一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器

本发明涉及能源互联网和交直流微电网，特别是涉及一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器。

背景技术：

1、构建新型能源体系是实现碳减排的必经之路，其核心表现为对新型能源的大规模开发和利用。因此，以太阳能、风能、储能、氢能为主要构成的新型能源将成为我国能源的主要动力。而随着新型能源发电量的不断攀升，将会对电力系统的功率动态调节、稳定运行等方面提出更高要求。微网是促进新型能源发电消纳和高效利用的有效手段之一，减轻新型能源大规模并网发电对电力系统的影响。同时，微网所具备的多能源接入特征可实现对负荷的多元化能源可靠供电。

2、目前的研究中利用电能路由器原理，将不同形式和电压等级的微网与交流电网、交流负荷和直流负荷进行互联，从而形成一个多微网接入的电能路由器系统，实现对多种能量的管理与配置。而目前已公开的电能路由器不具备低压和高压两个电压等级的直流母线(即只存在同一种电压等级的直流母线)，同时工频变压器的使用增加了电能路由器系统的体积和重量，降低了系统的灵活性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，通过构建低压和高压直流母线可支持低压和高压直流微网的接入，同时利用主路电容替代了原有工频变压器，可大大减轻系统的体积和重量，增强系统的灵活性。不仅如此，本发明所公开的电能路由器依然可为交流负荷提供大于电能路由器系统本身容量的电能。

2、一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，包括：主路电容、第一变流器、第二变流器、第三变流器、单相交流母线、低压直流母线、高压直流母线、单相交流电网接口、单相交流微网接口、单相交流负荷接口、低压直流微网接口、高压直流微网接口、低压直流负荷接口和高压直流负荷接口；

3、所述主路电容的a端与所述单相交流电网接口相连接，所述主路电容的b端与单相交流母线相连接，所述第一变流器的c端和d端分别与所述主路电容的a端和b端相连接，所述第一变流器的e端与所述低压直流母线相连接，所述第二变流器的f端与所述低压直流母线相连接、所述第二变流器的g端与所述高压直流母线相连接，所述第三变流器的h端与所述高压直流母线连接、第三变流器的i端与所述主路电容b端连接，所述主路电容与所述第三变流器相连接并形成所述单相交流母线，所述第一变流器和第二变流器之间的连接线形成低压直流母线，所述第二变流器和第三变流器之间的连接线形成高压直流母线，所述单相交流微网接口和所述单相交流负荷接口与所述单相交流母线相连接，所述低压直流微网接口和所述低压直流负荷接口与所述低压直流母线相连接，所述高压直流微网接口和所述高压直流负荷接口与所述高压直流母线相连接。

4、进一步的，所述第一变流器用于控制低压直流母线的电压和单相交流微网接口处的功率，所述第一变流器采用单相全桥电路，包括四个电力电子开关管和一个电感。

5、进一步的，所述第二变流器包括低压侧电容、低压侧全桥电路、高频变压器、高压侧电容和高压侧全桥电路，其中低压侧全桥电路和高压侧全桥电路均包括四个电力电子开关管，所述第二变流器用于控制高压直流母线的电压和实现直流母线功率的双向传输。

6、进一步的，所述第二变流器包括低压侧电容、低压侧全桥电路、高频变压器、高压侧电容和高压侧全桥电路，其中低压侧全桥电路和高压侧全桥电路均包括四个电力电子开关管，所述第二变流器用于控制高压直流母线的电压和实现直流母线功率的双向传输。

7、进一步的，所述第三变流器用于控制单相交流母线电压并控制交流和直流功率的相互转换与传输，所述第三变流器采用单相全桥电路包括四个电力电子开关管、一个电感和一个电容。

8、进一步的，所述第一变流器控制输出375v电压形成低压直流母线电压，其与低压直流微网交互电能、并向低压直流负荷接口供能。

9、进一步的，所述第二变流器控制输出750v电压形成高压直流母线电压，其与高压直流微网交互电能、并向高压直流负荷供能。

10、进一步的，所述第三变流器控制输出220v/50hz电压形成单相交流母线电压，其与单相交流微网交互电能、并向单相交流负荷接口供能。

11、进一步的，所述单相交流电网接口、单相交流微网接口、低压直流微网接口和高压直流微网接口之间进行电能的交互。

12、由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

13、1、本发明提出的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，通过三个变流器构建出低压和高压双直流母线架构，可将220v/50hz单相交流电网、220v/50hz单相交流微网、375v低压直流微网和750v高压直流微网同时接入电能路由器系统中，实现不同形式和不同电压等级电网和微网之间的电能交互。

14、2、本发明采用高频变压器实现电气隔离，与现有工频变压器电气隔离技术方案相比，大大降低了系统的体积和重量，增强了系统的灵活性。

15、3、本发明具有多条电能传输通道，利用所提出的电路拓扑架构方案，可为交流负荷提供大于电能路由器系统本身容量的电能。

技术特征：

1.一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于包括：主路电容、第一变流器、第二变流器、第三变流器、单相交流母线、低压直流母线、高压直流母线、单相交流电网接口、单相交流微网接口、单相交流负荷接口、低压直流微网接口、高压直流微网接口、低压直流负荷接口和高压直流负荷接口；

2.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第一变流器用于控制低压直流母线的电压和单相交流微网接口处的功率，所述第一变流器采用单相全桥电路，包括四个电力电子开关管和一个电感。

3.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第二变流器包括低压侧电容、低压侧全桥电路、高频变压器、高压侧电容和高压侧全桥电路，其中低压侧全桥电路和高压侧全桥电路均包括四个电力电子开关管，所述第二变流器用于控制高压直流母线的电压和实现直流母线功率的双向传输。

4.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第二变流器包括低压侧电容、低压侧全桥电路、高频变压器、高压侧电容和高压侧全桥电路，其中低压侧全桥电路和高压侧全桥电路均包括四个电力电子开关管，所述第二变流器用于控制高压直流母线的电压和实现直流母线功率的双向传输。

5.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第三变流器用于控制单相交流母线电压并控制交流和直流功率的相互转换与传输，所述第三变流器采用单相全桥电路包括四个电力电子开关管、一个电感和一个电容。

6.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第一变流器控制输出375v电压形成低压直流母线电压，其与低压直流微网交互电能、并向低压直流负荷接口供能。

7.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第二变流器控制输出750v电压形成高压直流母线电压，其与高压直流微网交互电能、并向高压直流负荷供能。

8.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述第三变流器控制输出220v/50hz电压形成单相交流母线电压，其与单相交流微网交互电能、并向单相交流负荷接口供能。

9.根据权利要求1所述的一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，其特征在于：所述单相交流电网接口、单相交流微网接口、低压直流微网接口和高压直流微网接口之间进行电能的交互。

技术总结
本发明公开了一种多微网接入的双直流母线架构单相电能路由器，包括主路电容、第一变流器、第二变流器、第三变流器、单相交流母线、低压和高压直流母线、单相交流电网接口、单相交流微网接口、单相交流负荷接口、低压和高压直流微网接口以及低压和高压直流负荷接口。主路电容串联连接于单相交流电网接口和单相交流母线之间、第一变流器与主路电容并联连接、第二变流器串联连接于第一和第三变流器之间、第三变流器与单相交流母线并联连接；本发明不但可实现交直流多微网的互联与电能配置，还可为交直流负荷提供大功率电能。

技术研发人员：赵晓君,张颖,王晓寰,张纯江,阚志忠,郭忠南
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11