本實用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能源路由器。

背景技術(shù)：

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種能實現(xiàn)能量雙向流動的能量對等交換與共享網(wǎng)絡(luò)，能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中能量交換、新能源和負(fù)載接入的重要技術(shù)手段。

現(xiàn)有的能源路由器以電力電子變壓器替代傳統(tǒng)變壓器，通常是利用電力電子變壓器變壓與隔離的功能，電力接口少，不便于擴(kuò)展，從而功能性弱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種提供多個接口、功能性強(qiáng)的能源路由器。

一種能源路由器，包括高壓交流接口、低壓交流接口、直流接口和隔離型雙向DC/DC模塊，所述高壓交流接口和所述低壓交流接口均包括交流側(cè)和直流側(cè)；

所述隔離型雙向DC/DC模塊連接所述高壓交流接口的直流側(cè)、所述低壓交流接口的直流側(cè)和所述直流接口，所述高壓交流接口的交流側(cè)連接高壓交流系統(tǒng)，所述低壓交流接口的交流側(cè)連接低壓交流系統(tǒng)，所述直流接口連接直流系統(tǒng)。

上述能源路由器，隔離型雙向DC/DC模塊用于實現(xiàn)隔離和變壓，高壓交流接口用于與高壓交流系統(tǒng)或高壓交流系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載之間的能量交換，低壓交流接口用于與低壓交流系統(tǒng)或低壓交流系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載之間的能量交換，直流接口用于與直流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載之間的能量交換；通過隔離型雙向DC/DC模塊分別連接高壓交流接口、低壓交流接口和直流接口，將不同類型的電力接口進(jìn)行組合，可實現(xiàn)多種不同電力系統(tǒng)之間的電能交換，交換效率高，能源路由器功能性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為一實施例中能源路由器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為另一實施例中能源路由器的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為一實施例中高壓交流接口的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為一實施例中隔離型雙向DC/DC模塊的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為一實施例中低壓交流接口的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為另一實施例中低壓交流接口的結(jié)構(gòu)圖；

圖7為一實施例中直流接口的結(jié)構(gòu)圖；

圖8為一應(yīng)用例中能源路由器的具體實施電路圖。

具體實施方式

參考圖1，一實施例中的能源路由器，包括高壓交流接口110、隔離型雙向DC/DC模塊120、低壓交流接口130和直流接口140；高壓交流接口110和低壓交流接口130均包括交流側(cè)和直流側(cè)。隔離型雙向DC/DC模塊120連接高壓交流接口110的直流側(cè)、低壓交流接口130的直流側(cè)和直流接口140，高壓交流接口110的交流側(cè)連接高壓交流系統(tǒng)(圖未示)，低壓交流接口130的交流側(cè)連接低壓交流系統(tǒng)(圖未示)，直流接口140連接直流系統(tǒng)(圖未示)。

隔離型雙向DC/DC模塊120用于進(jìn)行隔離和變壓。其中，高壓交流系統(tǒng)、低壓交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)指外部的電能網(wǎng)，可以是供電系統(tǒng)，也可以是負(fù)載系統(tǒng)。例如，通過高壓交流接口110連接高壓交流系統(tǒng)，可以是接入高壓交流系統(tǒng)的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換給低壓交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)供電，也可以是將低壓交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換后給高壓交流系統(tǒng)中的用電設(shè)備供電。通過低壓交流接口130連接低壓交流系統(tǒng)，可以是接入低壓交流系統(tǒng)的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換給高壓交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)供電，也可以是將高壓交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換后給低壓交流系統(tǒng)中的用電設(shè)備供電。通過直流接口140連接直流系統(tǒng)，可以是接入直流系統(tǒng)的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換給高壓交流系統(tǒng)或低壓交流系統(tǒng)供電，也可以是將高壓交流系統(tǒng)或低壓交流系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換后給直流系統(tǒng)中的用電設(shè)備供電。

上述能源路由器，隔離型雙向DC/DC模塊120用于實現(xiàn)隔離和變壓，高壓交流接口110用于與高壓交流系統(tǒng)或高壓交流系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載之間的能量交換，低壓交流接口130用于與低壓交流系統(tǒng)或低壓交流系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載之間的能量交換，直流接口140用于與直流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載之間的能量交換；通過隔離型雙向DC/DC模塊120分別連接高壓交流接口110、低壓交流接口130和直流接口140，將不同類型的電力接口進(jìn)行組合，可實現(xiàn)多種不同電力系統(tǒng)之間的電能交換，交換效率高，能源路由器功能性強(qiáng)。

在一實施例中，參考圖2，高壓交流接口110、隔離型雙向DC/DC模塊120、低壓交流接口130和直流接口140的數(shù)量均為多個，隔離型雙向DC/DC模塊120包括第一直流端口和第二直流端口。

各隔離型雙向DC/DC模塊120的第一直流端口各通過一組直流母線連接所有的高壓交流接口110的直流側(cè)。多個隔離型雙向DC/DC模塊120的第二直流端口通過同一組直流母線連接各低壓交流接口130的直流側(cè)和各直流接口140。

例如，圖2中有N個高壓交流接口110、Z個隔離型雙向DC/DC模塊120、M個低壓交流接口130和P個直流接口140；第一個、第二個至第N個高壓交流接口110的交流側(cè)分別通過端口A₁、B₁、C₁、A₂、B₂、C₂、……A_N、B_N、C_N連接高壓交流系統(tǒng)的三相火線；第一個、第二個至第M個低壓交流接口130的交流側(cè)分別通過端口a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂、……a_M、b_M、c_M連接低壓交流系統(tǒng)的三相火線，并分別通過端口n₁、n₂、……n_M連接低壓交流系統(tǒng)的零線；第一個、第二個至第P個直流接口140分別通過端口DC₁+、DC₁-、DC₂+、DC₂-……DC_P+、DC_P-連接直流系統(tǒng)的正極和負(fù)極。Z個隔離型雙向DC/DC模塊120的第一直流端口分別連接的直流母線的序號為1、2、…、Z，Z個隔離型雙向DC/DC模塊120的第二直流端口連接的同一組直流母線的序號為Z+1；第1到Z組直流母線均與N個高壓交流接口110連接，第1+Z組直流母線連接M個低壓交流接口130和P個直流接口140。

通過設(shè)置多個高壓交流接口110、隔離型雙向DC/DC模塊120、低壓交流接口130和直流接口140，提供多種不同類型的接口，從而實現(xiàn)多種接口之間的能量交換；同時，隔離型雙向DC/DC模塊120的第一直流端口連接的多組直流母線可連接多個高壓交流接口110，第二直流端口連接的直流母線可連接多個低壓交流接口130和多個直流接口140，可方面擴(kuò)展更多的接口。如此，可進(jìn)一步提高能源路由器的能量交換效率。

在一實施例中，參考圖3，高壓交流接口110包括三個高壓相單元111，各高壓相單元111均包括第一電感L1和多個級聯(lián)H橋1110。

隔離型雙向DC/DC模塊120的數(shù)量與同一高壓交流接口110中級聯(lián)H橋1110的數(shù)量相等，同一高壓交流接口110的多個級聯(lián)H橋1110與各隔離型雙向DC/DC模塊120一一對應(yīng)連接。

例如，參考圖2和3，隔離型雙向DC/DC模塊120的數(shù)量為Z，一個高壓相單元111中有C個級聯(lián)H橋1110，則一個高壓交流接口110中包含的級聯(lián)H橋1110的數(shù)量為3C，滿足Z＝3*C；高壓交流接口110中的第一個級聯(lián)H橋1110連接第1個隔離型雙向DC/DC模塊120，具體為通過第1組直流母線連接第1個隔離型雙向DC/DC模塊120，第二個級聯(lián)H橋1110通過第2組直流母線連接第2個隔離型雙向DC/DC模塊120，依次對應(yīng)連接，直到第3C個級聯(lián)H橋1110通過第Z組直流母線連接第Z個隔離型雙向DC/DC模塊120。

同一高壓相單元111中的多個級聯(lián)H橋1110相互級聯(lián)后一端連接對應(yīng)高壓相單元111中第一電感L1的一端，各高壓相單元111中的多個級聯(lián)H橋1110級聯(lián)后另一端相互連接，第一電感L1另一端連接高壓交流系統(tǒng)的一相火線。本實施例中，同一個高壓交流接口110的三個第一電感L1分別通過端口A_x、B_x、C_x連接高壓交流系統(tǒng)的三相火線，其中x表示高壓交流接口110的序號。

通過采用相互級聯(lián)的級聯(lián)H橋1110組成一個高壓相單元111，三個高壓相單元組成一個高壓交流接口110，高壓交流接口110內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間無需隔離，能量交換效率高。同一高單元111中例級聯(lián)的級聯(lián)H橋1110的個數(shù)可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)置，例如，可以增加級聯(lián)H橋1110級聯(lián)的個數(shù)以提高高壓交流接口110的電壓。

在一實施例中，繼續(xù)參考圖3，級聯(lián)H橋1110包括第一開關(guān)模塊Q1、第二開關(guān)模塊Q2、第三開關(guān)模塊Q3、第四開關(guān)模塊Q4、直流側(cè)和交流側(cè)，多個級聯(lián)H橋1110的直流側(cè)作為高壓交流接口110的直流側(cè)，多個級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)作為高壓交流接口110的交流側(cè)；級聯(lián)H橋1110的直流側(cè)和交流側(cè)均包括正端和負(fù)端，第一開關(guān)模塊Q1、第二開關(guān)模塊Q2、第三開關(guān)模塊Q3和第四開關(guān)模塊Q4均包括第一端、第二端和控制端。

第一開關(guān)模塊Q1的第一端連接第二開關(guān)模塊Q2的第一端，且公共端作為級聯(lián)H橋1110的直流側(cè)的正端且連接隔離型雙向DC/DC模塊120，具體為通過連接直流母線的正極+連接隔離型雙向DC/DC模塊120；第一開關(guān)模塊Q1的第二端連接第三開關(guān)模塊Q3的第一端，且公共端作為級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)的正端；第二開關(guān)模塊Q2的第二端連接第四開關(guān)模塊Q4的第一端，且公共端作為級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)的負(fù)端；第三開關(guān)模塊Q3的第二端連接第四開關(guān)模塊Q4的第二端，且公共端作為級聯(lián)H橋1110的直流側(cè)的負(fù)端且連接隔離型雙向DC/DC模塊120，具體為通過連接直流母線的負(fù)極-連接隔離型雙向DC/DC模塊120。第一開關(guān)模塊Q1的控制端、第二開關(guān)模塊Q2的控制端、第三開關(guān)模塊Q3的控制端和第四開關(guān)模塊Q4的控制端分別連接驅(qū)動裝置(圖未示)。其中，驅(qū)動裝置可以是現(xiàn)有公知的可以實現(xiàn)驅(qū)動的驅(qū)動電路或者器件。

同一高壓相單元111中，前一級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)的負(fù)端連接后一級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)的正端使多個級聯(lián)H橋1110級聯(lián)，級聯(lián)的第一個級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)的正端連接同一高壓相單元111中的第一電感L1，各高壓相單元111中級聯(lián)的最后一個級聯(lián)H橋1110的交流側(cè)的負(fù)端相互連接。

在一實施例中，第一開關(guān)模塊Q1、第二開關(guān)模塊Q2、第三開關(guān)模塊Q3和第四開關(guān)模塊Q4均采用全控型電力電子器件。通過使用全控型電力電子器件，可增強(qiáng)能源路由器的可控性，響應(yīng)快速，高壓交流接口110輸出電能質(zhì)量高。

本實施例中，第一開關(guān)模塊Q1包括第一開關(guān)管和第一二極管，第一開關(guān)管的輸入端連接第一二極管的負(fù)極，且公共端作為第一開關(guān)模塊Q1的第一端，第一開關(guān)管的輸出端連接第一二極管的正極，且公共端作為第一開關(guān)模塊Q1的第二端，第一開關(guān)管的控制端作為第一開關(guān)模塊Q1的控制端。第二開關(guān)模塊Q2、第三開關(guān)模塊Q3和第四開關(guān)模塊Q4的結(jié)構(gòu)與第一開關(guān)模塊Q1的結(jié)構(gòu)相同，在此不做贅述。

在一實施例中，參考圖4，隔離型雙向DC/DC模塊120包括第一電容C1、第二電容C2、第一H橋121、第二H橋122和變壓器123，第一H橋121和第二H橋122均包括直流側(cè)和交流側(cè)。

第一H橋121的直流側(cè)并聯(lián)第一電容C1，且連接高壓交流接口110的直流側(cè)，具體地，本實施例中，第一H橋121的直流側(cè)作為第一直流端口通過端口DC_Z+和DC_Z-連接一組直流母線，其中，z指隔離型雙向DC/DC模塊120的序號，即等于直流母線的組號；第一H橋121的交流側(cè)連接變壓器123一側(cè)，變壓器123另一側(cè)連接第二H橋122的交流側(cè)；第二H橋122的直流側(cè)并聯(lián)第二電容C2，且連接低壓交流接口130的直流側(cè)和直流接口140；具體地，本實施例中，第二H橋122的直流側(cè)作為第二直流端口連接直流母線。

第一H橋121和第二H橋122可以進(jìn)行直流電與交流電的逆變，通過采用第一H橋121、變壓器123和第二H橋122構(gòu)成模塊化結(jié)構(gòu)的隔離型雙向DC/DC模塊120，模塊化結(jié)構(gòu)可方便拓展隔離型雙向DC/DC模塊120的使用個數(shù)。

其中，第一H橋121和第二H橋122的結(jié)構(gòu)與級聯(lián)H橋1110的結(jié)構(gòu)相同，在此不做贅述。第一H橋121和第二H橋122同樣采用全控型電力電子器件構(gòu)成，可增強(qiáng)隔離型雙向DC/DC模塊120的可控性。

變壓器123的類型可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇。本實施例中，變壓器123為高頻變壓器。高頻變壓器體積小，重量輕，減小整個能源路由器的體積。可以理解，在其他實施例中，變壓器123的類型還可以為其他，例如中頻變壓器。

在一實施例中，參考圖5，低壓交流接口130包括三個低壓相單元131，各低壓相單元131均包括第二電感L2、串接H橋1310和DC/DC電路1311，串接H橋1310包括直流側(cè)和交流側(cè)。

多個DC/DC電路1311的一側(cè)作為低壓交流接口130的直流側(cè)用于連接隔離型雙向DC/DC模塊120，DC/DC電路1311的另一側(cè)連接同一低壓相單元131中的串接H橋1310的直流側(cè)；串接H橋1310的交流側(cè)連接同一低壓相單元131中的第二電感L2一端，且各低壓相單元131的串接H橋1310的交流側(cè)均連接至低壓交流系統(tǒng)的零線，各低壓相單元131的第二電感L2另一端連接低壓交流系統(tǒng)的一相火線。本實施例中，DC/DC電路1311的一側(cè)具體可連接第Z+1組直流母線的正極+和負(fù)極-，串接H橋1310的交流側(cè)可通過端口n_y連接低壓交流系統(tǒng)的零線，通過端口a_y、b_y、c_y連接低壓交流系統(tǒng)的三相火線，其中y為低壓交流接口130的序號。

DC/DC電路1311的結(jié)構(gòu)與隔離型雙向DC/DC模塊120的結(jié)構(gòu)相同，串接H橋1310的結(jié)構(gòu)與級聯(lián)H橋1110的結(jié)構(gòu)相同，在此不做贅述。具體地，串接H橋1310的交流側(cè)的正端連接第二電感L2，串接H橋1310的交流側(cè)的負(fù)端連接至低壓交流系統(tǒng)的零線。DC/DC電路1311和串接H橋1310由全控性電力電子器件構(gòu)成，可增強(qiáng)低壓交流接口130的可控性。

在一實施例中，繼續(xù)參考圖5，低壓交流接口130還包括三個濾波電容，分別為C3、C4和C5。第一個低壓相單元131的第二電感L2通過第一個濾波電容C3連接低壓交流系統(tǒng)的零線，第二個低壓相單元131的第二電感L2通過第二個濾波電容C4連接低壓交流系統(tǒng)的零線，第三個低壓相單元131的第二電感L2通過第三個濾波電容C5連接低壓交流系統(tǒng)的零線。

通過采用三個濾波電容C3、C4和C5對電壓進(jìn)行濾波，可防干擾，提高輸出電壓的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

可以理解，在其他實施例中，低壓交流接口130還可以采用其他結(jié)構(gòu)。例如，參考圖6，低壓交流接口130為三相四橋臂逆變器。

在一實施例中，參考圖7，直流接口140包括第五開關(guān)模塊Q5、第六開關(guān)模塊Q6、第三電容C6、第四電容C7、第三電感L3、第三直流端口和第四直流端口，第三直流端口和第四直流端口分別連接隔離型雙向DC/DC模塊120和直流系統(tǒng)，且均包括正端和負(fù)端，第五開關(guān)模塊Q5和第六開關(guān)模塊Q6均包括第一端、第二端和控制端。

第五開關(guān)模塊Q5的第一端連接第三電容C6一端，且公共端作為第三直流端口的正端，第五開關(guān)模塊Q5的第二端連接第六開關(guān)模塊Q6的第一端，且公共端連接第三電感L3一端；第六開關(guān)模塊Q6的第二端連接第三電容C6的另一端，且公共端作為第三直流端口的負(fù)端；第三電感L3另一端連接連接第四電容C7一端，且公共端作為第四直流端口的正端，第四電容C7另一端連接第六開關(guān)模塊Q6的第二端，且公共端作為第四直流端口的負(fù)端。本實施例中，第三直流端口的正端和負(fù)端分別連接第Z+1組直流母線的正極+和負(fù)極-，第四直流端口的正端和負(fù)端連接直流系統(tǒng)的正極+和負(fù)極-。可以理解，在其他實施例中，也可以是第四直流端口的正端和負(fù)端連接第Z+1組直流母線的正極+和負(fù)極-，第三直流端口的正端和負(fù)端連接直流系統(tǒng)的正極+和負(fù)極-。

直流接口140通過采用非隔離型直流轉(zhuǎn)換電路，可提高電能交換效率，從而進(jìn)一步增強(qiáng)能源路由器的功能。

如圖8所示為能源路由器的一種具體實施電路和應(yīng)用場景。該能源路由器具有2個高壓交流接口110，分別與2個高壓交流系統(tǒng)(高壓交流系統(tǒng)1和高壓交流系統(tǒng)2)連接；1個低壓交流接口130，接本地低壓交流負(fù)荷；2個直流接口140，其中一個接光伏電池，一個接儲能電池；另外，6組用于連接高壓交流接口110的直流母線和1組用于連接低壓交流接口130和直流接口140的直流母線上均可接入直流負(fù)荷或分布式電源，如圖中第6組直流母線接入了光伏電源。其基本工作原理為：儲能電池通過直流接口140穩(wěn)定第7組直流母線的電壓；6個隔離型雙向DC/DC模塊120穩(wěn)定第1-6組直流母線的電壓；對于高壓交流接口110，通過控制級聯(lián)級聯(lián)H橋1110的控制信號來控制輸出第一電感L1的電流，從而實現(xiàn)高壓交流接口110對外功率可控；對于低壓交流接口130，通過控制三相四橋臂逆變器的驅(qū)動信號實現(xiàn)對低壓交流接口130的輸出電壓的控制，從而為本地低壓交流負(fù)荷供電；對于直流接口140，控制其輸出直流電壓實現(xiàn)對光伏電池輸出功率的控制。該能源路由器實現(xiàn)了分布式電源的接入和對本地負(fù)荷的供電，也實現(xiàn)了不同高壓交流系統(tǒng)之間通過能源路由器不同的接口進(jìn)行能量交換，交換效率高，功能性強(qiáng)。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。因此，本實用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。