[发明专利]一种电能路由器功率模块和电能路由器

说明书

本发明公开了一种电能路由器功率模块和电能路由器，电能路由器功率模块包括多绕组高频变压器、缓冲支路、高频变流器、直流接口电路和交流接口电路，多绕组高频变压器中的n₁个绕组上的直流接口电路的交流正、负端子构成直流端口；n₂个绕组上的交流接口电路的交流正、负端子构成交流端口；交流端口和直流端口的个数都为任意个，每个交流端口或直流端口的功率都是双向流动的。电能路由器由一个或多个电能路由器功率模块组成，各功率模块的交直流端口进行不同组合形式的串联或并联，构成中压直流端口、低压直流端口、三相中压交流端口和三相低压交流端口，可应用于不同电压等级和功率等级的场合。本发明可满足作为电力网络枢纽的各种功能要求。

技术领域

本发明属于电力电子电能变换技术领域，涉及一种电能路由器功率模块和电能路由器。

背景技术

随着可再生能源发电装置、储能设备及各种类型的电能负载的接入，传统的电力系统设备无法满足供电形式多样性和能量多向流动以及功率流的主动调控等要求，无法适应未来电力市场化的需要。电力系统也正向“源–网–荷–储”协调优化运行的新阶段发展，并将成为未来能源互联网的核心和纽带。基于电力电子变换技术构成的电能路由器，不但可为不同的新能源发电装置和不同类型负载提供灵活多样化的接口电气形式，还可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。而且，与信息技术的融合使电能路由器拥有通讯和智能决策能力，可根据网络运行状态以及用户和控制中心的指令，实现对电力网络能量流的主动管理。电能路由器可成为未来电力网络的枢纽，负责管理和控制子网内的能量流动以及子网和主干网之间的能量交换。

目前典型的电能路由器拓扑结构有三种，即串联型H桥构成的串入并出的拓扑结构、模块化多电平技术构成的拓扑结构和基于混频调制方法的拓扑结构。串联型H桥构成的串入并出的结构既能满足高压大容量的需求，又可以提供直流端口，具备了电能路由所需的多端口的基本需求，能够面向能源互联网形成灵活的组网形式，满足能源互联网的要求，但是这种结构无法提供中压直流端口，大量使用变压器使得装置体积和重量很大、成本高，而且串联型的单相结构使各相电路在瞬时功率交换过程中存在电网电压基波二倍频分量,进而导致直流侧的电容电压出现低频波动，使得直流侧的电容容值很大；模块化多电平结构的电能路由器拓扑结构不仅能够提供更高电压等级的端口，而且可以同时兼具更高的电能质量和转换效率，但总体模块化程度不高，可靠性较低，存在环流和电容电压波动等问题；基于混频调制方法的拓扑结构通过减少电能变换级数来减少变压器和开关管的数量，提高功率密度，但是这种拓扑与串联型H桥拓扑一样无法提供更高电压等级的端口，端口不具备拓展性。此外以上三种拓扑结构还都存在直流侧电容容值大、模块集成化程度不高、端口不易拓展的问题，难以实现大规模地推广使用。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种电能路由器功率模块和电能路由器，旨在解决目前电能路由器电路结构存在的无法提供中压直流端口、直流侧电容容值大、模块集成化程度不高、端口不易拓展的问题。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种电能路由器功率模块，包括多绕组高频变压器、缓冲支路、高频变流器、直流接口电路和交流接口电路；

多绕组高频变压器的n₁(n₁≥0)个绕组中，每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与高频变流器的交流正端子相连，高频变流器的交流负端子与绕组的另一个端子相连，高频变流器的直流正、负极端子分别与直流电容C的正负极相连，直流电容C的正负极分别与直流接口电路的直流正、负极端子相连，直流接口电路的另外两个端子构成直流端口；