[发明专利]一种具有电磁应力柔化特性的能量路由器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具有电磁应力柔化特性的能量路由器及其控制方法，基于动态硅芯规划策略的电力电子器件电磁应力柔化机理，在动态硅芯规划策略中，将4个3相半桥变换器设计为一体化装置，其中所有的IGBT通过双向开关阵列糅合成动态硅芯矩阵。能量路由器含有一个集成IGBT动态硅芯矩阵负责四个端口的能量传输与控制，IGBT矩阵的初始状态并不确定其中硅芯的所属端口。工作时，通过核心控制器判断4个输出端口的电磁应力分布状态，通过双向开关阵列动态分配能量路由器IGBT芯片所属端口，虽然上级电网和微电网承受较高的电流应力，但是通过核心控制器可给这两个端口分配更多的IGBT芯片，从而达到电力电子器件电磁应力柔化的效果。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种具有电磁应力柔化特性的能量路由器及其控制方法。

背景技术

为了响应“低碳、环保”的可持续发展主题，社会对环境污染、不可再生能源枯竭等世界性问题的关注度越来越高。能源互联网作为实现可再生能源接入和管理的方案随之而生。电力系统的智能化使器件和设备趋向数字化，即电力系统向电力电子化方向发展。

可再生能源虽然拥有清洁、用之不竭的优点，但也存在缺点：不能持续供能。使用可再生能源发电会造成供电的不稳定性和不确定性，同时，用户负载类型不确定和接入电网的时间、空间不确定会造成电网的电流和电压波动剧烈。在这种负荷范围宽、电力系统存在各种不确定性的背景下，传统能量路由器存在电磁应力不均而端口被损坏的问题。

传统能量路由器如图1所示，每一个端口只有一个三相全桥拓扑，当能量路由器有两个端口处在高电流应力区，另两个端口处于低电流应力区。此时能量路由器的端口处在电流应力不均的情况，与上级电网和微电网1相连的两端口将承受较高电流应力。能量路由器端口电磁应力不均，处于高电磁应力的端口容易损坏器件，从而降低能量路由器的可靠性。

在用户负荷类型变化范围宽和用户负荷接入时间随机性的环境背景下，当用户负荷类型改变或者接入大负荷时，三相全桥拓扑中的开关管所承受的电流应力和电压应力将增大，这些电磁应力将会使传统能量路由器的开关管受到破坏，降低供电可靠性。

发明内容

为了解决传统能量路由器存在电磁应力不均而被损坏的问题，提高能量路由器工作可靠性，本发明提出一种具有电磁应力柔化特性的能量路由器及其控制方法。

为达到上述目的，本发明所述一种具有电磁应力柔化特性的能量路由器，包括硅芯动态内存单元、双向开关动态分配矩阵和端口变压器，所述硅芯动态内存单元包括多个硅芯动态分配最小单位，双向开关动态分配矩阵包括多个双向开关单元；每个硅芯动态分配最小单位的一端连接在直流母线上，另一端与四个双向开关单元的第一端连接，四个双向开关单元的第二端用于连接负载；所述硅芯动态分配最小单位为三相全桥单元，包括硅芯开关管Q1、硅芯开关管Q2、硅芯开关管Q3、硅芯开关管Q4、硅芯开关管Q5和硅芯开关管Q6，硅芯开关管Q1和硅芯开关管Q4组成三相电压中的A相桥臂，硅芯开关管Q3和硅芯开关管Q6组成三相电压中的B相桥臂，硅芯开关管Q5和硅芯开关管Q2组成三相电压中的C相桥臂。

进一步的，所述双向开关单元由两个硅芯MOS管反向串联而成。

进一步的，双向开关单元和端口变压器之间连接有滤波单元。

进一步的，滤波单元包括电感LiA、电感LiB、电感LiC、电容LiA、电容LiB和电容LiC，其中电感LiA、电感LiB和电感LiC串联接入双向开关单元和端口变压器之间，电容LiA、电容LiB和电容LiC采用星形连接接入供电线路上。

一种上述的具有电磁应力柔化特性的能量路由器的控制方法，首先采用硅芯动态规划策略得到能量路由器中各个开关管的状态，采用能量最优化分配策略得到能量路由器中各个开关管的状态，然后根据上述两种方法得到的开关管的状态确定能量路由器中开关管的最终状态。

进一步的，包括以下步骤：