[發明專利]交流電網用電能路由器

有效

• 申請號: 201610007125.6
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105610167B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李子欣;李耀華;王平;高范強;徐飛;馬遜;楚遵方
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06;H02M5/293
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種應用于同一交流電網中兩個交流電源節點的電能路由器，即有功功率交換裝置。

背景技術

隨著智能電網和能源互聯網技術的發展，電能路由器，即能實現不同交流電源節點的電能(有功功率)交換的電力電子裝置需求日益廣泛。現有的電能路由器主要采用AC/DC+DC/AC兩級變換的方案實現有功功率的交換，即先通過一臺AC/DC變流器將一個交流電源節點的交流電變換成直流電，然后再通過另外一臺DC/AC變流器將直流電變換成交流電并送給另外一個交流電源節點，如圖1所示。例如，發明專利CN201310156292、CN201410236502、CN201510162289、CN201510253119等都采用了AC/DC+DC/AC兩級變換的方案。

但是，這種采用AC/DC+DC/AC兩級變換的方案中，AC/DC或DC/AC變流器需要承受交流電源節點的全部高電壓；而兩級電能變換環節的存在也會增加系統損壞，降低電能交換的效率。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的電能路由器技術電能變換環節多、變流器承受電壓高的缺點，提出一種用于同一交流電網中兩個交流電源節點的電能路由器。

本發明電能路由器連接同一電網中電壓幅值相等、相位相同的兩個交流電源節點，所述的電能路由器包括一臺單相電壓源變流器和一臺電感器。所述的單相電壓源換流器和電感器L串聯連接在兩個交流電源節點之間。所述的單相電壓源變流器產生的交流輸出電壓u_c與第一交流電源節點電壓u_s1和第二交流電源節點電壓u_s2的相位始終超前或滯后90°，且頻率相同。通過調整所述單相電壓源變流器交流輸出電壓u_c的幅值，即可調整兩個交流電源節點之間交換的有功功率大小。單相電壓源變流器交流輸出電壓u_c的幅值U_c由下式計算得到：

U_c＝2ω×L×P_{exchange_ref}/U₁₂

其中，U₁₂為兩個交流電源節點的電壓幅值，P_{exchange_ref}為兩個交流電源節點需要交換的有功功率參考值，ω為交流節點電壓的角頻率，L為電感器的電感值。

由于第一交流電源節點電壓u_s1和第二交流電源節點電壓u_s2幅值相等、相位相同，而所述單相電壓源變流器的交流輸出電壓u_c與電感器兩端的電壓u_L之和為第一交流電源節點電壓u_s1和第二交流電源節點電壓u_s2之差，即為0V。因此，單相電壓源變流器的交流輸出電壓u_c和電感器兩端的電壓u_L幅值相等、相位相反。又因為，流過電感器L的交流電流i與電感電壓u_L相位必然相差90°，而單相電壓源變流器的交流輸出電壓u_c與流過的交流電流i相位也相差90°。因此，單相電壓源變流器吸收或發出的有功功率為零。同時，第一交流電源節點電壓u_s1的幅值和第二交流電源節點電壓u_s2的幅值與流過兩者之間的交流電流i相位相同或相差180°，即兩個交流電源節點之間只交換有功功率，功率因數為1。

另外，所述的電能路由器中的變流器只需承受兩個交流節點之間的電壓差，無需承受兩個交流電網節點的相電壓，采用低壓的電氣元件即可實現。相比于電能路由器現有的AC/DC+DC/AC兩級變換的方案，本發明只需一級變流器即可實現兩個交流電源節點的有功功率交換，可以較少損耗，提高電能交換的效率。

附圖說明

圖1為電能路由器的現有實現方案；

圖2為本發明交流電網用電能路由器的電路原理圖；

圖3為單相電壓源變流器的一種具體電路拓撲；

圖4為采用圖3所示的單相電壓源變流器時，本發明交流電網用電能路由器的計算機仿真結果。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。