[发明专利]一种家用式能量路由器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器以及信息技术领域，特别涉及一种面向家用负载的能量路由器。

背景技术

近年来，为了缓解能源危机和环境污染，分布式可再生能源在电网中的运用越来越广泛，但这些可再生能源往往具有地理分散性、间歇性。这就需要在电网中加入大量的储能设备用于缓冲这些波动的能量。另一方面，传统的单一集中式发电网逐渐装变为集中式和分布式共存的发电模式，电能的单向流动也开始转变为多向流动。

为了满足未来电网对电能控制的复杂性和多样性要求，有学者提出未来电网将在局部消纳的基础上，以微网、智能小区为自治单元，形成自下而上的能量单元的互联。美国北卡罗来纳州州立大学FREEDM中心提出以能量路由器为核心的能量互联网。由此看出，集成了成熟的信息技术，基于电力电子变换的能量路由器能够实现能量的高效接入和利用，将成为未来电网的核心部件，正受到越来越多的学者的重视。

能量路由器是一种集成融合了信息技术与电力电子变换技术、实现分布式能量的高效利用和传输的电力装备。电力电子变换技术使电能路由器为各种类型的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口形式。信息技术使能量路由器实现智能化，配电网在其控制下实行自律运行，上层电力调度中心只需向网内发送较长时间尺度的优化运行参数，以实现全网的优化运行。

CN2723723Y公开了一种风、光、柴互补系统控制逆变一体机，优先使用太阳能和风能等清洁能源，并能够控制蓄电池充放电。但该系统是一个离网系统，只能给本地负载供电，不能够并网运行。CN102780267A公开了一种采用开关阵列组成能量通道的电能路由器，控制复杂，如果单一开关出现故障，将对全局造成影响。CN104682430A公开了一种应用于能源互联网的能源路由器装置，属于中压范围。现有的能量路由器主要集中在交流网、混合交流网，且大多集中在局域网和主干网，对低压直流微网的关注较少，而在未来智能电网规划中所有用户不仅是需求方，加上风光储系统后，用户也可以生产并存储电力，能够与电网和其余用户自由交易电力。因此，面向家用负载并能够利用低压直流微网主动控制调度能量流的能量路由器是未来智能电网的重要组成部分。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的不足，本发明提出一种面向家用负载的能量路由器及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种家用式能量路由器，包括直流母线、路由器第一端口～路由器第五端口、控制芯片、端口传感器采集处理电路、直流母线传感器采集处理电路、端口开关驱动电路和通讯电路。

所述直流母线由正、负母线组成；路由器第一端口～路由器第五端口并联在直流正、负母线上；端口传感器采集处理电路采集并处理端口的电压、电流信号，然后将其传输给控制芯片；直流母线传感器采集处理电路采集直流母线的电压、电流信号，然后传输给控制芯片；控制芯片将采样数据汇总并处理发出控制信号，通过端口开关驱动电路控制路由器第一端口～路由器第五端口中端口开关的闭合与断开以及电力电子变换器的工作状态，主控制器中的控制芯片通过通讯电路和每一个路由端口保持通信，整个能量路由器通过直流母线实现能量的双向流动，通过控制芯片实现信息的双向流动。

所述交流电网无故障时，通过路由器第一端口连接至直流母线上，能量路由器工作在并网模式；交流电网故障，断开路由器第一端口中的三相变流器，能量路由器进入孤岛模式。

所述路由器第一端口～路由器第五端口分别接入交流电网、光伏电池、蓄电池、柴油发电机和家用电交流负载。

路由器第一端口内部包含一个三相AC/DC变流器和四个端口开关将交流电网连接在直流母线上，其中三个端口开关采用交流断路器，一个端口开关采用直流断路器；路由器第二端口内部包含一个隔离DC-DC电路和二个端口开关将光伏电池连接在直流母线上，其中端口开关选用直流断路器；路由器第三端口内部包含一个双向Buck/Boost电路和一个端口开关将蓄电池连接在直流母线上，其中端口开关选用直流断路器；路由器第四端口内部包含一个Boost-PFC电路和二个端口开关将柴油发电机连接在直流母线上，其中一端口开关采用直流断路器，另一个端口开关采用交流断路器；路由器第五端口内部包含一个单相DC-AC逆变器和二个端口开关将家用电交流负载连接在直流母线上，其中一个端口开关采用直流断路器，另一个端口开关采用交流断路器。