一种电能路由器制造技术

本发明专利技术属于智能电网中的分布式可再生电源利用领域，涉及一种电能路由器，包括控制单元、无线模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列和路由器端口。路由器端口包括电源端口和负载端口，电源端口包括市电专用电源端口和多个普通电源端口；控制单元根据通过电源信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块获取的与普通电源端口相连的电源的电能质量信息,并根据通过负载信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块获取的与负载端口相连的负载的用电特性，进行电源与负载的最优化匹配，通过开关阵列实现相匹配的各个电源与负载之间的连接或切换。本发明专利技术可以实现各种分布式电源的并网管理及与负载的最优化匹配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能电网中的分布式可再生电源利用领域，涉及一种可实现分布式电源并网管理以及与负载优化匹配的控制装置。
技术介绍
未来的智能电网中，将存在大量的分布式可再生能源(光伏、风电、燃料电池等)，用来起到节能减排、缓解市电用电高峰的作用。但是，目前在分布式能源的利用方面仍存在以下亟待解决的问题1)大量分布式可再生能源的存在使得大电网与各种分布式电源之间产生了复杂的双向潮流，对电网的运行与管理造成多方面影响；2)分布式电源由于受到地域和天气的影响，在供电能力和电能质量方面具有明显的不确定性，而现有的技术与设备不能保证这些电能得到充分利用。造成这种情况的一个重要原因在于，现有的面向可再生能源利用的技术与设备不能充分适应智能电网的要求，缺乏功能完善的智能化电气连接装置，尤其是适合普通电能用户的低压电能接入装置。这里所说的“电气连接装置”，其功能并不只是实现单纯的物理连接，而是能够对各种电气连接(包括电源与负载连接、电力设备与电网的连接)进行监控和管理。一方面，大量的分布式电能未经过IEEE 1547和IEC 61850标准所规定的“电气接入节点”就直接并网，给电网的监控和管理带来很多困难，传统保护和计量装置也因不支持双向潮流而面临淘汰；另一方面，现有的并网逆变器在信息和控制方面的功能都比较弱，导致分布式能源无法得到统一、有效的管理。为此，需要建立一个电源与负载协调运行的配电网络，实现电源与负载的匹配运行，才能够有效解决上述问题，提高可再生能源的利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种可实现分布式电源并网管理、以及分布式电源与负载优化匹配运行的控制装置(这里称之为电能路由器)，用以实现各种分布式电源的并网管理、以及与负载的最优化匹配，从而建立一个能效更高、供需更加平衡的智能化配电网络。本专利技术是通过以下技术方案加以实现的一种电能路由器，包括控制单元、无线模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列和路由器端口，其中，所述的路由器端口包括多个电源端口和多个负载端口，每一个端口具有唯一的端口号，每个电源端口可连接一个单相电源或三相电源中的一相，每个负载端口可连接一个单相负载或三相负载中的一相，所述的电源端口包括市电专用电源端口和多个普通电源端口，通过所述的开关阵列可将这些端口连接起来，连接方式为不同的普通电源端口之间不互相连接，不同的负载端口之间不互相连接，每个普通电源端口通过开关阵列可与市电专用端口相连，用于使除市电外的电源能够实现并网供电；每个电源端口通过开关阵列可与负载端口相连；对于所述的负载端口，能够实现下列的连接单相电源只能与单相负载相连，三相电源的各相必须与三相负载的各相对应连接；三相电源可与单相负载连接，但不能将所有单相负载都连接到三相电源中的某一相；所述的信号检测与电能计量模块，设置在路由器端口与开关阵列的连接处，包括多个电源信号检测与电能计量端口和多个负载信号检测与电能计量端口 ；每个电源信号检测与电能计量端口和负载信号检测与电能计量端口均包括电流检测单元、电压检测单元和电能信息处理单元，电流检测单元用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电流，电压检测单元用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电压，两个单元的检测信号被送入电能信息处理单元，电源信号检测与电能计量端口的电能信息处理单元根据输入的检测信号计算出与其相连的电源的电能质量和供电量信息，并传输给控制单元，负载信号检测与电能计量端口的电能信息处理单元根据输入的检测信号计算出与其相连的负载的用电特性和耗电量，并传输给控制单元；所述的开关阵列上的开关由控制单元控制；所述的无线模块与控制单元连接，用于实现电能路由器与连接到普通电源端口或负载端口的各个具有无线通信功能的电源及负载之间的通信； 所述的控制单元，根据通过电源信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块获取的与普通电源端口相连的电源的电能质量信息，并根据通过负载信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块获取的与负载端口相连的负载的用电特性，来进行连接到普通电源端口的电源的供电能力与连接到负载端口的负载的用电特性的匹配，通过开关阵列实现相匹配的各个电源与负载之间的连接或切换，并在电源通过电能路由器向负载供电的过程中进行用电计量。作为优选实施方式，普通电源端口或者用于连接分布式电源，或者用于连接蓄电池系统的供电端口 ；所述的负载端口或者用于连接普通的电气负载，或者用于连接蓄电池系统的充电端口 ；电能路由器还包括与控制单元连接的以太网模块，用于连接电能路由器与微电网的信息系统，以及与配备以太网模块的负载进行通信；所述的电能路由器还包括与控制单元连接的人机界面模块，用于实现各种人机交互操作。本专利技术提出的分布式电源并网优化配置装置，用以实现电源与负载的最优化匹配运行。其优点在于1)能够更加充分合理地利用再生能源，缓解市电的用电高峰；2)便于对分布式可再生能源进行有效的监控与管理，提高配电网运行的稳定性与可靠性。附图说明附图I是电能路由器的硬件结构；附图2是适用于单相电源和负载的开关阵列和信号检测与电能计量模块的结构图；附图3是信号检测与电能计量端口的结构图，及其与路由器端口和开关阵列的连接方式；附图4是可连接三相电源和负载、以及单相电源和负载的开关阵列和信号检测与电能计量模块的结构图；附图5是电能路由器的典型应用，假设电能路由器有4个电源端口和4个负载端n ；附图6是电源接入电能路由器和从电能路由器断开时控制单元的操作过程；附图7是配有无线通信模块的负载接入电能路由器和从电能路由器断开时的操作过程；附图8是未配备无线通信模块的负载接入电能路由器和从电能路由器断开时的操作过程。具体实施例方式下面结合附图作详细说明本专利技术的工作原理。本专利技术提供了一种可实现分布式电源并网管理、以及分布式电源与负载优化匹配运行的电能路由装置。 参见图1，本实施例的电能路由器的硬件包括控制单元、无线模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列和路由器端口，还包括一些无线模块、以太网模块、人机界面模块等(其中的以太网模块和人机界面模块不包含在实现本专利技术的电能路由器的必要技术特征内)。电源端口分为市电专用端口与普通电源端口，后者用于连接分布式电源或者蓄电池系统的供电端口。控制单元与无线模块、以太网模块、人机界面模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列连接，用于实现能量管理、数据传输和针对电能路由器各功能模块的监控功倉泛。路由器端口包括多个电源端口和多个负载端口，每一个端口具有唯一的端口号，每个电源端口可连接一个单相电源或三相电源中的一相，每个负载端口可连接一个单相负载或三相负载中的一相，所述的电源端口包括市电专用电源端口和多个用于连接分布式电源和蓄电池的普通电源端口，通过所述的开关阵列可将普通电源端口与市电端口连接起来，以实现分布式能源的并网发电。参见图2，信号检测与电能计量模块设置在路由器端口与开关阵列的连接处，用于对应端口的电流、电压检测和电能计量，但不影响路由器端口与开关阵列的连接。设电能路由器有N个电源端口和M个负载端口，则信号检测与电能计量模块包括N个电源信号检测与电能计量端口和M个负载信号检测与电能计量端口，各个电源信号检测与电能计量端口分别位于所对应的电源端口与开关阵列的连接处，并与控制单元相连，各个负载信号检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电能路由器，包括控制单元、无线模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列和路由器端口，其中，所述的路由器端口包括多个电源端口和多个负载端口，每一个端口具有唯一的端口号，每个电源端口可连接一个单相电源或三相电源中的一相，每个负载端口可连接一个单相负载或三相负载中的一相，所述的电源端口包括市电专用电源端口和多个普通电源端口，通过所述的开关阵列可将这些端口连接起来，连接方式为：不同的普通电源端口之间不互相连接，不同的负载端口之间不互相连接，每个普通电源端口通过开关阵列可与市电专用端口相连，用于使除市电外的电源能够实现并网供电；每个电源端口通过开关阵列可与负载端口相连；对于所述的负载端口，能够实现下列的连接：单相电源只能与单相负载相连，三相电源的各相必须与三相负载的各相对应连接；三相电源可与单相负载连接，但不能将所有单相负载都连接到三相电源中的某一相；所述的信号检测与电能计量模块，设置在路由器端口与开关阵列的连接处，包括多个电源信号检测与电能计量端口和多个负载信号检测与电能计量端口；每个电源信号检测与电能计量端口和负载信号检测与电能计量端口均包括电流检测单元、电压检测单元和电能信息处理单元，电流检测单元用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电流，电压检测单元用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电压，两个单元的检测信号被送入电能信息处理单元，电源信号检测与电能计量端口的电能信息处理单元根据输入的检测信号计算出与其相连的电源的电能质量和供电量信息，并传输给控制单元，负载信号检测与电能计量端口的电能信息处理单元根据输入的检测信号计算出与其相连的负载的用电特性和耗电量，并传输给控制单元；所述的开关阵列上的开关由控制单元控制；所述的无线模块与控制单元连接，用于实现电能路由器与连接到普通电源端口或负载端口的各个具有无线通信功能的电源及负载之间的通信；所述的控制单元，根据通过电源信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块获取的与普通电源端口相连的电源的电能质量信息,并根据通过负载信号检测与电能计量端口采集的或通过无线模块获取的与负载端口相连的负载的用电特性，来进行连接到普通电源端口的电源的供电能力与连接到负载端口的负载的用电特性的匹配，通过开关阵列实现相匹配的各个电源与负载之间的连接或切换，并在电源通过电能路由器向负载供电的过程中进行用电计量。...

【技术特征摘要】
1.一种电能路由器，包括控制单元、无线模块、信号检测与电能计量模块、开关阵列和路由器端口，其中， 所述的路由器端口包括多个电源端口和多个负载端口，每一个端口具有唯一的端口号，每个电源端口可连接一个单相电源或三相电源中的一相，每个负载端口可连接一个单相负载或三相负载中的一相，所述的电源端口包括市电专用电源端口和多个普通电源端口，通过所述的开关阵列可将这些端口连接起来，连接方式为不同的普通电源端口之间不互相连接，不同的负载端口之间不互相连接，每个普通电源端口通过开关阵列可与市电专用端口相连，用于使除市电外的电源能够实现并网供电；每个电源端口通过开关阵列可与负载端口相连；对于所述的负载端口，能够实现下列的连接单相电源只能与单相负载相连，三相电源的各相必须与三相负载的各相对应连接；三相电源可与单相负载连接，但不能将所有单相负载都连接到三相电源中的某一相； 所述的信号检测与电能计量模块，设置在路由器端口与开关阵列的连接处，包括多个电源信号检测与电能计量端口和多个负载信号检测与电能计量端口 ；每个电源信号检测与电能计量端口和负载信号检测与电能计量端口均包括电流检测单元、电压检测单元和电能信息处理单元，电流检测单元用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电流，电压检测单元用于检测与其相连的电源端口或负载端口的电压，两个单元的检测信号被送入电能信息处理单元，电源信号检测与电能计量端口的电能信息处理单元根据输入的检测信号计算出与其相连的电源的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘迎澍，李冰，杨凯新，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：