[發明專利]一種基于柔性互聯的能量路由器拓撲結構及其控制方法

在審

• 申請號: 202210982096.0
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115579969A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 胡亞山;張群;李妍;王青山;汪德成
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院;國網江蘇省電力有限公司;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J5/00
• 分類號: H02J5/00;H02J4/00;H02J7/35;H02J3/38;H02J3/32;H02J1/10;H02J1/14
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙) 51238
• 代理人: 胡琳梅

本發明公開了一種基于柔性互聯的能量路由器拓撲結構及其控制方法，該結構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，同時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。

技術領域

本發明屬于綜合能源轉換裝置及控制技術領域，特別涉及一種基于柔性互聯的能量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。

能量路由器可以實現不同能量單元之間的互聯，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。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一是提供一種基于柔性互聯的能量路由器拓撲結構，具備潮流雙向精確線性控制功能，方便不同類型多種類型能源或負荷靈活接入。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于柔性互聯的能量路由器拓撲結構，包括交流端口單元、直流端口單元以及直流母線；其中，所述交流端口單元、直流端口單元分別連接于直流母線的兩側；

所述交流端口單元的一端與直流母線電聯接，另一端與外部交流線路電聯接；所述直流端口單元與直流母線電聯接；

所述交流端口單元采用雙向交流端口結構，在并網情況下為直流母線提供穩定電壓，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；

所述直流端口單元根據需求控制輸出側兩端電壓、電流或功率值，用于通過線路中的等效阻抗改變線路中的潮流分布。

進一步，所述交流端口單元內部采用全控型功率器件。

進一步，所述交流端口單元還包括功率變換模塊，用于將直流電轉換成交流電。

進一步，所述交流端口單元采用雙向交流變換器結構，具體電路拓撲可為三相全橋電路或三相半橋電路。