一种多端口能量路由器及其控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种多端口能量路由器，包括不少于2个多端口模组；每个多端口模组包含有第一、第二公共端口，以及不少一个其余端口，第一公共端口为直流端口，连接直流母线或悬空；第二公共端口连接交流母线或直流母线，所有其余端口可以根据实际使用需求进行定制。此种结构可提供具有分布式特性的多端口供电方案，满足各种不同电压等级电能形式的应用，并能较好地解决现有技术中存在的电压均衡问题。本发明专利技术还公开一种多端口能量路由器的控制系统及控制方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种多端口能量路由器及其控制系统和控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子应用领域，涉及交直流配网、双向变换器和能量路由器，特别涉及一种含有多个端口的能量路由器及其控制系统和控制方法。

技术介绍

[0002]能量路由器作为未来交直流配电网一种用于实现电力系统电能交换的设备，对实现不同电能形式配电系统的优化运行，具有重要的作用和意义。能量路由器的核心是电力电子变压器，它是一种基于电力电子技术设计的，可以实现潮流分配、电压改善、电网监控和故障隔离等功能的智能设备。根据中/高压电能形式，电力电子变压器还分为交流电力电子变压器和直流电力电子变压器，其中，直流电力电子变压器也简称直流变压器。
[0003]在电力系统中，为实现中/高压至低压的变换，受开关管器件应力和成本的影响，电力电子变压器多采用多个模组输入串联输出并联的结构，即ISOP结构实现，此时电力电子变压器仅为两端口变换器，低压侧电压仅构成一种电压形式的电能接口，连接低压直流母线。
[0004]为使能量路由器输出获得更多电压等级和形式的电能，如常用的三相380V交流电、375V直流电、220V直流二次电源、110V直流二次电源等，能量路由器除配备一台ISOP结构的电力电子变压器外，还需要再在低压直流母线上设置额外的DC/DC、DC/AC等变换器设备。这些额外设置的DC/DC或DC/AC设备，一般都含有自己的启动电路、隔离断路器、霍尔检测等设备，为降低系统复杂性和成本，一般也只能设置有限数目的DC/DC和DC/AC设备，导致能量路由器仅有有限的输出端口，供电形式较集中。
[0005]同时，外置DC/DC或DC/AC设备，仍然会再次构建一条相应电压等级的直流或交流母线，当系统中有光伏、风电、储能和其他一些基于开关电源的低压电器设备时，这些设备一般还会进一步增加相应的DC/DC或DC/AC设备才能接入系统。这一概念限制了现有分布式供电系统的应用意义，不利于储能和可再生能源等设备对配电系统的接入。
[0006]另一方面，已有中国专利CN201710544441提出一种链式多端口并网接口装置，该装置可以将中/高压母线变换为多个不同电压等级和电能形式的端口，但该方案存在一个固有的缺陷，即无法解决不同端口之间功率的均衡问题，导致当各个端口存在供电功率不均情况时，前端链接的各个模块电压存在不均衡现象，甚至会使部分模组掉电等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的，在于提供一种多端口能量路由器及其控制系统和控制方法，一方面，针对传统能量路由器以ISOP结构的电力电子变压器为核心并外置部分DC/DC和DC/AC设备时，导致其所构建的能量路由器系统设置的供电端口较集中的问题，本专利技术可以提供具有分布式特性的多端口供电方案，满足各种不同电压等级电能形式的应用；另一方面，针对现有专利技术中存在的电压均衡问题，能够较好地解决该问题，使本专利技术的实施方案更加有应用价值。
[0008]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0009]一种多端口能量路由器，包括N个多端口模组，N为大于等于2的整数；
[0010]每个多端口模组至少包含一个第一功率模块、一个第二功率模块和一个电气隔离环节，其中，第一功率模块至少包含两个端口，其中一个是交流端口；第二功率模块至少包含一个直流端口和一个交流端口，所述直流端口包含一个直流正极和一个直流负极，且该直流端口作为所述多端口模组的第一端口；电气隔离环节至少包含两个端口，且电气隔离环节的所有端口之间具备电气隔离功能；；第一功率模块的交流端口连接电气隔离环节的第一端口，第一功率模块的另一个端口作为所述多端口模组的第二端口；第二功率模块的交流端口连接电气隔离环节的第二端口；第一、第二功率模块的其余端口分别作为多端口模组的第三端口、第四端口、
……
；
[0011]所有N个多端口模组的第一端口的正极连接在同一点，负极连接在另一点，该两点构成多端口能量路由器的第一公共端口；所述N个多端口模组的第二端口依次串联或并联连接，构成多端口能量路由器的第二公共端口；所述N个多端口模组的第三端口、第四端口、
……
共同构成多端口能量路由器的其余端口。
[0012]上述第二端口与所在多端口模组的其余所有端口之间均连接电气隔离环节。
[0013]上述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部直流母线；所述多端口能量路由器的其余端口分别连接其他类型设备或悬空。
[0014]上述N个多端口模组的第二端口分为两组，每组依次串联或并联连接，形成两条链节，两条链节采用真双极连接，构成多端口能量路由器的第二公共端口；所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部为真双极形式的直流母线，其余端口分别连接其他类型设备或悬空。
[0015]上述N个多端口模组的第二端口分为三组，每组依次串联或并联连接，形成三条链节，三条链节采用星型连接，构成多端口能量路由器基于星型连接的第二公共端口；所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部星型连接的三相交流母线，其余端口分别连接其他类型设备或悬空。
[0016]上述N个多端口模组的第二端口分为三组，每组依次串联或并联连接，形成三条链节，三条链节采用角型连接，构成多端口能量路由器基于角型连接的第二公共端口；所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部角型连接的三相交流母线，其余端口分别连接其他类型设备或悬空。
[0017]上述第一功率模块采用一个全桥电路实现。
[0018]上述第一功率模块采用半桥电路和全桥电路通过直流电容级联实现。
[0019]上述第一功率模块采用两个全桥电路通过直流电容级联实现。
[0020]上述第二功率模块至少包含一个全桥电路和一个DC/AC变换器，其中，全桥电路两个桥臂中点引出构成该第二功率模块的交流端口；全桥电路的桥臂两端构成第二功率模块的直流端口，即所述多端口模组的第一端口；DC/AC变换器的DC端口连接所述全桥电路的直流端口，AC端口构成第二功率模块的第三个端口，即所述多端口模组的第三端口。
[0021]上述第二功率模块至少包含一个全桥电路和一个DC/DC变换器，其中，全桥电路两个桥臂中点引出构成该第二功率模块的交流端口；全桥电路的桥臂两端构成第二功率模块的直流端口，即所述多端口模组的第一端口；DC/DC变换器的一个DC端口连接前述全桥电路
的直流端口，另一个DC端口构成第二功率模块的第三个端口，即所述多端口模组的第三端口。
[0022]上述第二功率模块仅包含一个全桥电路，其中，全桥电路两个桥臂中点引出构成第二功率模块的交流端口；直流电容两端构成第二功率模块的直流端口，即所述多端口模组的第一端口；将两个桥臂中点再次引出分别连接平波电抗器后并联，与桥臂两端中的任意一端，构成DC/DC变换器的另一个DC端口。
[0023]上述电气隔离环节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口能量路由器，其特征在于：包括N个多端口模组，N为大于等于2的整数；每个多端口模组至少包含一个第一功率模块、一个第二功率模块和一个电气隔离环节，其中，第一功率模块至少包含两个端口，其中一个是交流端口；第二功率模块至少包含一个直流端口和一个交流端口，所述直流端口包含一个直流正极和一个直流负极，且该直流端口作为所述多端口模组的第一端口；电气隔离环节至少包含两个端口，且电气隔离环节的所有端口之间具备电气隔离功能；第一功率模块的交流端口连接电气隔离环节的第一端口，第一功率模块的另一个端口作为所述多端口模组的第二端口；第二功率模块的交流端口连接电气隔离环节的第二端口；第一、第二功率模块的其余端口分别作为多端口模组的第三端口、第四端口、
……
；所有N个多端口模组的第一端口的正极连接在同一点，负极连接在另一点，该两点构成多端口能量路由器的第一公共端口；所述N个多端口模组的第二端口依次串联或并联连接，构成多端口能量路由器的第二公共端口；所述N个多端口模组的第三端口、第四端口、
……
共同构成多端口能量路由器的其余端口。2.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述第二端口与所在多端口模组的其余所有端口之间均连接电气隔离环节。3.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部直流母线；所述多端口能量路由器的其余端口分别连接其他类型设备或悬空。4.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述N个多端口模组的第二端口分为两组，每组依次串联或并联连接，形成两条链节，两条链节采用真双极连接，构成多端口能量路由器的第二公共端口；所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部为真双极形式的直流母线，其余端口分别连接其他类型设备或悬空。5.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述N个多端口模组的第二端口分为三组，每组依次串联或并联连接，形成三条链节，三条链节采用星型连接，构成多端口能量路由器基于星型连接的第二公共端口；所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部星型连接的三相交流母线，其余端口分别连接其他类型设备或悬空。6.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述N个多端口模组的第二端口分为三组，每组依次串联或并联连接，形成三条链节，三条链节采用角型连接，构成多端口能量路由器基于角型连接的第二公共端口；所述多端口能量路由器的第一公共端口悬空或连接外部直流母线，第二公共端口连接外部角型连接的三相交流母线，其余端口分别连接其他类型设备或悬空。7.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述第一功率模块采用一个全桥电路实现。8.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述第一功率模块采用半桥电路和全桥电路通过直流电容级联实现。9.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述第一功率模块采用两个全桥电路通过直流电容级联实现。
10.如权利要求1所述的一种多端口能量路由器，其特征在于：所述第二功率模块至少包含一个全桥电路和一个DC/AC变换器，其中，全桥电路两个桥臂中点引出构成该第二功率模块的交流端口；全桥电路的桥臂两端构成第二功率模块的直流端口，即所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晨，张中锋，王宇，谢晔源，田杰，李海英，祁琦，葛健，曹冬明，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：