本實(shí)用新型涉及電能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電能路由器及微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著4G技術(shù)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，通信設(shè)備對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高，用電量也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)交換、傳輸?shù)韧ㄐ艠I(yè)務(wù)。由于通信核心局耗電量大，為提高供電容量和抗干擾能力，并方便運(yùn)營(yíng)單位管理維護(hù)，通信電源供配電系統(tǒng)通常采用圖1所示的集中供電方式，在通信核心局中集中設(shè)置高低壓變配電室，通過(guò)高壓配電柜、電力變壓器將10kV中壓交流電變換到380V/220V低壓交流電，再通過(guò)低壓配電柜將電能分配的不同機(jī)房樓或同一機(jī)房樓不同樓層、區(qū)域的電力電池室、配電室給負(fù)載供電。

電力電池室電源系統(tǒng)框圖如圖2所示，包括交流配電箱、交流配電屏、直流配電屏、UPS電源、-48V開(kāi)關(guān)電源、336V高壓直流電源、蓄電池組等電源設(shè)備，根據(jù)不同負(fù)載的供電等級(jí)和電源需求，給低壓直流、高壓直流、交流通信負(fù)載，動(dòng)力和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、建筑照明、消防智能化等建筑負(fù)載，空調(diào)和通排風(fēng)系統(tǒng)等其他交流負(fù)載供電。

從上面的描述可見(jiàn)，目前通信核心局電源種類(lèi)包括380V/220V交流，-48V低壓直流和336V高壓直流三種，采用樹(shù)干式結(jié)構(gòu)從10kV開(kāi)始逐級(jí)變換、分配電能，380V/220V交流市電和高壓直流開(kāi)關(guān)電源、低壓直流開(kāi)關(guān)電源、蓄電池組、UPS電源等通信電源設(shè)備之間為上下游關(guān)系，電能從交流市電到通信電源設(shè)備再到負(fù)載單相流動(dòng)，不同種類(lèi)通信電源設(shè)備之間不兼容且能量不能交換。通信配電網(wǎng)工作在穩(wěn)壓模式，提供380/220V交流、-48V直流和336V直流三條電壓母線，功率由負(fù)載決定，不能主動(dòng)控制。根據(jù)現(xiàn)有通信核心局供配電系統(tǒng)技術(shù)方案描述，可得目前通信核心局配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，可見(jiàn)這種樹(shù)干式多級(jí)變換的通信配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電源種類(lèi)和供電設(shè)備繁多、系統(tǒng)復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型提供一種電能路由器及微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型提供的電能路由器具有模塊化，可擴(kuò)展性高，高壓直流、低壓直流和交流之間能量可交換的優(yōu)點(diǎn)，并且自帶有三相交流、高壓直流和低壓直流端，適合通信微電網(wǎng)供電應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案：

第一方面，本實(shí)用新型提供了一種電能路由器，包括：低壓直流端、三相交流端、高壓直流端和三相支路；其中，每相支路分別包括有一個(gè)整橋臂電路，每個(gè)整橋臂電路包括有一個(gè)上橋臂電路和一個(gè)下橋臂電路，上橋臂電路由N個(gè)半橋模塊和一個(gè)上橋臂電感依次串聯(lián)組成，下橋臂電路由一個(gè)下橋臂電感和N個(gè)半橋模塊依次串聯(lián)組成，上橋臂電感與下橋臂電感直接連接且上橋臂電感與下橋臂電感之間的連接點(diǎn)稱為橋臂中點(diǎn)；

其中，每個(gè)半橋模塊包括一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)以及位于直流側(cè)的低壓蓄電池組；每個(gè)半橋模塊的直流側(cè)電壓為U^*_SM，每個(gè)半橋模塊的直流側(cè)輸出電壓端為電能路由器的低壓直流端；

其中，每個(gè)半橋結(jié)構(gòu)由上下連接的兩個(gè)IGBT管組成，當(dāng)位于上方的IGBT管開(kāi)通，位于下方的IGBT管關(guān)斷時(shí)，與該半橋結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的半橋模塊的交流端輸出電壓U_ab＝U^*_SM；當(dāng)位于上方的IGBT管關(guān)斷，位于下方的IGBT管開(kāi)通時(shí)，與該半橋結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的半橋模塊的交流端輸出電壓為U_ab＝0；每相支路通過(guò)控制每個(gè)半橋模塊中兩個(gè)IGBT管的通斷實(shí)現(xiàn)整橋臂輸出電壓U_arm從0～N*U^*_SM之間階梯變化；所述電能路由器還包括調(diào)制變壓器，所述調(diào)制變壓器的輸入端與三相的橋臂中點(diǎn)連接，所述調(diào)制變壓器的輸出端為所述電能路由器的三相交流端；

三相支路整流橋臂的公共直流側(cè)輸出電壓端為電能路由器的高壓直流端。

進(jìn)一步地，所述半橋模塊的直流側(cè)還設(shè)置有支撐電容。

進(jìn)一步地，上橋臂電感與下橋臂電感的電感值相同。

進(jìn)一步地，所述電能路由器的三相交流端的輸出電壓為：U_cabc＝MU_dc cosω₀t；

其中，U_cabc為電能路由器的三相交流端的輸出電壓，M為所述調(diào)制變壓器的調(diào)制比，ω₀t為所述調(diào)制變壓器的調(diào)制相位，U_dc為每相支路的整橋臂輸出電壓。

進(jìn)一步地，所述N為6。

進(jìn)一步地，每個(gè)半橋模塊的直流側(cè)電壓U^*_SM為60V。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括：380V/220V交流母線、336V直流母線、-48V直流母線以及至少一個(gè)如上面所述的電能路由器；

其中，所述380V/220V交流母線與電能路由器的三相交流端連接，所述336V直流母線與電能路由器的高壓直流端連接，所述-48V直流母線與電能路由器的低壓直流端連接。

進(jìn)一步地，所述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還包括：雙向交直流電力電子變換器和雙向直流變換器；

所述雙向交直流電力電子變換器分別與380V/220V交流母線以及336V直流母線連接；

所述雙向直流變換器分別與336V直流母線以及-48V直流母線連接。

進(jìn)一步地，所述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還包括：交流市電接入模塊、柴油發(fā)電機(jī)組模塊、交流負(fù)載模塊、高壓直流負(fù)載模塊、336V蓄電池組模塊、低壓直流負(fù)載模塊和-48V蓄電池組模塊；

所述交流市電接入模塊、所述柴油發(fā)電機(jī)組模塊、所述交流負(fù)載模塊與380V交流母線連接；

所述高壓直流負(fù)載模塊和所述336V蓄電池組模塊與336V直流母線連接；

所述低壓直流負(fù)載模塊和所述-48V蓄電池組模塊與-48V直流母線連接。

進(jìn)一步地，所述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還包括：光伏供電模塊和風(fēng)力供電模塊，所述光伏供電模塊和風(fēng)力供電模塊與336V直流母線連接。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的電能路由器具有模塊化，可擴(kuò)展性高，高壓直流、低壓直流和交流之間能量可交換的優(yōu)點(diǎn)，并且自帶有三相交流、高壓直流和低壓直流端，適合通信微電網(wǎng)供電應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中通信核心局配電網(wǎng)集中供電方式示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中電力電池室電源系統(tǒng)框圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中通信核心局配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例提供的電能路由器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例提供的電能路由器單相等效電路；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例提供的電能路由器單相等效模型示意圖；

圖7a是本發(fā)明一實(shí)施例提供的電能路由器交流側(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7b是本發(fā)明一實(shí)施例提供的電能路由器交流側(cè)電流環(huán)等效控制框圖；

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例提供的半橋模塊電壓平均控制框圖；

圖9是本發(fā)明一實(shí)施例提供的半橋模塊電壓平衡控制框圖；

圖10是基于電能路由器組網(wǎng)的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是基于電能路由器組網(wǎng)的通信核心局微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的功能框圖；

圖12是微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電能路由器的反饋控制框圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例提供了一種電能路由器，參見(jiàn)圖4(以N＝6為例)所示的電能路由器結(jié)構(gòu)示意圖，該電能路由器包括：低壓直流端(2)、三相交流端(1)、高壓直流端(3)和三相支路；其中，每相支路分別包括有一個(gè)整橋臂電路，每個(gè)整橋臂電路包括有一個(gè)上橋臂電路和一個(gè)下橋臂電路，上橋臂電路由N＝個(gè)半橋模塊SM和一個(gè)上橋臂電感L_r依次串聯(lián)組成，下橋臂電路由一個(gè)下橋臂電感L_r和N個(gè)半橋模塊SM依次串聯(lián)組成，上橋臂電感與下橋臂電感直接連接且上橋臂電感與下橋臂電感之間的連接點(diǎn)稱為橋臂中點(diǎn)，如圖中的A、B和C點(diǎn)；

其中，每個(gè)半橋模塊SM包括一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)以及位于直流側(cè)的低壓蓄電池組；每個(gè)半橋模塊的直流側(cè)電壓為U^*_SM，每個(gè)半橋模塊的直流側(cè)輸出電壓端為電能路由器的低壓直流端；

其中，每個(gè)半橋結(jié)構(gòu)由上下連接的兩個(gè)IGBT管(管S₁、管S₂)組成，當(dāng)位于上方的管S₁開(kāi)通，位于下方的管S₂關(guān)斷時(shí)，半橋模塊SM串聯(lián)在橋臂當(dāng)中，電流流經(jīng)直流側(cè)蓄電池，此時(shí)半橋模塊交流端ab輸出電壓為U_ab＝U^*_SM；當(dāng)位于上方的管S₁關(guān)斷，位于下方的管S₂開(kāi)通時(shí)，半橋模塊SM被旁路，此時(shí)半橋模塊交流端輸出電壓為U_ab＝0；每相支路通過(guò)控制每個(gè)半橋模塊中兩個(gè)IGBT管的通斷實(shí)現(xiàn)整橋臂輸出電壓U_arm從0～N*U^*_SM之間階梯變化；

所述電能路由器還包括調(diào)制變壓器，所述調(diào)制變壓器的輸入端與三相的橋臂中點(diǎn)連接，所述調(diào)制變壓器的輸出端為所述電能路由器的三相交流端；三相支路整流橋臂的公共直流側(cè)輸出電壓端為電能路由器的高壓直流端。

參見(jiàn)圖4，半橋模塊交流端輸出的電壓經(jīng)過(guò)橋臂電感L_r濾波后，每個(gè)橋臂輸出電壓基波可以等效為一個(gè)受控電壓源，通過(guò)預(yù)設(shè)調(diào)制方法控制上下橋臂輸出電壓，進(jìn)而控制三相橋臂中點(diǎn)輸出交流電壓U_cabc＝2U_cABC，變壓器作用是匹配電平，并且濾除交流側(cè)輸出電流諧波。在相同時(shí)刻，控制每一相上下兩橋臂串入電路的SM模塊數(shù)量為N，則公共高壓直流母線電壓始終保持在U_dc＝NU^*_SM。

為滿足通信核心局微電網(wǎng)應(yīng)用需求，將電能路由器(1)(2)(3)端子分別作為通信核心局微電網(wǎng)380V交流、-48V低壓直流和336V高壓直流母線?？紤]到通信用電需求、電路壓降和實(shí)際電池電壓，本實(shí)施例中令每個(gè)橋臂的SM模塊數(shù)量N＝6，子模塊電壓U^*_SM＝60V，公共直流母線電壓在U_dc＝NU^*_SM＝360V。采用載波移相調(diào)制方法控制電能路由器內(nèi)部各SM模塊開(kāi)關(guān)工作，設(shè)調(diào)制變壓器的調(diào)制信號(hào)調(diào)制比為M，相位為ω₀t，則交流側(cè)輸出電壓基波控制關(guān)系如下面公式一所示。通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制比和相位，控制交流端子輸出與市電同步的380V交流，滿足并網(wǎng)和交流側(cè)功率控制需求。通過(guò)控制SM模塊中管子的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，調(diào)整串入電路的SM模塊的數(shù)量，及可實(shí)現(xiàn)交流側(cè)、子模塊直流側(cè)和公共直流側(cè)能量的交換。

在一種可選實(shí)施方式中，所述半橋模塊的直流側(cè)還設(shè)置有支撐電容。當(dāng)實(shí)際電路線路較長(zhǎng)時(shí)，所述支撐電容可以起到支撐電壓的作用，且其相對(duì)于電池來(lái)說(shuō)要便宜很多。

在一種可選實(shí)施方式中，上橋臂電感與下橋臂電感的電感值相同。

從上面的描述可知，本實(shí)用新型提供的電能路由器包含交流380V/220V，-48V低壓直流和336V高壓直流三條母線，可以實(shí)現(xiàn)不同母線間電壓變換，提高各種電源、負(fù)載兼容性。

從上面的描述可知，本實(shí)用新型提供的電能路由器具有模塊化，可擴(kuò)展性高，高壓直流、低壓直流和交流之間能量可交換的優(yōu)點(diǎn)，并且自帶有三相交流、高壓直流和低壓直流端，適合通信微電網(wǎng)供電應(yīng)用。

對(duì)于上面實(shí)施例提供的基于模塊化多電平變流器MMC電能路由器，下面給出其交流側(cè)數(shù)學(xué)模型及一種具體的控制方法。

MMC電能路由器數(shù)序模型主要包括交流輸出模型和直流側(cè)模型。根據(jù)上述原理闡述，首先忽略變壓器影響，只考慮低壓側(cè)輸出電壓U_cABC，則MMC電能路由器單相等效電路如圖5所示，圖中U_x(x＝a,b,c)為市電三相交流電壓，i_x(x＝a,b,c)為交流電流，每相橋臂子模塊數(shù)目為N＝6，三相的上下橋臂輸出電壓分別為U_{px(x＝a,b,c)}和U_{nx(x＝a,b,c)}，上下橋臂電流分別為i_{x(x＝a,b,c)p}和i_{x(x＝a,b,c)n}，等效中性點(diǎn)為n。

根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律可以分別得到公式二和公式三，公式中R為橋臂電感等效電阻。

i_px-i_nx＝i_x 公式三

將公式二和公式三整理，可以得到MMC電能路由器的交流等效模型為

其中橋臂輸出電壓為：

其中，交流模型單相等效電路如圖6所示。

將電能路由器交流等效模型方程組乘以公式六所示變換矩陣，進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，即dq變換，并進(jìn)行拉普拉斯變換后可得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下電能路由器等效模型如公式七所示。

根據(jù)公式七設(shè)計(jì)MMC電能路由器交流側(cè)控制方法如圖7a所示，控制器設(shè)置解耦和前饋環(huán)節(jié)后簡(jiǎn)化控制框圖如圖7b所示，可見(jiàn)有功、無(wú)功相互獨(dú)立，且被控對(duì)象模型相同，因此控制器可以采用相同的結(jié)構(gòu)。其中G_id、G_iq分別為d、q軸電流控制器，電能路由器在主動(dòng)功率控制工作模式時(shí)，根據(jù)微電網(wǎng)能量調(diào)度需求，給定有功和無(wú)功電流指令I(lǐng)_dref、I_qref，即可實(shí)現(xiàn)功率的主動(dòng)控制；不需要功率主動(dòng)控制時(shí)，反饋路由器交流側(cè)輸出電壓后轉(zhuǎn)化為dq坐標(biāo)系下的電壓反饋信號(hào)U_cd，將其和電壓指令U_cdref進(jìn)行比較后，采用電壓控制器G_ud轉(zhuǎn)化為電流控制指令，即可達(dá)到穩(wěn)定交流母線電壓的控制目的。

對(duì)于上面實(shí)施例提供的基于模塊化多電平變流器MMC電能路由器，下面給出其直流側(cè)數(shù)學(xué)模型及一種具體的控制方法。

MMC電能路由器工作時(shí)，同一相上下兩個(gè)橋臂串入電路的子模塊數(shù)量固定，公共直流母線電壓衡為U_dc＝NU^*_SM，只要控制子模塊電壓在設(shè)定值，公共直流側(cè)電壓也會(huì)維持在設(shè)定值，因此路由器直流側(cè)控制設(shè)計(jì)為代表直流側(cè)總體電壓的子模塊電壓平均控制和不同子模塊電壓的平衡控制。

子模塊電壓平均控制框圖如圖8所示?？刂葡到y(tǒng)包括電壓控制外環(huán)和電流控制內(nèi)環(huán)，其中U^*_SM為子模塊電壓的設(shè)定值，為某一相上下橋臂子模塊電壓的平均值。由于子模塊電壓的平均值與流經(jīng)同一相上下兩橋臂的環(huán)流大小有直接關(guān)系，環(huán)流定義為i_zx＝1/2(i_px+i_nx)，x＝a，b，c，將子模塊電壓的平均值與設(shè)定電壓的誤差經(jīng)過(guò)一個(gè)PI控制器G_PI(s)輸出得到環(huán)流指令i^*_zx，與環(huán)流實(shí)際值i_zx作差，其誤差輸入電流內(nèi)環(huán)比例控制器G_P1(s)，U_Ax為疊加到每個(gè)子模塊上面的電壓平均控制指令。G_1av(s)和G_2av(s)分別為電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，根據(jù)環(huán)流回路電壓方程、MMC電能路由器輸出電壓關(guān)系以及能量守恒可以推到得到傳遞函數(shù)表達(dá)式如公式八和公式九所示，其中N＝6。根據(jù)閉環(huán)控制框圖設(shè)計(jì)PI和比例控制器，使子模塊平均電壓維持在標(biāo)定值60V，即可將作為高壓直流輸出端子的公共直流母線電壓維持在360V，滿足高壓直流通信負(fù)載供電需求；根據(jù)功率輸出要求，微調(diào)參考電壓U^*_SM，即可實(shí)現(xiàn)高壓直流側(cè)能量的主動(dòng)控制功能，如高壓直流側(cè)蓄電池組充放電、交流市電斷電時(shí)直流側(cè)逆變供電等。

子模塊電壓平衡控制框圖如圖9所示，U_{SMj，j＝1～6}為某橋臂內(nèi)各子模塊直流側(cè)電壓，G_P2(s)為比例平衡控制器，U_Bj為輸入到每個(gè)子模塊的平衡電壓控制信號(hào)，G_3in(s)為平衡控制環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，根據(jù)子模塊交直流側(cè)功率平可以推到其表達(dá)式如公式十所示。

子模塊電壓平衡控制和子模塊電壓平均控制相對(duì)獨(dú)立，滿足疊加原理，反饋?zhàn)幽K電壓與電壓設(shè)定值比較的的誤差，經(jīng)過(guò)比例控制器調(diào)節(jié)后，產(chǎn)生平衡電壓控制信號(hào)，疊加到電壓平均控制指令，從而實(shí)現(xiàn)子模塊電壓平衡控制目的?？刂乒仓绷髂妇€電壓保持在標(biāo)定值的情況下，子模塊電壓平衡即可保證子模塊電壓的穩(wěn)定，滿足低壓直流通信負(fù)載供電需求。正常交流市電供電情況下，子模塊蓄電池組處于并聯(lián)浮充狀態(tài)，負(fù)載能量主要由市電提供，蓄電池組一方面作為直流側(cè)濾波器，保證直流供電質(zhì)量，另一方面，在市電波動(dòng)或閃變時(shí)，通過(guò)路由器逆變工作補(bǔ)償交流側(cè)無(wú)功和諧波，從而穩(wěn)定交流側(cè)電壓，提高供電質(zhì)量；市電斷電時(shí)，直流側(cè)蓄電池組保證持續(xù)供電，并且通過(guò)路由器逆變工作，可以將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量，給交流負(fù)載供電，保證交流側(cè)供電穩(wěn)定。

本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供了一種微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖10，該微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括：380V/220V交流母線、336V直流母線、-48V直流母線以及至少一個(gè)如上面實(shí)施例所述的電能路由器；

其中，所述380V/220V交流母線與電能路由器的三相交流端連接，所述336V直流母線與電能路由器的高壓直流端連接，所述-48V直流母線與電能路由器的低壓直流端連接。

在一種可選實(shí)施方式中，所述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還包括：雙向交直流電力電子變換器和雙向直流變換器；

所述雙向交直流電力電子變換器分別與380V/220V交流母線以及336V直流母線連接；

所述雙向直流變換器分別與336V直流母線以及-48V直流母線連接。

在一種可選實(shí)施方式中，所述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還包括：交流市電接入模塊、柴油發(fā)電機(jī)組模塊、交流負(fù)載模塊、高壓直流負(fù)載模塊、336V蓄電池組模塊、低壓直流負(fù)載模塊和-48V蓄電池組模塊；其中，所述交流市電接入模塊、所述柴油發(fā)電機(jī)組模塊、所述交流負(fù)載模塊與380V交流母線連接；所述高壓直流負(fù)載模塊和所述336V蓄電池組模塊與336V直流母線連接；所述低壓直流負(fù)載模塊和所述-48V蓄電池組模塊與-48V直流母線連接。

在一種可選實(shí)施方式中，所述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)還包括：光伏供電模塊和風(fēng)力供電模塊，所述光伏供電模塊和風(fēng)力供電模塊與336V直流母線連接。

基于電能路由器組網(wǎng)的通信核心局微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖10所示，采用電能路由器產(chǎn)生380V/220V交流母線，以及336V和-48V直流母線，設(shè)計(jì)初期選擇足夠大載流量的母線，后期負(fù)載增加時(shí)，只需增加電能路由器和相應(yīng)配電屏即可滿足擴(kuò)容需求。由于電能路由器具有通信核心局配電網(wǎng)中3種電源種類(lèi)接口，可以省去大量開(kāi)關(guān)電源、整流器等電能變換設(shè)備，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，降低損耗和投資運(yùn)維成本；此外，不同電源之間能量能夠進(jìn)行交換，因此各母線上電源設(shè)備可以互為備份，可以有效提高電源設(shè)備利用率，大量減少相同種類(lèi)電源備份，并且根據(jù)情況省去UPS電源，-48V蓄電池組由于電壓低，電流大，電纜消耗多，也可以省去，但是為減小壓降、就近供電，保證可靠性，也可以保留；由于電能路由器具有母線電壓和主動(dòng)能量控制功能，因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源電源設(shè)備接入相應(yīng)母線，由電能路由器內(nèi)部控制器作為協(xié)同控制器即可實(shí)現(xiàn)新能源入網(wǎng)，不需要改變?cè)须娫丛O(shè)備；市電引入除原有交流市電外，還可以將直流輸電系統(tǒng)經(jīng)直流換流設(shè)備降壓后接入336V母線，根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)靈活選擇交流或直流市電引入，降低用電成本。

由上面描述可知，采用電能路由器組建的通信微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)功率在不同母線間的主動(dòng)控制，提高電網(wǎng)可控性、靈活性提高，實(shí)現(xiàn)電能精確控制，改善電能質(zhì)量。此外，采用電能路由器對(duì)電網(wǎng)中的各種分布式電源和負(fù)載進(jìn)行管理，可以減少電能變換裝置數(shù)量和電壓變換級(jí)數(shù)，簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)，降低通信電源投資、建設(shè)、維護(hù)成本，減小損耗。進(jìn)一步地，由于不同電源系統(tǒng)之間能量可以交換，互為備份，故可提高電源設(shè)備利用率和電網(wǎng)供電容量、可靠性、可擴(kuò)展性，減少設(shè)備投資。進(jìn)一步地，采用電能路由器對(duì)通信微電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)級(jí)控制，各種負(fù)載和電源設(shè)備協(xié)同控制，提高電網(wǎng)故障處理能力。進(jìn)一步地，母線電壓兼容性和功率控制靈活性，使光伏、風(fēng)電等新能源接入技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)引入成本降低，根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)靈活選擇交流或直流市電引入，降低用電成本。

參見(jiàn)圖11所示的基于電能路由器組網(wǎng)的通信核心局微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的功能框圖，電能路由器是整合多種分布式電源及儲(chǔ)能單元，并使其與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)配合、共同向負(fù)載供電的智能化電氣連接裝置。通信交直流混合微電網(wǎng)包括380V/220V交流母線，以及336V和-48V直流母線，其中交流220V母線通過(guò)引出380V中點(diǎn)獲得，因此電能路由器應(yīng)包含上述幾種形式電氣接口，并且為滿足功率多種流向，電能路由器應(yīng)含有雙向交直流電力電子變換器以及雙向直流變換器，由此可得功能框圖如圖11所示。圖11中的(1)、(2)、(3)分別為380V交流、-48V直流、336V直流母線，(4)、(5)分別是雙向交流/直流(AC/DC)和雙向直流/直流(DC/DC)電力電子變流器，(6)是電能路由器控制單元，(7)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。圖11中虛框設(shè)備為采用電能路由器后可以引入的新型電源設(shè)備(直流配電系統(tǒng)、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電)，或者可以簡(jiǎn)化不再配置的現(xiàn)有電源設(shè)備(UPS電源、-48V蓄電池組)。通過(guò)控制單元內(nèi)部傳感器反饋三條母線電壓電流信息，并根據(jù)設(shè)定的電能路由器工作模式、母線電壓參數(shù)、電流和功率調(diào)度指令進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生符合控制要求的驅(qū)動(dòng)脈沖控制雙向AC/DC、DC/DC變換器工作，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定母線電壓、控制有功和無(wú)功在各條母線間的流動(dòng)的功能，同時(shí)控制單元監(jiān)控交、直流電網(wǎng)、電能路由器本體和并網(wǎng)電源、負(fù)載設(shè)備的工作狀態(tài)，在電網(wǎng)內(nèi)某節(jié)點(diǎn)異?；蚬收蠒r(shí)，通過(guò)控制路由器有功、無(wú)功或給并網(wǎng)電源設(shè)備發(fā)送聯(lián)動(dòng)指令排除故障，電網(wǎng)故障無(wú)法排除時(shí)斷開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)隔離故障，保證通信核心局微電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

參見(jiàn)圖12所示的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電能路由器的反饋控制框圖。電能路由器各端子并接在相應(yīng)母線上，其中-48V直流母線是和子模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)的N條獨(dú)立母線，控制電路從三條電壓母線反饋交流側(cè)端子三相電壓U_cabc、電流I_cabc，公共直流母線電壓U_dc、電流I_dc，各子模塊直流側(cè)電壓信號(hào)U_SMxyj，(x＝a，b，c；y＝p，n；j＝1～6)后，通過(guò)信號(hào)調(diào)理和坐標(biāo)變換生成上述控制方法中需要的各控制信號(hào)，將反饋控制信號(hào)和指令信號(hào)進(jìn)行比較后送入控制器，控制器計(jì)算產(chǎn)生電能路由器主電路工作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電能路由器主電路根據(jù)穩(wěn)壓、主動(dòng)能量控制等設(shè)定目標(biāo)控制三條母線間能量的流動(dòng)，滿足并接在各母線上負(fù)載的供電需求和電源設(shè)備的接入需求。

可見(jiàn)，本實(shí)施例提供的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以下問(wèn)題：不同電源和用電設(shè)備之間不兼容，需要大量電能變換裝置，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)損耗大；不同種類(lèi)電源之間能量不能交換，為保證通信可靠性，各類(lèi)電源、各個(gè)供電節(jié)點(diǎn)需要設(shè)計(jì)備用單元，導(dǎo)致設(shè)備利用率不高，且投資高，系統(tǒng)冗雜；配電網(wǎng)工作于穩(wěn)壓模式，電網(wǎng)功率由負(fù)載決定，開(kāi)環(huán)工作不能主動(dòng)控制，調(diào)度靈活性低，節(jié)點(diǎn)故障時(shí)只能被動(dòng)切除故障點(diǎn)；電網(wǎng)故障點(diǎn)多，運(yùn)維成本高，可靠性差?，F(xiàn)有配電網(wǎng)規(guī)模龐大，不同種類(lèi)電源之間接口不兼容，能量單相流動(dòng)，導(dǎo)致336V高壓直流電源系統(tǒng)、光伏、風(fēng)電等新能源系統(tǒng)等有助于響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的新興電源技術(shù)的應(yīng)用需要大量前期論證工作，設(shè)備入網(wǎng)需要變換單元接口，投資和運(yùn)維成本增加，推廣阻力大。

本實(shí)施例提供的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用了上述實(shí)施例所述的電能路由器，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有的配電網(wǎng)，節(jié)省了設(shè)備投資和運(yùn)維成本，降低了網(wǎng)損；實(shí)現(xiàn)了不同種類(lèi)電源互聯(lián)和可靠管理。此外，本實(shí)施例提供的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)功率控制，提高系統(tǒng)靈活性、可靠性和可擴(kuò)展性。進(jìn)一步地，本實(shí)施例提供的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)提高了新技術(shù)和現(xiàn)有電源設(shè)備兼容性，節(jié)省了技術(shù)升級(jí)帶來(lái)的投資成本。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型針對(duì)通信核心局配電網(wǎng)供電需求，設(shè)計(jì)了MMC電能路由器，采用MMC電能路由器可以實(shí)現(xiàn)不同母線間電壓變換和能量交換，通過(guò)其對(duì)電網(wǎng)中的各種分布式電源和負(fù)載進(jìn)行管理，可以減少電能變換裝置，簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)，降低通信電源投資、建設(shè)、維護(hù)成本，減小損耗；提高電網(wǎng)可控性、靈活性提高，實(shí)現(xiàn)電能精確控制；不同電源系統(tǒng)之間能量可以交換，互為備份，提高電源設(shè)備利用率和電網(wǎng)供電容量、可靠性、可擴(kuò)展性，減少設(shè)備投資，根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)靈活選擇交流或直流市電引入，降低用電成本；兼容光伏、風(fēng)電等新能源接入技術(shù)、高壓直流技術(shù)，降等新技術(shù)應(yīng)用成本。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。