一種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，包括輸入模塊、輸出模塊、DC/DC模塊。所述基本單元模塊可構(gòu)成三相交流輸入、三相交流和直流輸出的基于共鐵芯多繞組中頻或者高頻變壓器的能量路由器，能量路由器的輸入模塊由3個濾波電抗器、3*n個直流電容和3*n個相互級聯(lián)的H橋型整流單元構(gòu)成；輸出模塊由個3個濾波電抗器、3個濾波電容，1個直流電容和1個三相逆變單元構(gòu)成；DC/DC模塊由1個共鐵芯多繞組中頻或者高頻變壓器、n個H橋型整流單元和n個H橋型逆變單元構(gòu)成。本發(fā)明的路由器可方便地與可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、不同負荷相連，提高供電和用電的靈活性，能同時輸出直流電和交流電，且輸出電壓可調(diào)，滿足用戶的不同需求。
【專利說明】
一種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]能量路由器是一種采用電力電子器件和高頻變壓器，通過電力電子變換技術(shù)實現(xiàn)電能變換、電壓轉(zhuǎn)換、電力傳輸和電能質(zhì)量治理的新型化電力裝置。到目前為止，國內(nèi)外研究者已經(jīng)提出多種類型的能量路由器裝置，這些裝置有各自的優(yōu)缺點。在面向分布式電源納入的直流電網(wǎng)供電需求時，對裝置的功能要求更高，一般的能量路由器結(jié)構(gòu)變得更加復雜，可拓展性較差。
[0003]現(xiàn)有的配電網(wǎng)存在如下的問題，第一、配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行模式靈活性、互動性不足，不能有效利用分布式、間歇性可再生能源，也難以滿足電動汽車等不確定性負荷靈活接入和有序用電。
[0004]第二、一次設(shè)備智能化程度不高，一二次設(shè)備融合不足，缺乏靈活的潮流調(diào)節(jié)和電壓控制手段，不具有可靈活優(yōu)化配置的能力，電力設(shè)備的利用率偏低。
[0005]第三、配電網(wǎng)中的非線性負荷越來越多，電壓瞬時跌落、電壓波動、電網(wǎng)諧波、三相不平衡現(xiàn)象加劇等一系列電能質(zhì)量問題。
[0006]第四、電力變壓器體積、重量大，變壓器絕緣油會帶來環(huán)境問題，不易維護，其鐵磁原件的非線性特性會造成電網(wǎng)電壓和電流畸變，產(chǎn)生諧波污染。
[0007]第五、電網(wǎng)側(cè)或負荷側(cè)發(fā)生故障時，不能隔離故障，導致故障范圍擴大，不具備自保護功能，需要配套的繼電保護裝置；
[0008]第六、無智能機構(gòu)，不能實現(xiàn)配電網(wǎng)與配電網(wǎng)其它設(shè)備的互動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種能同時輸出直流電和交流電，且輸出電壓可調(diào)的實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)。
[0010]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0011]—種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，所述路由器包括整流器、變換器和逆變器，每相具有η組級聯(lián)的H橋型PWM整流器在輸入側(cè)，DC/DC變換器和I組三相PWM逆變器在輸出側(cè);在每一相內(nèi)，所述η組級聯(lián)的PffM整流器交流側(cè)聯(lián)結(jié)交流電網(wǎng)的一相，所述η組級聯(lián)的PWM整流器直流側(cè)經(jīng)η組電容連接所述DC/DC變換器;所述DC/DC變換器的直流輸出側(cè)經(jīng)過并聯(lián)輸出直流電壓，同時通過三相逆變實現(xiàn)三相交流輸出。
[0012]進一步地，輸入側(cè)電網(wǎng)的A、B、C三相分別經(jīng)過濾波電抗器la、lb、I c連接于整流單元 1瓜、11'13、11'(3的橋臂中性點313，3213，32(3;
[0013]輸入側(cè)電網(wǎng)的A相經(jīng)過濾波電抗Ia連接于整流單元I a的橋臂I中性點a I a，整流單元I ra的橋臂2中性點b I a連接于整流單元2ra的橋臂I中性點a2a，依次循環(huán)往復連接，整流單元nra的橋臂2中性點bna輸出，每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Cl a，C2a，......Can ；
[0014]輸入側(cè)電網(wǎng)的B相經(jīng)過濾波電抗Ib連接于整流單元I b的橋臂I中性點a I b，整流單元Irb的橋臂2中性點bib連接于整流單元2rb的橋臂I中性點a2b，依次循環(huán)往復連接，整流單元nrb的橋臂2中性點bnb輸出，每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Clb，C2b，......Cnb ；
[0015]輸入側(cè)電網(wǎng)的C相經(jīng)過濾波電抗Ic連接于整流單元I c的橋臂I中性點a I c，整流單元Irc的橋臂2中性點blc連接于整流單元2rc的橋臂I中性點a2c，依次循環(huán)往復連接，整流單元nrc的橋臂2中性點bnc輸出，每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Cl c，C2c，......Cnc;
[0016]整流單元^^、111'13、111'(3的橋臂2中性點131^、131113、1311(3以￥型方式連接。
[0017]進一步地，所述每相DC/DC模塊包括η組H橋逆變單元、共鐵芯多繞組中高頻變壓器和η組H橋整流單元，所述η組逆變單元的直流側(cè)與所述輸入側(cè)級聯(lián)的η組H橋單元直流側(cè)相連接，所述η組逆變單元的交流側(cè)連接所述中高頻變壓器的η個原邊繞組，所述η組整流單元的交流側(cè)連接所述多繞組變壓器的η個副邊繞組，所述η組整流單元的直流側(cè)通過并聯(lián)經(jīng)過直流電容Co后與輸出側(cè)連接。
[00? 8] 進一步地，輸入側(cè)電網(wǎng)的a相經(jīng)過濾波電抗Lao連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂I中性點ao，輸入側(cè)電網(wǎng)的b相經(jīng)過濾波電抗Lbo連接于三相PffM逆變單元VSI的橋臂2中性點bo，輸入側(cè)電網(wǎng)的c相經(jīng)過濾波電抗Lbo連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂3中性點co，濾波電容Cao、Cbo、Cco三者Y型連接于輸出電網(wǎng)的a、b、c三相；
[0019]三相P麗逆變單元VSI的正負直流母線與DC/DC單元輸出的正負直流母線分別相連。
[0020]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]第一，本發(fā)明的路由器可方便地與可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、不同負荷相連，提高供電和用電的靈活性，能同時輸出直流電和交流電，且輸出電壓可調(diào)，滿足用戶的不同需求。
[0022]第二、本發(fā)明的路由器在結(jié)構(gòu)上省去傳統(tǒng)工頻變壓器，由于多繞組變壓器的各個繞組都交鏈同一個磁鏈，通過各繞組之間的功率耦合關(guān)系，可以實現(xiàn)各繞組輸出功率的平衡;本發(fā)明的路由器采用共用鐵芯結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)裝置緊湊化，提升了裝置的功率密度。
[0023]第三、在本發(fā)明的電路中原邊電流、副邊電壓、電流以及有功功率、無功功率均可控制，實現(xiàn)功率的靈活調(diào)度，路由器的功率因數(shù)任意可調(diào)，可實現(xiàn)無功補償?shù)墓δ?；路由器通過AC-DC-AC的方式實現(xiàn)，可抑制電網(wǎng)諧波，并消除電壓跌落、三相電壓不平衡對負荷影響；同時，內(nèi)設(shè)有中高頻變壓器，可滿足電氣隔離的要求。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實施例單相路由器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本另一發(fā)明實施例三相路由器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的結(jié)構(gòu)圖及具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，路由器包括整流器、變換器和逆變器，每相具有η組級聯(lián)的H橋型PWM整流器在輸入側(cè)，DC/DC變換器和I組三相HVM逆變器在輸出側(cè);在每一相內(nèi)，所述η組級聯(lián)的HVM整流器交流側(cè)聯(lián)結(jié)交流電網(wǎng)的一相，所述η組級聯(lián)的PffM整流器直流側(cè)經(jīng)η組電容連接所述DC/DC變換器;所述DC/DC變換器的直流輸出側(cè)經(jīng)過并聯(lián)輸出直流電壓，同時通過三相逆變實現(xiàn)三相交流輸出。
[0028]實施例1
[0029]圖1為單相路由器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖是本發(fā)明拓撲的基本單元模塊，如圖1所示，三相中的每一相基本單元模塊由輸入側(cè)，DC/DC單元和輸出側(cè)構(gòu)成。
[0030]輸入側(cè)采用η個H橋型整流器單元(lra，2ra，……，nra)級聯(lián)而成(η為大于I的整數(shù))。輸入側(cè)電網(wǎng)的A相經(jīng)過濾波電抗Ia連接于整流單元Ia的橋臂I中性點ala，整流單元Ira的橋臂2中性點bIa連接于整流單元2ra的橋臂I中性點a2a，循環(huán)往復，以此連接，整流單元nr a的橋臂2中性點bna輸出。整流單元的I r a的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容CI a，整流單元的2r a的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容C2a，以此方式連接，整流單元的nra的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Can.。
[0031]在DC/DC單元中，共包括η組原邊的H橋逆變單元、共鐵芯多繞組中高頻變壓器和副邊的η組H橋整流單元。在DC/DC單元的原邊，逆變單元Iia的直流側(cè)和直流電容Cla并聯(lián)，交流側(cè)與多繞組變壓器的繞組rl相連;逆變單元2ia的直流側(cè)和直流電容C2a并聯(lián)，交流側(cè)與多繞組變壓器的繞組r2相連;循環(huán)往復，以此連接，逆變單元nia的直流側(cè)和直流電容Cna并聯(lián)，交流側(cè)與多繞組變壓器的繞組rn相連。在DC/DC單元的副邊，整流單元Ira’的直流側(cè)和輸出側(cè)直流電容Co并聯(lián)，交流側(cè)與多繞組變壓器的繞組rl’相連;整流單元2ra’的直流側(cè)和輸出側(cè)直流電容Co并聯(lián)，交流側(cè)與多繞組變壓器的繞組r2’相連;循環(huán)往復，以此連接，整流單元nra’的直流側(cè)和輸出側(cè)直流電容Co并聯(lián)，交流側(cè)與多繞組變壓器的繞組rn’相連。
[0032]在輸出側(cè)，將DC/DC單元副邊的整流單元Ira’、2ra’..-nra’直流輸出側(cè)的正負直流母線分別相連后，經(jīng)過直流電容Co形成直流電壓輸出。同時直流電壓經(jīng)過逆變單元VSI的逆變之后，VSI的三個橋臂中性點ao、bo、CO的電壓經(jīng)過輸出側(cè)的濾波電感Lao、Lbo、Lco和濾波電容Cao、Cbo、Cco的濾波作用后，形成三相交流電壓輸出。
[0033]實施例2
[0034]圖2所示為本發(fā)明整體拓撲結(jié)構(gòu)，三相交流輸入，三相交流和直流輸出的能量路由器。基本單元模塊由輸入側(cè)、DC/DC變換器和輸出側(cè)組成。
[0035]能量路由器輸入側(cè)由若干個H橋PWM整流器級聯(lián)構(gòu)成，其輸入為交流電網(wǎng)電壓，輸出為若干個獨立的直流電，即各級聯(lián)H橋PWM整流器的輸出；中間環(huán)節(jié)為若干個獨立的雙向DC/DC變換器，起著電氣隔離和電壓等級變換的作用;輸出側(cè)將各雙向DC/DC變換器的直流輸出直接并聯(lián)，并通過一個DC/AC逆變器變換成交流電。
[0036]在能量路由器的輸入側(cè)中，輸入側(cè)為多個級聯(lián)的H橋單相PffM整流器，通過多個H橋級聯(lián)可以獲得較高的輸入電壓值。輸入側(cè)電網(wǎng)的A、B、C三相分別經(jīng)過濾波電抗器la、lb、lc連接于整流單元11^、11^、11^的橋臂中性點31￡1，321)，&2。。
[0037]輸入側(cè)電網(wǎng)的A相經(jīng)過濾波電抗13連接于整流單元Ia的橋臂I中性點ala，整流單元Ira的橋臂2中性點!^連接于整流單元2ra的橋臂I中性點a2a，循環(huán)往復，以此連接，整流單元nra的橋臂2中性點bna輸出。每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Cla，C2a，……，Cna。
[0038]輸入側(cè)電網(wǎng)的B相經(jīng)過濾波電抗Ib連接于整流單元Ib的橋臂I中性點alb，整流單元Irb的橋臂2中性點bib連接于整流單元2rb的橋臂I中性點a2b，循環(huán)往復，以此連接，整流單元nrb的橋臂2中性點bnb輸出。每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Clb，C2b，……，Cnb。
[0039 ]輸入側(cè)電網(wǎng)的C相經(jīng)過濾波電抗I。連接于整流單元I。的橋臂I中性點alc，整流單元Ir。的橋臂2中性點bi。連接于整流單元2r。的橋臂I中性點a2。，循環(huán)往復，以此連接，整流單元nr。的橋臂2中性點bn。輸出。每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Clc，C2。，……，Cn。。
[0040 ] 整流單元nra、nrb、nr。的橋臂2中性點bna、bnb、bn。以Y型方式連接。
[0041 ]能量路由器的DC/DC單元，各DC-DC變換器的高頻變壓器盡管具有自己獨立的輸入/輸出繞組，但鐵芯是共用的，相互之間存在磁性耦合，每相DC/DC模塊包括η組H橋逆變單元、共鐵芯多繞組中高頻變壓器和η組H橋整流單元。η組逆變單元的直流側(cè)與輸入側(cè)級聯(lián)的η組H橋單元直流側(cè)相連接，η組逆變單元的交流側(cè)連接中高頻變壓器的η個原邊繞組，η組整流單元的交流側(cè)連接多繞組變壓器的η個副邊繞組，η組整流單元的直流側(cè)通過并聯(lián)經(jīng)過直流電容C。后與輸出側(cè)連接。
[0042]能量路由器的輸出側(cè)，電網(wǎng)的a相經(jīng)過濾波電抗U。連接于三相P麗逆變單元VSI的橋臂I中性點a。，輸入側(cè)電網(wǎng)的b相經(jīng)過濾波電抗U。連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂2中性點b。，輸入側(cè)電網(wǎng)的c相經(jīng)過濾波電抗U。連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂3中性點C。，濾波電容CaoXboXc。三者Y型連接于輸出電網(wǎng)的a、b、c三相。三相PffM逆變單元VSI的正負直流母線與DC/DC單元輸出的正負直流母線分別相連。
[0043]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1.一種實現(xiàn)分布式電源集成的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，所述路由器包括整流器、變換器和逆變器，其特征在于:每相具有η組級聯(lián)的H橋型PWM整流器在輸入側(cè)，DC/DC變換器和I組三相PffM逆變器在輸出側(cè);在每一相內(nèi)，所述η組級聯(lián)的PWM整流器交流側(cè)聯(lián)結(jié)交流電網(wǎng)的一相，所述η組級聯(lián)的PffM整流器直流側(cè)經(jīng)η組電容連接所述DC/DC變換器;所述DC/DC變換器的直流輸出側(cè)經(jīng)過并聯(lián)輸出直流電壓，同時通過三相逆變實現(xiàn)三相交流輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于:輸入側(cè)電網(wǎng)的A、B、C三相分別經(jīng)過濾波電抗器I a、I b、I c連接于整流單元I ra、I rb、I r c的橋臂中性點a I a，a2b，a2c; 輸入側(cè)電網(wǎng)的A相經(jīng)過濾波電抗la連接于整流單元la的橋臂I中性點ala，整流單元Ira的橋臂2中性點b Ia連接于整流單元2ra的橋臂I中性點a2a，依次循環(huán)往復連接，整流單元nra的橋臂2中性點bna輸出，每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Cl a，C2a，......Can ； 輸入側(cè)電網(wǎng)的B相經(jīng)過濾波電抗I b連接于整流單元I b的橋臂I中性點a I b，整流單元Irb的橋臂2中性點bib連接于整流單元2rb的橋臂I中性點a2b，依次循環(huán)往復連接，整流單元nrb的橋臂2中性點bnb輸出，每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Clb，C2b，......Cnb ； 輸入側(cè)電網(wǎng)的C相經(jīng)過濾波電抗I c連接于整流單元I c的橋臂I中性點a I c，整流單元Ir c的橋臂2中性點b I c連接于整流單元2rc的橋臂I中性點a2c，依次循環(huán)往復連接，整流單元nrc的橋臂2中性點bnc輸出，每組整流單元的輸出側(cè)并聯(lián)均壓電容Cl c，C2c，......Cnc; 整流單元nra、nrb、nr c的橋臂2中性點bna、bnb、bnc以Y型方式連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述每相DC/DC模塊包括η組H橋逆變單元、共鐵芯多繞組中高頻變壓器和η組H橋整流單元，所述η組逆變單元的直流側(cè)與所述輸入側(cè)級聯(lián)的η組H橋單元直流側(cè)相連接，所述η組逆變單元的交流側(cè)連接所述中高頻變壓器的η個原邊繞組，所述η組整流單元的交流側(cè)連接所述多繞組變壓器的η個副邊繞組，所述η組整流單元的直流側(cè)通過并聯(lián)經(jīng)過直流電容Co后與輸出側(cè)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于:輸入側(cè)電網(wǎng)的a相經(jīng)過濾波電抗Lao連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂I中性點ao，輸入側(cè)電網(wǎng)的b相經(jīng)過濾波電抗Lbo連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂2中性點bo，輸入側(cè)電網(wǎng)的c相經(jīng)過濾波電抗Lbo連接于三相PffM逆變單元VSI的橋臂3中性點Co，濾波電容Cao、Cbo、Cco三者Y型連接于輸出電網(wǎng)的a、b、c三相； 三相PffM逆變單元VSI的正負直流母線與DC/DC單元輸出的正負直流母線分別相連。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量路由器拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于:輸入側(cè)電網(wǎng)的a相經(jīng)過濾波電抗Lao連接于三相PWM逆變單元VSI的橋臂I中性點ao，輸入側(cè)電網(wǎng)的b相經(jīng)過濾波電抗Lbo連接于三相PffM逆變單元VSI的橋臂2中性點bo，輸入側(cè)電網(wǎng)的c相經(jīng)過濾波電抗Lbo連接于三相PffM逆變單元VSI的橋臂3中性點co，濾波電容Cao、Cbo、Cco三者Y型連接于輸出電網(wǎng)的a、b、c三相； 三相PffM逆變單元VSI的正負直流母線與DC/DC單元輸出的正負直流母線分別相連。
【文檔編號】H02M7/5387GK106026683SQ201610299353
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】武琳, 魏建功, 張毅, 楊選懷, 袁曉東, 柳丹, 王炎軍, 李玉凱, 王蘭香
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司, 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學研究院, 南京南瑞集團公司