本發(fā)明實施例涉及能源互聯(lián)網(wǎng)領域，特別是涉及一種能量路由器。

背景技術：

隨著常規(guī)能源(例如石油、煤等化石能源)的消耗越來越多，能源消耗帶來環(huán)境污染問題也越來越嚴峻，且常規(guī)能源的儲量是有限的，常規(guī)的集中式供電模式的諸多問題日益凸顯。這就促使了新能源(例如太陽能、風能、海洋能等)的分布式發(fā)電技術以及以電池和電容為主的分布式存儲技術的大力研究與開發(fā)。由于分布式發(fā)電系統(tǒng)具有分散化和小型化的特性，很難實現(xiàn)上網(wǎng)售電，無法很好的利用這些新能源，能量路由器應運而生，成功將新能源接入電網(wǎng)。

現(xiàn)有技術中的能量路由器，雖然可解決能源互聯(lián)互通的問題，但是，只是針對某些特殊場合，例如直流微網(wǎng)，靈活性不高，兼容性較差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的是提供一種能量路由器，提高了能量路由器的靈活性，增強了能量路由器的兼容性。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供以下技術方案：

本發(fā)明實施例提供了一種能量路由器，包括：

第一電壓母線、第二電壓母線、能量交換模塊、接口模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；

其中，所述第一電壓母線與所述第二電壓母線承載不同類型或不同等級的電壓，所述第一電壓母線通過所述能量交換模塊與所述第二電壓母線、上層電網(wǎng)或上級能量路由器進行能量交換；所述接口模塊用于與外接設備進行能量傳輸。

可選的，所述能量交換模塊包括：

與所述第一電壓母線相連的第一電力電子雙向功率變化器，用于所述第一電壓母線與上層電網(wǎng)或上級能量路由器進行能量交換；以及

分別與所述第一電壓母線、所述第二電壓母線相連的第二電力電子雙向功率變化器，用于所述第二電壓母線與所述第一電壓母線進行能量交換。

可選的，所述接口模塊包括第一智能接口、第二智能接口以及第三智能接口；

所述第一智能接口一端與所述第一電壓母線或所述第二電壓母線連接，另一端以即插即用的插口形式與蓄電設備或下級能量路由器相連，用于所述蓄電設備或所述下級能量路由器與電壓母線進行雙向能量傳輸；

所述第二智能接口一端與所述第一電壓母線或所述第二電壓母線連接，另一端以即插即用的插口形式與發(fā)電設備相連，用于所述發(fā)電設備與電壓母線進行單向能量傳輸；

所述第三智能接口一端與所述第一電壓母線或所述第二電壓母線連接，另一端以即插即用的插口形式與負載相連，用于所述負載與電壓母線進行單向能量傳輸。

可選的，所述第一電力電子雙向功率變換器為雙向三相AC-DC功率變換器或雙向單相AC-DC功率變換器。

可選的，所述第二電力電子雙向功率變換器為雙向DC-DC功率變換器或雙向單相AC-DC功率變換器。

可選的，所述數(shù)據(jù)處理模塊與互聯(lián)網(wǎng)相連，用于與所述互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換與資源互享。

本發(fā)明實施例提供了一種能量路由器，包括兩條承載不同類型或不同等級的電壓的母線，通過能量交換模塊實現(xiàn)了兩條電壓母線之間、以及與上層電網(wǎng)或上級能量路由器的能量交換，通過接口模塊實現(xiàn)了與外接設備的能量交互。不僅可滿足能源局域網(wǎng)內(nèi)各種發(fā)電、蓄電設備和負載等外接設備的高效能量傳輸，還能實現(xiàn)局域網(wǎng)與網(wǎng)外其它局域網(wǎng)或大電網(wǎng)之間的能量和數(shù)據(jù)交換，提高了能量路由器的靈活性，增強了能量路由器的兼容性，有助于拓寬能量路由器的應用范圍，具有好的社會經(jīng)濟效益。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一個示例性應用場景的框架示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的能量路由器在一種具體實施方式下的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的能量路由器在第一實施例下的結構圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的能量路由器在第二實施例下的結構圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的能量路由器在第三實施例下的結構圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的能量路由器在第四實施例下的結構圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的能量交換模塊在一種具體實施方式下結構圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的能量交換模塊在另一種具體實施方式結構圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的能量交換模塊在另一種具體實施方式結構圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于區(qū)別不同的對象，而不是用于描述特定的順序。此外術語“包括”和“具有”以及他們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。

本申請的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，基于以風能和太陽能為代表的分布式發(fā)電技術的分布式發(fā)電系統(tǒng)，具有離用戶近的特性，可以和電池和超級電容等分布式儲能系統(tǒng)相結合，在一定程度上滿足用戶的自供自用。這不但可以解決新能源開發(fā)容易利用難的問題，同時也可以減少電能在遠距離傳輸過程中的損耗。此外，以家庭或辦公場所為單位的用戶中，負載主要分為以市電直接供電的電器和便攜式用電設備兩大類。以市電直接供電的電器通常內(nèi)置AC-DC-AC-DC或AC-DC-DC結構的開關電源，而便攜式用電設備通常利用外置充電器提供的19V或5V電壓充電。為了優(yōu)化電器內(nèi)開關電源的結構和充電器的設計以及減少功率變換過程中的損耗，雙母線直流配電或高頻交流配電是值得推崇的技術。但這些技術尚在開發(fā)和實驗階段，其內(nèi)部電能質量的優(yōu)化與控制，已經(jīng)網(wǎng)間能量的交換仍有待進一步研究。

隨著以能量路由器為基本單位的能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，上述問題便迎刃而解。能量路由器的具體結構和準確定義尚待標準化，這些技術都在一定程度上解決了能源互聯(lián)互通的問題，但如何設計出一種靈活的能量路由器結構，使其既能滿足局域網(wǎng)內(nèi)各種發(fā)電、蓄電設備和負載的即插即用和它們之間的高效能量傳輸，又能實現(xiàn)局域網(wǎng)與網(wǎng)外其它局域網(wǎng)或大電網(wǎng)之間的能量和數(shù)據(jù)交換，是急需解決的一個難題。

鑒于此，本申請通過提供了一種能量路由器，包括兩條承載不同類型或不同等級的電壓的母線，通過能量交換模塊實現(xiàn)了兩條電壓母線之間、以及與上層電網(wǎng)或上級能量路由器的能量交換，通過接口模塊實現(xiàn)了與外接設備的能量交互。不僅可滿足能源局域網(wǎng)內(nèi)各種發(fā)電、蓄電設備和負載等外接設備的高效能量傳輸，還能實現(xiàn)局域網(wǎng)與網(wǎng)外其它局域網(wǎng)或大電網(wǎng)之間的能量和數(shù)據(jù)交換，提高了能量路由器的靈活性，增強了能量路由器的兼容性，有助于拓寬能量路由器的應用范圍，具有好的社會經(jīng)濟效益。

基于上述本發(fā)明實施例的技術方案，下面首先結合圖1對本發(fā)明實施例的技術方案涉及的一些可能的應用場景進行舉例介紹，圖1為本發(fā)明實施例提供的一個示意性例子。

如圖1所示，能量路由器ER包括第一電壓母線L₁以及第二電壓母線L₂，第一電壓母線L₁與上一層電網(wǎng)或上一級能量路由器進行能量交換的第一電力電子雙向功率變換器C₁；第二電壓母線L₂與第一電壓母線進行能量交換的第二電力電子雙向功率變換器C₂；第一智能接口J₁的一側與第一電壓母線L₁或第二電壓母線L₂連接，另一側以即插即用的插口形式提供給蓄電設備或下一級能量路由器ER進行雙向能量傳輸；第二智能接口J₂一側與第一電壓母線L₁或所述第二電壓母線L₂連接，另一側以即插即用的插口形式提供給發(fā)電設備進行單向能量傳輸；第三智能接口J₃的一側與第一電壓母線L₁或第二電壓母線L₂連接，另一側以即插即用的插口形式提供給負載進行單向能量傳輸；數(shù)據(jù)采集處理交互單元U₁與第一電力電子雙向功率變換器C₁、第二電力電子雙向功率變換器C₂、第一智能接口J₁、第二智能接口J₂和第三智能接口J₃，以及與能量路由器ER進行傳輸?shù)纳霞壞芰柯酚善?、下級能量路由器、上層電網(wǎng)、蓄電設備、發(fā)電設備和負載，進行實時數(shù)據(jù)交換；綜合采集到的數(shù)據(jù)做路由決策并發(fā)送決策指令給第一電力電子雙向功率變換器C₁、第二電力電子雙向功率變換器C₂、第一智能接口J₁、第二智能接口J₂和第三智能接口J₃；數(shù)據(jù)采集處理交互單元U₁同時還與互聯(lián)網(wǎng)連接進行數(shù)據(jù)交換與共享。

在介紹了本發(fā)明實施例的技術方案后，下面詳細的說明本申請的各種非限制性實施方式。

首先參見圖2，圖2為本發(fā)明實施例提供的能量路由器在一種具體實施方式下的結構示意圖，本發(fā)明實施例可包括以下內(nèi)容：

一種能量路由器可包括第一電壓母線201、第二電壓母線202、能量交換模塊203、接口模塊204以及數(shù)據(jù)處理模塊205。

第一電壓母線201和第二電壓母線202分別承載不同類型或不同等級的電壓。例如，第一電壓母線的電壓為直流400V，第二電壓母線的電壓為直流24V；或者第一電壓母線的電壓為直流300V，第二電壓母線的電壓為交流110V/50kHz。通過承載不同類型或不同等級的電壓，使得能量路由器的應用范圍擴大，更具有靈活性，提高兼容性。

能量交換模塊203用于同局域電網(wǎng)、不同局域電網(wǎng)間電壓母線之間、電壓母線與能量路由器進行能量交換。電網(wǎng)可為直流電網(wǎng)，也可為交流電網(wǎng)?？砂ǖ谝浑娏﹄娮与p向功率變化器2031以及第二電力電子雙向功率變化器2032。

第一電力電子雙向功率變化器2031一端與第一電壓母線201相連，另一端與電壓母線要進行能量交換的器件連接，例如上層電網(wǎng)或上級能量路由器，用于所述第一電壓母線與上層電網(wǎng)或上級能量路由器進行能量交換。

第二電力電子雙向功率變化器2032的兩端分別與第一電壓母線201、第二電壓母線202相連，用于第二電壓母線202與所述第一電壓母線201進行能量交換。

電力電子雙向功率變化器的具體電路結構根據(jù)用于能量交互的不同電壓類型以及等級而定。例如第一電力電子雙向功率變換器2031可為雙向三相AC-DC功率變換器或雙向單相AC-DC功率變換器；第二電力電子雙向功率變換器2032可為雙向DC-DC功率變換器或雙向單相AC-DC功率變換器。

舉例來說，第一電力電子雙向功率變換器2031的具體電路結構視第一電壓母線所承載的電壓類型和等級與上層電網(wǎng)或上級能量路由器的電壓類型和等級而定。例如，當?shù)谝浑妷耗妇€的電壓為直流400V，上層電網(wǎng)的電壓為三相交流380V/50Hz時，第一電力電子雙向功率變換器2031可采用三相全橋AC-DC雙向變換電路；

第二電力電子雙向功率變換器2032的具體電路結構視第一電壓母線和第二電壓母線所承載的電壓類型和等級而定。比如，當?shù)谝浑妷耗妇€的電壓為直流400V，第二電壓母線的電壓為直流24V時，第二電力電子雙向功率變換器2032可采用雙向全橋DC-DC變換電路。

接口模塊204提供電壓母線201或202與外接設備相連的接口，用于與外接設備相連進行能量傳輸。外接設備例如可為蓄電設備、發(fā)電設備、下級能量路由器以及各種負載，負載可為直流負載，也可為交流負載，且負載的個數(shù)不定，負載類型不同，可以同時連接交流負載和直流負載。當然，也可包括其他任何電網(wǎng)中的器件，這均不影響本申請的實現(xiàn)。接口模塊204，還具有電壓電流監(jiān)測、電氣保護、甄別所接設備類型和特性的能力，以及與數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)交換的功能。

在一種具體的實施方式中，接口模塊204可包括第一智能接口2041、第二智能接口2042、第三智能接口2043、第四智能接口2044、第五智能接口2045以及第六智能接口2046。

第一智能接口2041的一端與第一電壓母線201連接，另一端可可以即插即用的插口形式與蓄電設備或下級能量路由器相連，用于蓄電設備或下級能量路由器與第一電壓母線201進行雙向能量傳輸；第二智能接口2042的一端與第二電壓母線202連接，另一端可以即插即用的插口形式與蓄電設備或下級能量路由器相連，用于蓄電設備或下級能量路由器與第二電壓母線202進行雙向能量傳輸。

第三智能接口2043的一端與第一電壓母線201連接，另一端可可以即插即用的插口形式與發(fā)電設備相連，用于發(fā)電設備與第一電壓母線201進行雙向能量傳輸；第四智能接口2044的一端與第二電壓母線202連接，另一端可以即插即用的插口形式與發(fā)電設備相連，用于發(fā)電設備與第二電壓母線202進行雙向能量傳輸。

第五智能接口2045的一端與第一電壓母線201連接，另一端可可以即插即用的插口形式與各種負載相連，用于各種負載與第一電壓母線201進行雙向能量傳輸；第六智能接口2046的一端與第二電壓母線202連接，另一端可以即插即用的插口形式與各種負載相連，用于各種負載與第二電壓母線202進行雙向能量傳輸。

數(shù)據(jù)處理模塊205用于實現(xiàn)能量路由器內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集、各種功率單元的協(xié)調(diào)控制、與外部設備的信息交換等。例如與第一電力電子雙向功率變化器2031、第二電力電子雙向功率變化器2032、第一智能接口2041、第二智能接口2042、第三智能接口2043、第四智能接口2044、第五智能接口2045、第六智能接口2046，以及與能量路由器進行傳輸?shù)纳霞壞芰柯酚善?、下級能量路由器、上層電網(wǎng)、蓄電設備、發(fā)電設備和負載，進行實時數(shù)據(jù)交換；綜合采集到的數(shù)據(jù)做路由決策并發(fā)送決策指令給上述各個器件。此外，數(shù)據(jù)處理模塊205還可同時與互聯(lián)網(wǎng)連接進行數(shù)據(jù)交換與共享，進一步的提高整個能量路由器的靈活性。

需要說明的是，第一電力電子雙向功率變換器、第二電力電子雙向功率變換器、第一智能接口、第二智能接口和第三智能接口的數(shù)量可以不唯一。不同的功率等級需要不同數(shù)量的電力電子功率變換器實現(xiàn)能量的雙向交換，不同數(shù)量的智能接口可以滿足不同數(shù)量的蓄電設備、發(fā)電設備和負載之間的能量傳遞。

在本發(fā)明實施例提供技術方案中，包括兩條承載不同類型或不同等級的電壓的母線，通過能量交換模塊實現(xiàn)了兩條電壓母線之間、以及與上層電網(wǎng)或上級能量路由器的能量交換，通過接口模塊實現(xiàn)了與外接設備的能量交互。不僅可滿足能源局域網(wǎng)內(nèi)各種發(fā)電、蓄電設備和負載等外接設備的高效能量傳輸，還能實現(xiàn)局域網(wǎng)與網(wǎng)外其它局域網(wǎng)或大電網(wǎng)之間的能量和數(shù)據(jù)交換，提高了能量路由器的靈活性，增強了能量路由器的兼容性，有助于拓寬能量路由器的應用范圍，具有好的社會經(jīng)濟效益。

在本申請?zhí)峁┑募夹g方案中，通過承載不同類型或不同等級的電壓母線與能量交換模塊中的電力電子雙向功率變化器配合使用，提高了能量路由器的靈活性以及兼容性，為了讓本領域技術人員更加清楚、理解本申請技術方案的原理，本申請還提供的具體的實施例。

請參閱圖3電路結構圖，實線為能量流，虛線為數(shù)據(jù)流，當?shù)谝浑妷耗妇€201和第二電壓母線202分別為高壓直流母線和低壓直流母線，例如電壓分別為400V DC和24V DC，上層電網(wǎng)為交流電網(wǎng)。在第一電壓母線201與交流電網(wǎng)之間的第一電力電子雙向功率變換器2031為雙向AC-DC變換器，在第一電壓母線201與第二電壓母線202之間的第二電力電子雙向功率變換器2032為雙向DC-DC變換器。

請參閱圖4電路結構圖，實線為能量流，虛線為數(shù)據(jù)流，當?shù)谝浑妷耗妇€201和第二電壓母線202分別為交流母線和直流母線，比如電壓分別為110VAC/50Hz和24VDC，上層電網(wǎng)為交流電網(wǎng)。在第一電壓母線201與交流電網(wǎng)之間的第一電力電子雙向功率變換器2031為雙向AC-AC變換器，在第一電壓母線201與第二電壓母線202之間的第二電力電子雙向功率變換器2032為雙向AC-DC變換器。

請參閱圖5電路結構圖，實線為能量流，虛線為數(shù)據(jù)流，當?shù)谝浑妷耗妇€201和第二電壓母線202分別為直流母線和高頻交流母線，比如電壓分別為300VDC和110VAC/50kHz，上層電網(wǎng)為直流電網(wǎng)。在第一電壓母線201與交流電網(wǎng)之間的第一電力電子雙向功率變換器2031為雙向DC-DC變換器，在第一電壓母線201與第二電壓母線202之間的第二電力電子雙向功率變換器2032為雙向DC-AC變換器。

請參閱圖6電路結構圖，實線為能量流，虛線為數(shù)據(jù)流，當?shù)谝浑妷耗妇€201和第二電壓母線202分別為高頻交流母線和低壓直流母線，比如電壓分別為110VAC/50kHz和24VDC，上層電網(wǎng)為直流電網(wǎng)。在第一電壓母線201與交流電網(wǎng)之間的第一電力電子雙向功率變換器2031為雙向DC-AC變換器，在第一電壓母線201和第二電壓母線202之間的第二電力電子雙向功率變換器2032為雙向AC-DC變換器。

無論第一電壓母線201和第二電壓母線202的電壓采用何種具體的搭配，均以滿足大多數(shù)分布式發(fā)電設備和分布式蓄電設備以及負載的用電需求為配置依據(jù)。電力電子雙向功率變換器的類型和具體參數(shù)設計則按照電壓母線的電壓類型、電壓等級和上層電網(wǎng)或上級能量路由器的具體類型來定。例如，圖7所示的雙向AC-DC變換器可以滿足三相交流電與直流電之間的雙向能量轉換；圖8所示的雙向AC-DC變換器可以滿足直流電與單相交流電之間的雙向能量轉換；圖9所示的雙向DC-DC變換器可以滿足兩種不同電壓等級的直流電之間的雙向能量轉換。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

專業(yè)人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業(yè)技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。

結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術領域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質中。

以上對本發(fā)明所提供的一種能量路由器進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。