可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器

本申请涉及电力电子，特别涉及一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器。

背景技术：

1、随着光伏、风电等分布式能源的不断发展，能够为多种能源、储能设备和负荷同时提供接口、实现不同设备间能量管理和协调控制的电力电子变换装置——电能路由器(electric energy router，eer)得到越来越多的关注，其具有端口数量多、功率双向流动、输入输出电压范围宽和电气隔离等优点，随着电能路由器相关研究的不断推进，目前已有多种电能路由器拓扑结构被提出，其中共高频母线电能路由器(high-frequency-buselectric energy router，hfb-eer)又因器件数量少、成本较低、功率密度较高等优势，具有良好的应用前景。

2、现有的共高频母线电能路由器拓扑如图1所示，其以模块化多有源桥结构(modular-multiactive-bridge，mmab)为核心，如图2所示，mmab多个模块的高频交流侧并联至公共高频母线，正常运行时以公共高频母线为能量汇聚中心，各模块采用移相控制实现模块之间的能量交互。

3、实际运行过程中，局部模块可能因故障或作为冗余备用模块等因素，需封锁器件脉冲停止运行，然而如图2所示，根据现有共高频母线电能路由器及其核心mmab的电路拓扑结构，闭锁模块的高频交流侧h桥为二极管整流桥，在系统杂散参数引起的振荡影响下，高频母线电压幅值将明显高于模块直流侧电压，导致整流桥导通，高频母线向闭锁模块传输功率，可能造成故障模块的元器件损坏或冗余模块直流电容过压，甚至影响整体系统安全运行，因此，现有共高频母线电能路由器不具备局部模块切除能力，影响了系统的安全可靠性。

4、针对共高频母线电能路由器局部模块切除问题，现有的解决方案是：根据局部模块整流桥导通特性，通过对高频母线电压的精确控制，抑制系统振荡，使母线电压幅值降低，当其不高于局部模块直流侧电压时，整流桥将处于关断状态，从而能阻断高频母线与局部模块间的功率传输，但这类方案实际应用中对控制精度要求高，难以保证完全抑制振荡且母线电压幅值不高于局部模块直流侧电压，从而无法有效阻断功率传输，并不适合于局部模块切除和共高频母线电能路由器安全防护。

5、为此，需要一种更为通用和可靠的方案，使共高频母线电能路由器能够在保证其余模块正常运行的同时，切除因故障或冗余等因素需要停止运行的局部模块。

技术实现思路

1、本申请提供一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，以解决局部模块因故障或冗余封锁h桥器件脉冲时，无法阻断高频母线与局部模块间的功率传输，影响系统安全运行的问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，包括：多个局部模块，每个局部模块分别与公共高频母线连接；多个隔离开关，所述隔离开关设置在所述公共高频母线与所述局部模块的高频变压器之间；多个局部模块控制器，所述局部模块控制器与所述局部模块连接，用于检测所述局部模块是否发生故障，生成所述局部模块的故障信号；多个隔离开关控制器，所述隔离开关控制器与所述隔离开关和所述局部模块控制器连接，用于接收所述局部模块的故障信号，并根据所述故障信号控制对应的局部模块的隔离开关断开，以阻断所述公共高频母线与故障的局部模块间的功率传递通路。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：供电模块，所述供电模块与所述多个隔离开关控制器连接，用于在所述电能路由器启动时，为所述多个隔离开关控制器供电。

4、可选地，在本申请的一个实施例中，所述隔离开关为机械开关或电力电子开关。

5、可选地，在本申请的一个实施例中，所述隔离开关控制器与所述局部模块控制器通过光纤连接。

6、本申请第二方面实施例提供一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器的控制方法，用于上述的一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，所述控制方法包括以下步骤：识别所述电能路由器的工作状态，在所述电能路由器启动时，控制供电模块为所述电能路由器供电；检测所述多个局部模块的工作状态，在检测到任一局部模块的故障信号时，控制故障的局部模块的隔离开关断开。

7、本申请实施例的一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，通过在电能路由器高频母线和模块间安装隔离开关，在其余模块正常工作的前提下，当局部模块因故障或冗余封锁h桥器件脉冲时，通过控制器将隔离开关关断，以阻断高频母线与局部模块间的功率传输，实现局部模块切除，提升了系统的安全可靠性。

8、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电能路由器，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的电能路由器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的电能路由器，其特征在于，所述隔离开关控制器与所述局部模块控制器通过光纤连接。

5.一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器的控制方法，用于权利要求1-4任一项所述的可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

技术总结
本申请公开了一种可实现局部模块切除的共高频母线电能路由器，包括多个局部模块和多个隔离开关，每个局部模块分别与公共高频母线连接，隔离开关设置在公共高频母线与局部模块的高频变压器之间；多个局部模块控制器，局部模块控制器与局部模块连接，用于检测局部模块是否发生故障，生成局部模块的故障信号；多个隔离开关控制器，隔离开关控制器与隔离开关和局部模块控制器连接，用于接收局部模块的故障信号，并根据故障信号控制对应的局部模块的隔离开关断开，以阻断公共高频母线与故障的局部模块间的功率传递通路。由此，能够使电能路由器在不影响其余模块正常运行的前提下，切除局部模块，提升了系统的安全可靠性。

技术研发人员：袁立强,戴宇轩,郑名皓,牟迪,赵争鸣
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12