一种基于潮流路由器构成的能源局域网架构的制作方法

1.本实用新型涉及电子电力领域，特别涉及一种基于潮流路由器构成的能源局域网架构。


背景技术：

2.随着化石燃料的短缺，环境污染日益严重，国内对于可再生能源发电的需求逐步增大。随着可再生能源发电装置、储能设备及各种类型电能负载的接入，传统的电力系统设备无法满足供电形式多样和能量多向流动以及功率流的主动调控等要求，无法适应未来电力市场化的需要。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型提出一种基于潮流路由器构成的能源局域网架构，可为新能源发电装置和负载提供灵活多样化的接口电气形式，通过与信息技术的融合使能量路由器拥有通讯和智能决策能力，可根据网络运行状态以及用户和控制中心的指令，实现对电力网络流的主动管理。同时主电网与局域网之间通过能量路由器还可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。
4.本实用新型提出的一种基于潮流路由器构成的能源局域网架构，包括：主电网、局域网、上层能量管理系统；
5.所述局域网包括能量路由器；
6.所述能量路由器为潮流路由器，控制局域网与主电网的双向潮流及各直流母线与交流母线潮流分配；
7.所述能量路由器一侧连接主电网，另一侧连接局域网中各支路，控制主电网与局域网之间的电气与信息连接；
8.所述主电网与所述局域网电气互连电路中设置双向潮流开关；
9.所述上层能量管理系统与主电网及能量路由器通过信息流通信。
10.优选地，所述主电网包括智能故障管理单元，智能故障管理单元中包含固态故障隔离器，固态故障隔离器接收能量路由器传输的局域网状态信息流。
11.优选地，所述局域网还包括分布式可再生能源与储能、交流负荷、直流负荷。
12.优选地，能量路由器包括中央控制器、虚拟电机控制、直流母线、交流母线、即插即用接口；
13.所述中央控制器与各直流母线及交流母线支路通过信息流通信连接，优化调配各支路潮流；
14.所述虚拟电机控制能量路由器与直流母线及交流母线的电气连接；
15.所述直流母线上连接若干即插即用接口与直流负荷；
16.所述交流母线上连接交流负荷与即插即用接口。
17.优选地，所述即插即用接口为dc/ac与dc/dc机侧变流器，其中dc/ac与dc/dc机侧
变流器连接分布式可再生能源与储能；
18.所述分布式可再生能源与储能包括：电动汽车充放电并网，分布式太阳能、燃料电池发电，分布式风力、微型燃气轮机发电。
19.优选地，所述上层能量管理系统与主电网智能故障管理单元通过信息流连接。
20.本实用新型具有下列有益效果：本实用新型以能量路由器为核心，通过能量路由器连接主电网与局域网，形成在主电网与局域网之间双向电气潮流控制以及并、离网快速切换的网络架构。同时本实用新型涉及的基于潮流路由器的能源局域网架构以开放对等的信息、能源一体化架构，真正实现能源局域网架构中的主电网与局域网的双向传输以及局域网内部能量的动态平衡使用，同时可以最大限度地适应新能源的接入。
21.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1示出了潮流路由器的示意图；
24.图2示出了潮流路由器的硬件实施方案布局图；
25.图3示出了基于潮流路由器构成的能源局域网架构图。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.为了深入理解本实用新型基于潮流路由器构成的能源局域网架构，首先介绍潮流路由器的架构，参照图1所示，潮流路由器主要控制设备安装地点的潮流分布，如输配线路、可再生能源、负荷等进出线路的潮流。其中“传输线潮流控制器”技术能够将外部的输配线路连接到潮流路由器中的总线，并且控制着对应的支路电力潮流。输配线路包括一个可控制变压器和一个串联电压源。变压器用以调整支路电压至总线水平，而主要的电力潮流是通过控制串联电压源实现的。
28.在本设计中，参照图1所示，本地功率注入有5种类型，包括储能单元、可调度发电机、可再生能源、固定载荷和弹性载荷。储能单元主要用于储能和能量缓存。可再生能源与潮流总线之间由可再生能源控制器连接，用以调节可再生能源。本地载荷可以分为固定载荷和弹性载荷，前者需要实时供应电力，后者通过负载控制器与潮流总线连接。弹性载荷通常为可延迟载荷或动态载荷。与传统电网相比，在潮流路由器中储能单元、可再生能源与弹
性载荷都通过额外的接口或控制器与潮流总线连接。在潮流路由器中，各个即插即用接口和控制器受中央控制器(cpu)协调控制。而各个潮流路由器可以通过通讯网络互相协调形成路由网络。
29.基于上述设计，提出如图2所示的硬件实施方案布局图。潮流路由器并不改变原有的交流母线结构，内部母线仍然采用交流型式，实现交流系统的柔性互联，各类分布式可再生能源、储能单元、交流负荷、直流负荷等通过即插即用接口接入交流母线，输配线路通过潮流控制器接入交流母线，其中各类接口或潮流控制器通过通信总线与潮流路由器中央控制器(cpu)连接。cpu对各支路潮流进行优化计算，并通过通信线路下发到各ac/dc或dc/dc机测变流器实现各进出线潮流的灵活控制。
30.进一步地，本实用新型基于图1中潮流路由器的示意图及图2中硬件实施方案布局图，提出一种基于潮流路由器构成的能源局域网架构，参照图3所示，包括主电网、局域网、上层能量管理系统，其中，局域网包括能量路由器，能量路由器为潮流路由器，能量路由器一侧连接主电网，另一侧通过即插即用接口连接局域网中分布式可再生能源与储能及交直流负荷，控制主电网与局域网之间的电气和信息连接，主电网与局域网之间的电气连接电路中设置双向潮流开关，双向潮流开关可对双向功率进行一定范围内的补偿，优化电压及功率波形，并且可以控制主电网与局域网之间的双向电气潮流。上层能量管理系统与主电网及能量路由器通过信息流连接。
31.能量路由器可以实现不同能源载体的输入、输出、转换、存储，是本实施例能源局域网架构的核心装置。本实施例中，能量路由器不仅可以实现局域网各功能模块之间功率互连及功率调配，同时可实现局域网与主电网之间双向电气潮流及双向通信。
32.进一步地，参照图3所示，主电网包括智能故障管理单元，智能故障管理单元包含固态故障隔离器，可根据需求在主电网不同模块设置多个智能故障管理单元，本实施例中在主电网电路中设置两个智能故障管理单元，智能故障管理单元与上层能量管理系统及能量路由器通过信息流通信连接。固态故障隔离器接收通过能量路由器传输的局域网状态信息流，能实时判断局域网状态。
33.固态故障隔离器发送故障信息给能量路由器和上层能量管理系统，能量路由器识别后控制自身工作状态，实现局域网离网运行状态，同时局域网中能路由器根据故障情况或者系统需要，自主地与主电网分离或者并网，提高电网的自愈性，保证主电网不会因为能量路由器的接入导致新的故障。
34.进一步地，局域网还包括分布式可再生能源与储能、直流负荷、交流负荷，其中分布式可再生能源与储能包括分布式储能系统，电动汽车充放电并网，分布式太阳能、燃料电池发电，分布式风力、微型燃气轮机发电。
35.进一步地，能量路由器包括中央控制器、虚拟电机控制、直流母线、交流母线、即插即用接口。中央控制器与各交直流母线支路通过信息流连接，优化调配各路潮流，实现对潮流的灵活控制；
36.直流母线与交流母线通过能量路由器实现电气互连；
37.直流母线上连接多个即插即用接口，即dc/ac与dc/dc机侧变流器，其中dc/ac与dc/dc机侧变流器分别连接分布式可再生能源与储能；
38.直流母线上还接入直流负荷，直流负荷为若干支路负荷集合；
39.相应地，交流母线上接入即插即用接口，即dc/ac机侧变流器，dc/ac机侧变流器连接交流储能；
40.交流母线还接入交流负荷，交流负荷为若干支路负荷集合；
41.虚拟电机控制与直流母线和交流母线的电气连接，提升连接柔性；
42.通过能量路由器的控制，直流母线与交流母线被优化成智能母线，可以调配连接在本母线的各支路潮流，并且能量路由器同时控制交流母线与直流母线，实现交直流配电网调配。
43.局域网内的直流母线及交流母线可设置若干开关控制器，形成局域网交直流配电网，保证各线路电能需求快速匹配，根据潮流路由器中央控制器(cpu)的调度，实现各线路功率流向的快速调节，尽量保证最大限度的接纳发电设备的输出，合理使用分布式储能，做到智能化能量管理。
44.进一步地，能量路由器与上层能量管理系统通过信息流通信连接，上层能量管理系统对能量路由器功能进行优化、故障处理、权限管理等操作，上层能量管理系统同时与主电网中智能故障管理单元通过信息流链路连接。
45.本实用新型涉及的能源局域网架构以能量路由器为核心，通过能量路由器连接主电网与局域网，形成在主电网与局域网之间双向电气潮流控制以及并、离网快速切换的网络架构。本实施例所述的基于潮流路由器构成的“能源局域网”架构，通过能量路由器的中央控制器(cpu)对各支路潮流进行优化计算，并通过通信线路下发至各ac/dc或dc/dc机侧换流器实现各进出线潮流的灵活控制，以开放对等的信息、能源一体化架构，真正实现能源局域网架构中的主电网与局域网的双向传输以及局域网内部能量的动态平衡使用，同时可以最大限度地适应新能源的接入。
46.参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。