[发明专利]一种基于柔性互联的能量路由器拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于柔性互联的能量路由器拓扑结构及其控制方法，该结构具备潮流双向精确线性控制功能，不仅可以实现不同电压网络之间的互联运行，还可以电压源或电流源模式运行，控制手段灵活多变，方便不同类型多种类型能源或负荷灵活接入，同时具备网络中双向直流故障隔离保护功能，减少线路中配置直流断路器的数量，还能降低系统成本。

技术领域

本发明属于综合能源转换装置及控制技术领域，特别涉及一种基于柔性互联的能量路由器拓扑及其控制方法。

背景技术

能源综合服务站是利用变电站资源建设运营充换电(储能)站和数据中心站新模式，依托变电站贴近用户、广泛覆盖、电力保障等优势，通过就近满足用户电力、算力、存储、连接等服务需求，为电力物联网提供实现物理世界和数字世界连接的IT基础设施资源，满足5G网络建设中的多接入边缘计算站建设需求。多站融合是综合能源服务站的典型应用场景，利用现有变电站深入挖掘资源价值，建设运营充电站、储能站、通信基站和数据中心站等设施，一站式服务满足变电站、储能电站、数据中心站等设备的多元化服务需求。在该场景中需要重点考虑的是变电站、数据中心站、充换电电站、分布式电源以及充电桩等直流负荷的供电方式分析，设计更加高效互补的用电拓扑结构，从而提高整站的运行能效水平。同时面对多种能源灵活接入的需要，需要研究新型多端口电力路由器设备，满足站内接入大量“分布式储能设备”“新型负荷”“可再生能源设备”等多样性的供电需求，实现多种类型能源灵活接入，以更好的支撑综合能源服务站的建设。

能量路由器可以实现不同能量单元之间的互联，主要组成部分包括高频变压器、功率开关器件、无源元件设备。电力路由器能解决传统变压器变比宽范围可调问题，还具备控制功率流向、调整电能质量、柔性隔离故障、接入多种电荷负荷等多种功能。目前，世界范围内不同学者研制了不同种类电力路由器样机，例如，瑞士苏黎世大学的提出并研制完成1MVA固态变压器样机，美国High Point University研究中心研发出新一代固态变压器，中国电力科学研究院提出并研发电能交换器样机。电力路由器的拓扑类型可按不同方式进行分类：按内部母线耦合形式分为共直流母线型和共交流母线型；按电压特点可分为单一电压等级和多电压等级；按接线方式可分为辐射状直流电网和网状直流电网。但是目前研究多端口电力路由器均是单一电压等级的辐射状直流系统，未能充分集成各种直流用电设备的优势，因此需要因地制宜地采用不同的电压等级接口、接线方式和系统结构，从而最大化发挥变电站内部直流供电网络的潜力。

综上所述，现有电力路由器结构较少关注不同电压类型的端口互联，较少关注内部拓扑优化，也不具备不同工况之间的无缝切换功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基于柔性互联的能量路由器拓扑结构，具备潮流双向精确线性控制功能，方便不同类型多种类型能源或负荷灵活接入。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于柔性互联的能量路由器拓扑结构，包括交流端口单元、直流端口单元以及直流母线；其中，所述交流端口单元、直流端口单元分别连接于直流母线的两侧；

所述交流端口单元的一端与直流母线电联接，另一端与外部交流线路电联接；所述直流端口单元与直流母线电联接；

所述交流端口单元采用双向交流端口结构，在并网情况下为直流母线提供稳定电压，同时提供双向功率回路吸收后级电路传输功率或补充直流电路释放功率；

所述直流端口单元根据需求控制输出侧两端电压、电流或功率值，用于通过线路中的等效阻抗改变线路中的潮流分布。

进一步，所述交流端口单元内部采用全控型功率器件。

进一步，所述交流端口单元还包括功率变换模块，用于将直流电转换成交流电。

进一步，所述交流端口单元采用双向交流变换器结构，具体电路拓扑可为三相全桥电路或三相半桥电路。