[發明專利]一種基于直流集成方式的電力路由器拓撲及其控制方法

在審

• 申請號: 202011482370.5
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112653347A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張群;李妍;王青山;諸曉駿;王瓊;王鑫;李澤森;曹遠志;梁海峰
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院;國網江蘇電力設計咨詢有限公司;國網江蘇省電力有限公司;中國電力科學研究院有限公司;華北電力大學（保定）
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M3/156;H02H7/12;H02J3/32;H02J3/38
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明屬于綜合能源轉換裝置及控制技術領域，特別涉及一種基于直流集成方式的電力路由器拓撲及其控制方法。其直流集成方式的電力路由器拓撲包括交流端口、直流端口和直流母線；其中交流端口一端與直流母線Vm相連，另一端與外部直流線路(Va、Vb、Vc)相聯；其雙向交流端口在并網情況下,為直流母線Vm提供穩定電壓，同時提供雙向功率回路吸收后級電路傳輸功率或補充直流電路釋放功率，功率變換單元用于將直流電轉換成交流電。本拓撲電力路由器具備潮流雙向精確線性控制器，不僅作為可以實現不同電壓網絡之間的互聯運行，還可以直流電壓源或電流源模式運行，實現兩種功能的組合集成，有效降低系統成本。

技術領域

本發明屬于綜合能源轉換裝置及控制技術領域，特別涉及一種基于直流集成方式的電力路由器拓撲及其控制方法。

背景技術

能源綜合服務站是利用變電站資源建設運營充換電(儲能)站和數據中心站新模式，依托變電站貼近用戶、廣泛覆蓋、電力保障等優勢，通過就近滿足用戶電力、算力、存儲、連接等服務需求，為電力物聯網提供實現物理世界和數字世界連接的IT基礎設施資源，滿足5G網絡建設中的多接入邊緣計算站建設需求。多站融合是綜合能源服務站的典型應用場景，利用現有變電站深入挖掘資源價值，建設運營充電站、儲能站、通信基站和數據中心站等設施，一站式服務滿足變電站、儲能電站、數據中心站等設備的多元化服務需求。在該場景中需要重點考慮的是變電站、數據中心站、充換電電站、分布式電源以及充電樁等直流負荷的供電方式分析，設計更加高效互補的用電拓撲結構，從而提高整站的運行能效水平。同時面對多種能源靈活接入的需要，需要研究新型多端口電力路由器設備，滿足站內接入大量“分布式儲能設備”“新型負荷”“可再生能源設備”等多樣性的供電需求，實現多種類型能源靈活接入，以更好的支撐綜合能源服務站的建設。

電力路由器本質上屬于電磁能變換設備，主要組成部分包括高頻變壓器、功率開關器件、無源元件設備。電力路由器能解決傳統變壓器變比寬范圍可調問題，還具備控制功率流向、調整電能質量、柔性隔離故障、接入多種電荷負荷等多種功能。目前，世界范圍內不同學者研制了不同種類電力路由器樣機，例如，瑞士蘇黎世大學的提出并研制完成1MVA固態變壓器樣機，美國High Point University研究中心研發出新一代固態變壓器，中國電力科學研究院提出并研發電能交換器樣機。電力路由器的拓撲類型可按不同方式進行分類：按內部母線耦合形式分為共直流母線型和共交流母線型；按電壓特點可分為單一電壓等級和多電壓等級；按接線方式可分為輻射狀直流電網和網狀直流電網。但是目前研究多端口電力路由器均是單一電壓等級的輻射狀直流系統，未能充分集成各種直流用電設備的優勢，因此需要因地制宜地采用不同的電壓等級接口、接線方式和系統結構，從而最大化發揮變電站內部直流供電網絡的潛力。

綜上所述，現有電力路由器結構較少關注不同電壓類型的端口互聯，較少關注內部拓撲優化，也不具備不同工況之間的無縫切換功能。

相對目前研究的直流電力路由器，本發明提出的基于直流集成方式的電力路由器拓撲及其控制策略具備以下特點和優勢：

1)具備潮流雙向精確線性控制功能，不僅可以實現不同電壓網絡之間的互聯運行，還可以電壓源或電流源模式運行，控制手段靈活多變，方便不同類型多種類型能源或負荷靈活接入。

2)具備網絡中雙向直流故障隔離保護功能，減少線路中配置直流斷路器的數量，還能降低系統成本。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于直流集成方式的電力路由器拓撲及其控制方法，其特征在于，所述直流集成方式的電力路由器拓撲包括交流端口、直流端口、內部直流母線；其中交流端口3一端與內部的直流母線Vm相連，另一端與外部直流線路(Va、Vb、Vc)相聯；其直流側面包括直流端口1、直流端口2；直流端口1、直流端口2與內部直流母線Vm相連；