一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，涉及能源互聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明為分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能源互聯(lián)網(wǎng)提供一種新的方案，提供一種新的能量路由方式。本發(fā)明提出的能量路由器具有多個(gè)路由端口，能夠同時(shí)接入多種發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的能量流動(dòng)，提高能量利用效率；設(shè)計(jì)了多功能路由端口，有利于能量路由器的直流母線電壓的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，滿足不同電壓等級(jí)要求；本發(fā)明適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)，將分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備首先并入低壓直流微網(wǎng)，再根據(jù)不同的電壓等級(jí)及用電需求，經(jīng)過換流環(huán)節(jié)，并入高電壓等級(jí)的直流、交流電網(wǎng)。
【專利說明】
一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及能源互聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種能量路由器。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)在能源接入、能源控制和能量傳輸?shù)确矫嫠媾R的挑戰(zhàn)，借鑒Internet中數(shù)據(jù)交換設(shè)備“路由器”的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、調(diào)度和控制的“能量路由器”的概念被提了出來。能量路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，是一種在現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)上，基于先進(jìn)的電力電子技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提供靈活多樣的電氣接口，實(shí)現(xiàn)大量分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、各種用電負(fù)載接入電網(wǎng)，并且具有通訊和智能決策能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)能量流、信息流主動(dòng)管理的智能電力設(shè)備。
[0003]未來能源互聯(lián)網(wǎng)將呈現(xiàn)交流電網(wǎng)、直流電網(wǎng)和交直流混合電網(wǎng)并存的形態(tài)，能量路由器在不同的電網(wǎng)組網(wǎng)中，要實(shí)現(xiàn)交流電、直流電的并網(wǎng)。目前，美國(guó)、日本、瑞士以及我國(guó)等正在依照本國(guó)的實(shí)情對(duì)用于能源互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、局域微網(wǎng)的不同等級(jí)的能量路由器進(jìn)行研究探索，還沒有統(tǒng)一的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]“基于電力電子變換的電能路由器研究現(xiàn)狀與發(fā)展”一文介紹了國(guó)內(nèi)外電力電子變換拓?fù)湓谀芰柯酚善黝I(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用情況，多集中于主干網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，在微網(wǎng)方面的研究較少。中國(guó)專利CN101436778A公開了一種微型電網(wǎng)組網(wǎng)方法，該方法采用直流母線結(jié)構(gòu)，采用分散式結(jié)構(gòu)，分別通過DC/DC、AC/DC、DC/AC變換器將發(fā)電、用電、儲(chǔ)能設(shè)備接入直流母線。中國(guó)專利CN102315645A公開了用于分布式發(fā)電的能量路由器，采用交流母線結(jié)構(gòu)，分布式發(fā)電需要經(jīng)過多級(jí)的變換才能并入交流網(wǎng)。中國(guó)專利CN102780267A公開了一種采用開關(guān)陣列組成能量流動(dòng)通道的電能路由器，控制復(fù)雜，如果單一開關(guān)出現(xiàn)故障，將對(duì)全局造成影響。中國(guó)專利CN103248068A公開了具備多種供電方式的電能路由器，采用了交直流混合母線組成交直流混合微網(wǎng)，同樣采用了開關(guān)陣列來形成能量通道。中國(guó)專利CN104682430A公開了一種應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器裝置，屬于中壓范圍，對(duì)DC/DC變換、DC/AC作了大量的說明。現(xiàn)有的能量路由器研究主要集中在交流網(wǎng)、混合交直流網(wǎng)，且大多集中在局域網(wǎng)和主干網(wǎng)，對(duì)低壓直流微網(wǎng)的關(guān)注較少。
[0005]可再生發(fā)電設(shè)備所發(fā)出的電能為直流電或者經(jīng)過整流后變成直流電，將直流電直接并入直流微網(wǎng)可節(jié)省大量的換流環(huán)節(jié)。很多負(fù)載本質(zhì)上采用直流供電或者具備直流環(huán)節(jié)，如LED照明燈、電動(dòng)車、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、變頻器等，因此更易接入直流微網(wǎng)，省去交流配電網(wǎng)中的AC/DC轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本，也降低了損耗。另外，儲(chǔ)能設(shè)備多為直流形式，也更易接入直流微網(wǎng)。
[0006]在直流配電網(wǎng)中，為了充分發(fā)揮分布式能源設(shè)備的效能，直流微電網(wǎng)將是最主要的運(yùn)行方式。然而，由于大多分布式可再生能源地理上分散、生產(chǎn)不連續(xù)、隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇不穩(wěn)定等特點(diǎn)，導(dǎo)致接入直流配電網(wǎng)的端口分散，電壓等級(jí)多樣、沒有標(biāo)準(zhǔn)化等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種具有多端口的用于直流微網(wǎng)的能量路由器，為分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能源互聯(lián)網(wǎng)提供一種新的方案，為未來直流微網(wǎng)的組網(wǎng)提供一種新的能量路由方式。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]—種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，該路由器包括直流母線DC-Bus、并網(wǎng)開關(guān)S、路由端口 Interface I?Interface N、控制芯片、端口傳感器采集處理電路、DC-Bus傳感器采集處理電路、端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路和通信電路。
[0010]所述直流母線DC-Bus由直流正、負(fù)母線組成，并網(wǎng)開關(guān)S的兩端串在直流正母線上，實(shí)現(xiàn)直流微網(wǎng)與能量路由器的連接;各路由端口 Interface I?Interface N并接在直流正、負(fù)母線上;端口傳感器采集處理電路采集路由端口的電壓、電流信號(hào)，然后送給控制芯片;DC-Bus傳感器采集處理電路采集直流母線DC-Bus的電壓、電流信號(hào)，然后送給控制芯片;控制芯片發(fā)出控制信號(hào)，通過并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路控制并網(wǎng)開關(guān)S的閉合與斷開，通過端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制路由端口 Interface I?Interface N中開關(guān)的閉合與斷開，控制芯片通過通信電路和每一個(gè)路由端口 Interface保持通信，整個(gè)能量路由器通過直流母線DC-Bus與直流微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，通過控制芯片與直流微網(wǎng)控制中心實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)。
[0011]所述并網(wǎng)開關(guān)S選用直流接觸器或者直流斷路器，并網(wǎng)開關(guān)S閉合時(shí)能量路由器工作在并網(wǎng)模式;并網(wǎng)開關(guān)S斷開時(shí)，能量路由器工作在孤島模式。
[0012]所述路由端口 Interface I?Interface N同時(shí)接入發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載，每個(gè)路由端口 Interface內(nèi)部包括2個(gè)單向DC/DC變換器、I個(gè)雙向DC/DC變換器和3個(gè)端口開關(guān)，其中一個(gè)單向DC/DC變換器和一個(gè)端口開關(guān)將發(fā)電設(shè)備連接在直流母線上，另外一個(gè)單向DC/DC變換器和另一個(gè)端口開關(guān)將用電設(shè)備連接在直流母線上，雙向DC/DC變換器和第三個(gè)端口開關(guān)將儲(chǔ)能設(shè)備連接在直流母線上，其中端口開關(guān)選用直流接觸器或直流斷路器。
[0013]所述的路由端口Interface I?Interface N經(jīng)DC/DC變換后的電壓為Udc-1nterface，直流母線電壓為Udc-Bus，當(dāng)發(fā)電設(shè)備發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備向直流母線輸電時(shí)，電壓經(jīng)DC/DC變換后必須滿足如下直流并網(wǎng)電壓條件才能實(shí)現(xiàn)正常并網(wǎng):
[001 4] Udc-1nterface — Udc-Bus
[0015]通過每個(gè)路由端口Interface，直流母線與發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間的能量流動(dòng)方式有三種，即能量從發(fā)電設(shè)備流入直流母線，能量從直流母線流出向用電負(fù)載供電、向儲(chǔ)能設(shè)備充電，能量從儲(chǔ)能設(shè)備流向直流母線;每個(gè)能量路由端口 Interface所連接的發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載之間的能量流動(dòng)方式有兩種，即能量從發(fā)電設(shè)備流出向儲(chǔ)能設(shè)備充電、向用電負(fù)載供電和能量從儲(chǔ)能設(shè)備向用電負(fù)載供電。
[0016]所述控制芯片為能量路由器的運(yùn)算處理中心，選用DSP、單片機(jī)或FPGA微處理控制芯片，控制芯片接收來自直流微網(wǎng)控制中心發(fā)送的控制信息，向直流微網(wǎng)控制中心實(shí)時(shí)反饋能量路由器的各路由端口 Interface的電壓、電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)；同時(shí)，控制芯片通過通信電路與每個(gè)路由端口 Interface保持通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路由端口的電壓、電流是否正常，控制芯片接收端口傳感器采集處理電路采集到的端口電壓、電流信號(hào)，接收DC-Bus傳感器采集處理電路采集到的直流母線電壓、電流信號(hào)，控制芯片向并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路和端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，控制并網(wǎng)開關(guān)S和路由端口開關(guān)的閉合與斷開。
[0017]通過控制芯片進(jìn)行能量控制，發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器端口 Interface，控制能量路由器與直流微網(wǎng)之間，能量路由器通過路由端口 Interface I?Interface N與所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間，單個(gè)路由端口 Interface與所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間，路由端口與路由端口之間的能量多向流動(dòng)。
[0018]所述并網(wǎng)開關(guān)S開關(guān)閉合時(shí)，能量路由器工作在并網(wǎng)模式下，并網(wǎng)模式下又分為如下兩種情況:
[0019]I)能量路由器向直流微網(wǎng)提供電能:發(fā)電設(shè)備所發(fā)電量足夠?yàn)橛秒娯?fù)載提供能量，如果電能有盈余，則能量路由器將盈余的能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能設(shè)備中，同時(shí)輸送給上級(jí)直流微網(wǎng)；
[0020]2)直流微網(wǎng)向能量路由器回饋電能:發(fā)電設(shè)備發(fā)電量不足為用電負(fù)載供電，且儲(chǔ)能設(shè)備也不能提供差額電量，則上級(jí)直流微網(wǎng)向能量路由器一側(cè)供電。
[0021]并網(wǎng)模式下的工作流程為:
[0022]通過數(shù)據(jù)采集，控制芯片對(duì)各路由端口 Interface的電壓與直流母線電壓進(jìn)行匹配判斷:當(dāng)滿足并網(wǎng)電壓條件Udc^nterface = Udc-Bus時(shí)，控制芯片向端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，使各路由端口開關(guān)閉合，將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器，通過端口傳感器采集處理電路采集各路由端口 Interface的電壓、電流信號(hào)，控制芯片對(duì)接入能量路由器的發(fā)電設(shè)備所發(fā)的總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl進(jìn)行功率計(jì)算，然后比較總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl大小，當(dāng)KWc時(shí)，能量路由器所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電；當(dāng)路由端口 Interface的發(fā)電量大于負(fù)荷量，則該路由端口 Interface所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，不向其它路由端口索取能量，即實(shí)現(xiàn)就近供電；同時(shí)，盈余的能量向儲(chǔ)能設(shè)備充電，繼續(xù)檢測(cè)路由端口 Interface的發(fā)電量是否還有盈余，如仍有盈余，則將盈余的能量輸送到直流微網(wǎng)，當(dāng)Wl>Wg時(shí)，首先檢測(cè)該路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能WS是否能夠補(bǔ)充能量缺額，如Ws彡|WL-WG|，則能夠補(bǔ)充，向用電負(fù)載補(bǔ)充缺額能量;如Ws< I Wl-Wg |，則不能補(bǔ)充，再檢測(cè)其它路由端口 Interface是否能夠補(bǔ)充剩余的能量缺額，即判斷其它路由端口的儲(chǔ)能Ws的總和是否滿足Ws彡I Wl-Wg I，如果滿足，其它路由端口 Interface補(bǔ)全用電負(fù)荷所需能量;如果不滿足Ws多I Wl-Wg I，說明其它路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備還不能補(bǔ)充，則向直流微網(wǎng)索取能量來補(bǔ)充。
[0023]所述并網(wǎng)開關(guān)S開關(guān)斷開時(shí)，能量路由器工作在孤島模式。
[0024]孤島模式下，能量路由器所接的所有發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載處于脫離直流微網(wǎng)的孤立工作狀態(tài)，以能量路由器為中心形成孤立的能源網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)，能量在各個(gè)路由端口 Interface之間流動(dòng)，根據(jù)用電負(fù)載的用電量需求，發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備共同為用電負(fù)載供電。
[0025]孤島模式下的工作流程為:
[0026]通過數(shù)據(jù)采集，控制芯片對(duì)路由端口 Interface I?Interface N的電壓與直流母線電壓進(jìn)行匹配判斷:當(dāng)滿足并網(wǎng)電壓條件Udc^nterface = Udc-Bus時(shí)，控制芯片向端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，使各路由端口開關(guān)閉合，將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器，通過路由端口傳感器采集處理電路采集的電壓、電流信號(hào)，對(duì)接入能量路由器的發(fā)電設(shè)備所發(fā)的總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl進(jìn)行功率計(jì)算，比較總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl大小，當(dāng)KWc時(shí)，能量路由器所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，如路由端口的發(fā)電量大于負(fù)荷量，則該路由端口 I nt erf ace所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，不向其它路由端口索取能量，即實(shí)現(xiàn)就近供電；同時(shí)，盈余的能量向儲(chǔ)能設(shè)備充電，當(dāng)WL>Wc時(shí)，首先檢測(cè)該路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能Ws是否能夠補(bǔ)充能量缺額，如Ws彡Wl-Wg，即能夠補(bǔ)充，貝Ij向用電負(fù)載補(bǔ)充缺額能量;如Ws< I Wl-Wg I，則不能補(bǔ)充，再向其它路由端口 Interface索取剩余的能量缺額進(jìn)行補(bǔ)充。
[0027]本發(fā)明的有益效果在于提出的能量路由器具有多個(gè)路由端口，能夠同時(shí)接入多種發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的能量流動(dòng)，提高能量利用效率;設(shè)計(jì)了多功能路由端口，每個(gè)路由端口 Interface包含三個(gè)DC/DC變換，能同時(shí)接入發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載，通過DC/DC變換，實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備的電壓統(tǒng)一變換為直流母線電壓，這樣的設(shè)計(jì)有利于能量路由器的直流母線電壓的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，滿足不同電壓等級(jí)要求;本發(fā)明適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)，本發(fā)明提出的能量路由器，將分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備首先并入低壓直流微網(wǎng)，再根據(jù)不同的電壓等級(jí)及用電需求，經(jīng)過進(jìn)一步的DC/DC、DC/AC換流環(huán)節(jié)，并入高電壓等級(jí)的直流、交流電網(wǎng)。
【附圖說明】
[0028]圖1為用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2為單個(gè)路由Interface內(nèi)部拓?fù)浼耙环N低壓路由端口的DC/DC變換組合方案。
[0030]圖3為并網(wǎng)工作模式下能量控制流程圖。
[0031 ]圖4為孤島工作模式下能量控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0033]—種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，該路由器包括直流母線DC-Bus、并網(wǎng)開關(guān)S、路由端口 Interface I?Interface N、控制芯片、端口傳感器采集處理電路、DC-Bus傳感器采集處理電路、端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路和通信電路。
[0034]所述直流母線DC-Bus由直流正、負(fù)母線組成，并網(wǎng)開關(guān)S的兩端串在直流正母線上，實(shí)現(xiàn)直流微網(wǎng)與能量路由器的連接;各路由端口 Interface I?Interface N并接在直流正、負(fù)母線上;端口傳感器采集處理電路采集路由端口的電壓、電流信號(hào)，然后送給控制芯片;DC-Bus傳感器采集處理電路采集直流母線DC-Bus的電壓、電流信號(hào)，然后送給控制芯片;控制芯片發(fā)出控制信號(hào)，通過并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路控制并網(wǎng)開關(guān)S的閉合與斷開，通過端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制路由端口 Interface I?Interface N中開關(guān)的閉合與斷開，控制芯片通過通信電路和每一個(gè)路由端口 Interface保持通信，整個(gè)能量路由器通過直流母線DC-Bus與直流微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，通過控制芯片與直流微網(wǎng)控制中心實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)。
[0035]所述并網(wǎng)開關(guān)S選用直流接觸器或者直流斷路器，并網(wǎng)開關(guān)S閉合時(shí)能量路由器工作在并網(wǎng)模式;并網(wǎng)開關(guān)S斷開時(shí)，能量路由器工作在孤島模式；
[0036]所述路由端口 Interface I?Interface N同時(shí)接入發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載，每個(gè)路由端口 Interface內(nèi)部包括2個(gè)單向DC/DC變換器、I個(gè)雙向DC/DC變換器和3個(gè)端口開關(guān)，其中一個(gè)單向DC/DC變換器和一個(gè)端口開關(guān)將發(fā)電設(shè)備連接在直流母線上，另外一個(gè)單向DC/DC變換器和另一個(gè)端口開關(guān)將用電設(shè)備連接在直流母線上，雙向DC/DC變換器和第三個(gè)端口開關(guān)將儲(chǔ)能設(shè)備連接在直流母線上，其中端口開關(guān)選用直流接觸器或直流斷路器。
[0037]所述的路由端口Interface I?Interface N經(jīng)DC/DC變換后的電壓為Udc-1nterface，直流母線電壓為Udc-Bus，當(dāng)發(fā)電設(shè)備發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備向直流母線輸電時(shí)，電壓經(jīng)DC/DC變換后必須滿足如下直流并網(wǎng)電壓條件才能實(shí)現(xiàn)正常并網(wǎng):
[0038]Udc-1nterface — Udc-Bus
[0039]通過每個(gè)路由端口Interface，直流母線與發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間的能量流動(dòng)方式有三種，即能量從發(fā)電設(shè)備流入直流母線，能量從直流母線流出向用電負(fù)載供電、向儲(chǔ)能設(shè)備充電，能量從儲(chǔ)能設(shè)備流向直流母線;每個(gè)能量路由端口 Interface所連接的發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載之間的能量流動(dòng)方式有兩種，即能量從發(fā)電設(shè)備流出向儲(chǔ)能設(shè)備充電、向用電負(fù)載供電和能量從儲(chǔ)能設(shè)備向用電負(fù)載供電。
[0040]所述控制芯片為能量路由器的運(yùn)算處理中心，選用DSP、單片機(jī)或FPGA微處理控制芯片，控制芯片接收來自直流微網(wǎng)控制中心發(fā)送的控制信息，向直流微網(wǎng)控制中心實(shí)時(shí)反饋能量路由器的各路由端口 Interface的電壓、電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)；同時(shí)，控制芯片通過通信電路與每個(gè)路由端口 Interface保持通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路由端口的電壓、電流是否正常，控制芯片接收端口傳感器采集處理電路采集到的端口電壓、電流信號(hào)，接收DC-Bus傳感器采集處理電路采集到的直流母線電壓、電流信號(hào)，控制芯片向并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路和端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，控制并網(wǎng)開關(guān)S和路由端口開關(guān)的閉合與斷開。
[0041]通過控制芯片進(jìn)行能量控制，發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器端口 Interface，控制能量路由器與直流微網(wǎng)之間，能量路由器通過路由端口 Interface I?Interface N與所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間，單個(gè)路由端口 Interface與所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間，路由端口與路由端口之間的能量多向流動(dòng)。
[0042]所述端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制路由端口 Interface I?Interface N中開關(guān)的閉合與斷開，控制發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載是否接入能量路由器。
[0043]所述并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路控制并網(wǎng)開關(guān)S的閉合與斷開，從而控制能量路由器并網(wǎng)模式與孤島模式的切換。
[0044]所述通信電路選用RS422、RS485、RS232實(shí)現(xiàn)路由端口與控制芯片之間的通信功會(huì)K。
[0045]現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的工作原理。
[0046]圖1中虛線框內(nèi)為本發(fā)明提出的多端口能量路由器結(jié)構(gòu)，直流母線DC-Bus上連接多個(gè)路由端口 Interface I?Interface N，每個(gè)路由端口 Interface可以同時(shí)接入分布式發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載。控制芯片和每一個(gè)路由端口 Interface、直流微網(wǎng)控制中心保持通信，從而實(shí)現(xiàn)能量流與數(shù)據(jù)流的多向控制，通過控制并網(wǎng)開關(guān)S的開通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)能量路由器并網(wǎng)模式、孤島模式的切換。
[0047]如圖2所示右側(cè)為單個(gè)路由端口 Interface的內(nèi)部拓?fù)洌?個(gè)單向DC/DC變換器、I個(gè)雙向DC/DC變換器，3個(gè)端口開關(guān)S1、S2、S3構(gòu)成，3個(gè)DC/DC分別通過3個(gè)開關(guān)并接在直流母線上。
[0048]如圖2所示左側(cè)為一種低壓路由端口的DC/DC變換組合方案，其特征如下:
[0049](I)用電負(fù)載通過單向DC/DC、端口開關(guān)SI連接在直流母線上，能量從直流母線DC-Bus流出為用電負(fù)載供電，該DC/DC變換選用Buck電路，該DC/DC變換的“+”端通過開關(guān)SI連接在直流正母線上，“一”端直接連在直流負(fù)母線上。
[0050](2)發(fā)電設(shè)備通過單向DC/DC、端口開關(guān)S2連接在直流母線上，能量從發(fā)電設(shè)備流入直流母線DC-Bus，該DC/DC變換選用Boost電路，該DC/DC變換的“+”端通過開關(guān)S2連接在直流正母線上，“一”端直接連在直流負(fù)母線上。
[0051](3)儲(chǔ)能設(shè)備通過雙向DC/DC、端口開關(guān)S3連接在直流母線上，能量在儲(chǔ)能設(shè)備和直流母線DC-Bus之間雙向流動(dòng)，該雙向DC/DC變換選用半橋型雙向DC/DC電路，該DC/DC變換的“+”端通過開關(guān)S3連接在直流正母線上，“一”端直接連在直流負(fù)母線上。
[0052]路由端口 Interface中的端口開關(guān)S1、S2、S3可選用直流接觸器或直流斷路器，起到構(gòu)筑能量流通通道，安全地將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載并入直流母線DC-Bus的作用。對(duì)于發(fā)電設(shè)備發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備向直流母線輸入能量時(shí)，經(jīng)過DC/DC變換后的電壓Udc-1nterface,即圖2中標(biāo)識(shí)的電壓Udc2，端口開關(guān)左側(cè)的電壓Udc-1nterface與端口開關(guān)右側(cè)的母線電壓Ul必須滿足并網(wǎng)電壓條件才能安全接入，所需滿足并網(wǎng)電壓條件如下:
[0053]Udc-1nterface — Udc-Bus
[0054]當(dāng)然，DC/DC變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不局限于上述所選取的幾種類型，只要滿足電壓、電流等級(jí)變換要求，安全、可靠的DC/DC變換器均可用于本發(fā)明中。
[0055]進(jìn)一步，能量路由器在并網(wǎng)和孤島兩種工作模式下所采取的控制策略不同。
[0056]圖3為并網(wǎng)模式下能量路由器能量流動(dòng)控制軟件流程圖，工作流程為并網(wǎng)開關(guān)S開關(guān)閉合時(shí)，能量路由器工作在并網(wǎng)模式下，并網(wǎng)模式下又分為如下兩種情況:
[0057]I)能量路由器向直流微網(wǎng)提供電能:發(fā)電設(shè)備所發(fā)電量足夠?yàn)橛秒娯?fù)載提供能量，如果電能有盈余，則能量路由器將盈余的能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能設(shè)備中，同時(shí)輸送給上級(jí)直流微網(wǎng)；
[0058]2)直流微網(wǎng)向能量路由器回饋電能:發(fā)電設(shè)備發(fā)電量不足為用電負(fù)載供電，且儲(chǔ)能設(shè)備也不能提供差額電量，則上級(jí)直流微網(wǎng)向能量路由器一側(cè)供電。
[0059]并網(wǎng)模式下的工作流程為:
[0000]通過數(shù)據(jù)采集，控制芯片對(duì)各路由端口 Interface的電壓與直流母線電壓進(jìn)行匹配判斷:當(dāng)滿足并網(wǎng)電壓條件Udc^nterface = Udc-Bus時(shí)，控制芯片向端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，使各路由端口開關(guān)閉合，將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器。通過端口傳感器采集處理電路采集各路由端口 Interface的電壓、電流信號(hào)，控制芯片對(duì)接入能量路由器的發(fā)電設(shè)備所發(fā)的總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl進(jìn)行功率計(jì)算，然后比較總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl大小。當(dāng)KWc時(shí)，能量路由器所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電；當(dāng)路由端口 Interface的發(fā)電量大于負(fù)荷量，則該路由端口 Interface所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，不向其它路由端口索取能量，即實(shí)現(xiàn)就近供電；同時(shí)，盈余的能量向儲(chǔ)能設(shè)備充電，繼續(xù)檢測(cè)路由端口 Interface的發(fā)電量是否還有盈余，如仍有盈余，則將盈余的能量輸送到直流微網(wǎng)。當(dāng)Wl>Wg時(shí)，首先檢測(cè)該路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能WS是否能夠補(bǔ)充能量缺額，如Ws彡|WL-WG|，則能夠補(bǔ)充，向用電負(fù)載補(bǔ)充缺額能量;如Ws< I Wl-Wg |，則不能補(bǔ)充，再檢測(cè)其它路由端口 Interface是否能夠補(bǔ)充剩余的能量缺額，即判斷其它路由端口的儲(chǔ)能Ws的總和是否滿足Ws彡I Wl-Wg I，如果滿足，其它路由端口 Interface補(bǔ)全用電負(fù)荷所需能量;如果不滿足Ws多I Wl-Wg I，說明其它路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備還不能補(bǔ)充，則向直流微網(wǎng)索取能量來補(bǔ)充。
[0061]通過上述流程，完成并網(wǎng)模式下能量路由器的能量流動(dòng)控制。
[0062]圖4為孤島模式下能量路由器能量流動(dòng)控制軟件流程圖。孤島模式下，能量路由器脫離直流微網(wǎng)，所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載組成一個(gè)更小的微電網(wǎng)，此時(shí)，能量在各個(gè)路由端口 Interface之間流動(dòng)，根據(jù)用電負(fù)載的用電量需求，發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備共同為用電負(fù)載供電。孤島模式下的工作流程為:
[0063]通過數(shù)據(jù)采集，控制芯片對(duì)路由端口 Interface I?Interface N的電壓與直流母線電壓進(jìn)行匹配判斷:當(dāng)滿足并網(wǎng)電壓條件Udc^nterface = Udc-Bus時(shí)，控制芯片向端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，使各路由端口開關(guān)閉合，將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器。通過路由端口傳感器采集處理電路采集的電壓、電流信號(hào)，對(duì)接入能量路由器的發(fā)電設(shè)備所發(fā)的總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl進(jìn)行功率計(jì)算，比較總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl大小。當(dāng)KWc時(shí)，能量路由器所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，如路由端口的發(fā)電量大于負(fù)荷量，則該路由端口 I nt erf ace所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，不向其它路由端口索取能量，即實(shí)現(xiàn)就近供電；同時(shí)，盈余的能量向儲(chǔ)能設(shè)備充電。當(dāng)WL>Wc時(shí)，首先檢測(cè)該路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能Ws是否能夠補(bǔ)充能量缺額，如Ws彡Wl-Wg，即能夠補(bǔ)充，貝Ij向用電負(fù)載補(bǔ)充缺額能量;如Ws< I Wl-Wg I，則不能補(bǔ)充，再向其它路由端口 Interface索取剩余的能量缺額進(jìn)行補(bǔ)充。
[0064]通過上述的工作流程，在能量路由器組成的更小的微網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)能量的就近調(diào)用，完成孤島模式下能量路由器的能量流動(dòng)控制。
[0065]最后需要說明的是:以上【具體實(shí)施方式】中，一種低壓路由端口的DC/DC組合方案旨在說明本發(fā)明的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如果選取其它DC/DC變換器進(jìn)行的組合可以對(duì)本發(fā)明的路由端口進(jìn)行修改或者等同替換，未脫離本發(fā)明工作原理范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，包括直流母線DC-Bus、并網(wǎng)開關(guān)S、路由端口 Interface I?Interface N、控制芯片、端口傳感器采集處理電路、DC-Bus傳感器采集處理電路、端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路和通信電路，其特征在于: 所述直流母線DC-Bus由直流正、負(fù)母線組成，并網(wǎng)開關(guān)S的兩端串在直流正母線上，實(shí)現(xiàn)直流微網(wǎng)與能量路由器的連接;各路由端口 Interface I?Interface N并接在直流正、負(fù)母線上;端口傳感器采集處理電路采集路由端口的電壓、電流信號(hào)，然后送給控制芯片；DC-Bus傳感器采集處理電路采集直流母線DC-Bus的電壓、電流信號(hào)，然后送給控制芯片;控制芯片發(fā)出控制信號(hào)，通過并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路控制并網(wǎng)開關(guān)S的閉合與斷開，通過端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制路由端口 Interface I?Interface N中開關(guān)的閉合與斷開，控制芯片通過通信電路和每一個(gè)路由端口 Interface保持通信，整個(gè)能量路由器通過直流母線DC-Bus與直流微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，通過控制芯片與直流微網(wǎng)控制中心實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)； 所述并網(wǎng)開關(guān)S選用直流接觸器或者直流斷路器，并網(wǎng)開關(guān)S閉合時(shí)能量路由器工作在并網(wǎng)模式;并網(wǎng)開關(guān)S斷開時(shí)，能量路由器工作在孤島模式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，其特征在于:所述路由端口 Interface I?Interface N同時(shí)接入發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載，每個(gè)路由端口Interf ace內(nèi)部包括2個(gè)單向DC/DC變換器、I個(gè)雙向DC/DC變換器和3個(gè)端口開關(guān)，其中一個(gè)單向DC/DC變換器和一個(gè)端口開關(guān)將發(fā)電設(shè)備連接在直流母線上，另外一個(gè)單向DC/DC變換器和另一個(gè)端口開關(guān)將用電設(shè)備連接在直流母線上，雙向DC/DC變換器和第三個(gè)端口開關(guān)將儲(chǔ)能設(shè)備連接在直流母線上，其中端口開關(guān)選用直流接觸器或直流斷路器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，其特征在于:所述的路由端口 Interface I?Interface N經(jīng)DC/DC變換后的電壓為Udc-1nterface，直流母線電壓為Udc-Bus，當(dāng)發(fā)電設(shè)備發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備向直流母線輸電時(shí)，電壓經(jīng)DC/DC變換后必須滿足如下直流并網(wǎng)電壓條件才能實(shí)現(xiàn)正常并網(wǎng): Udc-1nterface — Udc-Bus 通過每個(gè)路由端口 Interface，直流母線與發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間的能量流動(dòng)方式有三種，即能量從發(fā)電設(shè)備流入直流母線，能量從直流母線流出向用電負(fù)載供電、向儲(chǔ)能設(shè)備充電，能量從儲(chǔ)能設(shè)備流向直流母線;每個(gè)能量路由端口 Interface所連接的發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載之間的能量流動(dòng)方式有兩種，即能量從發(fā)電設(shè)備流出向儲(chǔ)能設(shè)備充電、向用電負(fù)載供電和能量從儲(chǔ)能設(shè)備向用電負(fù)載供電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，其特征在于:所述控制芯片為能量路由器的運(yùn)算處理中心，選用DSP、單片機(jī)或FPGA微處理控制芯片，控制芯片接收來自直流微網(wǎng)控制中心發(fā)送的控制信息，向直流微網(wǎng)控制中心實(shí)時(shí)反饋能量路由器的各路由端口 Interface的電壓、電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)；同時(shí)，控制芯片通過通信電路與每個(gè)路由端口 Interface保持通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各路由端口的電壓、電流是否正常，控制芯片接收端口傳感器采集處理電路采集到的端口電壓、電流信號(hào)，接收DC-Bus傳感器采集處理電路采集到的直流母線電壓、電流信號(hào)，控制芯片向并網(wǎng)開關(guān)S驅(qū)動(dòng)電路和端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，控制并網(wǎng)開關(guān)S和路由端口開關(guān)的閉合與斷開； 通過控制芯片進(jìn)行能量控制，發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器端口Interface，控制能量路由器與直流微網(wǎng)之間，能量路由器通過路由端口 Interface I?Interface N與所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間，單個(gè)路由端口 Interface與所接發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載之間，路由端口與路由端口之間的能量多向流動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，其特征在于:所述并網(wǎng)開關(guān)S開關(guān)閉合時(shí)，能量路由器工作在并網(wǎng)模式下，并網(wǎng)模式下又分為如下兩種情況，第一種為能量路由器向直流微網(wǎng)提供電能，發(fā)電設(shè)備所發(fā)電量足夠?yàn)橛秒娯?fù)載提供能量，如果電能有盈余，則能量路由器將盈余的能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能設(shè)備中，同時(shí)輸送給上級(jí)直流微網(wǎng)；第二種為直流微網(wǎng)向能量路由器回饋電能，發(fā)電設(shè)備發(fā)電量不足為用電負(fù)載供電，且儲(chǔ)能設(shè)備也不能提供差額電量，則上級(jí)直流微網(wǎng)向能量路由器一側(cè)供電； 并網(wǎng)模式下的工作流程為: 通過數(shù)據(jù)采集，控制芯片對(duì)各路由端口 Interface的電壓與直流母線電壓進(jìn)行匹配判斷:當(dāng)滿足并網(wǎng)電壓條件Udc^Interf.= UdtBus時(shí)，控制芯片向端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，使各路由端口開關(guān)閉合，將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器，通過端口傳感器采集處理電路采集各路由端口 Interface的電壓、電流信號(hào)，控制芯片對(duì)接入能量路由器的發(fā)電設(shè)備所發(fā)的總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl進(jìn)行功率計(jì)算，然后比較總電量Wg與用電總負(fù)荷量Wl大小，當(dāng)KWc時(shí)，能量路由器所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電；當(dāng)路由端口Interface的發(fā)電量大于負(fù)荷量，則該路由端口 Interface所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，不向其它路由端口索取能量，即實(shí)現(xiàn)就近供電；同時(shí)，盈余的能量向儲(chǔ)能設(shè)備充電，繼續(xù)檢測(cè)路由端口 Interface的發(fā)電量是否還有盈余，如仍有盈余，則將盈余的能量輸送到直流微網(wǎng)，當(dāng)Wl>Wg時(shí)，首先檢測(cè)該路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能Ws是否能夠補(bǔ)充能量缺額，如Ws彡Wl-Wg，則能夠補(bǔ)充，向用電負(fù)載補(bǔ)充缺額能量;如Ws< I Wl-Wg |，則不能補(bǔ)充，再檢測(cè)其它路由端口 Interface是否能夠補(bǔ)充剩余的能量缺額，即判斷其它路由端口的儲(chǔ)能WS的總和是否滿足Ws多|Wl-Wg I，如果滿足，其它路由端口 Interface補(bǔ)全用電負(fù)荷所需能量;如果不滿足Ws多I Wl-Wg I，說明其它路由端口 Interface的儲(chǔ)能設(shè)備還不能補(bǔ)充，則向直流微網(wǎng)索取能量來補(bǔ)充。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于直流微網(wǎng)的多端口能量路由器，其特征在于:所述并網(wǎng)開關(guān)S開關(guān)斷開時(shí)，能量路由器工作在孤島模式，孤島模式下，能量路由器所接的所有發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)載處于脫離直流微網(wǎng)的孤立工作狀態(tài)，以能量路由器為中心形成孤立的能源網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)，能量在各個(gè)路由端口 Interface之間流動(dòng)，根據(jù)用電負(fù)載的用電量需求，發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備共同為用電負(fù)載供電； 孤島模式下的工作流程為: 通過數(shù)據(jù)采集，控制芯片對(duì)路由端口 Interface I?Interface N的電壓與直流母線電壓進(jìn)行匹配判斷:當(dāng)滿足并網(wǎng)電壓條件Udc^lnterf_ = Udc-Bus時(shí)，控制芯片向端口開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)，使各路由端口開關(guān)閉合，將發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備和用電負(fù)載接入能量路由器，通過路由端口傳感器采集處理電路采集的電壓、電流信號(hào)，對(duì)接入能量路由器的發(fā)電設(shè)備所發(fā)的總電量呢與用電總負(fù)荷量Wl進(jìn)行功率計(jì)算，比較總電量抑與用電總負(fù)荷量Wl大小，當(dāng)KWc時(shí)，能量路由器所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，如路由端口的發(fā)電量大于負(fù)荷量，則該路由端口 Interface所接的發(fā)電設(shè)備向用電負(fù)載供電，不向其它路由端口索取能量，即實(shí)現(xiàn)就近供電；同時(shí)，盈余的能量向儲(chǔ)能設(shè)備充電，當(dāng)WL>Wc時(shí)，首先檢測(cè)該路由端口Interface的儲(chǔ)能設(shè)備的儲(chǔ)能WS是否能夠補(bǔ)充能量缺額，如Ws彡Wl-Wg I，即能夠補(bǔ)充，貝Ij向用電負(fù)載補(bǔ)充缺額能量;如Ws< I Wl-Wg I，則不能補(bǔ)充，再向其它路由端口 Interface索取剩余的能量缺額進(jìn)行補(bǔ)充。
【文檔編號(hào)】H02J1/10GK106058844SQ201610620478
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日
【發(fā)明人】駱光照, 方學(xué)禮, 萬浩, 劉凱, 李侖升, 冀星昌
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)