本發(fā)明屬于電力電子及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種基于能源路由器架構(gòu)的配網(wǎng)低電壓治理電路拓?fù)溥m用于低壓配網(wǎng)能源路由器拓?fù)浼翱刂撇呗浴?/p>

背景技術(shù)：

目前，電力線路末端低電壓治理方案主要包括：在電力線路末端安裝變壓器、對(duì)變壓器分支處的線路進(jìn)行改造、提高配電網(wǎng)低電壓線路一段母線的總電壓、采用直配變降低電壓降、在線路末端安裝風(fēng)光電互補(bǔ)的分布式發(fā)電系統(tǒng)、在線路末端串聯(lián)低電壓的自動(dòng)補(bǔ)償裝置等。

不論上述何種方案均還存在種種不足，如采用變壓器提升末端電壓可以有效的結(jié)局線路末端低電壓?jiǎn)栴}，但前期投入大、經(jīng)濟(jì)性較差、在變壓器全壽命周期內(nèi)不一定能回收投資，且需根據(jù)負(fù)荷特性選擇使用。提高配電網(wǎng)電壓線路一段母線的總電壓可以有效地緩解用電壓力，但僅適用于負(fù)荷波動(dòng)較小、負(fù)荷特性明顯的用電負(fù)荷，且調(diào)整范圍有限，電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于電壓上限運(yùn)行也會(huì)降低使用壽命。風(fēng)光電分布式系統(tǒng)不受地域限制可緩解用電緊張狀況，但會(huì)使配電網(wǎng)潮流復(fù)雜化、影響單向保護(hù)的靈敏性和可靠性，同時(shí)也會(huì)使運(yùn)行檢修帶來困難。串聯(lián)電壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置可為電網(wǎng)提供無功缺額更為直接地抬高末端電壓，但會(huì)產(chǎn)生諧波分量、帶來噪音，且維護(hù)費(fèi)用大。

未來配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的本質(zhì)區(qū)別在于其主動(dòng)運(yùn)行方式和設(shè)備控制技術(shù)的變革。借力電力路由器的發(fā)展，通過能源路由器能夠有效調(diào)控潮流，提升電壓質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種提高系統(tǒng)末端電壓的含新能源接入、儲(chǔ)能裝置的電力能源路由器拓?fù)?，在配網(wǎng)末端接入該能源路由器通過串、并聯(lián)補(bǔ)償方式為系統(tǒng)提供有功以及無功的支撐，從而提高了系統(tǒng)末端電壓，有效地改善配網(wǎng)末端的低電壓?jiǎn)栴}。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種適用于低壓配網(wǎng)能源路由器拓?fù)?，其特征在于：包括：多種分布式發(fā)電接口電氣單元、儲(chǔ)能系統(tǒng)接口電氣單元和智能化電力電子接口電氣單元；交流電網(wǎng)通過智能化電力電子接口電氣單元并經(jīng)過電力路由器接入直流母線；光伏電池板通過多種分布式發(fā)電接口電氣單元并經(jīng)過電力路由器連接至直流母線；儲(chǔ)能裝置通過儲(chǔ)能系統(tǒng)接口電氣單元并經(jīng)過電力路由器連接至直流母線。

在上述的一種適用于低壓配網(wǎng)能源路由器拓?fù)?，所述電力路由器包括PWM全橋整流部分PC1、Buck功率變換器PC2、DC-DC變換器PC3、DC-AC-DC隔離變換部分以及DC-AC逆變部分；

所述智能化電力電子接口電氣單元通過PWM全橋整流部分PC1經(jīng)過DC-AC-DC隔離變換部分最后通過DC-AC逆變部分輸出；

所述多種分布式發(fā)電接口電氣單元通過Buck功率變換器PC2經(jīng)過DC-AC-DC隔離變換部分最后通過DC-AC逆變部分輸出；

所述儲(chǔ)能系統(tǒng)接口電氣單元通過DC-DC變換器PC3經(jīng)過DC-AC-DC隔離變換輸出。

在上述的一種適用于低壓配網(wǎng)能源路由器拓?fù)?，所述DC-AC-DC隔離變換部分包括三個(gè)DC-AC-DC隔離變換器，分別與智能化電力電子接口電氣單元、多種分布式發(fā)電接口電氣單元以及儲(chǔ)能系統(tǒng)接口電氣單元配接；所述DC-AC逆變部分包括兩個(gè)DC-AC逆變器，分別與智能化電力電子接口電氣單元以及多種分布式發(fā)電接口電氣單元配接。

在上述的一種適用于低壓配網(wǎng)能源路由器拓?fù)?，電力路由器三種輸出拓?fù)溥B接方式：

將三相DC-AC-DC隔離變換器左側(cè)端口每相與直流母線連接，右側(cè)端口每相分別與交流電網(wǎng)相連；

將三相DC-AC-DC隔離變換器左側(cè)端口每相與直流母線連接，右側(cè)端口作為不間斷供電端口；

將單相DC-AC-DC隔離變換器左側(cè)端口每相與直流母線連接，右側(cè)端口作為直流供電端口引出。

在上述的一種適用于低壓配網(wǎng)能源路由器拓?fù)洌涣麟娋W(wǎng)經(jīng)圖2三相PWM全橋電路PC1整流后接入路由器的直流匯集母線，PC1可實(shí)現(xiàn)功率在電網(wǎng)和路由器之間的雙向流動(dòng)；在路由器的直流母線側(cè)，光伏電池板通過Buck功率變換器(PC2)連接至直流母線，且PC2是單相功率變換器；儲(chǔ)能裝置可蓄能或供能，DC-DC變換器PC3是雙向功率變換器。

本發(fā)明通過在配網(wǎng)末端引入含新能源以及儲(chǔ)能裝置串、并聯(lián)補(bǔ)償，為系統(tǒng)提供有功、無功支撐，補(bǔ)償線路上的有功損耗，提高配網(wǎng)末端電壓，有效地緩解了需求側(cè)電壓波動(dòng)大的問題，改善了供電線路末端的電能質(zhì)量。

附圖說明

圖1為含交直流混合系統(tǒng)的能源路由器典型結(jié)構(gòu)。

圖2 AC-DC三相整流部分電路拓?fù)洹?/p>

圖3 DC-AC逆變部分電路拓?fù)洹?/p>

圖4單相DC-DC變換部分電路拓?fù)洹?/p>

圖5三相獨(dú)立變換部分電路拓?fù)洹?/p>

圖6單相獨(dú)立變換部分電路拓?fù)洹?/p>

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

該拓?fù)鋵?shí)際上是整合多種分布式發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)和智能化電力電子接口的電氣單元。它從交流配電網(wǎng)引出，利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)模塊化的變壓功能；設(shè)置直流母線，削弱新能源間歇性出力對(duì)微網(wǎng)的沖擊，提高有功功率接納能力，實(shí)現(xiàn)分布式電源的即插即用和能量管理；在輸出端提供交、直流供電接口，實(shí)現(xiàn)電能的路由分配并對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓質(zhì)量起到改善的作用。

電力路由器的結(jié)構(gòu)可分為圖2 PWM全橋整流部分、圖4 DC-DC變換部分、圖5 DC-AC-DC隔離變換部分、圖3DC-AC逆變部分和新能源接入部分四層。并聯(lián)接入電網(wǎng)的全橋整流部分和DC-AC-DC隔離變化部分可以采用級(jí)聯(lián)電路的方式提高電路的額定電壓和功率。電力路由器還提供兩種智能化電氣端口，第一種端口經(jīng)過DC-AC逆變電路產(chǎn)生50Hz工頻交流電提供不間斷供電電源(UPS)；第二種端口直接由DC-AC-DC隔離變換部分引出，為負(fù)載提供直流電，實(shí)現(xiàn)電力路由器的多能量路由功能。

電力路由器將能量匯聚于直流母線的方式主要包含PC1、PC2、PC3三種方式。交流電網(wǎng)經(jīng)圖2三相PWM全橋電路PC1整流后接入路由器的直流匯集母線，PC1可實(shí)現(xiàn)功率在電網(wǎng)和路由器之間的雙向流動(dòng)。在路由器的直流母線側(cè)，光伏電池板通過功率變換器(PC2)連接至直流母線，且PC2是單相功率變換器；儲(chǔ)能裝置可蓄能或供能，所以這里的DC-DC變換器PC3是雙向功率變換器。

圖1中PC1、PC2、PC3拓?fù)溥B接方式：

①交流電網(wǎng)通過圖2AC-DC三相全橋整流部分接入直流母線；

②光伏電池板通過圖4DC-DC變換部分連接至直流母線；

③儲(chǔ)能裝置通過圖4DC-DC變換部分連接至直流母線。

電力路由器三種輸出拓?fù)溥B接方式：

①將圖5三相獨(dú)立變換部分左側(cè)端口每相與直流母線連接，右側(cè)端口每相分別與交流電網(wǎng)相連；

②將圖5三相獨(dú)立變換部分左側(cè)端口每相與直流母線連接，右側(cè)端口作為不間斷供電端口；

③將圖6單相獨(dú)立變換部分左側(cè)端口每相與直流母線連接，右側(cè)端口作為直流供電端口引出。

直流母線作為路由器的能量匯集端，充分發(fā)揮其上層模塊的優(yōu)勢(shì)，通過變流器與儲(chǔ)能單元之間的配合有效抑制分布式電源間歇性輸出對(duì)接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量沖擊，同時(shí)在輸出側(cè)提供供電端口有效利用分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載進(jìn)行有功支撐。如圖1，能量流在電力路由器中如紅色虛線所示，直流母線匯集新能源端口和儲(chǔ)能端口的有功功率并在負(fù)荷高峰期或夜間經(jīng)對(duì)網(wǎng)側(cè)電壓進(jìn)行串聯(lián)電阻性壓降補(bǔ)償，同時(shí)直流母線調(diào)配新能源發(fā)電和儲(chǔ)能裝置之間的有功功率交換，在負(fù)荷較低或白天光照充足時(shí)對(duì)剩余有功進(jìn)行存儲(chǔ)。變流器能實(shí)現(xiàn)交流側(cè)電網(wǎng)和電力路由器之間的無功能量交換，從而經(jīng)過直流母線提供供電端口的無功和網(wǎng)側(cè)電抗性壓降的補(bǔ)償需求。

在DC-AC-DC隔離變換部分，由于直接將逆變器三相并聯(lián)無法運(yùn)行，故采用高頻變壓器進(jìn)行隔離，達(dá)到逆變器三相并聯(lián)運(yùn)行的目的。同時(shí)縮小電力設(shè)備空間，實(shí)現(xiàn)路由器的模塊化、小型化，提高供電的安全性。如圖1所示，隔離變換部分先利用全橋逆變電路實(shí)現(xiàn)DC-AC變換，以達(dá)到逆變交流電流在變壓器中產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)的目的。并聯(lián)電容起到穩(wěn)定電壓、緩沖電路的作用。最后，在高頻變壓器右端進(jìn)行AC-DC全橋變換，并安裝整流濾波電容，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。

儲(chǔ)能部分在系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可從電網(wǎng)吸收有功，在用電高峰期輸出有功，起到“削峰填谷”的作用，提升電能質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，也可通過能源路由器的串聯(lián)補(bǔ)償部分，對(duì)線路上的有功壓降進(jìn)行補(bǔ)償，有效改善配網(wǎng)末端電壓質(zhì)量。

直流母線電壓可由PC1、PC2或PC3進(jìn)行控制，這里主要討論P(yáng)C2和PC3的作用。母線電壓的控制取決于功率變換器是否作為母線電壓控制變換器(BVCC)，或作為母線電流控制器(BCCC)。針對(duì)光伏電池和儲(chǔ)能電池，我們可以采用最大功率點(diǎn)追蹤控制以及恒流充電控制。因此，系統(tǒng)的工作模式可以根據(jù)工作原理和電池的充電狀態(tài)分為4種類型，如表1中列出。

表1能源路由器PC2、PC3工作模式

此外，一些特定的工作情況如下所述：

(1)當(dāng)蓄電池回路開路，電量耗盡或者是已經(jīng)充滿電(充電時(shí))，這就相當(dāng)于一個(gè)零電流源。光伏電池板向負(fù)載提供全部的電能，PC2工作于BVCC狀態(tài)，這種情況屬于模式1。

(2)當(dāng)光伏電池板開路時(shí)或者是無光照時(shí)，這就相當(dāng)于一個(gè)零電流源。蓄電池向負(fù)載提供所有的電能，PC3工作于BVCC狀態(tài)，這種情況可歸類于模式4。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。