[发明专利]不依赖通信的多模式电能路由器及其无缝切换控制方法

说明书

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种不依赖通信的多模式电能路由器及其无缝切换控制方法，电能路由器包括四个控制端口，分别与光伏变换器、储能变换器以及电力电子变压器中的并网逆变器、负载逆变器相连；其中，光伏阵列和蓄电池组分别通过光伏变换器和储能变换器与直流母线相连，并网逆变器和负载逆变器分别与直流母线相连。方法包括：储能变换器启动并稳定直流母线电压；光伏变换器采用正向扰动观测方式来实现最大功率点跟踪模式，并当输出电压超过阈值后采用反向扰动观测方式来实现限制功率运行模式；并网逆变器在并网、孤岛和封锁三种模式之间切换；负载逆变器根据需要稳定输出电压或进入限制功率模式。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种不依赖通信的多模式电能路由器及其无缝切换控制方法。

背景技术

近年来，分布式光伏、风力发电、双向电动汽车储能等装置的大面积普及，正在改变传统的电网形态，用户侧由传统的仅吸收电能转换成具备分布式供给和储存能力的细胞单元。电能路由器一方面实现接入功能，在用户侧实现光伏、储能等能源系统接入，分配负载所需电能。光伏系统具有波动和间歇性特征，为了最大利用太阳能，需要最大功率跟踪，当功率过剩时又必须限制该能量；储能系统的大电流充放电能力使其成为理想的能量存储和缓冲设备，但电池的SOC状态限制了其充放电时刻和功率大小。因此对不同接入对象在不同环境条件、时间维度下需要实施不同的控制策略，实现多种运行工况下功率的平衡控制是电能路由器的基本功能和难点。

经典的直流微网和交流微网中多能源和负载倾向于作为分布式结构，以通信或自治方式协同控制，从而实现一个小区域内光伏、风力等各种新能源和负载的集成管理。而电能路由器则倾向以家庭作为最小单元使用户用电能路由器，向上到社区、城市或区域分别使用社区电能路由器、骨干网电能路由器，自下而上形成网络架构。户用电能路由器核心功能是提供光伏、电动汽车、储能电池等设备的电力电子接口；社区用电能路由器一方面能完成10kV到380V的电力电子变压器变压，另一方面可接入更大容量的光伏阵列或储能变流单元，从而稳定本地的功率和实现支撑；骨干级电能路由器主要功能则倾向于潮流控制，多端柔直系统能够实现该功能。

因此要求电能路由器能够集成光伏并网、储能变流、交直流混合微网等多种关键技术，需要融合和综合已有体制、技术，又需要对优化应用做进一步研究，而目前对其理论和实践研究仍处于概念定义、模式探究和典型示范的初级阶段。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种不依赖通信的多模式电能路由器及其无缝切换控制方法。

所述电能路由器包括四个控制端口，分别与光伏变换器、储能变换器以及电力电子变压器中的并网逆变器、负载逆变器相连；其中，并网逆变器和负载逆变器相连的直流母线为电力电子变压器的开放公共直流母线，光伏阵列和蓄电池组分别通过光伏变换器和储能变换器与该公共直流母线相连。

所述根据实际应用需要电力电子变压器选择在并网逆变器和直流母线之间插入双有源桥实现隔离或电压升降匹配；在配备双有源桥的应用中，双有源桥和并网变换器构成并网逆变器。

所述方法包括：

储能变换器启动并稳定直流母线电压；

光伏变换器采用正向扰动观测方式来实现最大功率点跟踪模式，并当输出电压超过阈值后采用反向扰动观测方式来实现限制功率运行模式；

并网逆变器在并网、孤岛和封锁三种模式之间切换；负载逆变器根据需要稳定输出电压或进入限制功率模式。

所述电能路由器在功率调节模式和电压调节模式之间切换；在功率调节模式下，由并网逆变器调节网侧的有功和无功输出，响应电网侧的需求，实现削峰填谷的经济运行功能；在电压调节模式下，调节直流母线电压，由电网间接实现对直流母线的支撑，光伏以最大功率输出，电池系统自动转入浮充状态，实现对负载的最大不间断供电。