一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，涉及电力电子技术领域。本实用新型专利技术针对传统的楼宇微网配电系统结构难以有效利用分布式电源的间歇性、随机性和波动性且输出电能质量差等问题的问题，提出了在双直流母线之间设置智能开关阵列的方法来控制负载与能源的投切。本实用新型专利技术与传统的楼宇微网配电系统结构相比，能够通过对开关阵列进行控制，对用电负荷和分布式电源进行分类管理，保证了重要负荷的供电电能质量，实现UPS功能，并且当两条母线电压波动时，可以控制开关阵列，让分布式电源和直流负荷参与母线电压平衡。本实用新型专利技术改进系统运行方式，提升系统综合能效，实现分布式电源就近消纳和各种能量源的高效梯级利用。的高效梯级利用。的高效梯级利用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器


[0001]本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，涉及电力电子


技术介绍

[0002]为了应对能源危机和环境恶化，清洁环保的可再生能源在目前电力电子与计算机技术飞速发展的情况之下有了长足的发展。然而可再生能源由于其随机性、波动性和间歇性，其并入电网时带来了许多挑战。为了充分利用可再生能源，“能源互联网”的概念被提出，其核心能量路由器受到了广泛关注。
[0003]能量路由器按其结构可以分为基于固态变压器的能量路由器、基于多端口结构的能量路由器和基于电力通信线的能量路由器。其中基于固态变压器的能量路由器在区域级、楼宇级有着广泛的应用。
[0004]楼宇供电具有负荷类型多、交直流混合、电压等级多等特点。传统楼宇配电网需要大量的DC/AC、AC/DC和DC/DC变换器才能满足各种负荷供电需求，若采用能量路由器为城市建筑楼宇供电，不仅能充分利用楼顶面积，实现新能源发电就地消纳，降低弃能和传输损耗，还能降低交直流变换的损耗，实现能量灵活分配、高效利用的目标。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的拓扑结构与对应电力电子器件的控制方法，所提出的能量路由器能够允许负载或能源在不同的直流母线之间切换，提高了设备投切的灵活性以及系统运行的可靠性。
[0006]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0007]一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，包括单相AC/DC变换器、高频隔离型DC/DC变换器、三相DC/AC变换器和开关阵列，单相AC/DC变换器的AC端口与单相交流电网连接，单相AC/DC变换器的DC端口与高频隔离型DC/DC变换器的左侧相连并且提供低压直流母线；三相DC/AC变换器的AC端口与三相交流电网连接，三相DC/AC变换器的DC端口与高频隔离型DC/DC变换器的右侧相连并且提供高压直流母线，低压直流母线与高压直流母线之间设立开关阵列。
[0008]本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，所述楼宇能量路由器还包括采样单元，采样单元采集单相AC/DC变换器、高频隔离型DC/DC变换器和三相DC/AC变换器的输出电压和滤波后输出电流。
[0009]本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，所述控制器包括各变换器的电压环调节单元与电流环调节单元、高频隔离型DC/DC的功率流向控制单元、各单向/双向DC/DC变换器的电压调节单元和开关阵列选择单元。
[0010]本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，所述开关阵列用于控制连接负载的单向DC/DC变换器、连接能源的双向DC/DC变换器与直流母线的连接。
[0011]由于采用以上技术方案，本技术相比现有技术具有以下有益效果：
[0012]1)本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器与传统的楼宇微网配电系统结构相比，可提供多种电压等级、交直流混合的即插即用接口，充分促进分布式可再生清洁能源的大规模接入和负荷的灵活接入，满足源
‑
网
‑
荷协同的需求。
[0013]2)本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器与传统的楼宇微网配电系统结构相比，通过双直流母线、选择开关和双向DC/DC的协调控制，改进系统运行方式，实现对各种负荷、多种能源形式的高可靠供给，提升系统综合能效，实现分布式电源就近消纳和各种能量源的高效梯级利用。
[0014]3)本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器与传统的楼宇微网配电系统结构相比，两条直流母线存在电气隔离，当双向DC/DC变换器任何一侧出现故障均不影响另一侧。
[0015]4)本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器与传统的楼宇微网配电系统结构相比，开关阵列对用电负荷和分布式电源进行分类管理，一方面保证了重要负荷的供电电能质量，实现UPS功能；另一方面也更灵活地克服了分布式电源间歇性供电、输出电能质量差等缺点。
[0016]5)本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器与传统的楼宇微网配电系统结构相比，当两条母线电压波动时，除了通过控制中间级变换器，还可以控制开关阵列，让分布式电源和直流负荷参与母线电压平衡。
附图说明
[0017]通过以下参照附图对本技术进行描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0018]图1为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的单相AC/DC变换器图腾柱PFC的拓扑结构；
[0019]图2为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的单相AC/DC变换器的控制框图；
[0020]图3为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的三相DC/AC变换器的T
‑
NPC电路的拓扑结构；
[0021]图4为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的三相DC/AC变换器的控制框图；
[0022]图5为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的结构框图；
[0023]图6为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的控制器框图；
[0024]图7为本技术一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器的直流母线工作分区。
具体实施方式
[0025]为更好地了解本技术的技术方案，以下结合附图对本技术的工作原理和实施方式作进一步描述。以下实施例或者附图用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
[0026]实施例一：本实施例一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，其单相AC/DC变换
器需要实现能量的双向流动，其物理拓扑可以选择图腾柱PFC，PFC的桥臂侧与LCL滤波器相连接，如图1所示。单相AC/DC变换器位于逆变模式时，逆变器并网运行需要控制并网的功率，选取LCL电容电流作为反馈量，进行有源阻尼控制，通过控制LCL滤波器网侧电感电流的大小来控制并网功率，具体为：根据并网功率计算网侧电感电流期望值幅值I
reg
，采集网侧电压U
g
，经过锁相环得到其相角cosθ，并与I
reg
相乘作为指令电流I1*，将指令电流I1*与采集网侧电感电流I1作差得到误差信号ΔI1，输入至电流外环PI调节器，将电流外环PI调节器的输出与采集电容电流I
C
作差，得到的输出信号输入至电流内环PI调节器，得到占空比D；将得到的占空比D与载波进行比较，获得单相AC/DC变换器开关控制信号，开关控制信号控制单相AC/DC变换器中功率开关的通断动作。其控制流程如图2所示。
[0027]单相AC/DC变换器位于整流模式时，通过控制桥臂侧电感电流可以间接控制网侧电感电流跟踪电网电压相位，其控制方法为将采集直流测电压与指令直流电压作差之后的误差信号送入电压环PI调节器，将PI调节器的输出与采集的电网电压相角相乘作为电流内环的指令电流，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，其特征在于，所述楼宇能量路由器包括：单相AC/DC变换器、高频隔离型DC/DC变换器、三相DC/AC变换器和开关阵列，单相AC/DC变换器的AC端口与单相交流电网连接，单相AC/DC变换器的DC端口与高频隔离型DC/DC变换器的左侧相连并且提供低压直流母线；三相DC/AC变换器的AC端口与三相交流电网连接，三相DC/AC变换器的DC端口与高频隔离型DC/DC变换器的右侧相连并且提供高压直流母线，低压直流母线与高压直流母线之间设立开关阵列。2.根据权利要求1所述的一种具有智能开关阵列的楼宇能量路由器，其特征在于，所述楼宇能量路由器还包括采样单元，采样单元采集单相AC/DC变换器、高频隔离型DC/DC变换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡刚，邓靖川，王新生，高蕾，陈涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：新型
国别省市：