一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子電能變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源 路由器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 自二十世紀(jì)以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，能源消耗與日俱增，電力需求的迅 速增長(zhǎng)使得人們?cè)絹?lái)越重視可再生能源的發(fā)展，隨著電力負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的大規(guī)模 集中式供電已經(jīng)顯現(xiàn)出穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題，各個(gè)國(guó)家相繼把發(fā)展電能的研宄更多的轉(zhuǎn)向 利用清潔的可再生能源和分散的能源上，分布式發(fā)電系統(tǒng)得到快速發(fā)展，能源路由器是實(shí) 現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)的信息交換與電能共享的核心電力電子裝置，對(duì)該裝置的合理設(shè)計(jì) 可以提升分布式發(fā)電設(shè)備的性能，提高能源互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)的支撐作用。
[0003] 現(xiàn)有的以固態(tài)變壓器為核心的電力變換裝置由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)落后決定其功率容 量小，所能提供電壓等級(jí)單一，能量流動(dòng)局限大，能量形式轉(zhuǎn)換單一，且效率低下；傳統(tǒng)固態(tài) 變壓器控制方式單一，僅從控制并網(wǎng)電壓穩(wěn)定的角度出發(fā)，將固態(tài)變壓器當(dāng)作傳統(tǒng)變壓器 的簡(jiǎn)單低損耗替代，不能實(shí)現(xiàn)基于能源路由器的能源協(xié)調(diào)控制策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0006] -種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置，包括三相三電平雙向整流單元、六相 交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元、自激軟啟動(dòng)推挽式全橋DC/DC雙向變換單元、三相諧振軟開(kāi)關(guān)雙 向逆變單元、單相全橋雙向逆變單元、高壓直流母線和低壓直流母線；
[0007] 所述的三相三電平雙向整流單元的輸入端接入10KV配電網(wǎng)，三相三電平雙向整 流單元的輸出端連接高壓直流母線，自激軟啟動(dòng)推挽式全橋DC/DC雙向變換單元的輸入端 和六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的輸入端分別連接高壓直流母線，自激軟啟動(dòng)推挽式全橋 DC/DC雙向變換單元的輸出端連接直流負(fù)載、分布式直流發(fā)電設(shè)備或第一儲(chǔ)能設(shè)備，六相交 錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的輸出端分別連接低壓直流母線，三相諧振軟開(kāi)關(guān)雙向逆變單元的 輸入端和單相全橋雙向逆變單元的輸入端連接低壓直流母線，三相諧振軟開(kāi)關(guān)雙向逆變單 元的輸出端連接三相交流負(fù)載、分布式三相交流發(fā)電設(shè)備或第二儲(chǔ)能設(shè)備，單相全橋雙向 逆變單元的輸出端連接單相交流負(fù)載、分布式單相交流發(fā)電設(shè)備或第三儲(chǔ)能設(shè)備；
[0008] 所述的三相三電平雙向整流單元，用于實(shí)現(xiàn)10KV配電網(wǎng)和高壓直流電之間的相 互電力變換，實(shí)現(xiàn)其工作在整流工作模式或者逆變工作模式；
[0009] 所述的六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元，用于實(shí)現(xiàn)高壓直流電與低壓直流電之間的 相互電力變換，實(shí)現(xiàn)其工作在升壓工作模式或者降壓工作模式；
[0010] 所述的自激軟啟動(dòng)推挽式全橋DC/DC雙向變換單元，用于實(shí)現(xiàn)高壓直流電與240V 直流電壓之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)其工作在升壓工作模式或者降壓工作模式；實(shí)現(xiàn)為分布式 直流發(fā)電設(shè)備、直流負(fù)載或者第一儲(chǔ)能設(shè)備提供適當(dāng)?shù)闹绷麟妷海?br>[0011] 所述的三相諧振軟開(kāi)關(guān)雙向逆變單元，用于實(shí)現(xiàn)低壓直流電與380V、50HZ交流電 之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)其工作在整流工作模式或者逆變工作模式；
[0012] 所述的單相全橋雙向逆變單元，用于實(shí)現(xiàn)低壓直流電與220V、50HZ交流電壓之間 的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)其工作在整流工作模式或者逆變工作模式；
[0013] 所述的高壓直流母線，用于穩(wěn)定三相三電平雙向整流單元的輸出電壓、六相交錯(cuò) DC/DC雙向變換單元的輸入電壓和自激軟啟動(dòng)推挽式全橋DC/DC雙向變換單元的輸入電 壓；
[0014] 所述的低壓直流母線：用于穩(wěn)定六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的輸出電壓、三相 諧振軟開(kāi)關(guān)雙向逆變單元的輸入電壓和單相全橋雙向逆變單元的的輸入電壓。
[0015] 所述的三相三電平雙向整流單元、六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元、自激軟啟動(dòng)推 挽式全橋DC/DC雙向變換單元、三相諧振軟開(kāi)關(guān)雙向逆變單元和單相全橋雙向逆變單元均 有正向?qū)?、逆向?qū)ê筒粚?dǎo)通三種能量流動(dòng)工作模式，其中，能量從輸入端流向輸出端為 正向?qū)?，能量從輸出端流向輸入端為逆向?qū)?，沒(méi)有能量流經(jīng)為不導(dǎo)通，根據(jù)各單元能量 流動(dòng)工作模式不同，形成應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置的不同工作模式。
[0016] 所述的六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元，包括高頻逆變模塊、高頻變壓器模塊和整 流輸出模塊；
[0017] 所述的高頻逆變模塊的輸入端連接高壓直流母線，高頻逆變模塊的輸出端連接至 高頻變壓器模塊的輸入端；高頻變壓器模塊的輸出端連接整流輸出模塊的輸入端；整流輸 出模塊的輸出端連接低壓直流母線；
[0018] 所述的高頻逆變模塊，用于實(shí)現(xiàn)高壓直流電與高壓交流電相互轉(zhuǎn)換，有逆變模式 和整流模式兩種工作模式，工作在逆變模式時(shí)，用于將高壓直流電逆變?yōu)楦邏航涣麟姡还ぷ?在整流模式時(shí)，用于將高壓交流電整流為高壓直流電；
[0019] 所述的高頻變壓器模塊，用于實(shí)現(xiàn)高壓交流電與低壓交流電相互轉(zhuǎn)換；
[0020] 所述的整流輸出模塊，用于實(shí)現(xiàn)低壓交流電與低壓直流電相互轉(zhuǎn)換，有逆變模式 和整流模式兩種工作模式，工作在整流模式時(shí)，用于將低壓交流電整流為低壓直流電；工作 在逆變模式時(shí)，用于將低壓直流電逆變?yōu)榈蛪褐绷麟姟?br>[0021] 所述的六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的控制電路，包括DSP、驅(qū)動(dòng)電路、電源電路 和米樣電路；
[0022] 所述的采樣電路的輸入端分別連接高壓直流母線和低壓直流母線，采樣電路的輸 出端連接DSP的輸入端，DSP的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接 六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的高頻逆變模塊和整流輸出模塊，電源電路分別連接至DSP、 驅(qū)動(dòng)電路、米樣電路；
[0023] 所述的DSP，用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的絕緣柵雙極型晶體管 的PWM信號(hào)；
[0024] 所述的驅(qū)動(dòng)電路，用于放大DSP產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的絕緣 柵雙極型晶體管的PWM信號(hào)，控制高頻逆變模塊及整流輸出模塊的絕緣柵雙極型晶體管開(kāi) 通或者關(guān)斷；
[0025] 所述的電源電路，用于為DSP、采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路提供電能；
[0026]所述的采樣電路，用于采集高壓直流母線的電壓信號(hào)和電流信號(hào)、低壓直流母線 的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，并傳輸至DSP。
[0027]所述的六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的控制方法，包括以下步驟：
[0028] 步驟1:對(duì)六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元進(jìn)行初始化，對(duì)高壓直流母線等效電容和 低壓直流母線等效電容進(jìn)行預(yù)充電；
[0029] 步驟2:采樣電路采集高壓直流母線的電壓信號(hào)和低壓直流母線的電壓信號(hào)，并 傳輸至DSP;
[0030] 步驟3:DSP計(jì)算高壓直流母線和低壓直流母線實(shí)時(shí)流過(guò)的有功功率和無(wú)功功率， 判斷六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的能量流動(dòng)方向，并向驅(qū)動(dòng)電路輸出PWM信號(hào)，若能量由 六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的輸入端流向輸出端，則為降壓工作模式，執(zhí)行步驟4,若能 量由六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元的輸出端流向輸入端，則為升壓工作模式，執(zhí)行步驟5， 否則，若沒(méi)有能量流過(guò)六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元，則為停機(jī)模式；
[0031] 步驟4:六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元在降壓工作模式下工作，六相交錯(cuò)DC/DC雙 向變換單元的高頻逆變模塊按不同工作模態(tài)工作，整流輸出模塊處于自然整流狀態(tài)；
[0032] 步驟5:六相交錯(cuò)DC/DC雙向變換單元在升壓工作模式下工作，六相交錯(cuò)DC/DC雙 向變換單元的整流輸出模塊按不同工作模態(tài)工作，高頻逆變模塊處于自然整流狀態(tài)。
[0033]本發(fā)明的有益效果是：
[0034] 本發(fā)明中提出的一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置，能夠提供即插即用的 電能，本裝置通過(guò)電力電子變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞，與傳統(tǒng)變壓 器相比，它具有體積小、重量輕、空載損耗小、不需要絕緣油等優(yōu)點(diǎn)，不僅有變換電壓、傳遞 能量的作用，而且兼具限制故障電流、無(wú)功功率補(bǔ)償、改善電能質(zhì)量以及為各種設(shè)備提供標(biāo) 準(zhǔn)化接口等多種功能；本發(fā)明中提出的裝置前端采用三相三電平雙向整流單元與傳統(tǒng)單相 整流固態(tài)變壓器相比容量更大，輸出電能諧波更少，本裝置中提出的六相交錯(cuò)DC-DC變換 單元，區(qū)別于傳統(tǒng)變壓器，其工作在10KHZ以上的高頻部分，使得電路中變壓器的體積、重 量大大降低；同時(shí)在高頻變壓器原側(cè)采用六相交錯(cuò)的逆變電路，其每周期12個(gè)工作模態(tài)， 比傳統(tǒng)的三相逆變單元有更少的開(kāi)關(guān)動(dòng)作使得輸出電能諧波含量小電能變換效率高，開(kāi)關(guān) 損耗及電壓電流應(yīng)力??；傳統(tǒng)固態(tài)變壓器控制方式單一，僅從控制并網(wǎng)電壓穩(wěn)定的角度出 發(fā)，同時(shí)將固態(tài)變壓器當(dāng)作統(tǒng)變壓器的簡(jiǎn)單低損耗替代，不能實(shí)現(xiàn)基于固態(tài)變壓器的能源 協(xié)調(diào)控制策略；區(qū)別于傳統(tǒng)固態(tài)變壓器并網(wǎng)時(shí)，電能只從低壓直流母線處將分布式能源并 入電網(wǎng)，本裝置提出了從各能源終端將分布式電源并入電網(wǎng)，能量轉(zhuǎn)換形式更加多樣化，從 根本上實(shí)現(xiàn)了能量的雙向流動(dòng)。本裝置多單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定其能夠提供多種電壓等級(jí)電 能，滿足多種負(fù)載與儲(chǔ)能設(shè)備的需求。
【附圖說(shuō)明】
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