[發明專利]一種基于混合器件的多端口數字化路由系統及控制方法

在審

• 申請號: 202210190874.2
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114779675A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 戴瑜興;彭子舜;趙振興;朱勇;廖石波
• 申請（專利權）人: 深圳市京泉華科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;H03K17/567;H03K17/687
• 代理公司: 廣州科沃園專利代理有限公司 44416
• 代理人: 張帥;魏梳芳

本發明公布了一種基于混合器件的多端口數字化路由系統及控制方法，所提出的新型路由系統由多個基于混合器件的雙向AC/DC整流電路、雙向DC/AC逆變器和DC/DC變換器組成，可以通過數字控制中上位機和以DSP為核心下位機的協同配合靈活實現對裝置狀態的實時監測和選擇不同能源轉換模式，新型路由系統中的逆變器采用了由大容量Si IGBT和小容量SiC MOSFET并聯組成的混合器件，使得用戶可以根據所在場合及需求，通過數字化控制系統選擇多工作模式，該路由系統具有實時通訊功能方便實現能源的動態管理，并能滿足在航空航天、軍工核能、工業制造及民用設施等領域高效率、高可靠性或者高功率密度等的應用需求。

技術領域

本發明涉及電力電子變換器及控制技術領域，具體涉及一種基于混合器件的多端口數字化路由系統及控制方法。

背景技術

隨著全球能源綠色低碳轉型的規模化發展，大型分布式發電設備連接到電網，能源互聯網的供電多樣性、能量雙向流動甚至多向流動以及功率調控等特點日益顯現，單一電能變換裝置存在體積大、穩定性不高、能源流動模式和適用范圍局限等缺點，難以滿足可再生能源大規模使用和復雜應用場合的苛刻需求。

能量路由器是在電力電子變壓器拓撲結構的基礎上發展起來的一種電能變換裝置，借助其多輸入多輸出的結構特性已經成為了能源互聯網的核心設備，國內外對能量路由器進行了部分研究，已證實其在多端直流供電系統、高壓直流輸電中的應用，但在多種能源、多儲能設備、多用戶接入的交直流負載情況下，能源路由器內部的拓撲結構復雜，用戶難以監測并控制其實時運行狀態。

此外，作為能量路由器核心的功率器件，市面上常采用具有電流容量大、導通壓降低、以及成本較低等優點的Si IGBT作為其開關器件，但是受限于材料特性所決定的性能理論極限，在能量路由器中采用Si基功率器件難以滿足其高效、高功率密度的應用需求。而采用高開關頻率的第三代半導體器件SiC MOSFET則存在成本高、容量小和可靠性較差等缺陷。

發明內容

為了解決上述背景技術存在的問題，本發明所提出的多端口數字化路由系統及控制方法，可以不僅實現電能的多向流動，且具有實時通訊功能，采用混合器件不僅有效提高了其功率密度、效率和冗余性能，且可根據不同應用場合和需求選擇不同功率器件工作模式；該新型路由系統能夠滿足新形勢下的用戶更復雜的應用需求；本發明設計了一種基于混合器件的多端口數字化路由系統，具體技術方案如下：包括路由器，所述路由器包括輸入級和輸出級，所述輸入級和輸出級共同連接直流母線，所述輸入級包括雙向AC-DC逆變器和雙向DC-DC逆變器，所述輸入級的雙向AC-DC逆變器和雙向DC-DC逆變器分別連接交流電網和直流電網，所述輸出級包括雙向DC-AC逆變器和雙向DC-DC逆變器，所述輸出級的雙向DC-AC逆變器和雙向DC-DC逆變器分別連接交流負載和直流負載，所述輸入級和輸出級通過通訊連接線連接數字化控制系統，所述輸入級和輸出級的各逆變器內設置由Si IGBT和SiCMOSFET并聯組成的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件，所述數字化控制系統實時檢測輸入級的電網接入信號和輸出級的負載接入信號，實現能量的互通。

優選的，所述雙向AC-DC逆變器和所述雙向DC-AC逆變器采用兩電平三相整流電路，所述雙向DC-DC逆變器采用Buck-Boost型電路。

優選的，所述數字化控制系統包括可觸摸的上位機和下位機，所述上位機中的觸摸屏硬件部分采用TPC7032KI作為MGSS載體，并且作為主機，軟件部分采用配套的MCGSPRO嵌入版全中文工控組態軟件，所述上位機連接下位機，所述下位機采用多個DSP控制板協同控制，所述DSP控制板連接各逆變器，所述DSP控制板通過采樣電路獲得路由器中各逆變器的實時狀態信號，傳輸給上位機。

優選的，所述Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的驅動電路采用2ED020112-F2作為驅動芯片，可同時控制驅動Si IGBT器件和SiC MOSFET器件，具有電壓檢測、欠壓鎖定及短路保護的功能。