[發明專利]一種家用式能量路由器

在審

• 申請號: 201711110212.5
• 申請日: 2017-11-12
• 公開（公告）號: CN107749642A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 曾偉;孫旻;何昊;黃揚琪;何偉;熊俊杰
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力有限公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32;H02J13/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及電力電子變換器以及信息技術領域，特別涉及一種面向家用負載的能量路由器。

背景技術

近年來，為了緩解能源危機和環境污染，分布式可再生能源在電網中的運用越來越廣泛，但這些可再生能源往往具有地理分散性、間歇性。這就需要在電網中加入大量的儲能設備用于緩沖這些波動的能量。另一方面，傳統的單一集中式發電網逐漸裝變為集中式和分布式共存的發電模式，電能的單向流動也開始轉變為多向流動。

為了滿足未來電網對電能控制的復雜性和多樣性要求，有學者提出未來電網將在局部消納的基礎上，以微網、智能小區為自治單元，形成自下而上的能量單元的互聯。美國北卡羅來納州州立大學FREEDM中心提出以能量路由器為核心的能量互聯網。由此看出，集成了成熟的信息技術，基于電力電子變換的能量路由器能夠實現能量的高效接入和利用，將成為未來電網的核心部件，正受到越來越多的學者的重視。

能量路由器是一種集成融合了信息技術與電力電子變換技術、實現分布式能量的高效利用和傳輸的電力裝備。電力電子變換技術使電能路由器為各種類型的分布式電源、儲能設備和新型負載提供所需的電能接口形式。信息技術使能量路由器實現智能化，配電網在其控制下實行自律運行，上層電力調度中心只需向網內發送較長時間尺度的優化運行參數，以實現全網的優化運行。

CN2723723Y公開了一種風、光、柴互補系統控制逆變一體機，優先使用太陽能和風能等清潔能源，并能夠控制蓄電池充放電。但該系統是一個離網系統，只能給本地負載供電，不能夠并網運行。CN102780267A公開了一種采用開關陣列組成能量通道的電能路由器，控制復雜，如果單一開關出現故障，將對全局造成影響。CN104682430A公開了一種應用于能源互聯網的能源路由器裝置，屬于中壓范圍。現有的能量路由器主要集中在交流網、混合交流網，且大多集中在局域網和主干網，對低壓直流微網的關注較少，而在未來智能電網規劃中所有用戶不僅是需求方，加上風光儲系統后，用戶也可以生產并存儲電力，能夠與電網和其余用戶自由交易電力。因此，面向家用負載并能夠利用低壓直流微網主動控制調度能量流的能量路由器是未來智能電網的重要組成部分。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術存在的不足，本發明提出一種面向家用負載的能量路由器及其控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種家用式能量路由器，包括直流母線、路由器第一端口～路由器第五端口、控制芯片、端口傳感器采集處理電路、直流母線傳感器采集處理電路、端口開關驅動電路和通訊電路。

所述直流母線由正、負母線組成；路由器第一端口～路由器第五端口并聯在直流正、負母線上；端口傳感器采集處理電路采集并處理端口的電壓、電流信號，然后將其傳輸給控制芯片；直流母線傳感器采集處理電路采集直流母線的電壓、電流信號，然后傳輸給控制芯片；控制芯片將采樣數據匯總并處理發出控制信號，通過端口開關驅動電路控制路由器第一端口～路由器第五端口中端口開關的閉合與斷開以及電力電子變換器的工作狀態，主控制器中的控制芯片通過通訊電路和每一個路由端口保持通信，整個能量路由器通過直流母線實現能量的雙向流動，通過控制芯片實現信息的雙向流動。

所述交流電網無故障時，通過路由器第一端口連接至直流母線上，能量路由器工作在并網模式；交流電網故障，斷開路由器第一端口中的三相變流器，能量路由器進入孤島模式。

所述路由器第一端口～路由器第五端口分別接入交流電網、光伏電池、蓄電池、柴油發電機和家用電交流負載。

路由器第一端口內部包含一個三相AC/DC變流器和四個端口開關將交流電網連接在直流母線上，其中三個端口開關采用交流斷路器，一個端口開關采用直流斷路器；路由器第二端口內部包含一個隔離DC-DC電路和二個端口開關將光伏電池連接在直流母線上，其中端口開關選用直流斷路器；路由器第三端口內部包含一個雙向Buck/Boost電路和一個端口開關將蓄電池連接在直流母線上，其中端口開關選用直流斷路器；路由器第四端口內部包含一個Boost-PFC電路和二個端口開關將柴油發電機連接在直流母線上，其中一端口開關采用直流斷路器，另一個端口開關采用交流斷路器；路由器第五端口內部包含一個單相DC-AC逆變器和二個端口開關將家用電交流負載連接在直流母線上，其中一個端口開關采用直流斷路器，另一個端口開關采用交流斷路器。