[发明专利]电能质量综合治理和功率优化的能量路由器的控制方法

权利要求书

1.电能质量综合治理和功率优化的能量路由器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、检测单元对智能配电网的网侧高压交流母线(1)的电压、电流，负载侧低压交流母线(13)的电压、电流进行检测；

步骤2、故障判断单元判断智能配电网与能量路由器是否出现故障，且功能选择单元根据智能配电网、分布式电源和负载的运行工况，通过调整功能切换开关S_i的组合，选择合理的工作模式：

(1)若能量路由器正常，且智能配电网正常，当功能选择单元选择电能质量综合治理功能F₁时，则进入步骤3；

(2)若能量路由器正常，且智能配电网正常，当功能选择单元选择有功能量双向流动和无功补偿的功率优化功能F₂时，则进入步骤4；

(3)若能量路由器正常，且智能配电网故障，功能选择单元选择不间断电源UPS功能F₃，则进入步骤5；

(4)若能量路由器故障，且智能配电网正常，功能选择单元选择市电供电功能F₄；

(5)若能量路由器故障，且智能配电网故障，功能选择单元选择电源切出功能F₅；

步骤3、进入外环控制单元，生成补偿电压指令，使网侧隔离变换器(7)实现动态电压恢复器的功能；生成补偿电流指令，使负载侧变换器(9)实现有源滤波器的功能；

内环控制单元根据外环控制单元生成的控制指令，分别实现网侧隔离变换器(7)的输出电压控制和负载侧变换器(9)的输出电流控制，分别生成网侧隔离变换器(7)和负载侧变换器(9)功率开关管的驱动脉冲信号；

步骤4、进入外环控制单元，生成有功功率和无功功率控制指令，使网侧隔离变换器(7)实现有功能量双向流动和无功补偿的功率优化功能，负载侧变换器(9)实现有功能量单向流动的功能；

内环控制单元根据外环控制单元生成的控制指令，分别实现网侧隔离变换器(7)的有功功率和无功功率控制，负载侧变换器(9)的有功功率控制，分别生成网侧隔离变换器(7)和负载侧变换器(9)功率开关管的驱动脉冲信号；

步骤5、进入外环控制单元，生成电压控制指令，使负载侧变换器(9)输出稳定的三相380VAC/50Hz电源；

内环控制单元根据外环控制单元生成的控制指令，实现负载侧变换器(9)的输出电压控制，分别生成网侧隔离变换器(7)和负载侧变换器(9)功率开关管的驱动脉冲信号；

所述的能量路由器，包括串联变压器(4)、网侧隔离变换器(7)、负载侧变换器(9)、功能切换开关S_i和集中控制器(12)；

所述的串联变压器(4)的原边连接于智能配电网的网侧高压交流母线(1)与负载侧低压交流母线(13)之间；

所述的网侧隔离变换器(7)通过低压直流母线(10)与负载侧变换器(9)连接，且低压直流母线(10)通过储能系统连接至分布式电源；

所述的功能切换开关S_i包括电源切换开关S₁(2)、串联变压器切换开关S₂(3)、网侧串联切换开关S₃(5)、网侧并联切换开关S₄(6)、负载侧并联切换开关S₅(11)和串联变压器线路投切开关S₆，其中，电源切换开关S₁(2)连接于智能配电网的网侧高压交流母线(1)与公共连接点PCC之间，串联变压器切换开关S₂(3)与串联变压器(4)的原边并联，网侧串联切换开关S₃(5)连接于串联变压器(4)的副边与网侧隔离变换器(7)之间，网侧并联切换开关S₄(6)连接于公共连接点PCC与网侧隔离变换器(7)之间，负载侧并联切换开关S₅(11)连接于负载侧变换器(9)与负载侧低压交流母线(13)之间，串联变压器线路投切开关S6位于串联变压器原边两路出线端子与线路之间；

所述的集中控制器(12)包括检测单元、故障判断单元、功能选择单元、外环控制单元和内环控制单元，其中，检测单元用于对智能配电网的网侧高压交流母线(1)的电压、电流，负载侧低压交流母线(13)的电压、电流进行检测；故障判断单元用于判断智能配电网与能量路由器是否出现故障；功能选择单元根据智能配电网、分布式电源和负载的运行工况，通过调整功能切换开关S_i的组合，选择合理的工作模式；外环控制单元根据功能选择单元确定的工作模式，分别生成网侧隔离变换器(7)的控制指令和负载侧变换器(9)的控制指令；内环控制单元根据外环控制单元生成的控制指令，分别生成网侧隔离变换器(7)和负载侧变换器(9)功率开关管的驱动脉冲信号；

所述的网侧隔离变换器(7)具有三相输入端(u3、v3、w3)和一路低压直流母线输出端(p1、n1)，网侧隔离变换器(7)由多个隔离变换子模块(8)组成，且三相的隔离变换子模块(8)数量相同；

所述的每个隔离变换子模块(8)均有输入侧首端(a1)和输入侧尾端(a2)、输出侧首端(b1)和输出侧尾端(b2)，且各相中的第一个隔离变换子模块(8)的输入侧首端(a1)引出端子作为三相输入端(u3、v3、w3)，最后一个隔离变换子模块(8)的输入侧尾端(a2)相间星型连接；同相内的下一个隔离变换子模块(8)的输入侧首端(a1)连接至其相邻的上一隔离变换子模块(8)的输入侧尾端(a2)；三相所有隔离变换子模块(8)的输出侧首端(b1)相连作为低压直流母线输出侧首端(p1)，隔离变换子模块(8)的输出侧尾端(b2)相连作为低压直流母线输出侧尾端(n1)；

所述的隔离变换子模块(8)包括交-直变换器和双向DC-DC变换器，交-直变换器和双向DC-DC变换器通过直流母线连接，其中，交-直变换器由一组全控型H桥组成，双向DC-DC变换器由两组全控型H桥、谐振电感(L₈₁)、谐振电容(C₈₂)和高频变压器(T₈₁)组成；

所述的交-直变换器的第一功率开关管(S₈₀₁)和第二功率开关管(S₈₀₂)串联组成第一桥臂，桥臂的中点引出端子作为输入侧首端(a1)，第三功率开关管(S₈₀₃)和第四功率开关管(S₈₀₄)串联组成第二桥臂，桥臂的中点引出端子作为输入侧尾端(a2)；第一功率开关管(S₈₀₁)和第三功率开关管(S₈₀₃)的顶端连在一起与电容(C₈₁)的正极相连，第二功率开关管(S₈₀₂)和第四功率开关管(S₈₀₄)的尾端连在一起与电容(C₈₁)的负极相连；

所述的双向DC-DC变换器的第五功率开关管(S₈₀₅)和第六功率开关管(S₈₀₆)串联组成第三桥臂，第七功率开关管(S₈₀₇)和第八功率开关管(S₈₀₈)串联组成第四桥臂，第五功率开关管(S₈₀₅)和第七功率开关管(S₈₀₇)的顶端连在一起与第一电容(C₈₁)的正极相连，第六功率开关管(S₈₀₆)和第八功率开关管(S₈₀₈)的尾端连在一起与第一电容(C₈₁)的负极相连，第三桥臂和第四桥臂的中点引出线分别通过谐振电感(L₈₁)和谐振电容(C₈₂)与高频变压器(T₈₁)的原边连接；第九功率开关管(S₈₀₉)和第十功率开关管(S₈₁₀)串联组成第五桥臂，第十一功率开关管(S₈₁₁)和第十二功率开关管(S₈₁₂)串联组成第六桥臂，第五桥臂和第六桥臂的中点引出线直接与高频变压器(T₈₁)的副边连接，第九功率开关管(S₈₀₉)和第十一功率开关管(S₈₁₁)的顶端连在一起与第三电容(C₈₃)的正极相连，并引出端子作为输出侧首端(b1)，第十功率开关管(S₈₁₀)和第十二功率开关管(S₈₁₂)的尾端连在一起与第三电容(C₈₃)的负极相连，并引出端子作为输出侧尾端(b2)。