[发明专利]一种基于信息物理系统融合的能量路由器

摘要

本发明提供一种基于信息物理系统融合的能量路由器，包括监测模块、通讯模块、信息处理模块、智能控制模块、电力电子固态模块、电能接口模块和储能模块；监测模块将监测信息通过通讯模块传输给信息处理模块，信息处理模块将运算处理后的数据传输给智能控制模块，智能控制模块将控制信息传输给能量路由器其他各模块，以控制能量路由器对电能的转换、双向传输和协调运行，储能模块提供电能的存储。本发明在电气信息物理系统(P‑CPS)基础上设计基于信息物理系统融合的能量路由器系统结构，使其满足结构模块化、控制智能化、通讯坚强化和系统鲁棒化等特征并具备实用化的可行性，该能量路由器，其具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治等功能。

主权项

一种基于信息物理系统融合的能量路由器，其特征在于：所述能量路由器包括监测模块、通讯模块、信息处理模块、智能控制模块、电力电子固态模块、电能接口模块和储能模块；所述监测模块将监测信息通过所述通讯模块传输给所述信息处理模块，所述信息处理模块将运算处理后的数据通过所述通讯模块传输给所述智能控制模块，所述智能控制模块将控制信息通过所述通讯模块传输给所述电力电子固态模块，同时传输给监测模块、信息处理模块和储能模块，从而控制能量路由器的运行，所述储能模块为所述能量路由器提供电能存储；所述电力电子固态模块包括AC/DC整流器、DC/AC变流器、高频变压器、AC/DC变流器、低压级直流母线并联模块和DC/AC逆变器；所述AC/DC整流器通过高压直流母线连接所述DC/AC变流器，所述DC/AC变流器、高频变压器和AC/DC变流器依次连接，所述AC/DC变流器通过低压直流母线连接低压级直流母线并联模块，所述低压级直流母线并联模块连接所述DC/AC逆变器；工频交流输入信号经过所述AC/DC整流器变换为第一直流电压信号，所述DC/AC变流器将所述第一直流电压信号调制为高频交流方波信号，所述高频交流方波信号经过所述高频变压器实现电压等级变换和电磁隔离，所述AC/DC变流器再将高频变压器输出的高频交流方波信号转换为第二直流电压信号，所述第二直流电压信号通过低压级直流母线并联模块输入给所述DC/DC逆变器，DC/AC逆变器将第二直流电压信号变换为所需的工频交流输出信号，实现对负载的供电；所述AC/DC整流器由多个单相H桥变流器模块级联构成，以提高电力电子变压器输入测的电压等级；所述H桥变流器模块的级联数取决于电力电子变压器高压侧所接配电网的电压等级和所用功率器件的耐压水平，AC/DC整流器的三相电路采用星形结构；所述DC/AC变流器由n个单相全桥DC/AC变流器模块组成，其直流侧通过高压直流母线与所述AC/DC整流器的直流侧连接，完成第一直流电压信号到高频交流方波信号的变换；所述高频变压器每相绕组均采用n入三出的绕组结构，实现高/低压级高频交流方波信号电压等级变换和电气隔离；所述AC/DC变流器由三个独立控制的单相全桥AC/DC变流器模块组成，完成高频交流方波信号到第二直流电压信号的变换；所述DC/AC逆变器由三个单相全桥DC/AC变流器模块经LC滤波器输出所需要的工频交流输出信号，完成电力电子变压器的电压变换和电能传输；所述高压直流母线和低压直流母线上分别设有多个直流电容；所述AC/DC整流器和DC/AC逆变器分别位于高压级和低压级，所述高频AC/DC变流器、高频变压器和高频AC/DC变流器均位于隔离级。