一种能量路由器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种能量路由器及其控制方法。

背景技术

现有中压能量路由器主要包括两大类，一类为电力电子变压器，一类为采用交直流变换单元将交流变为直流，通过直流变压器将中压直流变为低压直流，再通过交直流变换单元将直流变为交流。该类方式在中低压交直流微网中大量使用。

随着现代电力电子技术的发展，由于单管功率半导体器件的耐压等级相对有限，其应用和发展受到了极大的限制。

功率半导体器件通过组成子模块（或称为功率单元），再进行级联使用构成换流链，可容易满足模块的电压等级要求，与其他方案相比是性价比较高的方式。但一旦换流链承受过电压，或换流链的子模块之间存在电压不均的问题，会造成个别子模块电压过高，甚至由于过压损坏。故障扩大后会导致整个换流链故障损坏。

受限于功率半导体器件的耐压等级、设备造价、设备占地等因素，上述两类方式都只适用于中低压电网，不适用于110kV及以上的交流电网。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种能量路由器及其控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种能量路由器，包括：

至少一个并联变压器；

至少一个串联变压器；

以及第一端口、第二端口、第三端口、第一交直流变换单元、第二交直流变换单元；

所述并联变压器的原边接第一端口，其副边接第一交直流变换单元的交流输入端；所述串联变压器的原边串联接入第一端口与第二端口之间，其副边接第二交直流变换单元的交流输入端，所述串联变压器的原边并联旁路开关；

所述第一交直流变换单元和第二交直流变换单元的直流侧并联之后接入第三端口，所述第一、二端口为交流端口，第三端口为直流端口。

进一步的，所述第一端口和第二端口为三相交流端。

进一步的，所述第一交直流变换单元和第二交直流变换单元采用模块化多电平拓扑结构或三相桥拓扑结构。

进一步的，还包括第四端口，所述第四端口通过直流变换单元与第三端口相连，所述第三端口接直流变换单元的高压接入端，直流变换单元的低压输出端接第四端口。

进一步的，还包括第五端口，所述第五端口通过第三交直流变换单元与第三端口相连，所述第三端口接第三交直流变换单元的直流输入端，第三交直流变换单元的交流输出端接第五端口。

进一步的，还包括与第三端口相连的负载。

更进一步的，还包括第一开关与第二开关，所述第一端口和串联变压器的原边之间串联接入第一开关，所述的第一开关和串联变压器原边之间并联接入第二开关。

一种能量路由器的控制方法，包括以下步骤：

检测第一端口和第二端口处的电流频率和电压相位；

当所述第一端口与第二端口的电流频率以及电压相位相同时，使第一开关处于合位，第二开关处于分位；

当所述第一端口与第二端口的电流频率以及电压相位不同时，先断开第一开关，后闭合第二开关。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所提供的技术方案，可以通过控制串联变压器的原边电压就可以调节第一端口和第二端口的潮流。同交流变-直-交的方式相比，调节相同功率的潮流，本方案的第一交直流变换单元和第二交直流变换单元的设备容量可以减少70%~90%。设备容量和设备的造价基本成线性关系，采用该方案可以极大降低设备的造价。

本发明提出的第三端口为直流端口。该直流端口可直接接入光伏、充电桩、储能等直流源荷，实现能量的就地消纳和控制，减少交直流变换次数，提高能量的利用效率。

另外，本发明提出的第三端口也可以接入直流变压器等直流变换单元或者交直流变换单元，实现不同交流等级、不同直流电压等级的互联，构建多端口的能量路由器。

本发明提出的第一开关和第二开关协同工作，可将两个交流电网隔离，实现两个交流电网的独立运行，减小电网故障短路电流，将故障电网对非故障电网的影响降低到最小。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例1提供的能量路由器电路结构示意图；

图2是本申请实施例1提供的第一交直流变换单元的结构示意图；

图3是本申请实施例2提供的能量路由器电路结构示意图；

图4是本申请实施例3提供的能量路由器电路结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

实施例1：

如图1-2所示，本发明的实施例1提供了一种能量路由器，包括并联变压器1、串联变压器2、第一端口X1、第二端口X2、第一交直流变换单元3以及第二交直流变换单元4；

所述并联变压器1的原边接第一端口X1，其副边接第一交直流变换单元3的交流输入端；所述串联变压器2的原边串联接入第一端口X1与第二端口X2之间，其副边接第二交直流变换单元4的交流输入端，所述串联变压器2的原边并联一组旁路开关21；

所述第一交直流变换单元3和第二交直流变换单元4的直流侧并联之后接入第三端口X3。

优选的是，所述第一端口X1和第二端口X2为三相交流端。

优选的是，所述第一交直流变换单元3和第二交直流变换单元4采用三相桥拓扑结构。

实施例2：

如图3所示，实施例2中的能量路由器相对于实施例1还包括第四端口X4、第五端口X5以及负载7，所述第四端口X4通过直流变换单元5与第三端口X3相连，所述第三端口X3接直流变换单元5的高压接入端，直流变换单元5的低压输出端接第四端口X4。所述第五端口X5通过第三交直流变换单元6与第三端口X3相连，所述第三端口X3接第三交直流变换单元6的直流输入端，第三交直流变换单元6的交流输出端接第五端口X5；所述负载7与第三端口相连X3。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例3：

如图4所示，实施例3中的能量路由器相对于实施例2还增加了第一开关8与第二开关9，所述第一端口X1和串联变压器2的原边之间串联接入第一开关9，所述的第一开关9和串联变压器2原边之间并联接入第二开关9。

实施例3还提供了上述能量路由器的控制方法，包括以下步骤：

检测第一端口和第二端口处的电流频率和电压相位；

当所述第一端口与第二端口的电流频率以及电压相位相同时，使第一开关处于合位，第二开关处于分位；

当所述第一端口与第二端口的电流频率以及电压相位不同时，先断开第一开关，后闭合第二开关。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。