一种用于家庭用户交易的电能路由器及控制方法与流程

本发明涉及电能转换装置，尤其涉及一种用于家庭用户交易的电能路由器及控制方法。

背景技术：

1、未来的电力系统将由自下而上的自主电能单元通过点对点互联形成。这种开放、互联、点对点、共享的电力系统需要信息与电能的高度融合，需要精确、连续、快速、灵活的控制方式。传统的并网分布式发电设备无法实现对用户电能的调度和自主管理，而用户侧又缺乏实施电能管理和控制的设备。在此背景下，基于电力电子技术的电能路由器应运而生。

2、电能路由器从电力电子变压器的结构演变而来，且发展历程经历了高频变压器、全电子变压器、智能高频变压器、高压高频变压器、多端口路由变压器等几个阶段。针对电能路由技术，国内学者进行了大量研究工作。在电能路由技术理论方面，现有技术明确了在能源互联网背景下用户侧电能路由器的基本概念和基本功能，提出了将用户侧电能路由器作为并网节点设备，构成新型交直流混合配电网，并从应用的角度综述了用户侧电能路由器中的变换单元组合技术、端口即插即用技术、多端口多级变换器协调控制技术、分级通信技术及分层能量管理技术五类关键技术，为用户侧电能路由器技术的进一步发展明确了方向。且已提出以柔性控制为基础的用户侧电能路由器和电能交换器等关键电气装备为核心的能源互联网体系结构，并提出基于信息物理系统融合的电气信息物理系统设备互联参考模型。在此基础上对面向能源互联网的灵活配电系统关键装备—电能交换器的系统结构进行较详细设计，同时对未来基于电能交换器的配电网组网形态进行研究，提出各种应用场景下的多种组网模型。

3、目前，电力路由器实现对分布式发电设备、储能和现有电网的智能化管理和控制，实现电能调度控制功能。基于多端口路由变压器结构的功率路由器一般用于中小功率应用，适用于用户侧低压配电系统与家庭分布式电源之间的功率转换和控制。现有功率路由器的电气拓扑结构虽然已成熟，但对于多类型交直流接入的分布式电源和负荷适应性不足，难以满足多能融合与高效利用要求，更不具备购售电支撑功能，因此其控制方法的研究还十分迫切。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的不足之处，本发明提出一种用于家庭用户交易的电能路由器及控制方法，电能路由器包括若干个多电压等级电气端口，并接入分布式光伏、风机、储能电气设备；本发明的控制方法通过常规运行模式、售电模式、购电模式三种模式控制切换，使光伏用户间的分布式电能交易发挥市场化调节作用，还原电能商品属性，降低用户用电成本并提高售电效益。

2、技术方案：本发明用于家庭用户交易的电能路由器包括电能计量模块、电能变换模块、通讯设备、控制器和触控屏幕。

3、电能计量模块包括单相电流表(单向)、三相电表(单向)、三相电表(双向)和单相电表(单向)。

4、电能变换模块包括光伏变流器、电网侧变流器、并网逆变器、375vdc转48vdc降压变流器、电池充电变流器和电池放电变流器。

5、通讯设备支持多种通信协议；

6、控制器具备信息采集与控制功能，对输入和输出侧设备的运行信息进行实时监测和采集，控制各个变流器。

7、通信协议包括can规约、rs485和modbus。

8、电能路由器支持交直流多端口多电压等级接入控制，带有380v交流和±375v/48v直流母线接口。

9、本发明用于家庭用户交易的电能路由器的控制方法包括以下步骤：判断系统所处工作模式，常规模式、售电模式和购电模式，根据不同工作模式采用不同的控制方法，包括以下步骤：

10、(1)常规运行模式下，判断是否有光伏。

11、(1.1)若有光伏，且有直流负荷用电需求，判断电池是否放电。

12、(1.2)若有光伏，且无直流负荷用电需求，判断电池是否充电。

13、(1.3)若无光伏，且有直流负荷用电需求，判断电池是否放电。

14、(1.4)若无光伏，且无直流负荷用电需求，则保持最小功率静默，光伏变流器①、电网侧变流器②、并网逆变器③、375vdc转48vdc降压变流器④、电池充电变流器⑤和电池放电变流器⑥关闭。

15、(2)售电模式下，当收到售电交易指令时，判断用户是否具备直流负荷用电需求。

16、(2.1)若有直流负荷用电需求，电池优先满足直流用电负荷，交易期间375vdc转48vdc降压变流器④电池放电变流器⑥打开，光伏变流器①、电网侧变流器②、并网逆变器③和电池充电变流器⑤关闭。

17、(2.2)若无直流负荷用电需求，则并网逆变器③和电池放电变流器⑥打开，光伏变流器①、电网侧变流器②、375vdc转48vdc降压变流器④和电池充电变流器⑤关闭。

18、(3)购电模式下，当收到购电交易指令时，判断电池最大容量与电池当前容量之差是否大于等于购电量。

19、步骤(1.1)的过程如下：

20、(1.1.1)若电池放电，则变流器375vdc转48vdc降压变流器④和电池放电变流器⑥打开，电池优先放电为直流负荷供电；光伏变流器①、电网侧变流器②、并网逆变器③和电池充电变流器⑤关闭；

21、(1.1.2)若电池充电，则光伏变流器①、电网侧变流器②、375vdc转48vdc降压变流器④、电池充电变流器⑤打开，光伏和电网侧同时为电池充电、为直流负荷供电；并网逆变器③和电池放电变流器⑥关闭。

22、步骤(1.2)的过程为：

23、(1.2.1)若电池工作在充电状态，则光伏变流器①和电池充电变流器⑤打开，给电池充电；电网侧变流器②、并网逆变器③、375vdc转48vdc降压变流器④和电池放电变流器⑥关闭；

24、(1.2.2)若电池不充电，则保持最小功率静默，光伏变流器①，电网侧变流器②，并网逆变器③，375vdc转48vdc降压变流器④，电池充电变流器⑤，电池放电变流器⑥关闭。

25、步骤(1.3)的过程为：

26、(1.3.1)若电池放电，则375vdc转48vdc降压变流器④和电池放电变流器⑥打开，电池放电为直流负荷供电；光伏变流器①、电网侧变流器②、并网逆变器③和电池充电变流器⑤关闭；

27、(1.3.2)若电池不放电，则电网侧变流器②和375vdc转48vdc降压变流器④打开，电网侧为直流负荷供电，光伏变流器①、并网逆变器③、电池充电变流器⑤和电池放电变流器⑥关闭。

28、步骤(2.1)的过程为：

29、(2.1.1)若电池剩余容量大于负荷用电与交易电量之和，则电池参与售电交易，交易期间并网逆变器③、375vdc转48vdc降压变流器④和电池放电变流器⑥打开，光伏变流器①、电网侧变流器②和电池充电变流器⑤关闭，直至交易结束，转为常规运行模式；

30、(2.1.2)若电池剩余容量小于负荷用电与交易电量之和，则停止交易，转为常规运行模式。

31、步骤(2.2)的过程为：

32、(2.2.1)若电池剩余容量大于交易电量，则电池参与售电交易；交易期间并网逆变器③和电池放电变流器⑥打开，光伏变流器①、电网侧变流器②、375vdc转48vdc降压变流器④和电池充电变流器⑤关闭，直至交易结束，转为常规运行模式；

33、(2.2.2)若电池剩余容量小于交易电量，则停止交易，转为常规运行模式。

34、步骤(3)的过程为：

35、(3.1)若电池最大容量与电池当前容量之差大于等于购电量，则执行购电交易，交易期间电网侧变流器②、375vdc转48vdc降压变流器④和电池充电变流器⑤打开，光伏变流器①、并网逆变器③和电池放电变流器⑥关闭，直到电池充满电或交易结束，转为常规运行模式；

36、(3.2)若电池最大容量与电池当前容量之差小于购电量，则停止交易，转为常规运行模式。

37、工作原理：本发明在处于常规模式下，电能路由器一方面实现家庭用户的管理；另一方面为交易做准备。当有光伏时，光伏首先将电池充满。与此同时，判断用户是否具备直流负荷需求，若有，优先满足直流负荷需求，电池电量不足时，由电网侧供能。

38、当收到售电交易指令时，首先判断用户是否具备直流负荷用电需求，在满足用户直流用电需求的前提下，再执行售电交易指令。当无法满足交易条件时，则交易失败。

39、当收到购电交易指令时，得到购电量w和交易时间t。首先判断交易功率与电池最大充电功率的大小。当电池最大充电功率小于交易功率时，则交易失败。当电池最大充电功率大于交易功率时，则开始交易，同时检测电池电量是否达到上限，达到上限后停止交易，否则继续购电，直至交易完成。

40、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

41、(1)本发明用于家庭用户交易的电能路由器是一种模块化的电能高效变换装置，具备若干个多电压等级电气端口，可接入分布式光伏、风机、储能的电气设备，实现直流负荷多电压等级接口，具备数据集成展示，设备控制，能量管理功能，支持与上层平台的数据通讯及交互，支持接收上层平台的调度指令，为实现社区用户能量管控及交易服务提供硬件支撑，降低用户用电成本并提高售电效益，减少对主电网的依赖和对环境的危害，提高了能源系统的效率。

42、(2)本发明电能路由器控制方法在控制时，通过常规模式、售电模式、购电模式三种模式控制切换，使光伏用户间的分布式电能交易发挥市场化调节作用，还原电能商品属性，最大限度促进可再生能源销纳利用，降低用户用电成本并提高售电效益。