[發明專利]電能質量綜合治理和功率優化的能量路由器的控制方法

有效

• 申請號: 201810105938.8
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108242813B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 馮麗娜;韓克俊;談翀;王永剛;仇輝;高立東;劉汝峰;曹興生;時培征;焉媛媛;邵會朋;李象軍
• 申請（專利權）人: 山東電力設備有限公司;山東輸變電設備有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/12
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻;張平平

1.電能質量綜合治理和功率優化的能量路由器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、檢測單元對智能配電網的網側高壓交流母線(1)的電壓、電流，負載側低壓交流母線(13)的電壓、電流進行檢測；

步驟2、故障判斷單元判斷智能配電網與能量路由器是否出現故障，且功能選擇單元根據智能配電網、分布式電源和負載的運行工況，通過調整功能切換開關S_i的組合，選擇合理的工作模式：

(1)若能量路由器正常，且智能配電網正常，當功能選擇單元選擇電能質量綜合治理功能F₁時，則進入步驟3；

(2)若能量路由器正常，且智能配電網正常，當功能選擇單元選擇有功能量雙向流動和無功補償的功率優化功能F₂時，則進入步驟4；

(3)若能量路由器正常，且智能配電網故障，功能選擇單元選擇不間斷電源UPS功能F₃，則進入步驟5；

(4)若能量路由器故障，且智能配電網正常，功能選擇單元選擇市電供電功能F₄；

(5)若能量路由器故障，且智能配電網故障，功能選擇單元選擇電源切出功能F₅；

步驟3、進入外環控制單元，生成補償電壓指令，使網側隔離變換器(7)實現動態電壓恢復器的功能；生成補償電流指令，使負載側變換器(9)實現有源濾波器的功能；

內環控制單元根據外環控制單元生成的控制指令，分別實現網側隔離變換器(7)的輸出電壓控制和負載側變換器(9)的輸出電流控制，分別生成網側隔離變換器(7)和負載側變換器(9)功率開關管的驅動脈沖信號；

步驟4、進入外環控制單元，生成有功功率和無功功率控制指令，使網側隔離變換器(7)實現有功能量雙向流動和無功補償的功率優化功能，負載側變換器(9)實現有功能量單向流動的功能；

內環控制單元根據外環控制單元生成的控制指令，分別實現網側隔離變換器(7)的有功功率和無功功率控制，負載側變換器(9)的有功功率控制，分別生成網側隔離變換器(7)和負載側變換器(9)功率開關管的驅動脈沖信號；

步驟5、進入外環控制單元，生成電壓控制指令，使負載側變換器(9)輸出穩定的三相380VAC/50Hz電源；

內環控制單元根據外環控制單元生成的控制指令，實現負載側變換器(9)的輸出電壓控制，分別生成網側隔離變換器(7)和負載側變換器(9)功率開關管的驅動脈沖信號；

所述的能量路由器，包括串聯變壓器(4)、網側隔離變換器(7)、負載側變換器(9)、功能切換開關S_i和集中控制器(12)；

所述的串聯變壓器(4)的原邊連接于智能配電網的網側高壓交流母線(1)與負載側低壓交流母線(13)之間；

所述的網側隔離變換器(7)通過低壓直流母線(10)與負載側變換器(9)連接，且低壓直流母線(10)通過儲能系統連接至分布式電源；

所述的功能切換開關S_i包括電源切換開關S₁(2)、串聯變壓器切換開關S₂(3)、網側串聯切換開關S₃(5)、網側并聯切換開關S₄(6)、負載側并聯切換開關S₅(11)和串聯變壓器線路投切開關S₆，其中，電源切換開關S₁(2)連接于智能配電網的網側高壓交流母線(1)與公共連接點PCC之間，串聯變壓器切換開關S₂(3)與串聯變壓器(4)的原邊并聯，網側串聯切換開關S₃(5)連接于串聯變壓器(4)的副邊與網側隔離變換器(7)之間，網側并聯切換開關S₄(6)連接于公共連接點PCC與網側隔離變換器(7)之間，負載側并聯切換開關S₅(11)連接于負載側變換器(9)與負載側低壓交流母線(13)之間，串聯變壓器線路投切開關S6位于串聯變壓器原邊兩路出線端子與線路之間；

所述的集中控制器(12)包括檢測單元、故障判斷單元、功能選擇單元、外環控制單元和內環控制單元，其中，檢測單元用于對智能配電網的網側高壓交流母線(1)的電壓、電流，負載側低壓交流母線(13)的電壓、電流進行檢測；故障判斷單元用于判斷智能配電網與能量路由器是否出現故障；功能選擇單元根據智能配電網、分布式電源和負載的運行工況，通過調整功能切換開關S_i的組合，選擇合理的工作模式；外環控制單元根據功能選擇單元確定的工作模式，分別生成網側隔離變換器(7)的控制指令和負載側變換器(9)的控制指令；內環控制單元根據外環控制單元生成的控制指令，分別生成網側隔離變換器(7)和負載側變換器(9)功率開關管的驅動脈沖信號；

所述的網側隔離變換器(7)具有三相輸入端(u3、v3、w3)和一路低壓直流母線輸出端(p1、n1)，網側隔離變換器(7)由多個隔離變換子模塊(8)組成，且三相的隔離變換子模塊(8)數量相同；

所述的每個隔離變換子模塊(8)均有輸入側首端(a1)和輸入側尾端(a2)、輸出側首端(b1)和輸出側尾端(b2)，且各相中的第一個隔離變換子模塊(8)的輸入側首端(a1)引出端子作為三相輸入端(u3、v3、w3)，最后一個隔離變換子模塊(8)的輸入側尾端(a2)相間星型連接；同相內的下一個隔離變換子模塊(8)的輸入側首端(a1)連接至其相鄰的上一隔離變換子模塊(8)的輸入側尾端(a2)；三相所有隔離變換子模塊(8)的輸出側首端(b1)相連作為低壓直流母線輸出側首端(p1)，隔離變換子模塊(8)的輸出側尾端(b2)相連作為低壓直流母線輸出側尾端(n1)；

所述的隔離變換子模塊(8)包括交-直變換器和雙向DC-DC變換器，交-直變換器和雙向DC-DC變換器通過直流母線連接，其中，交-直變換器由一組全控型H橋組成，雙向DC-DC變換器由兩組全控型H橋、諧振電感(L₈₁)、諧振電容(C₈₂)和高頻變壓器(T₈₁)組成；

所述的交-直變換器的第一功率開關管(S₈₀₁)和第二功率開關管(S₈₀₂)串聯組成第一橋臂，橋臂的中點引出端子作為輸入側首端(a1)，第三功率開關管(S₈₀₃)和第四功率開關管(S₈₀₄)串聯組成第二橋臂，橋臂的中點引出端子作為輸入側尾端(a2)；第一功率開關管(S₈₀₁)和第三功率開關管(S₈₀₃)的頂端連在一起與電容(C₈₁)的正極相連，第二功率開關管(S₈₀₂)和第四功率開關管(S₈₀₄)的尾端連在一起與電容(C₈₁)的負極相連；

所述的雙向DC-DC變換器的第五功率開關管(S₈₀₅)和第六功率開關管(S₈₀₆)串聯組成第三橋臂，第七功率開關管(S₈₀₇)和第八功率開關管(S₈₀₈)串聯組成第四橋臂，第五功率開關管(S₈₀₅)和第七功率開關管(S₈₀₇)的頂端連在一起與第一電容(C₈₁)的正極相連，第六功率開關管(S₈₀₆)和第八功率開關管(S₈₀₈)的尾端連在一起與第一電容(C₈₁)的負極相連，第三橋臂和第四橋臂的中點引出線分別通過諧振電感(L₈₁)和諧振電容(C₈₂)與高頻變壓器(T₈₁)的原邊連接；第九功率開關管(S₈₀₉)和第十功率開關管(S₈₁₀)串聯組成第五橋臂，第十一功率開關管(S₈₁₁)和第十二功率開關管(S₈₁₂)串聯組成第六橋臂，第五橋臂和第六橋臂的中點引出線直接與高頻變壓器(T₈₁)的副邊連接，第九功率開關管(S₈₀₉)和第十一功率開關管(S₈₁₁)的頂端連在一起與第三電容(C₈₃)的正極相連，并引出端子作為輸出側首端(b1)，第十功率開關管(S₈₁₀)和第十二功率開關管(S₈₁₂)的尾端連在一起與第三電容(C₈₃)的負極相連，并引出端子作為輸出側尾端(b2)。