一种用于直流微网的多端口能量路由器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于直流微网的多端口能量路由器，涉及能源互联网控制技术领域，本发明为分布式可再生能源发电设备、储能设备和用电负载接入能源互联网提供一种新的方案，提供一种新的能量路由方式。本发明提出的能量路由器具有多个路由端口，能够同时接入多种发电设备、储能设备、用电负载，实现不同设备之间的能量流动，提高能量利用效率；设计了多功能路由端口，有利于能量路由器的直流母线电压的统一化、标准化，满足不同电压等级要求；本发明适用于能源互联网的组网，将分布式可再生能源发电设备首先并入低压直流微网，再根据不同的电压等级及用电需求，经过换流环节，并入高电压等级的直流、交流电网。
【专利说明】
一种用于直流微网的多端口能量路由器
技术领域
[0001]本发明涉及能源互联网控制技术领域，尤其是一种能量路由器。
【背景技术】
[0002]针对能源互联网在能源接入、能源控制和能量传输等方面所面临的挑战，借鉴Internet中数据交换设备“路由器”的设计理念，设计能够实现能源网络互联、调度和控制的“能量路由器”的概念被提了出来。能量路由器是能源互联网的关键技术，是一种在现有电网基础上，基于先进的电力电子技术和信息网络技术，提供灵活多样的电气接口，实现大量分布式可再生能源发电设备、储能设备、各种用电负载接入电网，并且具有通讯和智能决策能力，实现对电力网络能量流、信息流主动管理的智能电力设备。
[0003]未来能源互联网将呈现交流电网、直流电网和交直流混合电网并存的形态，能量路由器在不同的电网组网中，要实现交流电、直流电的并网。目前，美国、日本、瑞士以及我国等正在依照本国的实情对用于能源互联网主干网、区域网、局域微网的不同等级的能量路由器进行研究探索，还没有统一的实施标准。
[0004]“基于电力电子变换的电能路由器研究现状与发展”一文介绍了国内外电力电子变换拓扑在能量路由器领域的发展应用情况，多集中于主干网、区域网的应用领域，在微网方面的研究较少。中国专利CN101436778A公开了一种微型电网组网方法，该方法采用直流母线结构，采用分散式结构，分别通过DC/DC、AC/DC、DC/AC变换器将发电、用电、储能设备接入直流母线。中国专利CN102315645A公开了用于分布式发电的能量路由器，采用交流母线结构，分布式发电需要经过多级的变换才能并入交流网。中国专利CN102780267A公开了一种采用开关阵列组成能量流动通道的电能路由器，控制复杂，如果单一开关出现故障，将对全局造成影响。中国专利CN103248068A公开了具备多种供电方式的电能路由器，采用了交直流混合母线组成交直流混合微网，同样采用了开关阵列来形成能量通道。中国专利CN104682430A公开了一种应用于能源互联网的能源路由器装置，属于中压范围，对DC/DC变换、DC/AC作了大量的说明。现有的能量路由器研究主要集中在交流网、混合交直流网，且大多集中在局域网和主干网，对低压直流微网的关注较少。
[0005]可再生发电设备所发出的电能为直流电或者经过整流后变成直流电，将直流电直接并入直流微网可节省大量的换流环节。很多负载本质上采用直流供电或者具备直流环节，如LED照明灯、电动车、计算机、手机、变频器等，因此更易接入直流微网，省去交流配电网中的AC/DC转换环节，节约了成本，也降低了损耗。另外，储能设备多为直流形式，也更易接入直流微网。
[0006]在直流配电网中，为了充分发挥分布式能源设备的效能，直流微电网将是最主要的运行方式。然而，由于大多分布式可再生能源地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和间歇不稳定等特点，导致接入直流配电网的端口分散，电压等级多样、没有标准化等问题。
【发明内容】
[0007]为了克服现有技术的不足，本发明提出一种具有多端口的用于直流微网的能量路由器，为分布式可再生能源发电设备、储能设备和用电负载接入能源互联网提供一种新的方案，为未来直流微网的组网提供一种新的能量路由方式。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009]—种用于直流微网的多端口能量路由器，该路由器包括直流母线DC-Bus、并网开关S、路由端口 Interface I?Interface N、控制芯片、端口传感器采集处理电路、DC-Bus传感器采集处理电路、端口开关驱动电路、并网开关S驱动电路和通信电路。
[0010]所述直流母线DC-Bus由直流正、负母线组成，并网开关S的两端串在直流正母线上，实现直流微网与能量路由器的连接;各路由端口 Interface I?Interface N并接在直流正、负母线上;端口传感器采集处理电路采集路由端口的电压、电流信号，然后送给控制芯片;DC-Bus传感器采集处理电路采集直流母线DC-Bus的电压、电流信号，然后送给控制芯片;控制芯片发出控制信号，通过并网开关S驱动电路控制并网开关S的闭合与断开，通过端口开关驱动电路控制路由端口 Interface I?Interface N中开关的闭合与断开，控制芯片通过通信电路和每一个路由端口 Interface保持通信，整个能量路由器通过直流母线DC-Bus与直流微网实现能量的双向流动，通过控制芯片与直流微网控制中心实现信息的双向流动。
[0011]所述并网开关S选用直流接触器或者直流断路器，并网开关S闭合时能量路由器工作在并网模式;并网开关S断开时，能量路由器工作在孤岛模式。
[0012]所述路由端口 Interface I?Interface N同时接入发电设备、储能设备、用电负载，每个路由端口 Interface内部包括2个单向DC/DC变换器、I个双向DC/DC变换器和3个端口开关，其中一个单向DC/DC变换器和一个端口开关将发电设备连接在直流母线上，另外一个单向DC/DC变换器和另一个端口开关将用电设备连接在直流母线上，双向DC/DC变换器和第三个端口开关将储能设备连接在直流母线上，其中端口开关选用直流接触器或直流断路器。
[0013]所述的路由端口Interface I?Interface N经DC/DC变换后的电压为Udc-1nterface，直流母线电压为Udc-Bus，当发电设备发电、储能设备向直流母线输电时，电压经DC/DC变换后必须满足如下直流并网电压条件才能实现正常并网:
[001 4] Udc-1nterface — Udc-Bus
[0015]通过每个路由端口Interface，直流母线与发电设备、储能设备、用电负载之间的能量流动方式有三种，即能量从发电设备流入直流母线，能量从直流母线流出向用电负载供电、向储能设备充电，能量从储能设备流向直流母线;每个能量路由端口 Interface所连接的发电设备、储能设备和用电负载之间的能量流动方式有两种，即能量从发电设备流出向储能设备充电、向用电负载供电和能量从储能设备向用电负载供电。
[0016]所述控制芯片为能量路由器的运算处理中心，选用DSP、单片机或FPGA微处理控制芯片，控制芯片接收来自直流微网控制中心发送的控制信息，向直流微网控制中心实时反馈能量路由器的各路由端口 Interface的电压、电流信号，实现信息的双向流动；同时，控制芯片通过通信电路与每个路由端口 Interface保持通信，实时监测各路由端口的电压、电流是否正常，控制芯片接收端口传感器采集处理电路采集到的端口电压、电流信号，接收DC-Bus传感器采集处理电路采集到的直流母线电压、电流信号，控制芯片向并网开关S驱动电路和端口开关驱动电路发出控制信号，控制并网开关S和路由端口开关的闭合与断开。
[0017]通过控制芯片进行能量控制，发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器端口 Interface，控制能量路由器与直流微网之间，能量路由器通过路由端口 Interface I?Interface N与所接发电设备、储能设备、用电负载之间，单个路由端口 Interface与所接发电设备、储能设备、用电负载之间，路由端口与路由端口之间的能量多向流动。
[0018]所述并网开关S开关闭合时，能量路由器工作在并网模式下，并网模式下又分为如下两种情况:
[0019]I)能量路由器向直流微网提供电能:发电设备所发电量足够为用电负载提供能量，如果电能有盈余，则能量路由器将盈余的能量存储在储能设备中，同时输送给上级直流微网；
[0020]2)直流微网向能量路由器回馈电能:发电设备发电量不足为用电负载供电，且储能设备也不能提供差额电量，则上级直流微网向能量路由器一侧供电。
[0021]并网模式下的工作流程为:
[0022]通过数据采集，控制芯片对各路由端口 Interface的电压与直流母线电压进行匹配判断:当满足并网电压条件Udc^nterface = Udc-Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器，通过端口传感器采集处理电路采集各路由端口 Interface的电压、电流信号，控制芯片对接入能量路由器的发电设备所发的总电量Wg与用电总负荷量Wl进行功率计算，然后比较总电量Wg与用电总负荷量Wl大小，当KWc时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电；当路由端口 Interface的发电量大于负荷量，则该路由端口 Interface所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，继续检测路由端口 Interface的发电量是否还有盈余，如仍有盈余，则将盈余的能量输送到直流微网，当Wl>Wg时，首先检测该路由端口 Interface的储能设备的储能WS是否能够补充能量缺额，如Ws彡|WL-WG|，则能够补充，向用电负载补充缺额能量;如Ws< I Wl-Wg |，则不能补充，再检测其它路由端口 Interface是否能够补充剩余的能量缺额，即判断其它路由端口的储能Ws的总和是否满足Ws彡I Wl-Wg I，如果满足，其它路由端口 Interface补全用电负荷所需能量;如果不满足Ws多I Wl-Wg I，说明其它路由端口 Interface的储能设备还不能补充，则向直流微网索取能量来补充。
[0023]所述并网开关S开关断开时，能量路由器工作在孤岛模式。
[0024]孤岛模式下，能量路由器所接的所有发电设备、储能设备、用电负载处于脱离直流微网的孤立工作状态，以能量路由器为中心形成孤立的能源网络，此时，能量在各个路由端口 Interface之间流动，根据用电负载的用电量需求，发电设备、储能设备共同为用电负载供电。
[0025]孤岛模式下的工作流程为:
[0026]通过数据采集，控制芯片对路由端口 Interface I?Interface N的电压与直流母线电压进行匹配判断:当满足并网电压条件Udc^nterface = Udc-Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器，通过路由端口传感器采集处理电路采集的电压、电流信号，对接入能量路由器的发电设备所发的总电量Wg与用电总负荷量Wl进行功率计算，比较总电量Wg与用电总负荷量Wl大小，当KWc时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电，如路由端口的发电量大于负荷量，则该路由端口 I nt erf ace所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，当WL>Wc时，首先检测该路由端口 Interface的储能设备的储能Ws是否能够补充能量缺额，如Ws彡Wl-Wg，即能够补充，贝Ij向用电负载补充缺额能量;如Ws< I Wl-Wg I，则不能补充，再向其它路由端口 Interface索取剩余的能量缺额进行补充。
[0027]本发明的有益效果在于提出的能量路由器具有多个路由端口，能够同时接入多种发电设备、储能设备、用电负载，实现不同设备之间的能量流动，提高能量利用效率;设计了多功能路由端口，每个路由端口 Interface包含三个DC/DC变换，能同时接入发电设备、储能设备、用电负载，通过DC/DC变换，实现不同电压等级的发电设备、储能设备的电压统一变换为直流母线电压，这样的设计有利于能量路由器的直流母线电压的统一化、标准化，满足不同电压等级要求;本发明适用于能源互联网的组网，本发明提出的能量路由器，将分布式可再生能源发电设备首先并入低压直流微网，再根据不同的电压等级及用电需求，经过进一步的DC/DC、DC/AC换流环节，并入高电压等级的直流、交流电网。
【附图说明】
[0028]图1为用于直流微网的多端口能量路由器结构图。
[0029]图2为单个路由Interface内部拓扑及一种低压路由端口的DC/DC变换组合方案。
[0030]图3为并网工作模式下能量控制流程图。
[0031 ]图4为孤岛工作模式下能量控制流程图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0033]—种用于直流微网的多端口能量路由器，该路由器包括直流母线DC-Bus、并网开关S、路由端口 Interface I?Interface N、控制芯片、端口传感器采集处理电路、DC-Bus传感器采集处理电路、端口开关驱动电路、并网开关S驱动电路和通信电路。
[0034]所述直流母线DC-Bus由直流正、负母线组成，并网开关S的两端串在直流正母线上，实现直流微网与能量路由器的连接;各路由端口 Interface I?Interface N并接在直流正、负母线上;端口传感器采集处理电路采集路由端口的电压、电流信号，然后送给控制芯片;DC-Bus传感器采集处理电路采集直流母线DC-Bus的电压、电流信号，然后送给控制芯片;控制芯片发出控制信号，通过并网开关S驱动电路控制并网开关S的闭合与断开，通过端口开关驱动电路控制路由端口 Interface I?Interface N中开关的闭合与断开，控制芯片通过通信电路和每一个路由端口 Interface保持通信，整个能量路由器通过直流母线DC-Bus与直流微网实现能量的双向流动，通过控制芯片与直流微网控制中心实现信息的双向流动。
[0035]所述并网开关S选用直流接触器或者直流断路器，并网开关S闭合时能量路由器工作在并网模式;并网开关S断开时，能量路由器工作在孤岛模式；
[0036]所述路由端口 Interface I?Interface N同时接入发电设备、储能设备、用电负载，每个路由端口 Interface内部包括2个单向DC/DC变换器、I个双向DC/DC变换器和3个端口开关，其中一个单向DC/DC变换器和一个端口开关将发电设备连接在直流母线上，另外一个单向DC/DC变换器和另一个端口开关将用电设备连接在直流母线上，双向DC/DC变换器和第三个端口开关将储能设备连接在直流母线上，其中端口开关选用直流接触器或直流断路器。
[0037]所述的路由端口Interface I?Interface N经DC/DC变换后的电压为Udc-1nterface，直流母线电压为Udc-Bus，当发电设备发电、储能设备向直流母线输电时，电压经DC/DC变换后必须满足如下直流并网电压条件才能实现正常并网:
[0038]Udc-1nterface — Udc-Bus
[0039]通过每个路由端口Interface，直流母线与发电设备、储能设备、用电负载之间的能量流动方式有三种，即能量从发电设备流入直流母线，能量从直流母线流出向用电负载供电、向储能设备充电，能量从储能设备流向直流母线;每个能量路由端口 Interface所连接的发电设备、储能设备和用电负载之间的能量流动方式有两种，即能量从发电设备流出向储能设备充电、向用电负载供电和能量从储能设备向用电负载供电。
[0040]所述控制芯片为能量路由器的运算处理中心，选用DSP、单片机或FPGA微处理控制芯片，控制芯片接收来自直流微网控制中心发送的控制信息，向直流微网控制中心实时反馈能量路由器的各路由端口 Interface的电压、电流信号，实现信息的双向流动；同时，控制芯片通过通信电路与每个路由端口 Interface保持通信，实时监测各路由端口的电压、电流是否正常，控制芯片接收端口传感器采集处理电路采集到的端口电压、电流信号，接收DC-Bus传感器采集处理电路采集到的直流母线电压、电流信号，控制芯片向并网开关S驱动电路和端口开关驱动电路发出控制信号，控制并网开关S和路由端口开关的闭合与断开。
[0041]通过控制芯片进行能量控制，发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器端口 Interface，控制能量路由器与直流微网之间，能量路由器通过路由端口 Interface I?Interface N与所接发电设备、储能设备、用电负载之间，单个路由端口 Interface与所接发电设备、储能设备、用电负载之间，路由端口与路由端口之间的能量多向流动。
[0042]所述端口开关驱动电路控制路由端口 Interface I?Interface N中开关的闭合与断开，控制发电设备、储能设备、用电负载是否接入能量路由器。
[0043]所述并网开关S驱动电路控制并网开关S的闭合与断开，从而控制能量路由器并网模式与孤岛模式的切换。
[0044]所述通信电路选用RS422、RS485、RS232实现路由端口与控制芯片之间的通信功會K。
[0045]现结合附图详细地说明本发明的工作原理。
[0046]图1中虚线框内为本发明提出的多端口能量路由器结构，直流母线DC-Bus上连接多个路由端口 Interface I?Interface N，每个路由端口 Interface可以同时接入分布式发电设备、储能设备和用电负载。控制芯片和每一个路由端口 Interface、直流微网控制中心保持通信，从而实现能量流与数据流的多向控制，通过控制并网开关S的开通与关断实现能量路由器并网模式、孤岛模式的切换。
[0047]如图2所示右侧为单个路由端口 Interface的内部拓扑，由2个单向DC/DC变换器、I个双向DC/DC变换器，3个端口开关S1、S2、S3构成，3个DC/DC分别通过3个开关并接在直流母线上。
[0048]如图2所示左侧为一种低压路由端口的DC/DC变换组合方案，其特征如下:
[0049](I)用电负载通过单向DC/DC、端口开关SI连接在直流母线上，能量从直流母线DC-Bus流出为用电负载供电，该DC/DC变换选用Buck电路，该DC/DC变换的“+”端通过开关SI连接在直流正母线上，“一”端直接连在直流负母线上。
[0050](2)发电设备通过单向DC/DC、端口开关S2连接在直流母线上，能量从发电设备流入直流母线DC-Bus，该DC/DC变换选用Boost电路，该DC/DC变换的“+”端通过开关S2连接在直流正母线上，“一”端直接连在直流负母线上。
[0051](3)储能设备通过双向DC/DC、端口开关S3连接在直流母线上，能量在储能设备和直流母线DC-Bus之间双向流动，该双向DC/DC变换选用半桥型双向DC/DC电路，该DC/DC变换的“+”端通过开关S3连接在直流正母线上，“一”端直接连在直流负母线上。
[0052]路由端口 Interface中的端口开关S1、S2、S3可选用直流接触器或直流断路器，起到构筑能量流通通道，安全地将发电设备、储能设备、用电负载并入直流母线DC-Bus的作用。对于发电设备发电、储能设备向直流母线输入能量时，经过DC/DC变换后的电压Udc-1nterface,即图2中标识的电压Udc2，端口开关左侧的电压Udc-1nterface与端口开关右侧的母线电压Ul必须满足并网电压条件才能安全接入，所需满足并网电压条件如下:
[0053]Udc-1nterface — Udc-Bus
[0054]当然，DC/DC变换拓扑结构不局限于上述所选取的几种类型，只要满足电压、电流等级变换要求，安全、可靠的DC/DC变换器均可用于本发明中。
[0055]进一步，能量路由器在并网和孤岛两种工作模式下所采取的控制策略不同。
[0056]图3为并网模式下能量路由器能量流动控制软件流程图，工作流程为并网开关S开关闭合时，能量路由器工作在并网模式下，并网模式下又分为如下两种情况:
[0057]I)能量路由器向直流微网提供电能:发电设备所发电量足够为用电负载提供能量，如果电能有盈余，则能量路由器将盈余的能量存储在储能设备中，同时输送给上级直流微网；
[0058]2)直流微网向能量路由器回馈电能:发电设备发电量不足为用电负载供电，且储能设备也不能提供差额电量，则上级直流微网向能量路由器一侧供电。
[0059]并网模式下的工作流程为:
[0000]通过数据采集，控制芯片对各路由端口 Interface的电压与直流母线电压进行匹配判断:当满足并网电压条件Udc^nterface = Udc-Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器。通过端口传感器采集处理电路采集各路由端口 Interface的电压、电流信号，控制芯片对接入能量路由器的发电设备所发的总电量Wg与用电总负荷量Wl进行功率计算，然后比较总电量Wg与用电总负荷量Wl大小。当KWc时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电；当路由端口 Interface的发电量大于负荷量，则该路由端口 Interface所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，继续检测路由端口 Interface的发电量是否还有盈余，如仍有盈余，则将盈余的能量输送到直流微网。当Wl>Wg时，首先检测该路由端口 Interface的储能设备的储能WS是否能够补充能量缺额，如Ws彡|WL-WG|，则能够补充，向用电负载补充缺额能量;如Ws< I Wl-Wg |，则不能补充，再检测其它路由端口 Interface是否能够补充剩余的能量缺额，即判断其它路由端口的储能Ws的总和是否满足Ws彡I Wl-Wg I，如果满足，其它路由端口 Interface补全用电负荷所需能量;如果不满足Ws多I Wl-Wg I，说明其它路由端口 Interface的储能设备还不能补充，则向直流微网索取能量来补充。
[0061]通过上述流程，完成并网模式下能量路由器的能量流动控制。
[0062]图4为孤岛模式下能量路由器能量流动控制软件流程图。孤岛模式下，能量路由器脱离直流微网，所接发电设备、储能设备和用电负载组成一个更小的微电网，此时，能量在各个路由端口 Interface之间流动，根据用电负载的用电量需求，发电设备、储能设备共同为用电负载供电。孤岛模式下的工作流程为:
[0063]通过数据采集，控制芯片对路由端口 Interface I?Interface N的电压与直流母线电压进行匹配判断:当满足并网电压条件Udc^nterface = Udc-Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器。通过路由端口传感器采集处理电路采集的电压、电流信号，对接入能量路由器的发电设备所发的总电量Wg与用电总负荷量Wl进行功率计算，比较总电量Wg与用电总负荷量Wl大小。当KWc时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电，如路由端口的发电量大于负荷量，则该路由端口 I nt erf ace所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电。当WL>Wc时，首先检测该路由端口 Interface的储能设备的储能Ws是否能够补充能量缺额，如Ws彡Wl-Wg，即能够补充，贝Ij向用电负载补充缺额能量;如Ws< I Wl-Wg I，则不能补充，再向其它路由端口 Interface索取剩余的能量缺额进行补充。
[0064]通过上述的工作流程，在能量路由器组成的更小的微网中实现能量的就近调用，完成孤岛模式下能量路由器的能量流动控制。
[0065]最后需要说明的是:以上【具体实施方式】中，一种低压路由端口的DC/DC组合方案旨在说明本发明的具体拓扑结构，如果选取其它DC/DC变换器进行的组合可以对本发明的路由端口进行修改或者等同替换，未脱离本发明工作原理范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种用于直流微网的多端口能量路由器，包括直流母线DC-Bus、并网开关S、路由端口 Interface I?Interface N、控制芯片、端口传感器采集处理电路、DC-Bus传感器采集处理电路、端口开关驱动电路、并网开关S驱动电路和通信电路，其特征在于: 所述直流母线DC-Bus由直流正、负母线组成，并网开关S的两端串在直流正母线上，实现直流微网与能量路由器的连接;各路由端口 Interface I?Interface N并接在直流正、负母线上;端口传感器采集处理电路采集路由端口的电压、电流信号，然后送给控制芯片；DC-Bus传感器采集处理电路采集直流母线DC-Bus的电压、电流信号，然后送给控制芯片;控制芯片发出控制信号，通过并网开关S驱动电路控制并网开关S的闭合与断开，通过端口开关驱动电路控制路由端口 Interface I?Interface N中开关的闭合与断开，控制芯片通过通信电路和每一个路由端口 Interface保持通信，整个能量路由器通过直流母线DC-Bus与直流微网实现能量的双向流动，通过控制芯片与直流微网控制中心实现信息的双向流动； 所述并网开关S选用直流接触器或者直流断路器，并网开关S闭合时能量路由器工作在并网模式;并网开关S断开时，能量路由器工作在孤岛模式。2.根据权利要求1所述的一种用于直流微网的多端口能量路由器，其特征在于:所述路由端口 Interface I?Interface N同时接入发电设备、储能设备、用电负载，每个路由端口Interf ace内部包括2个单向DC/DC变换器、I个双向DC/DC变换器和3个端口开关，其中一个单向DC/DC变换器和一个端口开关将发电设备连接在直流母线上，另外一个单向DC/DC变换器和另一个端口开关将用电设备连接在直流母线上，双向DC/DC变换器和第三个端口开关将储能设备连接在直流母线上，其中端口开关选用直流接触器或直流断路器。3.根据权利要求1所述的一种用于直流微网的多端口能量路由器，其特征在于:所述的路由端口 Interface I?Interface N经DC/DC变换后的电压为Udc-1nterface，直流母线电压为Udc-Bus，当发电设备发电、储能设备向直流母线输电时，电压经DC/DC变换后必须满足如下直流并网电压条件才能实现正常并网: Udc-1nterface — Udc-Bus 通过每个路由端口 Interface，直流母线与发电设备、储能设备、用电负载之间的能量流动方式有三种，即能量从发电设备流入直流母线，能量从直流母线流出向用电负载供电、向储能设备充电，能量从储能设备流向直流母线;每个能量路由端口 Interface所连接的发电设备、储能设备和用电负载之间的能量流动方式有两种，即能量从发电设备流出向储能设备充电、向用电负载供电和能量从储能设备向用电负载供电。4.根据权利要求1所述的一种用于直流微网的多端口能量路由器，其特征在于:所述控制芯片为能量路由器的运算处理中心，选用DSP、单片机或FPGA微处理控制芯片，控制芯片接收来自直流微网控制中心发送的控制信息，向直流微网控制中心实时反馈能量路由器的各路由端口 Interface的电压、电流信号，实现信息的双向流动；同时，控制芯片通过通信电路与每个路由端口 Interface保持通信，实时监测各路由端口的电压、电流是否正常，控制芯片接收端口传感器采集处理电路采集到的端口电压、电流信号，接收DC-Bus传感器采集处理电路采集到的直流母线电压、电流信号，控制芯片向并网开关S驱动电路和端口开关驱动电路发出控制信号，控制并网开关S和路由端口开关的闭合与断开； 通过控制芯片进行能量控制，发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器端口Interface，控制能量路由器与直流微网之间，能量路由器通过路由端口 Interface I?Interface N与所接发电设备、储能设备、用电负载之间，单个路由端口 Interface与所接发电设备、储能设备、用电负载之间，路由端口与路由端口之间的能量多向流动。5.根据权利要求1所述的一种用于直流微网的多端口能量路由器，其特征在于:所述并网开关S开关闭合时，能量路由器工作在并网模式下，并网模式下又分为如下两种情况，第一种为能量路由器向直流微网提供电能，发电设备所发电量足够为用电负载提供能量，如果电能有盈余，则能量路由器将盈余的能量存储在储能设备中，同时输送给上级直流微网；第二种为直流微网向能量路由器回馈电能，发电设备发电量不足为用电负载供电，且储能设备也不能提供差额电量，则上级直流微网向能量路由器一侧供电； 并网模式下的工作流程为: 通过数据采集，控制芯片对各路由端口 Interface的电压与直流母线电压进行匹配判断:当满足并网电压条件Udc^Interf.= UdtBus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器，通过端口传感器采集处理电路采集各路由端口 Interface的电压、电流信号，控制芯片对接入能量路由器的发电设备所发的总电量Wg与用电总负荷量Wl进行功率计算，然后比较总电量Wg与用电总负荷量Wl大小，当KWc时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电；当路由端口Interface的发电量大于负荷量，则该路由端口 Interface所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，继续检测路由端口 Interface的发电量是否还有盈余，如仍有盈余，则将盈余的能量输送到直流微网，当Wl>Wg时，首先检测该路由端口 Interface的储能设备的储能Ws是否能够补充能量缺额，如Ws彡Wl-Wg，则能够补充，向用电负载补充缺额能量;如Ws< I Wl-Wg |，则不能补充，再检测其它路由端口 Interface是否能够补充剩余的能量缺额，即判断其它路由端口的储能WS的总和是否满足Ws多|Wl-Wg I，如果满足，其它路由端口 Interface补全用电负荷所需能量;如果不满足Ws多I Wl-Wg I，说明其它路由端口 Interface的储能设备还不能补充，则向直流微网索取能量来补充。6.根据权利要求1所述的一种用于直流微网的多端口能量路由器，其特征在于:所述并网开关S开关断开时，能量路由器工作在孤岛模式，孤岛模式下，能量路由器所接的所有发电设备、储能设备、用电负载处于脱离直流微网的孤立工作状态，以能量路由器为中心形成孤立的能源网络，此时，能量在各个路由端口 Interface之间流动，根据用电负载的用电量需求，发电设备、储能设备共同为用电负载供电； 孤岛模式下的工作流程为: 通过数据采集，控制芯片对路由端口 Interface I?Interface N的电压与直流母线电压进行匹配判断:当满足并网电压条件Udc^lnterf_ = Udc-Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器，通过路由端口传感器采集处理电路采集的电压、电流信号，对接入能量路由器的发电设备所发的总电量呢与用电总负荷量Wl进行功率计算，比较总电量抑与用电总负荷量Wl大小，当KWc时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电，如路由端口的发电量大于负荷量，则该路由端口 Interface所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，当WL>Wc时，首先检测该路由端口Interface的储能设备的储能WS是否能够补充能量缺额，如Ws彡Wl-Wg I，即能够补充，贝Ij向用电负载补充缺额能量;如Ws< I Wl-Wg I，则不能补充，再向其它路由端口 Interface索取剩余的能量缺额进行补充。
【文档编号】H02J1/10GK106058844SQ201610620478
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】骆光照, 方学礼, 万浩, 刘凯, 李仑升, 冀星昌
【申请人】西北工业大学