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1. WO2021027441 - ROUTEUR D'ÉNERGIE MULTIPORT, ET SYSTÈME DE COMMANDE ET PROCÉDÉ DE COMMANDE ASSOCIÉS

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110  

权利要求书

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附图

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说明书

发明名称 : 一种多端口能量路由器及其控制系统和控制方法

技术领域

[0001]
本发明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。

背景技术

[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。
[0007]
发明内容
[0008]
本发明的目的,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,本发明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,使本发明的实施方案更加有应用价值。
[0009]
为了达成上述目的,本发明的解决方案是:
[0010]
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;
[0011]
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、……;
[0012]
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。
[0013]
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。
[0014]
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。
[0015]
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。
[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。
[0017]
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。
[0018]
上述第一功率模块采用一个全桥电路实现。
[0019]
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。
[0020]
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。
[0021]
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。
[0022]
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。
[0023]
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。
[0024]
上述电气隔离环节采用至少含有两个绕组的隔离变压器,定义为第一绕组和第二绕组……,即该隔离变压器的第一端口即为第一绕组,第二端口即为第二绕组……。
[0025]
上述多端口模组还包含一个旁路开关;旁路开关并联连接所有多端口模组的第二端口。
[0026]
上述多端口模组还包含一个熔断器,熔断器串联连接所有多端口模组的第一端口。
[0027]
如前所述的一种多端口能量路由器的控制系统,包含控制装置,以及与每个多端口模组所对应的至少一个控制器和至少一个通信接口;控制装置包含不少于多端口模组通信接口总数目的通信接口;多端口模组的控制器与控制装置通过两侧的通信接口交互数据;控制器用于采集所对应多端口模组的参数,并送入控制装置,控制装置根据控制器采集的参数产生控制指令下发至各控制器。
[0028]
基于如前所述的一种多端口能量路由器的控制系统的控制方法,多端口能量路由器通过如下步骤控制第一公共端口和第二公共端口工作:
[0029]
步骤a1,控制器实时检测多端口能量路由器的第一、第二公共端口的电流和电压;
[0030]
步骤a2,控制器将检测数据通过通信接口传递至控制装置;
[0031]
步骤a3,控制装置对检测数据进行计算,产生各个多端口模组的控制调节量,并通过通信接口下发至所有多端口模组的控制器;
[0032]
步骤a4,多端口模组的控制器根据下发的控制调节量,控制所对应多端口模组第一端口和第二端口的电压和电流。
[0033]
基于如前所述的一种多端口能量路由器的控制系统的控制方法,多端口能量路由器通过如下步骤控制其余端口的工作:
[0034]
步骤b1,控制装置对多端口能量路由器的所有其余端口额定电压和电流参考,分别进行定值整定,并且使各个端口的功率不超过所在多端口模组的额定功率;
[0035]
步骤b2,控制装置将整定参数下发至所有多端口模组的控制器;
[0036]
步骤b3,各个多端口模组的控制器实时检测对应多端口模组其余端口的电流和电压;
[0037]
步骤b4,各个多端口模组的控制器对检测的电流和电压数据进行计算,并根据控制装置下发的整定参数,产生相应控制调节量;
[0038]
步骤b5,多端口模组通过生成的调节控制量,控制其余端口电压和电流;
[0039]
步骤b6,多端口模组将其余端口电压和电流数据,通过通信接口上传至控制装置。
[0040]
采用上述方案后,本发明提供的多端口能量路由器,由不少于2个多端口模组组成。组成后的多端口能量路由器,包含两个公共端口,定义为第一公共端口和第二公共端口,以及不少于一个的其他端口。本发明的多端口能量路由器,根据多端口模组组成方式,第一公共端口为直流端口连接直流母线,也可以悬空;第二公共端口连接交流母线或直流母线;其余所有端口可以根据实际使用需求进行定制,输出各种不同电压等级的交流或直流电压,满足不同实际使用需求。本发明还涉及一套控制方法,可以根据所定制的端口电压电流需求,对该端口进行必要的功率和电压调节。
[0041]
本发明的有益效果是:
[0042]
(1)相比现有传统以ISOP结构的电力电子变压器为核心并外置部分DC/DC和DC/AC设备的能量路由器,本发明的能量路由器能够提供供电形式和电压等级更加灵活多样的供电端口,使的能量路由器整体系统更加集中;
[0043]
(2)相比现有传统以ISOP结构的电力电子变压器为核心并外置部分DC/DC 和DC/AC设备的能量路由器,本发明的能量路由器可以减少传统方案后级所建立的直流或交流母线分级数目,减少所连接设备的能量变换环节,提升整体系统运行效率。
[0044]
(3)本发明提出的能量路由器,能够提供控制相互独立的变换端口,具有明显的分布式供电特征,即能够为光伏、风电和储能等可再生能源设备以及基于开关电源类的用电设备提供单独的控制方案。
[0045]
(4)相比现有专利技术方案,本发明不存在链式结构应用中的电压均衡问题,从而可以较好地直接连接现有的如数千伏以上中高压交直流母线。

附图说明

[0046]
图1是本发明提出的一种多端口能量路由器的结构示意图;
[0047]
图2是多端口模组第二端口串联连接的多端口能量路由器结构示意图;
[0048]
图3是连接真双极直流母线的多端口能量路由器结构示意图;
[0049]
图4是连接星型三相交流母线的多端口能量路由器结构示意图;
[0050]
图5是连接角型三相交流母线的多端口能量路由器结构示意图;
[0051]
图6是全桥电路结构示意图;
[0052]
图7是半桥电路级联全桥电路结构示意图;
[0053]
图8是两个全桥电路级联结构示意图;
[0054]
图9是全桥电路级联AC/DC电路的第二功率模块结构示意图;
[0055]
图11是I型全桥电路级联DC/DC电路的第二功率模块结构示意图;
[0056]
图12是Ⅱ型全桥电路级联多DC/DC电路的第二功率模块结构示意图;
[0057]
图10是仅含一个全桥电路的第二功率模块结构示意图;
[0058]
图13是含有旁路开关和熔断器的多端口模组示意图;
[0059]
图14是多端口能量路由器含控制装置的控制策略示意图;
[0060]
图15是用于中高压直流系统的多端口能量路由器应用实例图;
[0061]
图16是用于中高压交流系统的多端口能量路由器应用实例图;
[0062]
图17是多端口能量路由器包含端口数目不同的多端口模组一种应用实例图。

具体实施方式

[0063]
本发明提供一种多端口能量路由器及其控制系统和控制方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0064]
应当理解,此处所描述的具体实施仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0065]
所述多端口能量路由器,由N个多端口模组组成,N为大于等于2的整数;每个多端口模组至少包含三个端口,其中,至少一个端口为直流端口,即该端口包含一个直流正极和一个直流负极,定义该直流端口为该多端口模组的第一端口;每个多端口模组还至少包含一个端口与第一端口之间具有电气隔离环节的端口,定义该端口为第二端口;每个多端口模组的其余端口,按顺序依次定义为第三端口、第四端口……第M端口;所有N个多端口模组第一端口的正极连接在同一点,负极连接在另一点,该两点构成所述多端口能量路由器的第一公共端口;所有多端口模组的其余端口共同构成所述多端口能量路由器的其余端口;
[0066]
如图1所示,为一种多端口能量路由器的结构示意图,组件100~N00是N个多端口模组,组件10表示电气隔离环节,组件103和104分别为直流端口的正极和负极,即组件103和104构成第一端口,所有多端口模组的第一端口并联,即组件103和104也构成了多端口能量路由器的第一公共端口;组件101和102是与直流端口具备电气隔离环节的端口,即第二端口;组件105和106……10(m+m-1)和10(m+m),是其余端口,按顺序定义为第三端口……第M端口;
[0067]
所述多端口能量路由器的多端口模组中,第二端口与该多端口模组的其余所有端口之间具有电气隔离环节;如图1所示,当组件10(m+2)至组件10(m+m)不存在时,则由组件101和102构成端口与其余所有端口均具有电气隔离环节;
[0068]
所述多端口能量路由器的多端口模组的第二端口依次串联或并联连接,构成所述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直流母线;其余端口分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备或悬空;
[0069]
如图2所示,以所有多端口模组仅有三个端口为例,其第二端口与所有端口均具备电气隔离功能;将所有多端口模组的第二端口串联,形成组件2a和2b,可以构成所述多端口能量路由器的第二公共端口;同理,将所有多端口模组的第 二端口并联,亦可构成所述多端口能量路由器的第二公共端口;第二公共端口可连接外部单相交流母线或伪双极形式的直流母线;第一公共端口可以连接外部直流母线,或悬空处理;其余端口根据不同应用需求,分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备。
[0070]
所述多端口能量路由器的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,构成所述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;其余端口分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备或悬空;
[0071]
如图3所示,以所有多端口模组仅有三个端口为例,其第二端口与所有端口均具备电气隔离功能;将所有多端口模组的第二端口分为两组,每组依次串联,形成组件3a、3b和3c,可以构成具有真双极连接方式的多端口能量路由器的第二公共端口;同理,将所有多端口模组的第二端口分为两组,每组并联连接,亦可构成具有真双极连接方式的所述多端口能量路由器的第二公共端口;第二公共端口连接外部具有真双极连接方式的直流母线;第一公共端口可以连接外部直流母线,或悬空处理;其余端口根据不同应用需求,分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备。
[0072]
所述多端口能量路由器的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,构成所述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;其余端口分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备或悬空;
[0073]
如图4所示,以所有多端口模组仅有三个端口为例,其第二端口与所有端口均具备电气隔离功能;将所有多端口模组的第二端口分为三组,每组依次串联,形成组件4a、4b、4c、4d、4e和4f,将组件4d、4e和4f连接在一点,可以构成具有星型连接方式的多端口能量路由器的第二公共端口;同理,将所有多端口模组的第二端口分为三组,每组并联连接,亦可构成具有星型连接方式的所述多端口能量路由器的第二公共端口;第二公共端口连接外部具有星型连接方式的三 相交流母线;第一公共端口可以连接外部直流母线,或悬空处理;其余端口根据不同应用需求,分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备。
[0074]
所述多端口能量路由器的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,构成所述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;其余端口分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备或悬空;
[0075]
如图5所示,以所有多端口模组仅有三个端口为例,其第二端口与所有端口均具备电气隔离功能;将所有多端口模组的第二端口分为三组,每组依次串联,形成组件5a、5b、5c、5d、5e和5f,将组件5a至5f依次首尾相连,可以构成具有角型连接方式的多端口能量路由器的第二公共端口;同理,将所有多端口模组的第二端口分为三组,每组并联连接,亦可构成具有角型连接方式的所述多端口能量路由器的第二公共端口;第二公共端口连接外部具有角型连接方式的三相交流母线;第一公共端口可以连接外部直流母线,或悬空处理;其余端口根据不同应用需求,分别连接光伏、风电、储能、开关电源等其他类型设备。
[0076]
所述多端口能量路由器的多端口模组,至少包含一个第一功率模块、一个第二功率模块和一个隔离变压器;其中,第一个功率模块至少包含一个交流端口,而第二功率模块至少包含一个直流端口和一个交流端口,且该直流端口即为所述多端口模组的第一端口,隔离变压器至少包含两个绕组;第一个功率模块的交流端口连接隔离变压器的一个绕组,另一个端口即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隔离变压器的一个绕组,与前述第一功率模块所连接绕组非同一个绕组;
[0077]
如图2所示,组件1a1为隔离变压器即图1中的组件10内部组成部件,组件1a2为第一功率模块,组件1a3为第二功率模块;
[0078]
所述多端口模组的第一功率模块,采用一个全桥电路实现;如图6所示,为全桥电路示意图,其中组件6a为全桥电路;
[0079]
所述多端口模组的第一功率模块,采用半桥电路和全桥电路通过直流电容级联实现;如图7所示为半桥级联全桥电路示意图,其中组件7a为半桥电路,组 件7b全桥电路;
[0080]
所述多端口模组的第一功率模块,采用两个全桥电路通过直流电容级联实现;如图8所示,为两个全桥电路级联示意图,其中组件8a和8b均为全桥电路;
[0081]
所述多端口模组的第二功率模块,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端口连接前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;
[0082]
如图9所示为全桥电路级联DC/AC电路结构示意图,其中组件9a为全桥电路,组件9b为多桥臂桥式电路构建的DC/AC电路;根据所连接桥臂数目的不同,可以连接单相、三相三线或三相四线制的交流系统;
[0083]
所述多端口模组的第二功率模块,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;
[0084]
如图10和图11所示,为两种全桥电路级联DC/DC电路结构示意图,定义图10所示电路为I型全桥电路级联DC/DC电路的第二功率模块,定义图11所示电路为Ⅱ型全桥电路级联DC/DC电路的第二功率模块。
[0085]
图10中,组件10a是全桥电路,组件10b为多个桥臂桥式电路构建的DC/DC电路;根据接地点的不同,图中组件10c和组件10d,以及组件10e和组件10d均可构成一个DC/DC端口;
[0086]
图11中,组件11a是全桥电路,组件11b为多个桥臂桥式电路构建的DC/DC电路,其中组件11c和11d,构成一个DC/DC端口;
[0087]
所述多端口模组的第二功率模块,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;如图12所示为通过一个全桥电路构建的第二功率模块,其中组件12a为全桥电路,组件12b和12c构成交流端口,根据接地点的不同,组件12d和12e或组件12f和12e可选取其一构成一个DC/DC端口,组件12g和12h构成直流端口,即所在多端口模组的第一端口;
[0088]
所述多端口能量路由器的多端口模组,还包含一个旁路开关;旁路开关并联连接所有多端口模组的第二端口;
[0089]
所述多端口能量路由器的多端口模组,还包含一个熔断器;熔断器串联连接所有多端口模组的第一端口;
[0090]
如图13所示,为一个多端口模组结构示意图,其中,组件1a6为旁路开关,组件1a7为熔断器;
[0091]
所述多端口能量路由器还包含一套控制装置,同时每个多端口模组的均包含至少一个控制器和至少一个通信接口;控制装置包含不少于多端口模组通信接口总数目的通信接口;多端口模组的控制器与控制装置通过两侧的通信接口交互数据;
[0092]
本发明提供的一种多端口能量路由器的控制方法,多端口能量路由器通过如下步骤控制第一公共端口和第二公共端口工作:
[0093]
步骤1:由多端口模组的控制器,实时检测多端口能量路由器的第二公共端口的电流和电压;
[0094]
步骤2:由多端口模组的控制器,实时检测多端口能量路由器的第一公共端口的电流和电压;
[0095]
步骤3:多端口模组的控制器将检测数据,通过通信接口传递值控制装置;
[0096]
步骤4:控制装置对数据进行计算,产生各个多端口模组的控制调节量,并通过通信接口下发至所有多端口模组的控制器;
[0097]
步骤5:多端口模组的控制器根据下发的调节量,控制模组第一端口和第二端口的电压和电流,即控制多端口能量路由器的第一公共端口和第二公共端口运行;
[0098]
多端口能量路由器通过如下步骤控制其余端口的工作:
[0099]
步骤1:由控制装置对所有多端口能量路由器的其余端口额定电压和电流参 考,分别进行定值整定,并且各个端口的功率,不超过所在多端口模组的额定功率;
[0100]
步骤2:控制装置将整定参数下发至所有多端口模组的控制器;
[0101]
步骤3:由各个多端口模组的控制器,实时检测对应多端口模组其余端口的电流和电压;
[0102]
步骤4:由各个多端口模组的控制器,对检测的电流和电压数据进行计算,并根据控制装置下发的整定参数,产生相应控制调节量;
[0103]
步骤5:多端口模组通过生成的调节控制量,控制其余端口电压和电流;
[0104]
步骤6;多端口模组将其余端口电压和电流数据,通过通信接口上传至控制装置;
[0105]
如图14所示,组件14t表示控制装置,组件14t1~组件14tk表示控制装置的通信接口,组件1a6表示多端口模组100的通信接口,组件1a7表示多端口模组100的控制器,组件14tc1表示控制装置与多端口模组100的通信路径;同理,组件14t2~组件14tk与所有多端口模组均有通信路径;组件1a7控制器获其余端口的电压、电流信息,通过通信端口上传至控制装置;控制装置,实时检测,多端口能量路由器的第一公共端口和第二公共端口的电压、电流信息,对整体多端口能量路由器进行控制和调节;
[0106]
为说明具体本发明的应用情况,根据上述介绍,图15~图17展示了按照本发明构建的一种混合多端口能量路由器结构示意图。其中,图15所示多端口能量路由器的第二公共端口为中高压直流母线;图16所示多端口能量路由器的第二公共端口为中高压交流母线;每个多端口模组经过不同的配置,可以输出共地点不同的直流电、单相交流电和三相交流电;图17所示多端口能量路由器采用了端口数量不同的多端口模组,图中,组件100至x00是三端口模组,组件(x+1)00至组件N00是多端口模组;
[0107]
下面以图2所示电路为例,定量介绍该电路的组成原理。
[0108]
如图2所示,一个多端口能量路由器,包含N个多端口模组。假设多端口能量路由器的额定功率为P,第二公共端口电压为U 2,第一公共端口电压为U 1。则不难得到,每个多端口模组的额定功率为P/N,第一端口电压为U 1,第二端口 电压为U 2/N;假设每个多端口模组的第三端口电压为U 3,则通过调节第三端口所在半桥电路或全桥电路的全控器件工作占空比即可调节U 3电压。
[0109]
同理可以对其他类型的第三端口进行设计。
[0110]
可以理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

权利要求书

[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 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。
[权利要求 11]
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/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。
[权利要求 12]
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。
[权利要求 13]
如权利要求1所述的一种多端口能量路由器,其特征在于:所述电气隔离环节采用至少含有两个绕组的隔离变压器,第q个绕组即为该隔离变压器的第q端口,q=1,2,…,Q,Q为绕组的个数。
[权利要求 14]
如权利要求1所述的一种多端口能量路由器,其特征在于:所述多端口模组还包含一个旁路开关;旁路开关并联连接所有多端口模组的第二端口。
[权利要求 15]
如权利要求1所述的一种多端口能量路由器,其特征在于:所述多端口模组还包含一个熔断器,熔断器串联连接所有多端口模组的第一端口。
[权利要求 16]
如权利要求1所述的一种多端口能量路由器的控制系统,其特征在于:包含控制装置,以及与每个多端口模组所对应的至少一个控制器和至少一个通信接口;控制装置包含不少于多端口模组通信接口总数目的通信接口;多端口模组的控制器与控制装置通过两侧的通信接口交互数据;控制器用于采集所对应多端口模组的参数,并送入控制装置,控制装置根据控制器采集的参数产生控制指令下发至各控制器。
[权利要求 17]
基于如权利要求16所述的一种多端口能量路由器的控制系统的控制方法,其特征在于:多端口能量路由器通过如下步骤控制第一公共端口和第二公共端口工作: 步骤a1,控制器实时检测多端口能量路由器的第一、第二公共端口的电流和电压; 步骤a2,控制器将检测数据通过通信接口传递至控制装置; 步骤a3,控制装置对检测数据进行计算,产生各个多端口模组的控制调节量,并通过通信接口下发至所有多端口模组的控制器; 步骤a4,多端口模组的控制器根据下发的控制调节量,控制所对应多端口模组第一端口和第二端口的电压和电流。
[权利要求 18]
基于如权利要求16所述的一种多端口能量路由器的控制系统的控制方 法,其特征在于:多端口能量路由器通过如下步骤控制其余端口的工作: 步骤b1,控制装置对多端口能量路由器的所有其余端口额定电压和电流参考,分别进行定值整定,并且使各个端口的功率不超过所在多端口模组的额定功率; 步骤b2,控制装置将整定参数下发至所有多端口模组的控制器; 步骤b3,各个多端口模组的控制器实时检测对应多端口模组其余端口的电流和电压; 步骤b4,各个多端口模组的控制器对检测的电流和电压数据进行计算,并根据控制装置下发的整定参数,产生相应控制调节量; 步骤b5,多端口模组通过生成的调节控制量,控制其余端口电压和电流; 步骤b6,多端口模组将其余端口电压和电流数据,通过通信接口上传至控制装置。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]  
[ 图 7]  
[ 图 8]  
[ 图 9]  
[ 图 10]  
[ 图 11]  
[ 图 12]  
[ 图 13]  
[ 图 14]  
[ 图 15]  
[ 图 16]  
[ 图 17]