户用交直流混合双向电能交互能量路由器及能量调度方法与流程

1.本发明属于电力电子技术与智能用电管理技术领域，具体涉及一种户用交直流混合双向电能交互能量路由器及能量调度方法。


背景技术：

2.由于可再生能源发电的随机性和不确定性，目前能源互联网面临的主要问题之一是高渗透率分布式可再生能源接入带来的稳定性以及消纳问题，而能量路由器作为支撑能源互联网的核心电力电子装置，能控制和协调其管理的能源、储能和负荷，对该装置进行合理地设计、应用能够减少由大量分布式能源接入电网带来的稳定性问题，提高可再生能源的利用率并实现就地消纳。
3.对于家庭中分布式可再生能源的高效利用方式为“就地采集，就地储存，就地使用”，而当前分布式能源主要的利用方式依旧是通过各类并网变换器接入电网，其能量转换效率低，难以实现就地消纳并会影响电网的电能质量，而且以传统的固态变压器为核心的能量路由器在面对当前高度分散式的户用分布式能源的消纳问题已显得力不从心；家庭用电器正向直流化和小型化发展，由于传统能量路由器的硬件拓扑限制，其无法为家庭用户提供多种不同电压等级的交直流混合端口以满足家庭用电需要，并且难以实现电能的双向交互；又由于传统固态变压器控制方式单一，存在着无法实现家庭用电的优化分配、难以满足家庭用电计划和降低用电成本的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明提出一种户用交直流混合双向电能交互能量路由器及能量调度方法，该能量路由器具备接入多种分布式能源以及单相交流电网的能力，具有双向电能交互功能，能够为家庭用户提供多种安全电压等级的低压直流端口以及交流端口，并且各端口间均具有电气隔离，单一端口发生故障时可以旁路故障端口保障其余端口正常使用；该能量路由器还能够根据分布式能源发电状态和家庭需求自适应调节能量路由器的工作模式，实现家庭用电智能协调优化分配，在满足家庭用电计划的同时降低用电成本。
5.为达到上述目的，本发明提供技术方案如下：
6.本发明第一方面提供一种户用交直流混合双向电能交互能量路由器，该能量路由器包括单相全桥双向互联变换单元、全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥 src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥逆变单元和低压直流母线；
7.所述单相全桥双向互联变换单元的输入端连接户用单相交流电网，所述单相全桥双向互联变换单元的输出端连接所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的输入端；所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的输出端连接所述低压直流母线；所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的输入端连接光伏组件，所述全桥llc谐振软开关单向dc/
dc 变换单元的输出端连接所述低压直流母线；所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的输入端连接所述低压直流母线，所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的第一输出端连接储能模块，所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的第二输出端连接工作电压为安全电压的直流负载1和所述第一全桥src谐振软开关单向 dc/dc变换单元的输入端；所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出端连接工作电压为安全电压的直流负载2；所述单相全桥逆变单元的输入端连接所述低压直流母线，所述单相全桥逆变单元的输出端连接户用单相交流电压的交流负载；所述直流负载1的工作电压大于所述直流负载2的工作电压；
8.所述单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元协同实现户用单相交流电网和低压直流母线之间的双向电能交互；
9.所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元，用于实现使光伏组件输出的直流电压转换为低压直流母线电压的电力变换；
10.所述的第三全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元，用于实现低压直流母线电压、储能模块电压和工作电压为安全电压的直流负载1所需电压之间的相互变换，实现为储能模块或者工作电压为安全电压的直流负载1提供所需的直流电压；
11.所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元，工作电压为安全电压的直流负载 1所需直流电转换为工作电压为安全电压的直流负载2所需直流电的电力变换，实现为工作电压为安全电压的直流负载2提供所需的直流电压；
12.所述的单相全桥逆变单元用于实现使低压直流母线电压转换为户用单相交流电的电力变换，实现为户用单相交流负载提供所需的交流电压。
13.进一步地，根据所述的户用交直流混合双向电能交互能量路由器，该路由器还包括单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元，所述单相全桥整流单元的输入端连接风力发电机，所述单相全桥整流单元的输出端连接第二全桥src谐振软开关单向 dc/dc变换单元的输入端；所述第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出端连接所述低压直流母线；以及
14.所述的单相全桥整流单元，用于实现风力发电机输出的交流电转换为低压直流电的电力变换；
15.所述第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元，用于实现单相全桥整流单元输出端低压直流电压转换为低压直流母线电压的电力变换。
16.进一步地，根据所述的户用交直流混合双向电能交互能量路由器，所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元和单相全桥逆变单元均具有导通模式和不导通模式，其中，导通模式为功率/有功功率从输入端流向输出端，不导通模式为无功率流动；
17.所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元和单相全桥双向互联变换单元均具有正向导通模式、逆向导通模式和不导通模式，其中，所述正向导通模式为能量从输入端流向输出端；所述逆向导通模式为能量从输出端流向输入端；所述不导通模式为无能量流动；
18.所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元具有第一导通模式、第二导通模式、第三导通模式、第四导通模式、第五导通模式和不导通模式，其中，所述第一导通模式为能量从输入端同时流向第一输出端和第二输出端，第二导通模式为能量从输入端流向
第二输出端，第三导通模式为能量从输入端和第一输出端流向第二输出端，第四导通模式为能量从第一输出端流向输入端和第二输出端，第五导通模式为能量从输入端流向第一输出端，不导通模式为无能量流动。
19.进一步地，根据所述的户用交直流混合双向电能交互能量路由器，所述单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元均具有导通模式和不导通模式，其中，导通模式为功率/有功功率从输入端流向输出端，不导通模式为无功率流动。
20.进一步地，根据所述的户用交直流混合双向电能交互能量路由器，所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元包括：全桥lcll谐振模块、高频变压器t3、全桥整流模块、全波整流模块和buck
‑
boost电路模块；所述的高频变压器t3具有初级电感、第一次级电感和第二次级电感；
21.所述全桥lcll谐振模块的输入端连接所述低压直流母线，所述全桥lcll谐振模块的输出端连接所述高频变压器t3的初级电感；所述全桥整流模块的输入端连接所述高频变压器 t3的第一次级电感，所述全桥整流模块的输出端作为全桥lcll谐振软开关三端口双向 dc/dc变换单元第一输出端连接储能模块；所述全波整流模块输入端连接所述高频变压器 t3的第二次级电感，全波整流模块的输出端作为全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc 变换单元的第二输出端连接所述buck
‑
boost电路模块的输入端；所述buck
‑
boost电路模块输出端连接工作电压为安全电压的直流负载1。
22.进一步地，根据所述的户用交直流混合双向电能交互能量路由器，所述全桥lcll谐振模块包括mos管q21、mos管q22、mos管q23、mos管q24、附加电感la、谐振电感lr3、谐振电容cr3和励磁电感lm3；所述q21的漏极连接所述q23的漏极和所述低压直流母线的正极，所述q21的源极连接所述q22的漏极、所述lr3的一端和所述la的一端，所述q22的源极连接所述q24的源极和所述低压直流母线的负极，所述lr3的另一端连接所述 cr3的一端，所述cr3的另一端连接所述lm3的一端，所述lm3的另一端连接所述la的另一端、所述q23的源极和所述q24的漏极，所述lm3与所述高频变压器t3的初级电感并联连接；
23.所述全波整流模块包括同步整流管sr3、同步整流管sr4和电容c5；所述buck
‑
boost 电路模块包括mos管q29、电感l3、二极管d2和电容c7；所述高频变压器t3第二次级电感的中心抽头连接所述c5的正极和所述q29的漏极，所述高频变压器t3第二次级电感的一端连接所述sr3的漏极，所述高频变压器t3第二次级电感的另一端连接所述sr4的漏极，所述sr3的源极连接所述sr4的源极、所述c5的负极、l3的一端和c7的正极，所述q29 的源极连接所述l3的另一端和d2的阴极，所述d2的阳极连接所述c7的阴极，所述电容 c7与所述工作电压为安全电压的直流负载1和所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元并联连接；
24.所述全桥整流模块包括mos管q25、mos管q26、mos管q27、mos管q28和电容 c6；所述q25的源极连接所述q26的漏极和所述高频变压器t3第一次级电感的一端；所述 q27的源极连接所述q28的漏极和所述高频变压器t3第一次级电感的另一端；所述q25的漏极连接所述q27的漏极和所述c6的正极，所述q26的源极连接所述q28的源极和所述 c6的负极，所述c6与所述储能模块并联连接；所述q21、q22、q23、q24、q25、q26、 q27和q28的控制信号采用pfm调制；所述q29的控制信号采用pwm调制。
25.本发明第二方面提供一种基于上述户用交直流混合双向电能交互能量路由器的
能量调度方法，该方法可根据分布式可再生能源发电状态和家庭用电需求动态调节能量路由器的工作模式，所述能量路由器的工作模式包括正常模式、电网故障模式和主动断电模式；家庭正常用电情况下，当户用单相交流电网电压大于故障电压阈值且持续时间大于防抖时间阈值时控制能量路由器工作在正常模式，当户用单相交流电网电压小于等于故障电压阈值且持续时间大于等于防抖时间阈值时，控制能量路由器工作在电网故障模式；家庭主动断电情况下，控制能量路由器工作在主动断电模式。
26.进一步地，根据所述的基于户用交直流混合双向电能交互能量路由器的能量调度方法，其特征在于，所述正常模式：控制所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥逆变单元为导通模式；若储能模块充满，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第二导通模式，否则，为第一导通模式；若分布式能源输出功率大于户用负载和储能模块所需总功率，控制单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元为逆向导通模式，若分布式能源输出功率等于户用负载和储能模块所需总功率，控制单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元为不导通模式，若分布式能源输出功率小于户用负载和储能模块所需总功率，控制单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元为正向导通模式；
27.所述电网故障模式：控制所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元运行状态于恒压模式以维持直流母线电压稳定；控制所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元和单相全桥逆变单元为导通模式；控制所述单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元为不导通模式；若分布式能源输出功率小于户用交流负载所需功率，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向 dc/dc变换单元为第四导通模式，若户用可再生能源输出功率大于等于户用单相交流负载所需功率且小于户用负载所需总功率，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第三导通模式，若户用可再生能源输出功率等于户用负载所需总功率或者户用可再生能源输出功率大于户用负载所需总功率且储能充满，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向 dc/dc变换单元为第二导通模式，若户用可再生能源输出功率大于户用负载所需总功率且储能模块未充满，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第一导通模式；
28.所述主动断电模式：控制全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥 src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥双向互联变换单元和单相全桥逆变单元为不导通模式。
29.进一步地，根据所述的基于户用交直流混合双向电能交互能量路由器的能量调度方法，所述电网故障模式中，若p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＜0，则切除当前户用负载且满足如下表达式：
[0030][0031]
若p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＞0，则控制分布式能源输出满足如下表达式：
[0032]
p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＝0
[0033]
若p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＞0且p
c
(k)＝0，则恢复所有负载接口正常供电；
[0034]
上式中，u
220v
(k)、i
220v
(k)、u
12v
(k)、i
12v
(k)、u
36v
(k)、i
36v
(k)依次为用单相交流负载侧电压采样值、户用单相交流负载侧电流采样值、工作电压为安全电压的直流负载1侧电压采样值、工作电压为安全电压的直流负载1侧电流采样值、工作电压为安全电压的直流负载2侧电压采样值、工作电压为安全电压的直流负载2侧电流采样值；p
g
(k)、p
y
(k)、p
c
(k)依次为光伏侧输入功率、用户侧输出功率和储能侧输入功率；f
c
(k)为模式切换函数：
[0035][0036]
其中，δp为能量路由器的恒定差值，表达式为δp(k)＝p
g
(k)
‑
p
y
(k)；
[0037]
所述电网故障模式采用调节储能模块的运行状态来维持所述能量路由器的低压直流母线电压的稳定，储能模块充电时当电池剩余容量soc大于0.6时所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元采用恒压模式，当soc低于0.6时所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元采用恒流模式；同时定储能模块的安全工作范围为0.95>soc>0.05 用以保障储能模块使用寿命；
[0038]
储能模块充电时的恒压模式为:
[0039]
u
cref
(k)＝u
c*
‑
mδp(k
‑
1)
[0040][0041]
上式中，m为给定的恒压充电系数；u
u
、u
cref
、u、k
p
、k
i
分别为储能模块额定充电电压值、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第一输出端参考电压值、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元输入端输入电压偏差、储能模块实际电压值、给定电压比例系数、给定电压积分系数；
[0042]
储能模块充电时的恒流模式为：
[0043]
i
cref
(k)＝i
c*
‑
nδp(k
‑
1)
[0044][0045]
上式中，n为给定的恒流充电系数；u
i
、i
cref
、i、k
p
、k
i
分别为储能模块额定电流值、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第一输出端参考电流值、全桥lcll 谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元输入端的输入电流差、储能模块实际电流值、给定电流比例系数、给定电流积分系数；
[0046]
储能模块放电时恒压模式：
[0047]
u
zcref
(k)＝u
zc*
‑
bδp(k
‑
1)
[0048][0049]
上式中，b为给定的系数；u
zu
、u
zcref
、u
z
、k
p
、k
i
分别为低压直流母线额定值、全
桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第一输出端参考电压值、全桥lcll 谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元输入端输入电压偏差、低压直流母线实际电压值、给定电压比例系数、给定电压积分系数；
[0050]
当储能模块处于截止工作状态，若soc>0.95状态停止，则降低户用单相交流电网侧电压，若soc<0.05则提升户用单相交流电网侧电压来平抑低压直流母线电压波动，如下所示：
[0051][0052]
其中u
dref
、u
z
、u
zref
分别为户用单相交流电网侧输出电压参考值、低压直流母线侧电压实际值和低压直流母线侧电压参考值。
[0053]
进一步地，根据所述的基于户用交直流混合双向电能交互能量路由器的能量调度方法，所述能量调度方法在所述正常模式和所述电网故障模式基于代价最小的能量路由算法实现家庭用电智能协调分配，所述基于代价最小的能量路由算法分配的能量流经路径满足如下条件：
[0054]
p
y
(k)＝p
y_12dc
(k) p
y_36dc
(k) p
y_220ac
(k)
[0055]
p
g
(k)＝p
g_12dc
(k) p
g_36dc
(k) p
g_220ac
(k) p
g_c
(k)
[0056]
p
c
(k)＝p
c_12dc
(k) p
c_36dc
(k) p
c_220ac
(k)
‑
p
g_c
(k)
‑
p
f_c
(k)
[0057]
p
d
(k)＝p
d_12dc
(k) p
d_36dc
(k) p
d_220ac
(k) p
d_c
(k)
[0058]
其中，min{p
d
(k) p
c
(k)}对应的能量分配路径即为代价最小的能量路由路径；p
g
(k)、p
y
(k)、p
d
(k)、p
c
(k)依次为光伏侧输入功率、用户侧输出功率、电网侧输入功率和储能侧输入功率；p
y_12dc
(k)、p
y_36dc
(k)、p
y_220ac
(k)依次为所述直流负载2所需的总供电功率、所述直流负载1所需总供电功率、所述户用单相交流负载所需总供电功率； p
g_12dc
(k)、p
c_12dc
(k)、p
d_12dc
(k)分别为所述直流负载2所需的光伏供电功率、储能供电功率和电网供电功率；p
g_36dc
(k)、p
c_36dc
(k)、p
d_36dc
(k)分别为所述直流负载1所需的光伏供电功率、储能供电功率、电网供电功率；p
g_220ac
(k)、p
c_220ac
(k)、p
d_220ac
(k)分别为户用单相交流负载所需光伏供电功率、储能供电功率和电网供电功率；p
g_c
(k)、p
f_c
(k)、p
d_c
(k)依次分别为储能模块所需光伏供电功率、储能模块所需风电供电功率、储能模块所需户用单相交流电网供电功率；以及
[0059]
p
y_12dc
(k)＝p
g_12dc
(k)η2η3η4 p
c_12dc
(k)η3η4 p
d_12dc
(k)η1η3η4η7；
[0060]
p
y_36dc
(k)＝p
g_36dc
(k)η2η3 p
c_36dc
(k)η3 p
d_36dc
(k)η1η3η7；
[0061]
p
y_220ac
(k)＝p
g_220ac
(k)η1η2η8 p
c_220ac
(k)η3η8 p
d_220ac
(k)η1η7η8；
[0062]
其中η1、η2、η3、η4、η7、η8分别为全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥 llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥双向互联变换单元和单相全桥逆变单元的传输效率。
[0063]
本发明的有益效果是：
[0064]
1、本发明的户用交直流混合双向电能交互能量路由器，通过先进电力电子技术实现交直流混合、多电压等级的功率变换和双向电能交互，能够实现户用可再生能源的就地消纳并且能够为家庭用户提供多种电压等级的即插即用交直流混合端口，为多种家用电器向直流化、小型化发展提供了基本条件，其中直流端口提供的电压均小于等于36v，实现了直流用电安全性；该能量路由器具有高功率密度、高效率、低emi等优点，在全工作条件下具有优秀的软开关性能，还具备过压保护、过流保护、改善用电电能质量等多种功能；该能量路由器通过直流母线的电容向家庭中的交流负载提供无功功率，消除了家庭用电给配电网带来的无功压力；该能量路由器具有接入多种分布式能源和户用单相电网的能力，缓解了由大量高渗透率分布式能源接入电网带来的稳定性问题；该能量路由器的拓扑结构高度模块化，便于进行功能拓展以及冗余设计，各端口间均具有电气隔离，当存在端口故障时，能够旁路故障端口保障其余端口正常工作。
[0065]
2、基于该能量路由器的能量调度方法，能够根据单相电网状态和家庭需求自适应调节能量路由器的工作模式，实现家庭智能用电管理；正常模式下，能够实现家庭用电智能优化调度，在满足家庭用电计划的前提下最大化降低用电成本，并且能够根据户用单相配电网无功调度指令和单相全桥双向互联变换单元瞬时剩余容量向户用配电网按需优化输出无功功率，提供无功补偿；电网故障模式下，能够实现能量路由器孤岛运行，并且在需大于供时能够按供电优先级切除超额负载进而最大化保障户用负载正常使用；在正常模式和电网故障模式下，通过基于代价最小的能量路由算法实现家庭用电智能协调分配，提高能量利用效率；主动断电模式下，能够关断能量路由器的所有供电端口，满足用户实际需求。
附图说明
[0066]
图1为本实施方式户用交直流混合双向电能交互能量路由器的结构示意图；
[0067]
图2为本实施方式户用交直流混合双向电能交互能量路由器的电路原理图；
[0068]
图3为本实施方式的单相全桥双向互联变换单元的电路原理图；
[0069]
图4为本实施方式的全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的电路原理图；
[0070]
图5为本实施方式的全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的电路原理图；
[0071]
图6为本实施方式的全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的电路原理图；
[0072]
图7为本实施方式的第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的电路原理图；
[0073]
图8为本实施方式的单相全桥逆变单元的电路原理图；
[0074]
图9为本实施方式的单相全桥整流单元的电路原理图；
[0075]
图10为本实施方式的第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的电路原理图；
[0076]
图11为本实施方式基于户用交直流混合双向电能交互能量路由器的能量调度方法流程示意图。
具体实施方式
[0077]
为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0078]
图1是本实施方式户用交直流混合双向电能交互能量路由器的结构示意图，如图1所示，所述户用交直流混合双向电能交互能量路由器包括单相全桥双向互联变换单元、全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥逆变单元和低压直流母线。
[0079]
所述低压直流母线电压为低压直流电，本实施方式中该低压直流母线电压为400v。
[0080]
图2为本实施方式户用交直流混合双向电能交互能量路由器的电路原理图，如图2所示，所述单相全桥双向互联变换单元的输入端连接户用单相交流电网，在本实施方式中连接的是户用220v单相交流电网；所述单相全桥双向互联变换单元的输出端连接所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的输入端；所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的输出端连接所述低压直流母线；所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的输入端连接带有最大功率点跟踪(maximum power point tracking,，mppt)控制器的光伏组件，所述全桥 llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出端连接低压直流母线；所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的输入端连接所述低压直流母线，所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的第一输出端连接储能模块，本实施方式的储能模块的储能容量为40v；所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的第二输出端连接工作电压为安全电压的直流负载1和所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输入端；所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出端连接工作电压为安全电压的直流负载2；在本实施方式中，所述直流负载1的工作电压为安全电压的36v，所述直流负载2 的工作电压为安全电压的12v；所述单相全桥逆变单元的输入端连接所述低压直流母线，所述单相全桥逆变单元的输出端连接所述户用单相交流电压的交流负载，在本实施方式中为 220v电压等级交流负载。
[0081]
如图1所示，该路由器还可以包括由单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向 dc/dc变换单元构成的可拓展单元，家庭用户存在风力发电机使用需求时可使用可拓展单元实现风力发电的接入。
[0082]
如图2所示，所述单相全桥整流单元的输入端连接风力发电机，所述单相全桥整流单元的输出端连接所述第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输入端；所述第二全桥 src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出端连接所述低压直流母线。
[0083]
如图6所示，所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元包括全桥lcll谐振模块、高频变压器t3、全桥整流模块、全波整流模块和buck
‑
boost电路模块；其中高频变压器t3具有初级电感、第一次级电感和第二次级电感，且第二次级电感带有中心抽头；其中全桥lcll谐振模块的输入端连接所述低压直流母线，全桥lcll谐振模块的输出端连接高频变压器t3的初级电感；所述的全桥整流模块输入端连接高频变压器t3的第一次级电感，全桥整流模块输出端即全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第一输出端连接储能模块；所述的全波整流模块输入端连接所述高频变压器t3的第二次级电感，全波整流模块输出端即全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第二输出端连接buck
‑
boost电路模块输入端；所述的buck
‑
boost电路模块输出端连接工作电压为安全电压的直流负载1。
[0084]
所述单相全桥双向互联变换单元，用于实现户用单相交流电网(本实施方式的
220v单相交流电)与低压直流电之间的相互电力变换，根据不同的控制方式实现单相全桥双向互联变换单元工作在整流工作模式或者逆变工作模式；所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元，用于实现单相全桥双向互联变换单元输出端的低压直流电与低压直流母线之间的相互电力变换；所述单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元协同实现户用单相交流电网和低压直流母线之间的双向电能交互，即当单相全桥双向互联变换单元工作在整流工作模式时，全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元向低压直流母线传输功率，当单相全桥双向互联变换单元工作在逆变工作模式时，全桥src谐振软开关双向 dc/dc变换单元向单相全桥双向互联变换单元传输功率。
[0085]
所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元，用于实现光伏组件输出的直流电压转换为低压直流母线电压的电力变换；
[0086]
所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元，用于实现低压直流母线电压、储能模块直流电压和工作电压为安全电压的直流负载1所需电压之间的相互变换，根据不同的控制方式实现全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元工作在升压工作模式或者降压工作模式，实现为储能模块或者工作电压为安全电压的直流负载1提供所需的直流电压；
[0087]
所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元，用于实现使工作电压为安全电压的直流负载1所需直流电转换为工作电压为安全电压的直流负载2所需直流电的电力变换，实现为工作电压为安全电压的直流负载2提供所需的直流电压；
[0088]
所述单相全桥逆变单元，用于实现使低压直流母线电压转换为户用单相交流电(本实施方式中为220v、50hz)的电力变换，实现为户用单相交流负载提供所需的交流电压；
[0089]
所述单相全桥整流单元，用于实现风力发电机输出的交流电转换为低压直流电的电力变换；
[0090]
所述第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元，用于实现单相全桥整流单元输出端低压直流电转换为低压直流母线电压的电力变换；
[0091]
所述低压直流母线，用于稳定全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的输出电压、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出电压、单相全桥逆变单元的输入电压、第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的输出电压和全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的输入电压；完成全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc 谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥逆变单元、第二全桥src谐振软开关单向dc/dc 变换单元和全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元之间的电能流动。
[0092]
所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc 变换单元、单相全桥逆变单元、单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc 变换单元均具有导通模式和不导通模式，其中，导通模式为功率/有功功率从输入端流向输出端，不导通模式为无功率流动；具体是：1)所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元和单相全桥双向互联变换单元均具有正向导通模式、逆向导通模式和不导通模式三种功率流动工作模式，其中，正向导通模式为功率/有功功率从输入端流向输出端，逆向导通模式为功率/有功功率从输出端流向输入端，不导通模式为无功率/有功功率流动；2)所述全桥lcll 谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元具有第一导通模式、第二导通模式、第三导通模式、第四导通模式、第五导通模式和不导通模式共六种功率流动工作模式，其中，第一导通模式
为功率从输入端同时流向第一输出端和第二输出端，第二导通模式为功率从输入端流向第二输出端，第三导通模式为功率从输入端和第一输出端流向第二输出端，第四导通模式为功率从第一输出端同时流向输入端和第二输出端，第五导通模式为功率从输入端流向第一输出端，不导通模式为无功率流动；
[0093]
单相全桥双向互联变换单元、全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥逆变单元、单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元均具备过压保护和过流保护功能；
[0094]
图3是所述单相全桥双向互联变换单元的电路原理图，如图3所示，所述单相全桥双向互联变换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管(metal
‑
oxide
‑
semiconductorfield
‑
effecttransistor，mosfet，mos管)q1、金属氧化物半导体场效应晶体管q2、金属氧化物半导体场效应晶体管q3、金属氧化物半导体场效应晶体管q4、并网电感l1和电容c1；金属氧化物半导体场效应晶体管q1的源极连接并网电感l1的一端和金属氧化物半导体场效应晶体管q2的漏极，金属氧化物半导体场效应晶体管q1的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q3的漏极和电容c1的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q2的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q4的源极和电容c1的负极，并网电感l1的另一端连接户用单相交流电网，金属氧化物半导体场效应晶体管q3的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q4的漏极和户用单相交流电网的另一端，电容c1与全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元并联连接；单相全桥双向互联变换单元的控制信号采用spwm调制；
[0095]
图4是所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的电路原理图，如图4所示，所述全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管q5、金属氧化物半导体场效应晶体管q6、金属氧化物半导体场效应晶体管q7、金属氧化物半导体场效应晶体管q8、金属氧化物半导体场效应晶体管q9、金属氧化物半导体场效应晶体管q10、金属氧化物半导体场效应晶体管q11、金属氧化物半导体场效应晶体管q12、谐振电感lr1、谐振电容cr1、高频变压器t1和电容c2；其中金属氧化物半导体场效应晶体管q5的漏极和金属氧化物半导体场效应晶体管q6的源极分别连接单相全桥双向互联变换单元输出端的正极和负极，金属氧化物半导体场效应晶体管q5的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q7的漏极，金属氧化物半导体场效应晶体管q6的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q8的源极，金属氧化物半导体场效应晶体管q5的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q6的漏极和谐振电感lr1的一端，谐振电感lr1的另一端连接谐振电容cr1的一端，谐振电容cr1的另一端连接高频变压器t1初级电感的一端，金属氧化物半导体场效应晶体管q7的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q8的漏极和高频变压器t1初级电感的另一端，金属氧化物半导体场效应晶体管q9的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q10的漏极和高频变压器t1次级电感的一端，金属氧化物半导体场效应晶体管q11的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q12的漏极和高频变压器t1次级电感的另一端，金属氧化物半导体场效应晶体管q9的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q11的漏极和电容c2的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q10的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q12的源极和电容c2的负极，电容c2与低压直流母线并联连接；全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元的控制信号采用pfm调制；
[0096]
图5是所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的电路原理图，如图5所示，所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管q13、金属氧化物半导体场效应晶体管q14、金属氧化物半导体场效应晶体管q15、金属氧化物半导体场效应晶体管q16、电容c3、电容c4、二极管d1、谐振电容cr2、谐振电感lr2、励磁电感lm2、同步整流管sr1、同步整流管sr2和带有中心抽头的高频变压器t2；其中二极管d1的阳极连接光伏组件输出端的正极，二极管d1的阴极连接电容c3的正极、金属氧化物半导体场效应晶体管q13的漏极和金属氧化物半导体场效应晶体管q15的漏极，光伏组件输出端的负极连接电容c3的负极、金属氧化物半导体场效应晶体管q14的源极和金属氧化物半导体场效应晶体管q16的源极，金属氧化物半导体场效应晶体管q15的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q16的漏极和谐振电容cr2的一端，谐振电容cr2的另一端连接谐振电感lr2的一端，谐振电感lr2的另一端连接励磁电感lm2的一端，励磁电感lm2的另一端连接金属氧化物半导体场效应晶体管q13的源极和金属氧化物半导体场效应晶体管q14 的漏极，励磁电感lm2与高频变压器t2初级电感并联，高频变压器t2次级电感的中心抽头连接电容c4的正极，高频变压器t2次级电感的一端连接同步整流管sr1的漏极，同步整流管sr1的源极连接同步整流管sr2的源极和电容c4的负极，高频变压器t2次级电感的另一端连接同步整流管sr2的漏极，电容c4与低压直流母线并联连接；全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元的控制信号采用pfm调制；
[0097]
图6是所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元的电路原理图，如图6 所示，所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管q21、金属氧化物半导体场效应晶体管q22、金属氧化物半导体场效应晶体管q23、金属氧化物半导体场效应晶体管q24、金属氧化物半导体场效应晶体管q25、金属氧化物半导体场效应晶体管q26、金属氧化物半导体场效应晶体管q27、金属氧化物半导体场效应晶体管q28、金属氧化物半导体场效应晶体管q29、同步整流管sr3、同步整流管sr4、谐振电感lr3、谐振电容cr3、励磁电感lm3、附加电感la、电容c5、电容c6、电容c7、二极管d2、电感l3和高频变压器t3；高频变压器t3具有初级电感、第一次级电感和第二次级电感，第二次级电感带有中心抽头。如图6所示，所述全桥lcll谐振模块包括mos管q21、 mos管q22、mos管q23、mos管q24、附加电感la、谐振电感lr3、谐振电容cr3和励磁电感lm3，其中金属氧化物半导体场效应晶体管q21的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q23的漏极和低压直流母线的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q22的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q24的源极和低压直流母线的负极，金属氧化物半导体场效应晶体管q21的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q22的漏极、谐振电感lr3的一端和附加电感la的一端，谐振电感lr3的另一端连接谐振电容cr3的一端，谐振电容cr3的另一端连接励磁电感lm3的一端，励磁电感lm3的另一端连接附加电感la的另一端、金属氧化物半导体场效应晶体管q23的源极和金属氧化物半导体场效应晶体管q24的漏极，励磁电感lm3与高频变压器t3初级电感并联连接；所述全波整流模块包括同步整流管sr3、同步整流管sr4和电容c5；所述buck
‑
boost电路模块包括mos管q29、电感l3、二极管d2和电容c7；所述高频变压器t3第二次级电感的中心抽头连接电容c5的正极和金属氧化物半导体场效应晶体管q29的漏极，第二次级电感的一端连接同步整流管sr3的漏极，第二次级电感的另一端连接同步整流管sr4的漏极，同步整流管sr3的源极连接同步整流管sr4的源极、电容c5的负极、电感l3的一端和电容c7的正极，
金属氧化物半导体场效应晶体管 q29的源极连接电感l3的另一端和二极管d2的阴极，二极管d2的阳极连接电容c7的阴极，电容c7与工作电压为安全电压的直流负载1和第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元并联连接；如图6所示，所述全桥整流模块包括mos管q25、mos管q26、mos管 q27、mos管q28和电容c6，其中金属氧化物半导体场效应晶体管q25的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q26的漏极和高频变压器t3第一次级电感的一端，金属氧化物半导体场效应晶体管q27的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q28的漏极和高频变压器t3第一次级电感的另一端，金属氧化物半导体场效应晶体管q25的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q27的漏极和电容c6的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q26的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q28的源极和电容c6的负极，电容c6与储能模块并联连接；全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元中金属氧化物半导体场效应晶体管 q21、金属氧化物半导体场效应晶体管q22、金属氧化物半导体场效应晶体管q23、金属氧化物半导体场效应晶体管q24、金属氧化物半导体场效应晶体管q25、金属氧化物半导体场效应晶体管q26、金属氧化物半导体场效应晶体管q27、金属氧化物半导体场效应晶体管q28 的控制信号采用pfm调制，金属氧化物半导体场效应晶体管q29的控制信号采用pwm调制；
[0098]
图7是所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的电路原理图，如图7所示，所述第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管 q30、金属氧化物半导体场效应晶体管q31、金属氧化物半导体场效应晶体管q32、金属氧化物半导体场效应晶体管q33、谐振电容cr4、谐振电感lr4、带有中心抽头的高频变压器 t4、同步整流管sr5、同步整流管sr6和电容c8；其中金属氧化物半导体场效应晶体管q30 的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q32的漏极和全桥lcll谐振软开关三端口双向 dc/dc变换单元第二输出端的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q31的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q33的源极和全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第二输出端的负极，金属氧化物半导体场效应晶体管q32的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q33的漏极和谐振电容cr4的一端，谐振电容cr4的另一端连接谐振电感lr4的一端，谐振电感lr4的另一端连接高频变压器t4初级电感的一端，高频变压器t4初级电感的另一端连接金属氧化物半导体场效应晶体管q30的源极和金属氧化物半导体场效应晶体管 q31的漏极，高频变压器t4次级电感的中心抽头连接电容c8的正极，高频变压器t4次级电感的一端连接同步整流管sr5的漏极，同步整流管sr5的源极连接同步整流管sr6的源极和电容c8的负极，高频变压器t4次级电感的另一端连接同步整流管sr6的漏极，电容 c6与工作电压为安全电压的直流负载2并联连接；第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的控制信号采用pfm调制；
[0099]
图8是所述单相全桥逆变单元的电路原理图，如图8所示，所述单相全桥逆变单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管q17、金属氧化物半导体场效应晶体管q18、金属氧化物半导体场效应晶体管q19、金属氧化物半导体场效应晶体管q20和电感l2；其中金属氧化物半导体场效应晶体管q17的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q19的漏极和低压直流母线的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q18的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管 q20的源极和低压直流母线的负极，金属氧化物半导体场效应晶体管q17的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q18的漏极和电感l2的一端，电感l2的另一端连接户
用单相交流负载，金属氧化物半导体场效应晶体管q19的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q20 的漏极和户用单相交流负载的另一端；单相全桥逆变单元的控制信号采用spwm调制；
[0100]
图9是所述单相全桥整流单元的电路原理图，如图9所示，所述单相全桥整流单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管q34、金属氧化物半导体场效应晶体管q35、金属氧化物半导体场效应晶体管q36、金属氧化物半导体场效应晶体管q37、电感l4和电容c9；其中金属氧化物半导体场效应晶体管q34的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q36的漏极和电容c9的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q35的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q37的源极和电容c9的负极，金属氧化物半导体场效应晶体管q34的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q35的漏极和电感l4的一端，电感l4的另一端连接风力发电机，金属氧化物半导体场效应晶体管q36的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q37的漏极和风力发电机的另一端，电容c9与第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元并联连接；单相全桥整流单元的控制信号采用spwm调制；
[0101]
图10是所述第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元的电路原理图，如图10所示，所述第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管q38、金属氧化物半导体场效应晶体管q39、金属氧化物半导体场效应晶体管q40、金属氧化物半导体场效应晶体管q41、电容c10、谐振电容cr5、谐振电感lr5、同步整流管sr7、同步整流管sr8和带有中心抽头的高频变压器t5；其中金属氧化物半导体场效应晶体管q38 的漏极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q40的漏极和单相全桥单向整流单元输出端的正极，金属氧化物半导体场效应晶体管q39的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q41的源极和单相全桥单向整流单元输出端的负极，金属氧化物半导体场效应晶体管q40的源极连接金属氧化物半导体场效应晶体管q41的漏极和谐振电容cr5的一端，谐振电容cr5的另一端连接谐振电感lr5的一端，谐振电感lr5的另一端连接高频变压器t5初级电感的一端，高频变压器t5初级电感的另一端连接金属氧化物半导体场效应晶体管q38的源极和金属氧化物半导体场效应晶体管q39的漏极，高频变压器t5次级电感的中心抽头连接电容c10的正极，高频变压器t5次级电感的一端连接同步整流管sr7的漏极，同步整流管sr7的源极连接同步整流管sr8的源极和电容c10的负极，高频变压器t5次级电感的另一端连接同步整流管sr8的漏极，电容c10与低压直流母线并联连接；第二全桥src谐振软开关单向dc/dc 变换单元的控制信号采用pfm调制；
[0102]
图11是基于上述包括可拓展单元的户用交直流混合双向电能交互能量路由器的能量调度方法的流程示意图，在图11中，为了制图方便，依次将单相全桥双向互联变换单元、全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥 lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元、单相全桥逆变单元、单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元简称为模块1、2、3、4、5、6、7、8，如图11所示，所述的能量调度方法能够根据分布式可再生能源发电状态和家庭用电需求动态调节能量路由器的工作模式，所述能量路由器的工作模式包括正常模式、电网故障模式和主动断电模式；家庭正常用电情况下，当户用单相交流电网电压大于故障电压阈值且持续时间大于防抖时间阈值时，能量路由器工作在正常模式，当户用单相交流电网电压小于等于故障电压阈值且持续时间大于等于防抖时间阈值时，控制能量
路由器工作在电网故障模式；家庭主动断电情况下，控制能量路由器工作在主动断电模式。所述的能量调度方法能够在正常模式和电网故障模式基于代价最小的能量路由算法实现家庭用电智能协调分配，在满足家庭用电计划的同时降低用电成本。
[0103]
所述正常模式，控制所述全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、所述第一全桥src 谐振软开关单向dc/dc变换单元和所述单相全桥逆变单元为为导通模式，本领域技术人员容易理解出，当上述本发明的能量路由器还包括可拓展单元，也即还包括所述单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元时，则所述正常模式也需控制所述单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元为导通模式；若储能模块充满，控制所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第二导通模式，否则，控制所述全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第一导通模式；若分布式能源输出功率大于户用负载和储能模块所需总功率，控制所述单相全桥双向互联变换单元和全桥 src谐振软开关双向dc/dc变换单元为逆向导通模式，若分布式能源输出功率等于户用负载和储能模块所需总功率，控制所述单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向 dc/dc变换单元为不导通模式，若分布式能源输出功率小于户用负载和储能模块所需总功率，控制所述单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元为正向导通模式；其中，能量路由器的运行状态需满足下述的公式：
[0104]
p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
d
(k)p
d
(k) f
c
(k)p
c
(k)＝0
[0105]
且当接入风力发电时，能量路由器的运行状态需满足下述的公式：
[0106]
p
g
(k) p
f
(k)
‑
p
y
(k) f
d
(k)p
d
(k) f
c
(k)p
c
(k)＝0
[0107]
其中，k表示能量路由器的第k个采样周期；p
g
(k)，p
f
(k)、p
y
(k)、p
d
(k)、p
c
(k)依次为光伏侧输入功率、风电侧输入功率、用户侧输出功率、电网侧输入功率和储能侧输入功率，其各自的具体表达形式如下所示：
[0108]
p
g
(k)＝u
g
(k)i
g
(k)
[0109]
p
f
(k)＝u
f
(k)i
f
(k)
[0110]
p
d
(k)＝u
d
(k)i
d
(k)
[0111]
p
c
(k)＝u
c
(k)i
c
(k)
[0112]
p
y
(k)＝u
220v
(k)i
220v
(k) u
12v
(k)i
12v
(k) u
36v
(k)i
36v
(k)
[0113]
其中u
g
(k)、i
g
(k)、u
f
(k)、i
f
(k)、u
d
(k)、i
d
(k)、u
c
(k)、i
c
(k)、u
220v
(k)、i
220v
(k)、u
12v
(k)、 i
12v
(k)、u
36v
(k)、i
36v
(k)分别为光伏侧电压采样值、光伏侧电流采样值、风电侧电压采样值、风电侧电流采样值、电网侧电压采样值、电网侧电流采样值、储能侧电压采样值、储能侧电流采样值、户用单相交流负载侧电压采样值、户用单相交流负载侧电流采样值、工作电压为安全电压的直流负载1侧电压采样值、工作电压为安全电压的直流负载1侧电流采样值、工作电压为安全电压的直流负载2侧电压采样值、工作电压为安全电压的直流负载2侧电流采样值。正常模式采用电网电压来维持能量路由器中低压直流母线电压的稳定。
[0114]
上式所述的f
c
(k)、f
d
(k)分别为模式切换函数，其值大于0时储能模块工作状态为给能量路由器供电状态，其值小于0时储能模块工作在充电状态即能量路由器给储能模块充电， f
c
(k)、f
d
(k)具体表达形式如下所示:
[0115][0116][0117]
上式所述的δp为能量路由器的恒定差值，未接入风力发电时具体表达形式如下所示：
[0118]
δp(k)＝p
g
(k)
‑
p
y
(k)
[0119]
接入风力发电时具体表达形式如下所示：
[0120]
δp(k)＝p
g
(k) p
f
(k)
‑
p
y
(k)
[0121]
所述电网故障模式，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元运行状态于恒压模式以维持直流母线电压稳定，控制全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元和单相全桥逆变单元为导通模式；本领域技术人员容易理解出，当上述本发明的能量路由器还包括可拓展的单元，也即还包括所述单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元时，则所述电网故障模式也需控制所述单相全桥整流单元和第二全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元为导通模式；控制所述单相全桥双向互联变换单元和全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元为不导通模式；若分布式能源输出功率小于户用交流负载所需功率，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第四导通模式，若户用可再生能源输出功率大于等于户用单相交流负载所需功率且小于户用负载所需总功率，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第三导通模式，若户用可再生能源输出功率等于户用负载所需总功率或者户用可再生能源输出功率大于户用负载所需总功率且储能模块充满，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第二导通模式，若户用可再生能源输出功率大于户用负载所需总功率且储能模块未充满，控制全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元为第一导通模式；
[0122]
未接入风力发电情况下若p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＜0或者接入力发电情况下若 p
g
(k) p
f
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＜0，则切除当前户用负载且满足如下表达式：
[0123][0124]
未接入风力发电情况下若p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＞0，则控制分布式能源输出满足如下表达式：p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＝0
[0125]
或者接入力发电情况下若p
g
(k) p
f
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＞0，则控制分布式能源输出满足如下表达式：
[0126]
p
g
(k) p
f
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＝0
[0127]
未接入风力发电情况下若p
g
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＞0且p
c
(k)＝0或者接入力发电
情况下若p
g
(k) p
f
(k)
‑
p
y
(k) f
c
(k)p
c
(k)＞0且p
c
(k)＝0，则恢复所有负载接口正常供电。
[0128]
电网故障模式采用调节储能模块的运行状态来维持能量路由器的低压直流母线电压的稳定，当负载接入或者断开连接时低压直流电压母线电压会发生变化，储能模块充电时根据储能模块剩余容量(soc)与0.6大小的比较，当soc大于0.6时全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元采用恒压模式，当soc低于0.6时全桥lcll谐振软开关三端口双向 dc/dc变换单元采用恒流模式。同时为了保证储能模块的安全，设定储能模块的安全工作范围为0.95>soc>0.05用以保障储能模块使用寿命。充电时恒压模式与恒流模式具体如下：
[0129]
充电恒压模式(soc>0.6):
[0130]
u
cref
(k)＝u
c*
‑
mδp(k
‑
1)
[0131][0132]
上式中所述的m为给定的恒压充电系数，u
u
、u
cref
、u、k
p
、k
i
分别为储能模块额定充电电压值(取决于储能模块工作状态)、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc 变换单元第一输出端参考电压值、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元输入端输入电压偏差、储能模块实际电压值、给定电压比例系数、给定电压积分系数。
[0133]
充电恒流模式(soc<0.6)：
[0134]
i
cref
(k)＝i
c*
‑
nδp(k
‑
1)
[0135][0136]
上式中所述的n为给定的恒流充电系数，u
i
、i
cref
、i、k
p
、k
i
分别为储能模块额定电流值、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第一输出端参考电流值、全桥 lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元输入端的输入电流差、储能模块实际电流值、给定电流比例系数、给定电流积分系数。
[0137]
放电恒压模式：
[0138]
u
zcref
(k)＝u
zc*
‑
bδp(k
‑
1)
[0139][0140]
上式中所述的b为给定的系数，u
zu
、u
zcref
、u
z
、k
p
、k
i
分别为低压直流母线额定值、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元第一输出端参考电压值、全桥 lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元输入端输入电压偏差、低压直流母线实际电压值、给定电压比例系数、给定电压积分系数。
[0141]
当储能模块处于截止工作状态，若是soc>0.95状态停止，则降低户用单相交流电网侧电压，若soc<0.05则提升户用单相交流电网侧电压来平抑低压直流母线电压波动。如下所示：
[0155]
p
y_36dc
(k)＝p
g_36dc
(k)η2η3 p
c_36dc
(k)η3 p
d_36dc
(k)η1η3η7[0156]
p
y_220ac
(k)＝p
g_220ac
(k)η1η2η8 p
c_220ac
(k)η3η8 p
d_220ac
(k)η1η7η8[0157]
当接入风力发电时，则：
[0158]
p
y_12dc
(k)＝p
g_12dc
(k)η2η3η4 p
c_12dc
(k)η3η4 p
f_12dc
(k)η3η4η5η6 p
d_12dc
(k)η1η3η4η7[0159]
p
y_36dc
(k)＝p
g_36dc
(k)η2η3 p
c_36dc
(k)η3 p
f_36dc
(k)η3η5η6 p
d_36dc
(k)η1η3η7[0160]
p
y_220ac
(k)＝p
g_220ac
(k)η1η2η8 p
c_220ac
(k)η3η8 p
f_220ac
(k)η5η7η8 p
d_220ac
(k)η1η7η8[0161]
其中η1、η2、η3、η4、η5、η6、η7、η8分别为全桥src谐振软开关双向dc/dc变换单元、全桥llc谐振软开关单向dc/dc变换单元、全桥lcll谐振软开关三端口双向dc/dc变换单元、第一全桥src谐振软开关单向dc/dc变换单元、第二全桥src谐振软开关单向dc/dc 变换单元、单相全桥整流单元、单相全桥双向互联变换单元和单相全桥逆变单元的传输效率。
[0162]
min{p
d
(k) p
c
(k)}对应的能量分配路径即为代价最小的能量路由路径。
[0163]
应当说明的是，本发明具体实施方式中所述以上内容仅为对本发明所作的举例说明。本发明所述技术领域的相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下对所描述的具体实施例做出各种修改或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本发明权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。