[发明专利]交流电网用电能路由器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于同一交流电网中两个交流电源节点的电能路由器，即有功功率交换装置。

背景技术

随着智能电网和能源互联网技术的发展，电能路由器，即能实现不同交流电源节点的电能(有功功率)交换的电力电子装置需求日益广泛。现有的电能路由器主要采用AC/DC+DC/AC两级变换的方案实现有功功率的交换，即先通过一台AC/DC变流器将一个交流电源节点的交流电变换成直流电，然后再通过另外一台DC/AC变流器将直流电变换成交流电并送给另外一个交流电源节点，如图1所示。例如，发明专利CN201310156292、CN201410236502、CN201510162289、CN201510253119等都采用了AC/DC+DC/AC两级变换的方案。

但是，这种采用AC/DC+DC/AC两级变换的方案中，AC/DC或DC/AC变流器需要承受交流电源节点的全部高电压；而两级电能变换环节的存在也会增加系统损坏，降低电能交换的效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的电能路由器技术电能变换环节多、变流器承受电压高的缺点，提出一种用于同一交流电网中两个交流电源节点的电能路由器。

本发明电能路由器连接同一电网中电压幅值相等、相位相同的两个交流电源节点，所述的电能路由器包括一台单相电压源变流器和一台电感器。所述的单相电压源换流器和电感器L串联连接在两个交流电源节点之间。所述的单相电压源变流器产生的交流输出电压u_c与第一交流电源节点电压u_s1和第二交流电源节点电压u_s2的相位始终超前或滞后90°，且频率相同。通过调整所述单相电压源变流器交流输出电压u_c的幅值，即可调整两个交流电源节点之间交换的有功功率大小。单相电压源变流器交流输出电压u_c的幅值U_c由下式计算得到：

U_c＝2ω×L×P_{exchange_ref}/U₁₂

其中，U₁₂为两个交流电源节点的电压幅值，P_{exchange_ref}为两个交流电源节点需要交换的有功功率参考值，ω为交流节点电压的角频率，L为电感器的电感值。

由于第一交流电源节点电压u_s1和第二交流电源节点电压u_s2幅值相等、相位相同，而所述单相电压源变流器的交流输出电压u_c与电感器两端的电压u_L之和为第一交流电源节点电压u_s1和第二交流电源节点电压u_s2之差，即为0V。因此，单相电压源变流器的交流输出电压u_c和电感器两端的电压u_L幅值相等、相位相反。又因为，流过电感器L的交流电流i与电感电压u_L相位必然相差90°，而单相电压源变流器的交流输出电压u_c与流过的交流电流i相位也相差90°。因此，单相电压源变流器吸收或发出的有功功率为零。同时，第一交流电源节点电压u_s1的幅值和第二交流电源节点电压u_s2的幅值与流过两者之间的交流电流i相位相同或相差180°，即两个交流电源节点之间只交换有功功率，功率因数为1。

另外，所述的电能路由器中的变流器只需承受两个交流节点之间的电压差，无需承受两个交流电网节点的相电压，采用低压的电气元件即可实现。相比于电能路由器现有的AC/DC+DC/AC两级变换的方案，本发明只需一级变流器即可实现两个交流电源节点的有功功率交换，可以较少损耗，提高电能交换的效率。

附图说明

图1为电能路由器的现有实现方案；

图2为本发明交流电网用电能路由器的电路原理图；

图3为单相电压源变流器的一种具体电路拓扑；

图4为采用图3所示的单相电压源变流器时，本发明交流电网用电能路由器的计算机仿真结果。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。