之间设置有分段开关，该直流母线通过DC/AC换流器连接至外部的交流母线。2.如权利要求1所述的基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：所述直流环网为低压直流环网。3.如权利要求1所述的基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：外部各类发电系统、储能系统通过所述各个多端口能源路由器接入该直流环网，同时，外部各类负载通过就近的多端口能源路由器获得能源，形成小型局域直流配电网。4.如权利要求1所述的基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：所述多端口能源路由器，包括多端口DC/DC部分、抑制直流母线波动部分、DC/AC变换侧部分、直流侧输入输出部分；所述多端口DC/DC部分为路由器的DC/DC低压侧，由多条独立支路组成，支路之间并联连接，各支路均采用非隔离型双向DC/DC变换拓扑，直接与外部的光伏单元、风能单元、储能单元相连；所述DC/AC变换侧部分，将交流侧电网与高压侧直流母线连接，采用两电平三相半桥拓扑结构；所述抑制直流母线波动部分包括电容C4，该电容C4并联在直流母线的正、负极；所述直流侧输入输出部分，通过导线直接连接至直流环网。5.如权利要求4所述的基于多端口户用型能源路由器的直流环网架构，其特征在于：多端口DC/DC部分是由三条独立支路(#2,3,5)组成，为#2端口支路、#3端口支路、#5端口支路，每条支路配置电感及电容，其中以#2端口支路为例，每个支路结构包括一L1，为回路储能电感，所述回路储能电感与所述#2端口支路接入储能单元串接；包括一C1，为回路输入侧滤波电容，所述回路输入侧滤波电容与所述#2端口接入储能单元并接；包括由两组IGBT模块构成的支路；所述两组IGBT模块之间通过节点A连接，同时各自另一端分别连接至直流母线的正、负极；所述节点A连接至所述L1为回路储能电感的能量输出侧；每个IGBT模块反向并接一续流二极管；第五IGBT(VS5)反向并接第五续流二极管(VD5)，第六IGBT(VS6)反向并接第六续流二极管VD6，构成两组IGBT模块，所述第五IGBT(VS5)的集电极连接至直流母线的正...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，侯院军，王涛，
申请(专利权)人：上海大周信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31