能源路由器、配电网络架构以及配电网络协调控制方法与流程

1.本技术涉及配电网络技术领域，尤其涉及到一种能源路由器、配电网络架构以及配电网络协调控制方法。


背景技术：

2.微电网是一种由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。当前新型微电网含有高比例电力电子和高比例新能源，负荷运行具有随机波动性。传统配电架构下，不同变压器上端的中压支路(10kv以上电压)对应不同的负载。这种配电架构用电负荷不均衡，存在某几个支路用电峰值功率较大、负载均衡性较差、负载峰值突变严重等问题。
3.但是各个中压支路之间的能量调配方案不够完善，导致配电资源实时利用率较低。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种能源路由器、配电网络架构以及配电网络协调控制方法，用于在不同的中压支路之间进行能量互济。
5.第一方面，本技术提供了一种能源路由器，该能源路由器可以应用到配电网络中。具体地，该能源路由器包括能源控制器、储能系统以及至少两个交直流变换单元。能源控制器与每个交直流变换单元信号连接以控制每个交直流变换单元的电流流向。储能系统与每个交直流变换单元连接，该储能系统用于存储电能，并向交直流变换单元提供直流电。每个交直流变换单元用于对应耦合一个中压支路，该交直流变换单元用于在能源控制器的控制下将对应耦合的中压支路的交流电转换为直流电以存储到储能系统，或者在能源控制器的控制下，将储能系统的直流电转换为交流电以向对应耦合的中压支路供电。对于每个中压支路，当电能需要自中压支路流向储能系统，能源控制器控制交直流变换单元发挥交流电变换为直流电的功能。当电能需要自储能系统流向中压支路，能源控制器控制交直流变换单元发挥直流电变换为交流电的功能。对于多个中压支路，当某个中压支路需要电能补充，通过能源控制器可以通过能源控制器控制需要补充电能的中压支路所对应的交直流变换单元将储能系统中的直流电变交流电后为该需要补充电能的中压支路供电，还可以控制其他中压支路对应的交直流变换单元将交流电变直流电后将电能输送到储能系统，可以实现不同中压支路之间的电能调度。
6.可以看出，上述能源路由器不但可以实现不同中压支路之间的能量互济，还能通过储能系统实现储能共享，有利于传统配电网络架构的能量利用最大化。
7.上述储能系统包括至少一个储能单元，每个交直流变换单元与一个储能单元连接，具体用于在能源控制器的控制下将对应耦合的中压支路的交流电转换为直流电以存储到对应的储能单元，或者在能源控制器的控制下将对应的储能单元的直流电转换为交流电以向对应耦合的中压支路供电。当储能单元为至少两个，各储能单元之间电连接，储能单元
之间可以进行能量互济，进而有利于不同中压支路之间的能量互济。
8.一种可能实现的方式中，在交直流变换单元与储能单元的数量一致时，可以将交直流变换单元与储能单元配置为一一对应。
9.一种可能实现的方式中，至少两个交直流变换单元与同一个对应的储能单元连接，该至少两个交直流变换单元所对应的中压支路之间可以通过该储能单元进行能量互济。可能地，连接于同一个储能单元的至少两个交直流变换单元之间并联后与储能单元连接，使得该至少两个交直流变换单元所对应的中压支路之间可以直接进行能量互济。
10.每个交直流变换单元包括至少一个交直流变换子单元；当交直流变换子单元的数量为至少两个，各交直流变换子单元并联。
11.该能源路由器还包括第一直流母线，每个交直流变换单元通过第一直流母线与储能系统第一直流母线连接，每个交直流变换单元将交流电转换为直流电后可以通过第一直流母线传输到储能系统中存储，两个交直流变换单元也可以通过第一直流母线传输电能。
12.可能地，第一直流母线具有至少一个直流输出端，每个直流输出端用于连接用电设备。
13.一种可能实现的方式中，储能系统包括至少两个储能单元，每个交直流变换单元连接一个储能单元，各储能单元之间相互连接，则各储能单元之间可以实现能量互济。每个交直流变换单元与其对应的储能单元之间可以实现能量传递，再通过各储能单元之间的能量传递，进而实现不同中压支路之间的能量互济。
14.第二方面，本技术还提供一种配电网络架构，该配电网络架构包括至少两个中压支路网络以及上述第一方面技术方案所提供的任意一种能源路由器；其中，每个所述中压支路网络对应接入一个中压支路，由该中压支路对该中压支路网络供电。至少两个中压支路网络与至少两个交直流变换单元一一对应耦合，使得能源路由器可以在该至少两个中压支路网络之间进行电能调配，实现不同中压支路之间的能量互济。
15.在这种配电网络架构中，不同的中压支路网络之间可以互为备份。当某一个中压支路网络掉电时，可以调配其他正常供电的中压支路网络中的电能为该掉电的中压支路网络供电。特别是该掉电的中压支路网络中搭载有重要负载时，不同中压支路网络之间的能量互济能够保证重要负载正常工作。减省了汽油发电机设备，有利于节约成本。
16.一种可能实现的方式中，每个中压支路网络包括变压器、供电支线以及负载单元；变压器的输入端用于对应连接中压支路，供电支线的一端连接于变压器的输出端；负载单元连接供电支线的另一端，中压支路对应的交直流变换单元也连接供电支线的另一端。
17.一种可能实现的方式中，每个中压支路网络还包括设置于变压器与中压支路之间的负载测量装置，且能源控制器与所述负载测量装置信号连接，该负载测量装置可以实时监控该中压支路网络的负载率。能源控制器可以根据不同中压支路网络的负载率，调配不同中压支路网络中的电能以实现不同中压支路之间的能量互济。
18.第三方面，本技术还提供一种配电网络协调控制方法，用于调配上述第二方面提供的任意一种配电网络架构中的电能，实现不用中压支路之间的能量互济。该配电网络协调控制方法可以由能源路由器中的能源控制器执行，该配电网络协调控制方法具体包括：确定需要电能补充的目标中压支路网络；调配其他中压支路网络和/或储能系统的电能为目标中压支路网络供电。
19.在一些可能实现的方式中，上述确定需要电能补充的目标中压支路网络，包括：获取每个中压支路网络的负载率；确定负载率最小的中压支路网络为目标中压支路网络。
20.再一些可能实现的方式中，上述确定需要电能补充的目标中压支路网络，包括：获取每个中压支路网络的供电状态；确定处于掉电状态的中压支路网络为目标中压支路网络。
21.又一些可能实现的方式中，上述确定需要电能补充的目标中压支路网络，包括：获取每个所述中压支路网络的变压器容量利用率；确定变压器容量利用率超过百分之百的中压支路网络为目标中压支路网络。
22.在一些可能实现的方式中，上述能源控制器调配储能系统的电能为目标中压支路网络供电，包括：控制目标中压支路网络所对应的交直流变换单元中将直流电转换为交流电，以将其他中压支路网络所对应的交直流变换单元和/或储能系统中的电能导向目标中压支路网络。
23.在一些可能实现的方式中，上述能源控制器调配其他中压支路网络中的电能为目标中压支路网络供电，包括：控制其他中压支路网络所对应的交直流变换单元将交流电变换为直流电，并控制目标中压支路网络所对应的交直流变换单元中将直流电转换为交流电，以将其他中压支路网络的电能导向目标中压支路网络或所述储能系统。
附图说明
24.图1a至图1f为现有技术中的一种供电网络架构的结构示意图；
25.图2a和图2b为本技术实施例提供的一种能源路由器的结构示意图；
26.图3a和图3b为本技术实施例提供的一种能源路由器的结构示意图；
27.图4a为现有技术中中压支路负载率变化的示意图；
28.图4b为本技术实施例提供的一种能源路由器应用时中压支路负载率变化的示意图；
29.图5a至图5c为本技术实施例提供的一种能源路由器的结构示意图；
30.图6a和图6b为本技术实施例提供的一种能源路由器的结构示意图；
31.图7为本技术实施例提供的一种能源路由器的结构示意图；
32.图8为本技术实施例提供的一种配电网络架构的结构示意图；
33.图9为图8所示的配电网络架构工作原理示意图；
34.图10为本技术实施例提供的一种配电网络架构的结构示意图；
35.图11为图10所示的配电网络架构工作原理示意图；
36.图12为本技术实施例提供的一种配电网络架构的结构示意图；
37.图13为图12所示的配电网络架构工作原理示意图；
38.图14为本技术实施例提供的一种配电网络协调控制方法的流程示意图；
39.图15为本技术实施例提供的一种配电网络协调控制方法中确定目标中压支路网络的流程示意图；
40.图16为本技术实施例提供的一种配电网络协调控制方法中确定目标中压支路网络的流程示意图；
41.图17为本技术实施例提供的一种配电网络协调控制方法中确定目标中压支路网
络的流程示意图；
42.图18a和图18b为本技术实施例提供的一种配电网络协调控制方法中进行电能调配的流程示意图。
具体实施方式
43.首先，对本技术可能涉及到的一些专业词汇进行解释。
44.削峰填谷：一种调整用电负荷的措施，具体指根据不同用户的用电规律，合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间，以降低负荷高峰，填补负荷低谷，减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡。
45.弃光：光伏发的电未有效利用和吸纳导致的浪费现象。
46.弃风：风力发的电未有效利用和吸纳导致的浪费现象。
47.需量费：根据电价表或供电协议的有关条款，按需量列入账单的总金额。
48.负载率：指该变压器实际承担的负荷与其容量之比，用于反应变压器的承载能力。
49.能源控制器：可实现配电网电压/电流检测数据采集、分析、通信、控制的装置。
50.现有技术中的微电网中，各个中压支路之间用电负荷不均衡，且供电网络的负荷运行具有随机波动性。为了实现微电网各电力系统能量互补、能量高效应用，可以对配电能源进行削峰填谷，以尽可能避免发生变压器容量未有效利用、“弃光”、“弃风”等浪费现象。如图1a示出了现有的一种供电网络架构，其包括变压器、智能充电能源路由器、充电桩以及n个其他负荷，n大于等于1，此处示例为至少两个其他负荷。变压器将中压支路的电能变压后配电到智能充电能源路由器和其他负荷。智能充电能源路由器示例性地对接有m个充电桩，m大于等于1，此处示例为至少两个充电桩。在变压器的输出端设置有负载测量装置，该负载测量装置用于测量功率回路中负载的电力信息。
51.该供电网络的工作原理在于，智能充电能源路由器接收负载测量装置上报的实际功率消息，运算出智能充电能源路由器限制输出的最大功率；基于智能充电能源路由器限制输出的最大功率，智能充电能源路由器调节所连接的充电桩的实际控制功率以调节变压器总负荷。通过控制智能充电能源路由器的连接的充电桩的功率，使得智能充电能源路由器成为变压器的配电弹性负载，在保持运行安全的前提下，提高配电资源的实时利用率。如图1b示出的另一种供电网络架构，该架构包括用户管理系统以及能源路由器。用户管理系统接收用户指令，并通过交流总线与直流总线之间实现信息交互。能源路由器具体包括控制单元、电池功率管理系统以及电能功率变换级储能装置。控制单元被配置成响应于能源请求向电池功率管理系统发送电能输送指令。电池功率管理系统被配置成响应于电能输送指令改变电能功率变换级储能装置的电能输送状态。该配电架构中，能源路由器能够根据能源请求决定电能的输送状态，实现对储能装置的能源的调度和管理。
52.上述两种配电网络架构可以简化为图1c所示的配电网络架构。两个中压支路分别对应两个配电网络，每个配电网络包括变压器1’、供电支线2’以及搭载于供电支线2’上的至少一个交流负载3’。各个中压支路之间由于电压差、相位差原因无法直接连接进行能量互济。以两个中压支路为例，如图1d所示例，两个中压支路之间不能进行直接进行能量互济；如图各个中压支路下的变压器容量无法共享，也就无法实现变压器容量利用最大化。如图1e所示，当配电架构变压器容量余量不足而又需要增加新增负载4’时，需要申请增加变
压器11’(相当于增容)，申请流程复杂且审批流程过长，无法实现动态增容；如图1f所示，若支路中有挂接要求不间断供电的重要负载5’，当支路故障掉电时，需要增加汽油发电机6’，无法实现不同支路间互为备份，供电可靠性差。
53.基于此，本技术实施例提供一种能源路由器、具有该能源路由器的配电网络架构以及配电网络协调控制方法，以解决上述问题。为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。
54.以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
55.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
56.如图2a所示，本技术实施例提供的一种能源路由器10，该能源路由器10可以应用到配电网络中用于协调调配电能。该能源路由器10具体包括能源控制器1、储能系统2以及至少两个交直流变换单元3。在实际应用场景中，交直流变换单元3还可能有三个、四个甚至更多个。其中，储能系统2可以用于储存电能，还可以用于向外输出直流电实现供电。交直流变换单元3与储能系统2之间可以通过第一直流母线4实现电连接。储能系统2包括至少一个储能单元21，此处储能单元21示例为一个。两个交直流变换单元3分别通过第一直流母线4与储能单元21连接。
57.其中，每个交直流变换单元3用于对应耦合一个中压支路。该中压支路用于输入10kv以上的交流电，并通过变压器为负荷供电。交直流变换单元3可以将交流电变换为直流电，也能将直流电变换为交流电。具体地，能源控制器1与每个交直流变换单元3信号连接。交直流变换单元3在交流电变直流电与直流电变交流电两种功能之间的切换由能源控制器1控制。当电能需要自中压支路流向储能单元21(也即储能系统2)，能源控制器1控制交直流变换单元3发挥交流电变换为直流电的功能。当电能需要自储能单元21流向中压支路，能源控制器1控制交直流变换单元3发挥直流电变换为交流电的功能。因此，能源控制器1可以完成交直流变换单元3的电流流向控制，或者说能源控制器1可以完成储能单元21的电能流向控制。
58.如图2b所示，设定中压支路有两路，分别为第一中压支路和第二中压支路。交直流变换单元3设置有两个(分别示例为交直流变换单元3a和交直流变换单元3b)。第一中压支路对应耦合交直流变换单元3a，第二中压支路对应耦合交直流变换单元3b。交直流变换单元3a通过第一直流母线4a与储能单元21连接，交直流变换单元3b均通过第一直流母线4b与储能单元21连接。当第一中压支路的交流电向负荷供电之后有富余，可以将富余的电能通过交直流变换单元3a变换为直流电并通过第一直流母线4a输送到储能单元21储存。当第二中压支路的交流电在向负荷提供电能之后有富余，可以将富余的电能通过交直流变换单元
3b变换为直流电，再通过第一直流母线4b输送到储能单元21储存。当第一中压支路需要电能补充时，可以将储能单元21的电能通过第一直流母线4a输送到交直流变换单元3a，通过能源控制器1控制交直流变换单元3a发挥直流电变换为交流电的功能，从而将储能单元21的电能补充到第一中压支路中；当第二中压支路需要电能补充时，可以将储能单元21的电能通过直流母线4b输送到交直流变换单元3b，通过能源控制器1控制交直流变换单元3b发挥直流电变换为交流电的功能，从而将储能单元21的电能补充到第二中压支路中。也就是说，储能系统2(此处示例为储能单元21)能够实现不同中压支路的储能共享，并在不同的中压支路之间进行电能调配，进而实现不同中压支路之间的能量互济。
59.请参照图3a示出的一种能源路由器10，包括能源控制器1、储能系统2以及两个交直流变换单元3。两个交直流变换单元3均通过第一直流母线4与储能单元21实现电连接。其中，第一直流母线4具体可以包括第一连接段41、第二连接段42以及第三连接段43，第一连接段41的第一端连接交直流变换单元3a，第二连接段42的第一端连接交直流变换单元3b，第三连接段43的第一端连接储能单元21，第一连接段41的第二端、第二连接段42的第二端与第三连接段43的第二端连接。第一连接段41、第二连接段42可以将两个交直流变换单元3连接，两个交直流变换单元3相当于并联后与储能单元21连接。从而，两个交直流变换单元3可以通过第一连接段41、第二连接段42直接进行电能传输。
60.参照图3b，设定中压支路有两路，分别为第一中压支路和第二中压支路。交直流变换单元3设置有两个(分别示例为交直流变换单元3a和交直流变换单元3b)。第一中压支路对应耦合交直流变换单元3a，第二中压支路对应耦合交直流变换单元3b。交直流变换单元3a和交直流变换单元3b通过第一直流母线4a与储能单元21连接。当第一中压支路的负载率比较大，而第二中压支路的负载率比较小，可以通过能源控制器1控制交直流变换单元3b将第二中压支路的交流电变换为直流电，该直流电通过第一直流母线4的第二连接段42、第一连接段41输送到交直流变换单元3a，能源控制器1控制交直流变换单元3a将直流电变换为交流电输送到第一中压支路中，为第一中压支路所对应的负荷供电。参照图4a和图4b所示出的第一中压支路的负载功率(线条a1)和第二中压支路的负载功率(线条a2)变化，其横坐标为时间t，纵坐标为负载功率。其中，图4a示例了在调节之前的第一中压支路的负载功率和第二中压支路的负载功率，图4b示例了调节之后的第一中压支路的负载功率和第二中压支路的负载功率。可以看出，通过能源控制器1对交直流变换单元3a和交直流变换单元3b的电流流向控制，能够均衡不同中压支路之间的负载功率。当然，当第二中压支路的负载功率比较大，而第一中压支路的负载功率比较小的时候，可以反过来将第一中压支路的电能经交直流变换单元3a、交直流变换单元3b输送到第二中压支路，为第二中压支路所对应的负荷供电。通过这样的调节，第一中压支路的负载率和第二中压支路的负载功率可以维持在一个相对稳定的状态。由于不同的中压支路之间可以实现能量互济，降低需费量。
61.参照图3b，当第一中压支路的交流电向负荷供电之后有富余，可以将富余的电能通过交直流变换单元3a变换为直流电，再通过第一直流母线4的第二连接段42、第三连接段43输送到储能单元21(即储能系统2)储存。当第二中压支路的交流电在向负荷提供电能之后有富余，可以将富余的电能通过交直流变换单元3b变换为直流电，再通过第一直流母线4的第一连接段41、第三连接段43输送到储能单元21储存。当第一中压支路和第二中压支路中任一中压支路所对应的负荷容量超过该中压支路变压器容量，可以将储能系统2的电能
向该中压支路的负荷供电。具体地，以第一中压支路为例，当第一中压支路对应的负荷容量超过第一中压支路所对应的变压器的容量(即小容量变压器、大负荷支路)，可以将储能单元21的电能通过第一直流母线4的第三连接段43、第一连接段41输送到交直流变换单元3，通过能源控制器1控制交直流变换单元3发挥直流电变换为交流电的功能，从而将储能系统2的电能补充到第一中压支路所对应的负荷中。也就是说，本技术实施例所提供的能源路由器10能够实现不同中压支路之间的储能共享，有利于降低总体成本。
62.如图5a所示的一种能源路由器10，该能源路由器10包括交直流变换单元3a、交直流变换单元3b以及储能系统2，交直流变换单元3a、交直流变换单元3b通过第一直流母线4与储能单元21实现电连接。其中交直流变换单元3a包括三个交直流变换子单元31，交直流变换单元3b也可以看做一个交直流变换子单元31。每个交直流变换子单元31也可以将交流电转换为直流电，还可以将直流电转换为交流电。能源控制器1分别与每个交直流变换子单元31信号连接，使得能源控制器1可以控制每个交直流变换子单元31的电流流向。交直流变换单元3a中，各交直流变换子单元31之间并联，即各交直流变换子单元31的输入端连接以用于耦合中压支路，各交直流变换子单元31的输出端连接以用于连接储能单元21。也就是说，交直流变换单元3可以包括有至少一个交直流变换子单元31，当交直流变换子单元31数量为两个或两个以上时，各交直流变换子单元31之间并联设置。需要说明的是，图5a所示例的能源路由器10，当交直流变换单元3包括至少两个交直流变换子单元31时，可以为该交直流变换单元3配备配电设备(例如配电柜)，配电设备可以将三个交直流变换子单元31转换得到的直流电汇总后输送到储能单元21，也可以将储能单元21的直流电分配后分别输送到三个交直流变换子单元31。
63.交直流变换单元3通过第一直流母线4与储能单元21实现电连接。可能地，如图5b所示，自第一直流母线4引出有至少一个直流输出端5。此处，示例了三个直流输出端5，直流输出端5具体可与光伏、冷机、充电桩、照明灯的等直流用电设备耦合。其中一个中压支路的交流电经其对应的交直流变换单元3转换为直流电，直流电可以经第一直流母线4传输到储能单元21；也可以经第一直流母线4输送到另一个中压支路所对应的交直流变换单元3，被该交直流变换单元3转换为交流电后供给另一个中压支路；还可以经第一直流母线4供给与直流输出端5耦合的设备使用。
64.在图3a所示的能源路由器10中，至少两个交直流变换单元3对应于储能系统2。为了实现电流分配，如图5c所示，在交直流变换单元3与储能单元21之间设置有配电柜6。配电柜6的一端通过第一直流母线4连接各个交直流变换单元3，另一端通过第一直流母线4连接储能系统2，配电柜6可以将两个交直流变换单元3转换得到的直流电汇总后输送到储能单元21，也可以将储能单元21的直流电分配后分别输送到两个交直流变换单元3。
65.如图6a所示的一种能源路由器10，包括能源控制器1、储能系统2以及三个交直流变换单元3，其中储能系统2包括两个储能单元21。三个交直流变换单元3分别为交直流变换单元3a、交直流变换单元3b、交直流变换单元3c。两个储能单元21分别为储能单元21a，储能单元21b。交直流变换单元3a、交直流变换单元3b通过第一直流母线4a与储能单元21a实现电连接，交直流变换单元3c通过第一直流母线4b与储能单元21b实现电连接。每个交直流变换单元3都与一个储能单元21连接，即每个交直流变换单元3可以其对应的中压支路中的电能输送到储能单元21中存储，储能单元21中的电能也可以通过与该储能单元21连接的交直
流变换单元3供给到对应的中压支路中。各个储能单元21之间可以通过第二直流母线7实现电连接，各个储能单元21之间可以进行能量互济，也能够将电能在不同中压支路之间调配。
66.当然，还可以如图6b所示，交直流变换单元3a通过第一直流母线4a与储能单元21a实现电连接，交直流变换单元3b、交直流变换单元3c通过第一直流母线4b与储能单元21b实现电连接。每个交直流变换单元3都与一个储能单元21连接。当交直流变换单元3与储能单元21的数量更多时，交直流变换单元3和储能单元21可以有更多的匹配对应方式，此处不再举例说明。
67.请参照图7所示的另一种能源路由器10，该能源路由器10包括能源控制器1、储能系统2以及至少两个交直流变换单元3(示例为两个交直流变换单元3)，每个交直流变换单元3用于对应耦合一个中压支路。其中，储能系统2包括至少两个储能单元21(示例为两个储能单元21)，各储能单元21之间通过第二直流母线7连接。该至少两个储能单元21与上述至少两个交直流变换单元3一一对应，即每个交直流变换单元3对应连接一个储能单元21。对于相互对应的中压支路、交直流变换单元3以及储能系统2，在能源控制器1的控制下，交直流变换单元3可以将中压支路中的交流电转换为直流电后存储到储能单元21中存储，也可以将储能单元21中的直流电转换为交流电后供中压支路。对于储能系统2，相互连接的储能单元21之间可以通过第二直流母线7进行电流传输，实现电能调配。因此，该能源路由器10可以通过储能单元21进行能量互济。
68.可以看出，本技术实施例所提供的能源路由器10，能源控制器1可控制至少两个交直流变换单元3的电流流向。而每个交直流变换单元3用于对应耦合于一中压支路，当某个中压支路并且，由于每个交直流变换单元3都与储能系统2连接，可以将中压支路富余的电能及时存储到储能系统2，在至少两个中压支路之间需要调配电能时，储能系统2可以及时向需要补充电能的中压支路供电，实施方案简单，对环境要求低，能够实现储能的最大化利用。
69.基于上述实施例提供的能源路由器10，本技术实施例还提供一种配电网络架构。以图3a所示的能源路由器10的结构为例，如图8所示，该配电网络架构包括中压支路网络20以及上述任意一种能源路由器10。其中，中压支路网络20的数量为至少两个，能源路由器10中的至少两个交直流变换单元3与该至少两个中压支路网络20一一对应。每个中压支路网络20对应接入一个中压支路，由该中压支路对该中压支路网络20供电。通过能源路由器10可以在该至少两个中压支路网络20之间进行电能调配，实现不同中压支路之间的能量互济。
70.具体地，如图8所示，每个中压支路网络20包括变压器201、供电支线202以及负载单元203。变压器201连接于中压支路与供电支线202之间，由变压器201将中压支路的电能变压后供给供电支线202，供电支线202再向负载单元203供电。具体地，变压器201具有输入端和输出端，输入端对应耦合于中压支路，供电支线202连接于输出端。中压支路输出的电能自输入端进入变压器201，变压器201改变电能电压后从输出端输出电能到供电支线202，供电支线202再向负载单元203供电。其中，变压器201具有额定容量。当其中某一中压支路网络20中的负荷容量大于该中压支路网络20中变压器201的额定容量时，可以通过能源路由器10将其他中压支路网络20中的电能调配到该中压支路网络20中为负载单元203供电。
71.如图9所示例的一种配电网络架构，该配电网络架构包括两个中压支路网络20(示
例为中压支路网络20a和中压支路网络20b)和连接与该两个中压支路网络20之间的能源路由器10。其中，中压支路网络20a包括变压器201a、供电支线202a以及负载单元203a。变压器201a的输入端对应耦合于第一中压支路，供电支线202a的一端(相当于供电支线202a的输入端)连接变压器201a的输出端。负载单元203a连接供电支线202a的一端(相当于供电支线202a的输入端)，供电支线202a向负载单元203a供电。中压支路网络20b包括变压器201b、供电支线202b以及负载单元203b。变压器201b的输入端对应耦合于第二中压支路，供电支线202b的一端(相当于供电支线202b的输入端)连接变压器201b的输出端。负载单元203b连接供电支线202b的另一端(相当于供电支线202b的输出端)，供电支线202b向负载单元203b供电。每个中压支路通过该中压支路对应的中压支路网络20中的变压器201、供电支线202向负载单元203供电，可以参照图9中的实线箭头所示。能源路由器10具有两个交直流变换单元3(分别示例为交直流变换单元3a和交直流变换单元3b)，其中，交直流变换单元3a与供电支线202a连接，交直流变换单元3b与供电支线202b连接。当中压支路网络20b中的负载单元203b的负荷超过变压器201b的容量，而中压支路20a中变压器201a的容量还有富余，可以如图9中虚线箭头所示，将变压器201a的电能通过供电支线202a输送到交直流变换单元3a；能源控制器1控制交直流变换单元3a将交流电转换为直流电后经第一直流母线4输送到交直流变换单元3b，能源控制器1控制交直流变换单元3b将直流电转变为交流电后输送到供电支线202b，供电支线202b向负载单元203b供电，实现从大容量变压器、小负荷负载单元的中压支路网络20给小容量变压器、大负荷负载单元的中压支路网络20供电。当然，如图9所示，中压支路网络20a中富余的电能还可以储存到储能系统2(即储能单元21)中，储能单元21中的电能也能供电给中压支路网络20b。不需要为小容量变压器、大负荷负载单元的中压支路网络20增加变压器，减少了增加变压器所带来的额外工作，也有利于传统配电架构实现动态增容。
72.如图10所示，本技术实施例还提供一种配电网络架构，该配电网络架构包括中压支路网络20以及上述任意一种能源路由器10。其中，中压支路网络20的数量为至少两个，能源路由器10中的至少两个交直流变换单元3与该至少两个中压支路网络20一一对应。每个中压支路网络20对应一个中压支路，由该中压支路对该中压支路网络20供电。每个中压支路网络20包括变压器201、供电支线202、负载单元203以及负载测量装置204。变压器201连接于中压支路与供电支线202之间，由变压器201将中压支路的电能变压后供给供电支线202，供电支线202再向负载单元203供电。负载测量装置204连接于变压器201的输出端与供电支线202之间，负载测量装置204可以实时监控该中压支路网络20中的负载率。当某一中压支路网络20中的负载率较大，而其他中压支路网络20中的负载率较小，可以通过能源路由器10将负载率较小的中压支路网络20中的电能调配到负载率较大的中压支路网络20中供电。
73.如图11所示例的一种配电网络架构，该配电网络架构包括两个中压支路网络20(示例为中压支路网络20a和中压支路网络20b)和连接与该两个中压支路网络20之间的能源路由器10。其中，中压支路网络20a包括变压器201a、供电支线202a、负载单元203a以及负载测量装置204a。变压器201a的输入端对应耦合于第一中压支路，供电支线202a的一端(相当于供电支线202a输入端)连接于变压器201a的输出端。负载单元203a连接于供电支线202a的另一端(相当于供电支线202a输出端)，供电支线202a向负载单元203a供电。负载测
量装置204a连接于变压器201a与供电支线202a之间，用于实时监控中压支路网络20a的负载率。中压支路网络20b包括变压器201b、供电支线202b、负载单元203b以及负载测量装置204b。变压器201b的输入端对应耦合于第二中压支路，供电支线202b的一端(相当于供电支线202b输入端)连接变压器201b的输出端。负载单元203b连接供电支线202b的另一端(相当于供电支线202b输出端)，供电支线202b向负载单元203b供电。负载测量装置204b连接于变压器201b与供电支线202b之间，用于实时监控中压支路网络20b的负载率。每个中压支路通过该中压支路对应的中压支路网络20中的变压器201、供电支线202向负载单元203供电。可以参照图11中的实线箭头所示。能源路由器10具有两个交直流变换单元3(分别示例为交直流变换单元3a和交直流变换单元3b)，其中，交直流变换单元3a与供电支线202a的另一端(相当于供电支线202a输出端)连接，交直流变换单元203b与供电支线202b的另一端(相当于供电支线202b输出端)连接。当负载测量装置204a检测到的负载率较大，且负载测量装置204b检测到的负载率较小，说明中压支路网络20b的负载率较大，而中压支路网络20a的负载率较小，可以如图11中虚线箭头所示，将变压器201a的电能通过供电支线202a输送到交直流变换单元3a；能源控制器1控制交直流变换单元3a将交流电转换为直流电后经第一直流母线4输送到交直流变换单元3b，能源控制器1控制交直流变换单元3b将直流电转变为交流电后输送到供电支线202b，供电支线202b向负载单元3b供电，实现从负载率较小的中压支路网络20给负载率较大的中压支路网络20供电。当然，如图11所示，中压支路网络20a中富余的电能还可以储存到储能系统2(也即储能单元21)中，储能单元21中的电能也能供给中压支路网络20b。
74.如图12所示，本技术实施例还提供一种配电网络架构，该配电网络架构包括中压支路网络20以及上述任意一种能源路由器10。其中，中压支路网络20的数量为至少两个，能源路由器10中的至少两个交直流变换单元3与该至少两个中压支路网络20一一对应。每个中压支路网络20对应一个中压支路，由该中压支路对该中压支路网络20供电。每个中压支路网络20包括变压器201、供电支线202以及负载单元203。其中一个中压支路网络20中的供电支线202还搭载有一重要负载205，该重要负载205不能断电，要保证重要负载205供电正常。
75.如图13所示例的一种配电网络架构，该配电网络架构包括两个中压支路网络20(示例为中压支路网络20a和中压支路网络20b)和连接与该两个中压支路网络20之间的能源路由器10。其中，中压支路网络20a包括变压器201a、供电支线202a以及负载单元203a。变压器201a的输入端对应耦合于第一中压支路，供电支线202a的一端(相当于供电支线202a的输入端)连接变压器201a的输出端。负载单元203a连接供电支线202a的另一端(相当于供电支线202b的输出端)，供电支线202a向负载单元203a供电。中压支路网络20b包括变压器201b、供电支线202b、负载单元203b以及重要负载205。变压器201b的输入端对应耦合于第二中压支路，供电支线202b的一端(相当于供电支线202b的输入端)连接变压器201b的输出端。负载单元203b和重要负载205连接供电支线202b的一端(相当于供电支线202b的输出端)，供电支线202b向负载单元203b和中重要负载205供电。正常情况下，第一中压支路通过中压支路网络20a中的变压器201a、供电支线202a向负载单元203a供电，第二中压支路通过中压支路网络20b中的变压器201b、供电支线202b向负载单元203a、重要负载205供电，可以参照图13中的实线箭头所示。但是，当中亚支路网络20b的变压器201b掉电，第二中压支路
的电能无法通过变压器201b输送到供电支线202b，导致重要负载205面临断电风险。此时，可以将如图13中虚线箭头所示，将变压器201a的电能通过供电支线202a输送到交直流变换单元3a；能源控制器1控制交直流变换单元3a将交流电转换为直流电后经第一直流母线4输送到交直流变换单元3b，能源控制器1控制交直流变换单元3b将直流电转变为交流电后输送到供电支线202b，供电支线202b向重要负载205供电，不同中压支路网络20之间互为备份，在某一中压支路存在紧急情况时，可以及时调配其他中压支路网络20为掉电的中压支路网络20中的重要负载205供电。当然，如图11所示，中压支路网络20a中富余的电能还可以储存到储能系统2(也即储能单元21)中，储能单元21中的电能也能供电给中压支路网络20b。中压支路网络20a和中压支路网络20b相当于互为备份，可以在紧急情况下互相调配，从而提高重要负载205的供电可靠性。并且，这样的供电架构，不需要设置额外的汽油发电机为重要负载205供电，可以减少系统的配置，有利于降低运维成本。
76.基于上述配点网络架构，本技术实施例还提供一种配电网络协调控制方法，用于调配上述配电网络架构中的中压支路网络进行配电。该配电网络协调控制方法可以通过能源控制器1执行，如图14所示，该配电网络协调控制方法可以包括：
77.步骤s1：确定需要电能补充的目标中压支路网络。
78.上述配电网络架构中包含有至少两个中压支路网络20以及上述任一种能源路由器10，能源路由器10具有能源控制器1、储能系统2以及至少两个交直流变换单元3。该至少两个中压支路网络20与该至少两个交直流变换单元3一一对应地耦合。在该至少两个中压支路网络20中，若有需要补充电能的中压支路网络20，将该需要补充电能的中压支路网络20定义为目标中压支路网络。储能系统2具体可以包括至少一个储能单元21，每个交直流变换单元3对应连接一个储能单元21。
79.步骤s2：调配其他中压支路网络或储能系统2的电能为目标中压支路网络供电。
80.能源控制器1可以控制交直流变换单元3在交流变直流或直流变交流的功能之间切换，因此通过能源控制器1可以控制其他中压支路网络所对应的交直流变换单元3和目标中亚支路网络所对应的交直流变换单元3以将其他中压支路网络或储能系统2的电能为目标中压支路网络供电。
81.根据不同的配电情况，确定目标中压支路网络可能从不同方面判断，因此上述步骤s1具有多种实施方式。
82.可能地，如图15所示，步骤s1确定需要电能补充的目标中压支路网络包括：
83.步骤s111：获取每个中压支路网络20的变压器容量利用率；
84.具体地，可以参照图8所示，在一个中压支路网络20中，变压器容量利用率指的是负载容量与变压器额定容量的比值。
85.步骤s112：确定变压器容量利用率超过百分之百的中压支路网络20为目标中压支路网络。
86.结合图9所示，当某个中压支路网络20的变压器容量利用率超过百分之百，说明该中压支路网络20中的负载容量超过了变压器201的额定容量，可以将该中压支路网络20作为目标中压支路网络。
87.可能地，如图16所示，步骤s1确定需要电能补充的目标中压支路网络包括：
88.步骤s121：获取每个中压支路网络20的负载率。
89.具体地，可以参照图10所示，在每个中压支路网络20的变压器201与供电支线202之间设置负载检测装置204，通过该负载检测装置204实时监控该中压支路网络20的负载率。
90.步骤s122：确定负载率最大的中压支路网络20为目标中压支路网络。
91.获取到每个中压支路网络20的负载率后，可以对比各个中压支路网络20的负载率，将负载率最大的中压支路网络20作为目标中压支路网络。
92.结合图11所示，中压支路网络20b的负载率大于中压支路网络20a，因此，中压支路网络20b为该目标中压支路网络。
93.可能地，如图17所示，步骤s1确定需要电能补充的目标中压支路网络包括：
94.步骤s131：获取每个中压支路网络20的供电状态。
95.具体地，可以参照图12所示，供电状态指的是中压支路网络20是否供电正常，是否出现掉电问题。特别是当中压支路网络20中有重要负载205时，该中压支路网络20的供电状态需要特别注意，需要确保重要负载205不断电。
96.步骤s132：确定处于掉电状态的中压支路网络20为目标中压支路网络。
97.结合图13所示，当某个中压支路网络20掉电时，特别是该中压支路网络20还具有重要负载205时，将该中压支路网络20作为目标中压支路网络。
98.结合图8和图9可知，为目标中压支路网络供电可以是其他的中压支路网络，还可以是储能系统2。因此，如图18a所示，上述步骤s2中调配储能系统2中的电能为目标中压支路网络供电具体可以包括：
99.s21：控制目标中压支路网络所对应的交直流变换单元3中将直流电转换为交流电，以将储能系统2的电能导向目标中压支路网络。即储能系统2直接为目标中压支路网络供电。
100.或者，如图18b所示，上述步骤s2中调配其他中压支路网络中的电能为目标中压支路网络供电还可以包括：
101.s22：控制其他中压支路网络所对应的交直流变换单元3将交流电变换为直流电，以将其他中压支路网络的电能导向目标中压支路网络或储能系统。即其他中压支路网络直接为目标中压支路网络供电或为储能系统补充电能。
102.当然，步骤s21、步骤s22中每个交直流变换单元3都由能源控制器1控制电流流向。应当理解，上述步骤s21、步骤s22可以同时实施。其中，步骤s21、步骤s22的实施可以不分先后。
103.结合图9、图11以及图13所示，中压支路网络20b为目标中压支路网络，中压支路网络20a为其他中压支路网络20。能源控制器1控制中压支路网络20a所对应的交直流变换单元3a发挥交流电变换为直流电的作用，将中压支路网络20a中的电能导向储能系统2和/或中压支路网络20b所对应的交直流变换单元3b。同时，能源控制器1可以控制中压支路网络20b所对应的交直流变换单元3b发挥直流电变换为交流电的作用，将储能系统2和/或中压支路网络20a所对应的交直流变换单元3a的电能导向中压支路网络20b，实现其他中压支路网络20或储能系统2向目标中压支路网络供电。
104.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在
本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种能源路由器，其特征在于，包括：能源控制器、储能系统以及至少两个交直流变换单元；所述能源控制器与每个所述交直流变换单元信号连接，所述能源控制器用于控制每个所述交直流变换单元的电流流向；所述储能系统与每个所述交直流变换单元连接；所述储能系统用于存储电能，并向所述交直流变换单元提供直流电；每个所述交直流变换单元用于对应耦合一个中压支路；所述交直流变换单元用于在所述能源控制器的控制下将对应耦合的所述中压支路的交流电转换为直流电以存储到所述储能系统，或者在所述能源控制器的控制下将所述储能系统的直流电转换为交流电以向对应耦合的所述中压支路供电。2.根据权利要求1所述的能源路由器，其特征在于，所述储能系统包括至少一个储能单元，当所述储能单元为至少两个，各所述储能单元之间连接；每个所述交直流变换单元与一个对应的所述储能单元连接，具体用于在所述能源控制器的控制下将对应耦合的所述中压支路的交流电转换为直流电以存储到对应的所述储能单元，或者在所述能源控制器的控制下将对应的所述储能单元的直流电转换为交流电以向对应耦合的所述中压支路供电。3.根据权利要求2所述的能源路由器，其特征在于，至少两个所述交直流变换单元与同一个对应的所述储能单元连接。4.根据权利要求3所述的能源路由器，其特征在于，连接于同一个所述储能单元的所述至少两个交直流变换单元之间并联后与所述储能单元连接。5.根据权利要求2所述的能源路由器，其特征在于，所述交直流变换单元与所述储能单元的数量一致，且每个所述交直流变换单元一一对应地连接一个所述储能单元。6.根据权利要求1-5中任一项所述的能源路由器，其特征在于，每个所述交直流变换单元包括至少一个交直流变换子单元；当所述交直流变换子单元的数量为至少两个，各所述交直流变换子单元并联。7.根据权利要求1-6中任一项所述的能源路由器，其特征在于，还包括第一直流母线，每个所述交直流变换单元通过所述第一直流母线与所述储能系统连接。8.根据权利要求7所述的能源路由器，其特征在于，所述第一直流母线具有至少一个直流输出端，每个所述直流输出端用于连接用电设备。9.一种配电网络架构，其特征在于，包括至少两个中压支路网络以及如权利要求1-8中任一项所述的能源路由器，每个所述中压支路网络对应接入一个中压支路；所述至少两个中压支路网络与所述至少两个交直流变换单元一一对应耦合。10.根据权利要求9所述的配电网络架构，其特征在于，每个所述中压支路网络包括变压器、供电支线以及负载单元；所述变压器的输入端用于对应连接所述中压支路，所述供电支线的一端连接于所述变压器的输出端；所述负载单元连接所述供电支线的另一端，所述中压支路对应的交直流变换单元连接所述供电支线的另一端。11.根据权利要求10所述的配电网络架构，其特征在于，每个所述中压支路网络还包括设置于所述变压器与所述中压支路之间的负载测量装置，且所述能源控制器与所述负载测
量装置信号连接，所述负载测量装置用于监控所述中压支路网络的负载率。12.根据权利要求9-11中任一项所述的配电网络架构，其特征在于，所述至少两个中压支路网络之间互为备用。13.一种配电网络协调控制方法，其特征在于，用于调配如权利要求9-12中任一项所述的配电网络架构中的电能，所述配电网络协调控制方法包括：确定需要电能补充的目标中压支路网络；调配其他中压支路网络和/或所述储能系统中的电能为所述目标中压支路网络供电。14.根据权利要求13所述的配电网络协调控制方法，其特征在于，所述确定需要电能补充的目标中压支路网络包括：获取每个所述中压支路网络的负载率；确定负载率最小的中压支路网络为所述目标中压支路网络。15.根据权利要求13所述的配电网络协调控制方法，其特征在于，所述确定需要电能补充的目标中压支路网络包括：获取每个所述中压支路网络的供电状态；确定处于掉电状态的中压支路网络为所述目标中压支路网络。16.根据权利要求13所述的配电网络协调控制方法，其特征在于，所述确定需要电能补充的目标中压支路网络包括：获取每个所述中压支路网络的变压器容量利用率；确定变压器容量利用率超过百分之百的中压支路网络为所述目标中压支路网络。17.根据权利要求13-16中任一项所述的配电网络协调控制方法，其特征在于，所述调配储能系统中的电能为所述目标中压支路网络供电，包括：所述能源控制器控制所述目标中压支路网络所对应的交直流变换单元中将直流电转换为交流电，以将所述储能系统的电能导向所述目标中压支路网络。18.根据权利要求13-17中任一项所述的配电网络协调控制方法，其特征在于，所述调配其他中压支路网络中的电能为所述目标中压支路网络供电，还包括：所述能源控制器控制所述其他中压支路网络所对应的交直流变换单元将交流电变换为直流电，以将所述其他中压支路网络的电能导向所述目标中压支路网络或所述储能系统。

技术总结
本申请提供一种能源路由器、配电网络架构以及配电网络协调控制方法。该能源路由器包括能源控制器、储能系统以及至少两个交直流变换单元；能源控制器与每个交直流变换单元信号连接以控制每个交直流变换单元的电流流向；储能系统与每个交直流变换单元连接；储能系统用于存储电能，并向交直流变换单元提供直流电；每个交直流变换单元用于对应耦合一个中压支路；交直流变换单元用于在能源控制器的控制下将对应耦合的中压支路的交流电转换为直流电以存储到储能系统，或者在能源控制器的控制下将储能系统的直流电转换为交流电以向对应耦合的中压支路供电。上述能源路由器不但可以实现不同中压支路之间的能量互济，还能通过储能系统实现储能共享。统实现储能共享。统实现储能共享。


技术研发人员：张彦忠 刘鹤龙 李浩
受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2023/8/24