[发明专利]一种用于直流微网的多端口能量路由器

摘要

本发明提供了一种用于直流微网的多端口能量路由器，涉及能源互联网控制技术领域，本发明为分布式可再生能源发电设备、储能设备和用电负载接入能源互联网提供一种新的方案，提供一种新的能量路由方式。本发明提出的能量路由器具有多个路由端口，能够同时接入多种发电设备、储能设备、用电负载，实现不同设备之间的能量流动，提高能量利用效率；设计了多功能路由端口，有利于能量路由器的直流母线电压的统一化、标准化，满足不同电压等级要求；本发明适用于能源互联网的组网，将分布式可再生能源发电设备首先并入低压直流微网，再根据不同的电压等级及用电需求，经过换流环节，并入高电压等级的直流、交流电网。

主权项

1.一种用于直流微网的多端口能量路由器，包括直流母线DC‑Bus、并网开关S、路由端口Interface 1～Interface N、控制芯片、端口传感器采集处理电路、DC‑Bus传感器采集处理电路、端口开关驱动电路、并网开关S驱动电路和通信电路，其特征在于：所述直流母线DC‑Bus由直流正、负母线组成，并网开关S的两端串在直流正母线上，实现直流微网与能量路由器的连接；各路由端口Interface 1～Interface N并接在直流正、负母线上；端口传感器采集处理电路采集路由端口的电压、电流信号，然后送给控制芯片；DC‑Bus传感器采集处理电路采集直流母线DC‑Bus的电压、电流信号，然后送给控制芯片；控制芯片发出控制信号，通过并网开关S驱动电路控制并网开关S的闭合与断开，通过端口开关驱动电路控制路由端口Interface 1～Interface N中开关的闭合与断开，控制芯片通过通信电路和每一个路由端口Interface保持通信，整个能量路由器通过直流母线DC‑Bus与直流微网实现能量的双向流动，通过控制芯片与直流微网控制中心实现信息的双向流动；所述并网开关S选用直流接触器或者直流断路器，并网开关S闭合时能量路由器工作在并网模式；并网开关S断开时，能量路由器工作在孤岛模式；所述并网开关S开关闭合时，能量路由器工作在并网模式下，并网模式下又分为如下两种情况，第一种为能量路由器向直流微网提供电能，发电设备所发电量足够为用电负载提供能量，如果电能有盈余，则能量路由器将盈余的能量存储在储能设备中，同时输送给上级直流微网；第二种为直流微网向能量路由器回馈电能，发电设备发电量不足为用电负载供电，且储能设备也不能提供差额电量，则上级直流微网向能量路由器一侧供电；并网模式下的工作流程为：通过数据采集，控制芯片对各路由端口Interface的电压与直流母线电压进行匹配判断：当满足并网电压条件U_{dc‑Interface}＝U_dc‑Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器，通过端口传感器采集处理电路采集各路由端口Interface的电压、电流信号，控制芯片对接入能量路由器的发电设备所发的总电量W_G与用电总负荷量W_L进行功率计算，然后比较总电量W_G与用电总负荷量W_L大小，当W_L≤W_G时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电；当路由端口Interface的发电量大于负荷量，则该路由端口Interface所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，继续检测路由端口Interface的发电量是否还有盈余，如仍有盈余，则将盈余的能量输送到直流微网，当W_L＞W_G时，首先检测该路由端口Interface的储能设备的储能W_S是否能够补充能量缺额，如W_S≥|W_L‑W_G|，则能够补充，向用电负载补充缺额能量；如W_S＜|W_L‑W_G|，则不能补充，再检测其它路由端口Interface是否能够补充剩余的能量缺额，即判断其它路由端口的储能W_S的总和是否满足W_S≥|W_L‑W_G|，如果满足，其它路由端口Interface补全用电负荷所需能量；如果不满足W_S≥|W_L‑W_G|，说明其它路由端口Interface的储能设备还不能补充，则向直流微网索取能量来补充所述并网开关S开关断开时，能量路由器工作在孤岛模式，孤岛模式下，能量路由器所接的所有发电设备、储能设备、用电负载处于脱离直流微网的孤立工作状态，以能量路由器为中心形成孤立的能源网络，此时，能量在各个路由端口Interface之间流动，根据用电负载的用电量需求，发电设备、储能设备共同为用电负载供电；孤岛模式下的工作流程为：通过数据采集，控制芯片对路由端口Interface 1～Interface N的电压与直流母线电压进行匹配判断：当满足并网电压条件U_{dc‑Interface}＝U_dc‑Bus时，控制芯片向端口开关驱动电路发出控制信号，使各路由端口开关闭合，将发电设备、储能设备和用电负载接入能量路由器，通过路由端口传感器采集处理电路采集的电压、电流信号，对接入能量路由器的发电设备所发的总电量W_G与用电总负荷量W_L进行功率计算，比较总电量W_G与用电总负荷量W_L大小，当W_L≤W_G时，能量路由器所接的发电设备向用电负载供电，如路由端口的发电量大于负荷量，则该路由端口Interface所接的发电设备向用电负载供电，不向其它路由端口索取能量，即实现就近供电；同时，盈余的能量向储能设备充电，当W_L＞W_G时，首先检测该路由端口Interface的储能设备的储能W_S是否能够补充能量缺额，如W_S≥|W_L‑W_G|，即能够补充，则向用电负载补充缺额能量；如W_S＜|W_L‑W_G|，则不能补充，再向其它路由端口Interface索取剩余的能量缺额进行补充。