一种多微网能量路由器及系统

本发明属于微电网，具体涉及一种多微网能量路由器及系统。

背景技术：

1、能源路由器是其中核心设备之一，需要整合多种新型清洁能源和微电网，并提供多电压水平、多电流形式的标准化接口。目前所有的直流微电网都共用直流总线，没有电气隔离，当直流故障发生时，直流故障的范围很容易扩大。因此，直流固态变压器被提出作为直流配电网能量路由器，在电网之间具有快速、灵活的电压和功率控制。但是，微电网中的交流负载需要由dc-ac转换器提供，这降低了效率。

2、专利公开号为cn113595133a，名称为基于能源路由器的配电网-多微网系统及其调度方法的专利申请，系统包括：配电网，一个或多个能源路由器，以及多个冷热电联供型微网；每个微网与一个能源路由器之间搭建有电气联络线和热能管道，每一个能源路由器及与其相连的微网构成一个区域；能源路由器与配电网之间，以及能源路由器之间搭建有电气联络线。方法包括：建立配电网和微网的优化调度模型；求解配电网的优化调度模型，得到各电气联络线的交互功率，作为微网的优化调度模型的约束条件，并求解下层优化调度模型，得到各微网中各设备的出力；迭代选取最优调度计划。本发明能够降低系统运行成本，并提高配电网稳定性。该专利申请建立了基于能源路由器的配电网-多微网系统，但没有提供相应的路由器。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多微网能量路由器及系统，每一个路由器的子模块单元均采用了电气隔离，在发生直流故障时，能够绕过有故障的接口，而不影响其余的能源接口。每一个子模块单元均由交流输入，输出到直流母线模块中，每一个接口都能根据不同的应用和需求而增加或减少，从而使其应用更加广泛。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种多微网能量路由器，包括：交流电压源us、电感l和串联子模块组；所述串联子模块组包括第一子模块、中间子模块组和末端子模块，所述第一子模块通过中间子模块组与所述末端子模块连接，所述中间子模块组包括多个依次串联的子模块；所述第一子模块、中间子模块组和末端子模块中的每个子模块均为相同结构的子模块单元，每个子模块单元均包括：级联h桥模块、双有源桥模块和直流母线模块，所述级联h桥模块通过双有源桥模块与直流母线模块连接；所述交流电压源us的一端通过电感l与所述第一子模块的级联h桥模块连接，另一端与所述末端子模块的级联h桥模块连接。

4、可选的，所述第一子模块包括：第一级联h桥、第一双有源桥和第一直流母线模块；所述第一级联h桥包括：功率开关管s1、功率开关管s2、功率开关管s3、功率开关管s4和电解电容c1；所述第一双有源桥包括：功率开关管s5、功率开关管s6、功率开关管s7、功率开关管s8、功率开关管s9、功率开关管s10、功率开关管s11、功率开关管s12、变压器t1和电解电容c2；所述第一直流母线模块包括直流电压源e1；其中，功率开关管s1的漏极与功率开关管s3的漏极、电解电容c1的正极、功率开关管s5的漏极、功率开关管s7的漏极、功率开关管s9的漏极、功率开关管s11的漏极、电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，源极与电感l的第二端、功率开关管s2的漏极相连；功率开关管s2的源极与功率开关管s4的源极、电解电容c1的负极、功率开关管s6的源极、功率开关管s8的源极、功率开关管s10的源极、功率开关管s12的源极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连，漏极与电感l的第二端、功率开关管s1的源极相连；功率开关管s3的漏极与电解电容c1的正极、功率开关管s5的漏极、功率开关管s7的漏极、功率开关管s9的漏极、功率开关管s11的漏极、电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，源极与功率开关管s4的漏极相连；功率开关管s4的源极与电解电容c1的负极、功率开关管s6的源极、功率开关管s8的源极、功率开关管s10的源极、功率开关管s12的源极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连，漏极与功率开关管s3的源极相连；电解电容c1的正极与功率开关管s5的漏极、功率开关管s7的漏极、功率开关管s9的漏极、功率开关管s11的漏极、电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，负极与功率开关管s6的源极、功率开关管s8的源极、功率开关管s10的源极、功率开关管s12的源极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连；功率开关管s5的漏极与功率开关管s7的漏极、功率开关管s9的漏极、功率开关管s11的漏极、电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，源极与功率开关管s6的漏极、变压器t1的原边相连；功率开关管s6的源极与电解电容c1的负极、功率开关管s8的源极、功率开关管s10的源极、功率开关管s12的源极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连，漏极与功率开关管s5的源极、变压器t1的原边相连；功率开关管s7的漏极与功率开关管s9的漏极、功率开关管s11的漏极、电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，源极与功率开关管s8的漏极、变压器t1的原边相连；功率开关管s8的源极与电解电容c1的负极、功率开关管s10的源极、功率开关管s12的源极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连，漏极与功率开关管s7的源极、变压器t1的原边相连；功率开关管s9的漏极与功率开关管s11的漏极、电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，源极与功率开关管s10的漏极、变压器t1的副边相连；功率开关管s10的源极与电解电容c1的负极、功率开关管s12的源极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连，漏极与功率开关管s9的源极、变压器t1的副边相连；功率开关管s11的漏极与电解电容c2的正极、电池e1的正极相连，源极与功率开关管s12的漏极、变压器t1的副边相连；功率开关管s12的源极与电解电容c1的负极、电解电容c2的负极、电池e1的负极相连，漏极与功率开关管s11的源极、变压器t1的副边相连；电解电容c2的正极与电池e1的正极相连，负极与电解电容c1的负极、电池e1的负极相连。

5、可选的，所述中间子模块组中的子模块单元和末端子模块的结构均与所述第一子模块的结构相同。

6、一种多微网能量路由器的控制系统，包括级联h桥模块控制系统和双有源桥模块控制系统，所述级联h桥模块控制系统包括：子模块级联h桥控制系统、第二pi控制器、比例调节器和信号调制器；所述子模块级联h桥控制系统包括：功率调节器，所述功率调节器的输入端用于输入交流电压源、交流母线输入电流、级联h桥模块传输功率；所述功率调节器的输出端输出直流参考电压；第一pi控制器，所述第一pi控制器的输入端用于输入直流参考电压与实际级联h桥模块输出电压的差值，所述第一pi控制器的输出端用于输出第一pi控制器控制信号；所述第二pi控制器的输入端用于输入每个子模块单元的直流参考电压之和与每个子模块单元的级联h桥模块输出电压之和的差，所述第二p i控制器的输出端用于输出第二pi控制器信号；所述比例调节器用于将第二pi控制器信号与交流母线输入电流作差，并输出比例调节器控制信号；所述信号调制器用于将第一pi控制器控制信号与比例调节器控制信号叠加为调制信号，所述信号调制器的输出端连接有pwm控制器。

7、可选的，所述第一pi控制器传递函数为其中kp1和ki1是第一pi控制器的比例和积分增益；所述第二pi控制器传递函数为其中kp2和ki2是第二pi控制器的比例和积分增益。

8、可选的，所述直流参考电压u*dcn的计算公式为：其中，rn为h桥等效电阻，phn为级联h桥模块传输功率，pcn为电解电容上消耗功率。

9、可选的，所述电解电容上消耗功率的计算公式为其中，is为交流母线输入电流，f为交流电频率，c为电解电容大小。

10、可选的，所述双有源桥模块控制系统包括：第三pi控制器、双有源桥模块、第四pi控制器和锁相环pll；所述第三pi控制器的输入端用于输入双有源桥模块实际输出电压与双有源桥模块参考输出电压的差值，所述第三pi控制器的输出端用于输出第三pi控制器控制信号；所述锁相环pll的输入端用于输入所述双有源桥模块的输入电压，所述锁相环pll的输出端用于输出锁相环pll信号；所述第四pi控制器的输入端用于输入锁相环pll信号、sinθ和第三pi控制器控制信号的乘积，其中θ为级联h桥输入电压与输出电压的角度差，所述第四pi控制器的输出端用于输出第四pi控制器控制信号，所述第四pi控制器的输出端连接有pwm控制器。

11、可选的，所述第三pi控制器的传递函数为其中kp3和ki3是第三pi控制器的比例和积分增益；所述第四pi控制器传递函数为其中kp4和ki4是第四pi控制器的比例和积分增益。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、本发明公开的一种多微网能量路由器模型及系统，该能量路由器包括交流电压源us、电感l和串联子模块组。所述串联子模块组包括多个串联的子模块单元，每一个子模块单元均采用了电气隔离，在发生直流故障时，能够绕过有故障的接口，而不影响其余的能源接口。每一个子模块单元均由交流输入，输出到直流母线模块中，每一个接口都能根据不同的应用和需求而增加或减少，从而使其应用更加广泛。

14、本发明的一种多微网能量路由器的控制系统，包括级联h桥模块控制系统和双有源桥模块控制系统，级联h桥模块有四个输入量，分别是交流电压源、交流输入电流，级联h桥模块传输功率和各级h桥直流输出电压，采用电压、电流双回路控制和功率调节器的结合，实现级联h桥模块控制。双有源桥模块控制电路输入包括双有源桥模块直流输入电压和双有源桥模块直流输出电压，采用电压闭环控制实现稳定输出。