[发明专利]家庭型能源局域网的能源路由器及控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向能源互联网的能源路由器，尤其是涉及一种家庭型能源局域网的能源路由器及控制策略。

背景技术

化石能源的日益枯竭，全球环境的迅速恶化，世界气候的急剧变化以及电力电子与计算机信息技术的快速发展，使可再生能源得到大力发展，如风能、太阳能、潮汐能等。为了最高限度地提高可再生能源的利用率，基于电力电子变换器的分布式发电技术、微电网技术、智能电网技术等得到了深入研究和广泛应用，可再生能源将成为人类社会未来的主体能源。又因存储量持续减少的化石能源已不能满足快速增长的能源需求，传统以化石能源为主体的全球能源结构不再适应社会的发展。为了充分发挥可再生能源的利用潜能，提高各类用户参与市场调节的能力，一种新的能源结构应运而生，即能源互联网(energy internet)。

家庭能源局域网(residential energy local network，RELN)作为能源互联网的一种构成要素，其数量多，分布广，拥有能源局域网系统的典型特征，因此对家庭能源局域网的研究十分必要。

作为能源互联网中能源传输与转换的枢纽—能源路由器(energy router，ER)，也成为各国学者研究的热点。ER作为能源互联网的核心设备，具有以下特点：1)其不仅能够实现变压功能，还提供了各种电能形式的标准化接口，能实现包括分布式发电装置在内的各种交直流电力设备的接入；2)能够对各端口的电压电流进行实时控制，实现能量管理、潮流调度等电网需求；3)动态特性良好，具有应对短路故障、完成低压穿越等功能；4)可轻松完成电网数据的采集，为更大范围内能源互联网的运行策略提供大数据依据。

能源路由器的核心为固态变压器(solid state transformer，SST)，它是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的高频电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。因为采用了中高频的电力电子器件，因此可以极大程度减小变压器的体积和重量。而在功能上除了可以实现传统电网变压器对于电能隔离、转换、传输的基础功能外，还可以对输入输出的电压电流进行调整，提高电能质量；同时电力电子变压器也可以兼有自检测、自诊断、自保护以及联网通讯等功能。

由于家庭能源局域网的可再生能源自身的间歇性和波动性特征，使分布式可再生能源、储能和负荷间的协调控制问题变得至关重要。这一问题的解决有助于实现家庭能源局域网中高质量电能的无障碍共享，也有助于实现家庭能源局域网和主网间的实时能量信息交换，从而保证主网和家庭能源局域网的安全、稳定运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使家庭型能源局域网与主网协调控制、优化能源配置的能源路由器及控制策略。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种家庭型能源局域网的能源路由器，包括控制器、固态变压器和多个接口，所述的接口分别连接主网和家庭能源局域网中的分布式电源、储能装置和负荷，所述的控制器调节固态变压器的电压以实现各接口间电流的有向流动，所述的固态变压器为双向结构，包括依次连接的高压三相整流器、DC/DC变换器和低压三相逆变器，所述的DC/DC变换器为双向对称结构，包括单相全桥逆变电路、高频变压器和单向桥式全控整流电路，所述的单相全桥逆变电路将主网的高压直流电逆变为高频方波，然后通过高频变压器实现副边降压，再经单向桥式全控整流电路输出至低压直流母线，低压直流母线通过低压三相逆变器连接家庭能源局域网，实现逆变、整流无相角差控制，降低高频变压器损耗。

分布式电源包括风力发电机、光伏发电机，通过即插即用接口接入能源路由器。

所述的家庭型能源局域网的能源路由器的工作模式分为并网模式和离网模式。

所述的并网模式包括：

能量供给模式，分布式电源工作于MPPT方式，分布式电源总发电功率P_DG大于总负荷功率P_load，多余电能经能源路由器逆变输出至主网，家庭能源局域网向主网输送的功率P_grid为：

P_grid＝P_DG-P_load；

这种模式下家庭能源局域网中的用户可看作电能的生产者，将多余的电能反向卖给主网，以获得最大利益。