[发明专利]一种基于矩阵变换器的电能路由器及电能路由方法

权利要求书

1.一种基于矩阵变换器的电能路由器，其特征在于，所述电能路由器包括：一个高频交流母线以及连接至所述高频交流母线上的至少两个即插接口，所述即插接口包括：至少一个向所述高频交流母线输入电能的输入接口和至少一个从所述高频交流母线输出电能的输出接口，所述输入接口为由单级式单相矩阵变换器形成的第一矩阵变换器接口和/或由单级式三相矩阵变换器形成的第二矩阵变换器接口；所述输出接口包括：至少一个由单级式单相矩阵变换器形成的第一矩阵变换器接口和/或至少一个由单级式三相矩阵变换器形成的第二矩阵变换器接口；每个即插接口均由一个变比为1:n的高频隔离变压器连接至所述高频交流母线；

所述第一矩阵变换器接口包括：至少一个用于对接直流电源或负载的直流端口和至少一个用于对接单相交流电网或负载的单相交流端口；

所述第二矩阵变换器接口包括至少一个用于对接三相交流中压电网的第一三相交流端口、至少一个用于对接三相交流低压电网的第二三相交流端口和至少一个用于对接三相交流低压负载的第三三相交流端口；

所述电能路由器还包括：空间矢量调制器，所述空间矢量调制器分别连接至各个单级式单相矩阵变换器以及各个单级式三相矩阵变换器；所述空间矢量调制器对各个矩阵变换器以间接式矩阵变换器的空间矢量调制策略生成间接开关状态S′，并将所述间接开关状态S′与单位开关状态S_unit相结合得到电能路由开关状态S；在下一个控制周期开始时，所述电能路由开关状态S由所述空间矢量调制器分配给相应的矩阵变换器进行开关控制；

所述空间矢量调制器按照以下第一开关状态算法公式生成各个单级式单相矩阵变换器的电能路由开关状态S(a,b)：

其中，为单级式单相矩阵变换器的电能路由开关状态S(a,b)；为第一间接开关状态S′(a,b)；S_unit为单位开关状态，当第一矩阵变换器接口作为输出接口时，S_unit取第一单位开关状态S_unit1，当第一矩阵变换器接口作为输入接口时，S_unit取第二单位开关状态S_unit2，

所述空间矢量调制器按照以下第二开关状态算法公式生成各个单级式三相矩阵变换器的电能路由开关状态S(u,v,w)：

其中，为单级式三相矩阵变换器的电能路由开关状态S(u,v,w)；为第二间接开关状态S′(u,v,w)；S_unit为单位开关状态，当第二矩阵变换器接口作为输出接口时，S_unit取第一单位开关状态S_unit1，当第二矩阵变换器接口作为输入接口时，S_unit取第二单位开关状态S_unit2，

所述高频隔离变压器的变比1:n为各个单级式单相矩阵变换器/单级式三相矩阵变换器平均直流电压与高频交流母线的电压幅值的比值。

2.一种基于矩阵变换器的电能路由方法，其特征在于，所述方法包括：

通过一个高频交流母线连接至少两个即插接口，所述即插接口包括：至少一个向所述高频交流母线输入电能的输入接口和至少一个从所述高频交流母线输出电能的输出接口，所述输入接口为由单级式单相矩阵变换器形成的第一矩阵变换器接口和/或由单级式三相矩阵变换器形成的第二矩阵变换器接口；所述输出接口包括：至少一个由单级式单相矩阵变换器形成的第一矩阵变换器接口和/或至少一个由单级式三相矩阵变换器形成的第二矩阵变换器接口；

通过一个三相交流端口作为第二矩阵变换器接口，对接三相交流中压电网；或通过一个三相交流端口作为第二矩阵变换器接口，用于对接三相交流低压电网；

通过至少一个三相交流端口作为第二矩阵变换器接口，对接三相交流低压负载；

通过至少一个直流端口作为第一矩阵变换器接口，对接直流电源或负载；以及

通过至少一个单相交流端口作为第一矩阵变换器接口，对接单相交流电网或负载；

其中，每个第一矩阵变换器接口和每个第二矩阵变换器接口均由一个变比为1:n的高频隔离变压器连接至所述高频交流母线；

所述第一矩阵变换器接口包括：至少一个用于对接直流电源或负载的直流端口和至少一个用于对接单相交流电网或负载的单相交流端口；

所述第二矩阵变换器接口包括至少一个用于对接三相交流中压电网的第一三相交流端口、至少一个用于对接三相交流低压电网的第二三相交流端口和至少一个用于对接三相交流低压负载的第三三相交流端口；

所述方法还包括：

对各个矩阵变换器以间接式矩阵变换器的空间矢量调制策略生成间接开关状态S′；

将所述间接开关状态S′与单位开关状态S_unit相结合得到各个矩阵变换器电能路由开关状态S；

在下一个控制周期开始时，将所述电能路由开关状态S分配给相应的矩阵变换器进行开关控制；

空间矢量调制器按照以下第一开关状态算法公式生成各个单级式单相矩阵变换器的电能路由开关状态S(a,b)：

其中，为单级式单相矩阵变换器的电能路由开关状态S(a,b)；为第一间接开关状态S′(a,b)；S_unit为单位开关状态，当第一矩阵变换器接口作为输出接口时，S_unit取第一单位开关状态S_unit1，当第一矩阵变换器接口作为输入接口时，S_unit取第二单位开关状态S_unit2，

空间矢量调制器按照以下第二开关状态算法公式生成各个单级式三相矩阵变换器的电能路由开关状态S(u,v,w)：

其中，为单级式三相矩阵变换器的电能路由开关状态S(u,v,w)；为第二间接开关状态S′(u,v,w)；S_unit为单位开关状态，当第二矩阵变换器接口作为输出接口时，S_unit取第一单位开关状态S_unit1，当第二矩阵变换器接口作为输入接口时，S_unit取第二单位开关状态S_unit2，

所述高频隔离变压器的变比1:n为各个单级式单相矩阵变换器/单级式三相矩阵变换器平均直流电压与高频交流母线的电压幅值的比值。