一种应用于能源互联网的能源路由器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子电能变换技术领域，具体涉及一种应用于能源互联网的能源 路由器装置。
【背景技术】
[0002] 自二十世纪以来，随着经济和社会的快速发展，能源消耗与日俱增，电力需求的迅 速增长使得人们越来越重视可再生能源的发展，随着电力负荷的迅速增长，传统的大规模 集中式供电已经显现出稳定性和可靠性问题，各个国家相继把发展电能的研宄更多的转向 利用清洁的可再生能源和分散的能源上，分布式发电系统得到快速发展，能源路由器是实 现能源互联网与配电网的信息交换与电能共享的核心电力电子装置，对该装置的合理设计 可以提升分布式发电设备的性能，提高能源互联网的稳定性，加强对配电网的支撑作用。
[0003] 现有的以固态变压器为核心的电力变换装置由于其拓扑结构落后决定其功率容 量小，所能提供电压等级单一，能量流动局限大，能量形式转换单一，且效率低下；传统固态 变压器控制方式单一，仅从控制并网电压稳定的角度出发，将固态变压器当作传统变压器 的简单低损耗替代，不能实现基于能源路由器的能源协调控制策略。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出一种应用于能源互联网的能源路由器装置。
[0005] 本发明技术方案如下：
[0006] -种应用于能源互联网的能源路由器装置，包括三相三电平双向整流单元、六相 交错DC/DC双向变换单元、自激软启动推挽式全桥DC/DC双向变换单元、三相谐振软开关双 向逆变单元、单相全桥双向逆变单元、高压直流母线和低压直流母线；
[0007] 所述的三相三电平双向整流单元的输入端接入10KV配电网，三相三电平双向整 流单元的输出端连接高压直流母线，自激软启动推挽式全桥DC/DC双向变换单元的输入端 和六相交错DC/DC双向变换单元的输入端分别连接高压直流母线，自激软启动推挽式全桥 DC/DC双向变换单元的输出端连接直流负载、分布式直流发电设备或第一储能设备，六相交 错DC/DC双向变换单元的输出端分别连接低压直流母线，三相谐振软开关双向逆变单元的 输入端和单相全桥双向逆变单元的输入端连接低压直流母线，三相谐振软开关双向逆变单 元的输出端连接三相交流负载、分布式三相交流发电设备或第二储能设备，单相全桥双向 逆变单元的输出端连接单相交流负载、分布式单相交流发电设备或第三储能设备；
[0008] 所述的三相三电平双向整流单元，用于实现10KV配电网和高压直流电之间的相 互电力变换，实现其工作在整流工作模式或者逆变工作模式；
[0009] 所述的六相交错DC/DC双向变换单元，用于实现高压直流电与低压直流电之间的 相互电力变换，实现其工作在升压工作模式或者降压工作模式；
[0010] 所述的自激软启动推挽式全桥DC/DC双向变换单元，用于实现高压直流电与240V 直流电压之间的相互转换，实现其工作在升压工作模式或者降压工作模式；实现为分布式 直流发电设备、直流负载或者第一储能设备提供适当的直流电压；
[0011] 所述的三相谐振软开关双向逆变单元，用于实现低压直流电与380V、50HZ交流电 之间的相互转换，实现其工作在整流工作模式或者逆变工作模式；
[0012] 所述的单相全桥双向逆变单元，用于实现低压直流电与220V、50HZ交流电压之间 的相互转换，实现其工作在整流工作模式或者逆变工作模式；
[0013] 所述的高压直流母线，用于稳定三相三电平双向整流单元的输出电压、六相交错 DC/DC双向变换单元的输入电压和自激软启动推挽式全桥DC/DC双向变换单元的输入电 压；
[0014] 所述的低压直流母线：用于稳定六相交错DC/DC双向变换单元的输出电压、三相 谐振软开关双向逆变单元的输入电压和单相全桥双向逆变单元的的输入电压。
[0015] 所述的三相三电平双向整流单元、六相交错DC/DC双向变换单元、自激软启动推 挽式全桥DC/DC双向变换单元、三相谐振软开关双向逆变单元和单相全桥双向逆变单元均 有正向导通、逆向导通和不导通三种能量流动工作模式，其中，能量从输入端流向输出端为 正向导通，能量从输出端流向输入端为逆向导通，没有能量流经为不导通，根据各单元能量 流动工作模式不同，形成应用于能源互联网的能源路由器装置的不同工作模式。
[0016] 所述的六相交错DC/DC双向变换单元，包括高频逆变模块、高频变压器模块和整 流输出模块；
[0017] 所述的高频逆变模块的输入端连接高压直流母线，高频逆变模块的输出端连接至 高频变压器模块的输入端；高频变压器模块的输出端连接整流输出模块的输入端；整流输 出模块的输出端连接低压直流母线；
[0018] 所述的高频逆变模块，用于实现高压直流电与高压交流电相互转换，有逆变模式 和整流模式两种工作模式，工作在逆变模式时，用于将高压直流电逆变为高压交流电；工作 在整流模式时，用于将高压交流电整流为高压直流电；
[0019] 所述的高频变压器模块，用于实现高压交流电与低压交流电相互转换；
[0020] 所述的整流输出模块，用于实现低压交流电与低压直流电相互转换，有逆变模式 和整流模式两种工作模式，工作在整流模式时，用于将低压交流电整流为低压直流电；工作 在逆变模式时，用于将低压直流电逆变为低压直流电。
[0021] 所述的六相交错DC/DC双向变换单元的控制电路，包括DSP、驱动电路、电源电路 和米样电路；
[0022] 所述的采样电路的输入端分别连接高压直流母线和低压直流母线，采样电路的输 出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端分别连接 六相交错DC/DC双向变换单元的高频逆变模块和整流输出模块，电源电路分别连接至DSP、 驱动电路、米样电路；
[0023] 所述的DSP，用于产生驱动六相交错DC/DC双向变换单元的绝缘栅双极型晶体管 的PWM信号；
[0024] 所述的驱动电路，用于放大DSP产生的驱动六相交错DC/DC双向变换单元的绝缘 栅双极型晶体管的PWM信号，控制高频逆变模块及整流输出模块的绝缘栅双极型晶体管开 通或者关断；
[0025] 所述的电源电路，用于为DSP、采样电路、驱动电路提供电能；
[0026]所述的采样电路，用于采集高压直流母线的电压信号和电流信号、低压直流母线 的电压信号和电流信号，并传输至DSP。
[0027]所述的六相交错DC/DC双向变换单元的控制方法，包括以下步骤：
[0028] 步骤1:对六相交错DC/DC双向变换单元进行初始化，对高压直流母线等效电容和 低压直流母线等效电容进行预充电；
[0029] 步骤2:采样电路采集高压直流母线的电压信号和低压直流母线的电压信号，并 传输至DSP;
[0030] 步骤3:DSP计算高压直流母线和低压直流母线实时流过的有功功率和无功功率， 判断六相交错DC/DC双向变换单元的能量流动方向，并向驱动电路输出PWM信号，若能量由 六相交错DC/DC双向变换单元的输入端流向输出端，则为降压工作模式，执行步骤4,若能 量由六相交错DC/DC双向变换单元的输出端流向输入端，则为升压工作模式，执行步骤5， 否则，若没有能量流过六相交错DC/DC双向变换单元，则为停机模式；
[0031] 步骤4:六相交错DC/DC双向变换单元在降压工作模式下工作，六相交错DC/DC双 向变换单元的高频逆变模块按不同工作模态工作，整流输出模块处于自然整流状态；
[0032] 步骤5:六相交错DC/DC双向变换单元在升压工作模式下工作，六相交错DC/DC双 向变换单元的整流输出模块按不同工作模态工作，高频逆变模块处于自然整流状态。
[0033]本发明的有益效果是：
[0034] 本发明中提出的一种应用于能源互联网的能源路由器装置，能够提供即插即用的 电能，本装置通过电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递，与传统变压 器相比，它具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点，不仅有变换电压、传递 能量的作用，而且兼具限制故障电流、无功功率补偿、改善电能质量以及为各种设备提供标 准化接口等多种功能；本发明中提出的装置前端采用三相三电平双向整流单元与传统单相 整流固态变压器相比容量更大，输出电能谐波更少，本装置中提出的六相交错DC-DC变换 单元，区别于传统变压器，其工作在10KHZ以上的高频部分，使得电路中变压器的体积、重 量大大降低；同时在高频变压器原侧采用六相交错的逆变电路，其每周期12个工作模态， 比传统的三相逆变单元有更少的开关动作使得输出电能谐波含量小电能变换效率高，开关 损耗及电压电流应力小；传统固态变压器控制方式单一，仅从控制并网电压稳定的角度出 发，同时将固态变压器当作统变压器的简单低损耗替代，不能实现基于固态变压器的能源 协调控制策略；区别于传统固态变压器并网时，电能只从低压直流母线处将分布式能源并 入电网，本装置提出了从各能源终端将分布式电源并入电网，能量转换形式更加多样化，从 根本上实现了能量的双向流动。本装置多单元拓扑结构决定其能够提供多种电压等级电 能，满足多种负载与储能设备的需求。
【附图说明】
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