[发明专利]一种基于混合器件的多端口数字化路由系统及控制方法

说明书

本发明公布了一种基于混合器件的多端口数字化路由系统及控制方法，所提出的新型路由系统由多个基于混合器件的双向AC/DC整流电路、双向DC/AC逆变器和DC/DC变换器组成，可以通过数字控制中上位机和以DSP为核心下位机的协同配合灵活实现对装置状态的实时监测和选择不同能源转换模式，新型路由系统中的逆变器采用了由大容量Si IGBT和小容量SiC MOSFET并联组成的混合器件，使得用户可以根据所在场合及需求，通过数字化控制系统选择多工作模式，该路由系统具有实时通讯功能方便实现能源的动态管理，并能满足在航空航天、军工核能、工业制造及民用设施等领域高效率、高可靠性或者高功率密度等的应用需求。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器及控制技术领域，具体涉及一种基于混合器件的多端口数字化路由系统及控制方法。

背景技术

随着全球能源绿色低碳转型的规模化发展，大型分布式发电设备连接到电网，能源互联网的供电多样性、能量双向流动甚至多向流动以及功率调控等特点日益显现，单一电能变换装置存在体积大、稳定性不高、能源流动模式和适用范围局限等缺点，难以满足可再生能源大规模使用和复杂应用场合的苛刻需求。

能量路由器是在电力电子变压器拓扑结构的基础上发展起来的一种电能变换装置，借助其多输入多输出的结构特性已经成为了能源互联网的核心设备，国内外对能量路由器进行了部分研究，已证实其在多端直流供电系统、高压直流输电中的应用，但在多种能源、多储能设备、多用户接入的交直流负载情况下，能源路由器内部的拓扑结构复杂，用户难以监测并控制其实时运行状态。

此外，作为能量路由器核心的功率器件，市面上常采用具有电流容量大、导通压降低、以及成本较低等优点的Si IGBT作为其开关器件，但是受限于材料特性所决定的性能理论极限，在能量路由器中采用Si基功率器件难以满足其高效、高功率密度的应用需求。而采用高开关频率的第三代半导体器件SiC MOSFET则存在成本高、容量小和可靠性较差等缺陷。

发明内容

为了解决上述背景技术存在的问题，本发明所提出的多端口数字化路由系统及控制方法，可以不仅实现电能的多向流动，且具有实时通讯功能，采用混合器件不仅有效提高了其功率密度、效率和冗余性能，且可根据不同应用场合和需求选择不同功率器件工作模式；该新型路由系统能够满足新形势下的用户更复杂的应用需求；本发明设计了一种基于混合器件的多端口数字化路由系统，具体技术方案如下：包括路由器，所述路由器包括输入级和输出级，所述输入级和输出级共同连接直流母线，所述输入级包括双向AC-DC逆变器和双向DC-DC逆变器，所述输入级的双向AC-DC逆变器和双向DC-DC逆变器分别连接交流电网和直流电网，所述输出级包括双向DC-AC逆变器和双向DC-DC逆变器，所述输出级的双向DC-AC逆变器和双向DC-DC逆变器分别连接交流负载和直流负载，所述输入级和输出级通过通讯连接线连接数字化控制系统，所述输入级和输出级的各逆变器内设置由Si IGBT和SiCMOSFET并联组成的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件，所述数字化控制系统实时检测输入级的电网接入信号和输出级的负载接入信号，实现能量的互通。

优选的，所述双向AC-DC逆变器和所述双向DC-AC逆变器采用两电平三相整流电路，所述双向DC-DC逆变器采用Buck-Boost型电路。

优选的，所述数字化控制系统包括可触摸的上位机和下位机，所述上位机中的触摸屏硬件部分采用TPC7032KI作为MGSS载体，并且作为主机，软件部分采用配套的MCGSPRO嵌入版全中文工控组态软件，所述上位机连接下位机，所述下位机采用多个DSP控制板协同控制，所述DSP控制板连接各逆变器，所述DSP控制板通过采样电路获得路由器中各逆变器的实时状态信号，传输给上位机。

优选的，所述Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的驱动电路采用2ED020112-F2作为驱动芯片，可同时控制驱动Si IGBT器件和SiC MOSFET器件，具有电压检测、欠压锁定及短路保护的功能。