CN104756342A - 电力路由器、电力网络***、电力交换方法和电力路由器的操作控制程序 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于构成电力网络***的电力路由器，其中将电力单元相互异步连接。该电力路由器具有：直流总线，具有双向变换电力功能的电力变换引脚，和控制所述电力变换引脚操作的控制器。所述控制器将所述电力变换引脚的操作控制在下述操作模式下，该操作模式是主模式和指定电力发送/接收模式中的一种。在所述主模式下操作的所述电力变换引脚在所述直流总线的电压从额定电压降低时从所述连接伙伴补充不足部分的电力，在所述直流总线的电压从额定电压升高时将过剩部分的电力发送到所述连接伙伴。在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚根据所述管理服务器的指示，将指定电力发送到所述连接伙伴或从所述连接伙伴接收指定电力。在所述电力路由器的操作期间，所述控制器将至少一个电力变换引脚的操作模式设定为主模式。

Description

电力路由器、电力网络***、电力交换方法和电力路由器的操作控制程序

技术领域

本发明涉及一种电力路由器，其异步互连多个电力单元，并且执行多路径的电力交换控制。此外，本发明涉及一种利用该电力路由器异步连接形成的电力网络***。

背景技术

当构建电源***时，除了以更稳定的方式进一步扩展配电网以外，主要的问题是提供具有引导大量自然能量的能力的***。作为新的电力网络，已经提出了称为Digital Grid(注册商标)的电力网络***(见专利文献1：日本专利No.4783453，非专利文献1：Website of Digital GridConsortium,http://www.digitalgrid.org/index.php/jp/)。

Digital Grid(注册商标)是将电力网络分为小尺寸的单元、并且这些单元被异步互联的一种电力网络***。每个电力单元可以很小(例如，房屋，楼房，或商业设施)，也可以很大(例如，县或市)。每个电力单元必然包括负载，并且还可以包括发电设施或电力存储***。例如，发电设施可以是使用诸如光伏发电、风力发电、和地热发电所产生的自然能量的发电设施。

为了在每个电力单元内随意地发电并且为了进一步在电力单元之间平稳地交换电力，电力单元被异步连接。(也就是说，即使多个电力单元互连时，在每个电力单元中使用的电力的频率、相位和电压与在其他电力单元中使用的也都是异步。)

图12示出了电力网络***10的例子。在图12中，主干电网11发送来自大型发电厂12的大电力。设置多个电力单元21-24。每个电力单元21-24包括负载，例如房屋31，楼房32，发电设施33和34，以及电力存储***35。

例如，发电设施可以包括太阳能板33和风轮机34。电力存储***例如是蓄电池34。在本说明书中，发电设施和电力存储***可以统称为分布式电源。

此外，电力单元21-24分别包括电力路由器41-44，它们用作将连接到其他电力单元或公共电网11上的连接端口。每个电力路由器41-44包括多个引脚(LEG)。(由于篇幅的限制，在图10中省略引脚的附图标记。应该理解，附接至电力路由器41-44的白圈是每个引脚的连接端子。)

现在，每个引脚包括连接端子和电力变换部，并且地址连接到每个引脚。引脚的电力变换意味着将交流(AC)变换为直流(DC)，或将直流(DC)变换为交流(AC)，并且改变电源的相位、频率、和电压。

所有的电力路由器41-44通过通信网络51连接到管理服务器50，并且所有电力路由器41-44的操作由管理服务器50整体控制。例如，管理服务器50指令每个电力路由器41-44，使用附接到每个引脚的地址传送或接收每个引脚的电力。因此，电力通过电力路由器41-44在电力单元之间交换。

由于实现了电力单元之间的电力交换，所以多个电力单元例如可以共享一个发电设施33或34，或一个电力存储***35。如果能够在电力单元之间交换过剩部分的电力，就能够使电力供需平衡保持稳定，同时大大降低设备成本。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利No.4783453

非专利文献1：Website of Digital Grid Consortium,http://www.digitalgrid.org/index.php/jp/

发明内容

技术问题

如果多个电力单元能够由电力路由器异步地连接，则由此异步连接带来的优点将是非常大的。因此，期望在早期阶段就将电力路由器置入实际使用中。

然而，事实上，为了将电力路由器置入实际使用中，存在没有现有的电力传输和配电设施的具体问题。由于当前主流的电力传输和分配设施采取的是电压、相位、和频率完全同步的电力***，所以用于连接具有不同电压、相位、或频率的电力***的电力路由器会出现新的问题。

解决问题的技术方案

根据本发明的电力路由器是将电力单元异步连接到外部电力***的电力路由器，该电力路由器包括：直流总线，其电压保持到预定的额定电压；电力变换引脚，包括连接到所述直流总线的一个连接端和连接到作为外部连接端子的外部连接伙伴的另一个连接端，所述电力变换引脚包括在所述一个连接端和所述另一个连接端之间双向变换电力的功能；以及控制器，其控制所述电力变换引脚的操作，其中：设置多个所述电力变换引脚，所述电力路由器根据来自管理服务器的指令进行控制，所述控制器将所述电力变换引脚的操作控制在下述操作模式下，该操作模式是主模式和指定电力发送/接收模式中的一种，在所述主模式下操作的所述电力变换引脚用于：在所述直流总线的电压从额定电压降低时，从所述连接伙伴补充不足部分的电力，在所述直流总线的电压从额定电压升高时，将过剩部分的电力发送到所述连接伙伴，在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚用于：根据所述管理服务器的指定，将指定电力发送到所述连接伙伴或从所述连接伙伴接收指定电力，以及在所述电力路由器的操作期间，所述控制器将至少一个电力变换引脚的操作模式设定为主模式。

根据本发明的电力网络***包括：一个或多个所述电力路由器；和所述电力路由器直接或间接地连接到其上的电力***，其中，与在主模式下操作的所述电力变换引脚直接或间接地连接的所述连接伙伴被限制为分布式电源和连接到主电厂的主干电网中的一种。

此外，根据本发明的电力网络***包括两个以上的所述电力路由器，并且在所述电力路由器之间发送电力。

根据本发明的电力交换方法包括通过使用两个以上的所述电力路由器以在该电力路由器之间发送电力，来交换电力。

根据本发明的电力路由器的操作控制程序是这样一种电力路由器的操作控制程序，该电力路由器包括：直流总线，其电压保持到预定额定电压；和电力变换引脚，其包括连接到所述直流总线的一个连接端和连接到作为外部连接端子的外部连接伙伴的另一个连接端，所述电力变换引脚包括在所述一个连接端和所述另一个连接端之间双向变换电力的功能，其中：设置多个所述电力变换引脚，根据来自管理服务器的指令控制所述电力路由器，所述电力路由器将电力单元异步连接到外部电力***，将所述电力路由器置于计算机中，以及所述电力路由器使计算机将所述电力变换引脚的操作控制在下述操作模式下，该操作模式是主模式和指定电力发送/接收模式中的一种，在所述主模式下操作的所述电力变换引脚用于：在所述直流总线的电压从额定电压降低时，从所述连接伙伴补充不足部分的电力，在所述直流总线的电压从额定电压升高时，将过剩部分的电力发送到所述连接伙伴，在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚用于：根据所述管理服务器的指定，将指定电力发送到所述连接伙伴或从所述连接伙伴接收指定电力，以及在所述电力路由器的操作期间，将至少一个电力变换引脚的操作模式设定为主模式。

非暂时性计算机可读介质用于存储所述电力路由器的操作控制程序。

附图说明

图1是示出电力路由器的示意性构造的图；

图2是示出电力路由器的内部构造细节的图；

图3是示出电力路由器连接到主干电网、负载和各分布式电源的一个例子的图；

图4A是示出允许连接的电力路由器的组合的例子的图；

图4B是示出允许连接的电力路由器的组合的例子的图；

图5A是示出禁止连接的电力路由器的组合的例子的图；

图5B是示出禁止连接的电力路由器的组合的例子的图；

图5C是示出禁止连接的电力路由器的组合的例子的图；

图5D是示出禁止连接的电力路由器的组合的例子的图；

图6A是示出当考虑交流流通的引脚时，允许连接的电力路由器的组合的例子的图；

图6B是示出当考虑交流流通的引脚时，允许连接的电力路由器的组合的例子的图；

图6C是示出当考虑交流流通的引脚时，允许连接的电力路由器的组合的例子的图；

图6D是示出当考虑交流流通的引脚时，允许连接的电力路由器的组合的例子的图；

图7是示出使用交流流通的引脚的连接例的图；

图8是示出当电力路由器彼此连接时电力路由器的组合的模式的图；

图9是示出四个电力路由器互连的情况下的一个例子的图；

图10是示出由总线来连接多个电力路由器的状态的一个例子的图；

图11是示出主干电网设置在电力路由器之间的连接形式的一个例子的图；

图12是用于描述电力网络***的概要的图。

具体实施方式

将参考附图，描述本发明的示例性实施例，其中元件由附图标记指示。

(第一示例性实施例)

图1是示出根据第一示例性实施例的电力路由器100的示意性构造的图。图2是示出电力路由器100的内部构造细节的图。

电力路由器100典型地包括直流(DC)总线101，多个引脚110-160，和控制器190。

控制器190就是所谓的计算机，并且包括CPU、ROM、和RAM。

电力路由器100包括直流总线101，多个引脚110-160并联连接到其上。直流总线101设置为能够使直流电(DC power)流过，并且直流总线101的电压被控制为是恒定的。

(下面将描述如何使直流总线101的电压保持恒定)

电力路由器100通过每个引脚110-160连接到外部。所有将与外部调换的电力被一次地变换为直流，并且该直流流过直流总线101。由于电力被一次地变换为直流，所以可以异步地连接电力单元而不用考虑相位、电压或频率的任何不同。在此假定直流总线101是如图2所示的包括平滑电容器102的并联型。电压传感器103连接到直流总线101，并且由电压传感器103检测的直流总线101的电压值被发送到控制器190。

接下来，将描述多个引脚110-160。多个引脚110-160与直流总线并联地设置。在图1中，示出六个引脚110-160。如图1所示，六个引脚110-160表示为第一引脚110，第二引脚120，…，和第六引脚160。在图1中，由于空间的限制，例如，第一引脚110由引脚1指示，第二引脚120由引脚2指示。此外，在图2中，省略第三引脚130和第四引脚140。

虽然第一引脚110至第五引脚150具有相同的构造，但是第六引脚160与第一至第五引脚110-150是不同的，其不同之处在于第六引脚160不包括电力变换部。首先，将描述第一引脚110至第五引脚150的构造。由于第一引脚110至第五引脚150具有相同的构造，所以作为例子，将仅描述第一引脚110的构造。

第一引脚110包括电力变换部111，电流传感器112，开关113，电压传感器114，和连接端子115。电力变换部111将交流电(AC power)变换为直流电(DC power)，或将直流电变换为交流电。由于直流电流过直流总线101，所以电力变换部111将流过直流总线101的直流电变换为具有预定频率和电压的交流电，以允许该交流电从连接端子115流到外部。否则，电力变换部111将从连接端子115流入的交流电变换为直流电，以允许该直流电通过直流总线101。

电力变换部111具有逆变器电路的构造，其中，由晶闸管111T和反馈二极管111D形成的反并联电路111P采用三相桥连接。

(即，对于一个逆变器电路设置六个反并联电路111P。)

虽然由于在本例中使用三相交流，所以电力变换部111是三相逆变器电路，但是也可以使用单相逆变器电路来代替。从两个反并联电路111P之间的节点划出的、且连接该节点和连接端子的线称为支线BL(由于使用三相交流，所以一个引脚包括三个支线Bl.)

电力的方向、交流电的频率等都是由控制器190控制。也就是，晶闸管111T的开关操作由控制器190控制。将在下文中描述控制器190的操作控制。

开关113设置在电力变换部111和连接端子115之间。支线BL通过开关113的操作开路或闭合，这意味着外部和直流总线101之间的连接断开或建立。此外，支线BL的电压由电压传感器114检测，流过支线BL的电流的电流值由电流传感器112检测。开关113的切换操作由控制器190控制，并且由电压传感器114和电流传感器112检测的值输出到控制器190。

虽然如上所述地，电力变换部是逆变器电路，并且引脚的连接伙伴采用交流，但是引脚的连接伙伴可以转而使用直流，例如可以是蓄电池35。(例如，在图1中，第三引脚130连接到蓄电池35。)

在这种情况下，电力变换是直流-直流变换。虽然在图中未示出，但是同样可以连接直流电源(例如，太阳能电池或燃料电池)。

因此，可以在电力变换部中并联设置逆变器电路和变换器电路，并且根据连接的伙伴是交流还是直流，来单独地使用逆变器电路和变换器电路。

否则，可以设置专用于直流-直流变换的引脚，在该变换中电力变换部是直流-直流变换单元。

使用包括专用于交流-直流变换的引脚和专用于直流-直流变换的引脚的电力路由器，来代替在每个引脚上并联地设置逆变器电路和变换器电路，这在尺寸和成本方面通常是有利的。

第一引脚110至第五引脚150具有上述的相同构造。

接下来，将描述第六引脚160。第六引脚160不包括电力变换部，这意味着第六引脚160的连接端子165不连接到直流总线101。第六引脚160连接到第五引脚150的支线BL。第六引脚160内部的线也被称为支线BL。第六引脚160的支线BL连接在第五引脚150的连接端子155和开关153之间。

第六引脚160包括开关163，电压传感器164，电流传感器162，以及连接端子165。第六引脚160的支线BL通过开关163连接到第五引脚150的支线BL。也就是，第六引脚160的连接端子165连接到第五引脚150的连接端子155。只有开关163设置在第六引脚160的连接端子165和第五引脚150的连接端子155之间，并且第六引脚160不包括电力变换器。因此，使得电力在不被变换地情况下，在第六引脚160的连接端子165和第五引脚150的连接端子155之间传导。不包括电力变换器的诸如第六引脚160的引脚可以被称为交流流通的引脚(AC-through leg)。

电流传感器162和电压传感器164检测支线BL的电流值和电压值以输出该电流值和电压值到控制器190。开关163的切换操作由控制器190控制。

(引脚的操作模式)

如上面已经描述地，第一引脚110至第五引脚150包括电力变换器111-151，并且电力变换器中晶闸管的开关操作由控制器190控制。

电力路由器100是在电力网络10的节点中，起到连接主干电网11、负载30、分布式电源、电力单元等的重要作用。在这个时候，各引脚110-160的连接端子115-165被连接到主干电网11、负载30、分布式电源、和其他电力单元的电力路由器。本发明人注意到引脚110-160由于连接伙伴和电力路由器被不适当地操作而具有不同的角色，除非每个引脚110-160根据各自的每个角色适当地操作。虽然引脚具有相同的构造，但是本发明人已经改变了根据连接伙伴来操作引脚的方法。

操作引脚的方法称为操作模式。

本发明人已经准备了引脚的三种类型的操作模式，并且该模式是根据连接伙伴切换的。

引脚的操作模式包括：：

主(master)模式；

独立(stand-alone)模式；和

指定电力发送/接收模式。

在下面的描述中，将系列地描述这些操作模式。

(主模式)

主模式是当引脚连接到稳定的电力供应源——如电网——时的操作模式，并且是保持直流总线101的电压的操作模式。在图1中，示出第一引脚110的连接端子115连接到主干电网11的例子。在图1的情况下，第一引脚110控制为主模式，并且起到保持直流总线101电压的作用。虽然许多其他的引脚120-150连接到直流总线101，但是电力可以从引脚120-150流入直流总线101或可以从引脚120-150流出。当电力通过直流总线101流出、且直流总线101的电压从额定电压降低时，主模式下的引脚110从连接伙伴(在这个例子中，是主干电网11)补充由于流出而导致的不足的电力量。另一方面，当电力流入直流总线101中、且直流总线101的电压从额定电压增加时，主模式下的引脚110将由于流入导致过剩的电力量传送到连接伙伴(在这个例子中，是主干电网11)。主模式下的引脚110因此能够保持直流总线101的电压。

因此，在一个电力路由器中，需要至少一个引脚操作在在主模式下。否则，直流总线101的电压不会保持恒定。在一个电力路由器中，可以使两个或两个以上的引脚操作在主模式下。然而，优选地，在一个电力路由器中只有一个引脚是操作在主模式下。

进一步地，主模式下的引脚可以直流连接到具有稳定输出的直流电源(例如，燃料电池，蓄电池)，而不是连接到主干电网。进一步，例如，主模式下的引脚可以交流连接到安装有自换相逆变器的分布式电源(也包括蓄电池)。然而，不可以将主模式下的引脚和安装有外部换相逆变器的分布式电源相连接。

在下面的描述中，操作模式在主模式下的引脚可以称为主引脚。

将描述主引脚的操作控制。

主引脚如下被启动。

首先，开关113设置为开路(断开)状态。在这种状态下，连接端子115连接到连接伙伴。在这个实施例中，连接伙伴是主干电网11。

电压传感器114测量连接伙伴的主干电网的电压，并且使用锁相环(PLL)等获得主干电网的电压的相位、频率、和振幅。之后，调整电力变换部111的输出，以使得从电力变换部111输出具有获得的相位、频率和振幅的电压。也就是，确定晶闸管111T的开/关(ON/OFF)模式。当使该输出稳定时，开关113接通，电力变换部111与主干电网11连接。由于电力变换部111的输出与主干电网11的电压在这一点上同步，所以没有电流流动。

将描述主引脚操作时的操作控制。

由电压传感器103测量直流总线101的电压。当直流总线101的电压超过预定额定总线电压时，电力变换部111被控制为使得电力从主引脚110发送到主干电网110。(从电力变换部111输出的电压的相位和振幅中的至少一个被调整为使得电力从直流总线101通过主引脚110发送到主干电网11。)直流总线101的额定电压是预先确定的。

在另一方面，当直流总线101的电压低于预定额定总线电压时，电力变换部111被控制为使得主引脚111能够接收来自主干电网11的电力。(从电力变换部111输出的电压的相位和振幅中的至少一个调整为使得电力从主干电网11通过主引脚110发送到直流总线101。)应该理解，根据如上所述的主引脚的操作模式，能够将直流总线101的电压保持到预定额定电压。

(独立模式)

独立模式是这样的操作模式，其中，引脚自己产生具有由管理服务器50指定的振幅和频率的电压，并且将电力发送到连接伙伴和从连接伙伴接收电力。

例如，独立模式是将电力提供到消耗电力的诸如负载30的设备的操作模式。可选择地，独立模式是直接接收从连接伙伴发送的电力的操作模式。

图1示出第二引脚120的连接端子125连接到负载30的例子。将第二引脚120的操作控制为独立模式，并且电力被供应到负载30。

进一步地，当引脚连接到如在第四引脚140或第五引脚150中的另一电力路由器时，该第四引脚140或第五引脚150可以操作在作为用于发送所述另一电力路由器需要的电力的模式的独立模式中。

可选择地，当引脚连接到如在第四引脚140或第五引脚150中的另一电力路由器时，该第四引脚140或第五引脚150可以操作在作为用于接收来自所述另一电力路由器的电力的模式的独立模式中。

虽然在图中未示例，但是在第二引脚连接到发电设施而不是负载30的情况下，第二引脚也能够操作在独立模式。然而，在这种情况下，外部换相逆变器安装在发电设施中。

下面，将描述电力路由器相互连接时的操作模式。

操作在独立模式下的引脚称为独立引脚。在一个电力路由器中可以设置多个独立引脚。

将描述独立引脚的操作控制。

首先，开关123开路(断开)。连接端子125连接到负载30。管理服务器50向电力路由器100通知应提供给负载30的电力(电压)的振幅和频率。控制器190使具有指定频率和指定振幅的电力(电压)从电力变换部121输出到负载30。(总之，确定晶闸管121T的开/关(ON/OFF)模式。)当此输出变得稳定时，开关123接通以连接电力变换部121和负载30。最后，当负载30消耗电力时，对应于消耗量的电力从独立引脚120流出到负载30。

(指定电力发送/接收模式)

指定电力发送/接收模式是用于发送或接收指定的电力量的操作模式。具体地，指定电力发送/接收模式包括将指定电力发送到连接伙伴的情况，和从连接伙伴接收指定电力的情况。

在图1中，第四引脚140和第五引脚150连接到其他电力路由器。

在这样的情况下，预定的电力量由第四引脚140或第五引脚150馈送到其他电力路由器，或从其他电力路由器馈送到第四引脚140或第五引脚150。

可选择地，第三引脚130连接到蓄电池35。

在这样的情况下，预定的电力量发送到蓄电池35以对蓄电池35充电。

此外，可以连接指定电力发送/接收的引脚和安装有自换相逆变器的分布式电源(也包括蓄电池)。然而，不能连接指定电力发送/接收引脚和安装有外部换相逆变器的分布式电源。

操作在指定电力发送/接收模式下的引脚被称为指定电力发送/接收引脚。在一个电力路由器中，可以设置多个指定电力发送/接收引脚。

将描述指定电力发送/接收引脚的操作控制。由于指定电力发送/接收引脚启动时的控制与主引脚启动时的控制实质上是相同的，所以将省略其说明。

将描述指定电力发送/接收引脚时的操作控制。

(在下面的描述中，将使用附在第五引脚150上的组件的附图标记。)

电压传感器154测量连接伙伴的电网的电压，以使用锁相环(PLL)等获得连接伙伴的电压的相位和频率。电力变换器151接收或输出的电流的目标值是基于由管理服务器50指定的有效电力值和无效电力值、以及连接伙伴的电压的相位和频率而获得的。电流传感器152测量电流的当前值。调整电力变换器151以另外地输出与目标值和当前值之间的差值对应的电流。(调整从电力变换部151输出的电压的相位和振幅中的至少一个，以使得在指定电力发送/接收引脚和连接伙伴之间流动所需的电力。)

根据上面的描述应该理解，具有相同构造的第一引脚至第五引脚能够根据操作控制的方法而起到三种不同模式的作用。

(连接限制)

由于引脚的操作根据操作模式的不同而改变，所以对连接伙伴的选择和操作模式的选择有相应的限制。即，当连接伙伴被确定了时，能够选择的操作模式被确定，相反地，当操作模式被确定了时，能够选择的连接伙伴被确定。(当连接伙伴改变时，引脚的操作模式需要根据连接伙伴的变化而变化。)

下面，将描述连接的可能组合的模式。

在接下来的描述中，图中的表述如图3所示地进行简化。

具体地，主引脚由M指示。

独立引脚由S指示。

指定电力发送/接收引脚由D指示。

交流流通的引脚用AC指示。

此外，引脚可以根据需要将诸如“#1”的编号附到引脚的顶部以彼此区分。

虽然在图3-12的每个图中，都附有***化的附图标记，但相同的元件不一定在所有的附图中都采用相同的附图标记。

例如，图3中的标记200和图4A中的标记200不是指相同的元件。

在图3中所示的所有连接组合都是适用的。第一引脚210作为主引脚连接到主干电网11。已经在上面描述了这个连接。

第二引脚220作为独立引脚连接到负载30。这个连接同样已经在上面描述。

第三引脚230和第四引脚240作为指定电力发送/接收引脚，连接到蓄电池35。这个连接同样已经在上面描述。

第五引脚250是交流流通的引脚。交流流通的引脚250连接到另一电力路由器300的指定电力发送/接收引脚，并且该交流流通的引脚250通过第四引脚240的连接端子245连接到蓄电池35。由于交流流通的引脚250不包括电力变换部，所以上述这种连接关系相当于其他电力路由器300的指定电力发送/接收引脚直接连接到蓄电池35的情况。应该理解，这样的连接是允许的。

第六引脚260作为指定电力发送/接收引脚，连接到主干电网11。如果假设通过第六引脚260从电网11接收预定的电力，则应该理解，这样的连接是允许的。

考虑到第一引脚210是主引脚，如果由第六引脚260接收的电力不足以保持直流总线201的电压为额定电压，则主引脚210从主干电网11接收必要的电力。相反地，当由第六引脚260接收的电力超过保持直流总线201的电压为额定电压所需的量时，主引脚210将过剩部分的电力传送到主干电网11。

接下来，将描述电力路由器相互连接的情况。连接电力路由器意味着连接一个电力路由器的引脚和另一个电力路由器的引脚。当这些引脚相互连接时，限制了可以组合的操作模式。

在图4A和4B中示出的连接的组合都是适用的。在图4A中，第一电力路由器100的主引脚110和第二电力路由器200的独立引脚210连接。虽然将不描述此连接的细节，但是第二电力路由器200的主引脚220连接到主干电网11，从而将第二电力路由器200的直流总线201的电压保持为额定电压。

在图4A中，当电力从第一电力路由器100提供给负载30时，直流总线101的电压降低。主引脚110从连接伙伴获得电力以保持直流总线101的电压。也就是，主引脚110从第二电力路由器200的独立引脚210提取不足部分的电力。第二电力路由器200的独立引脚210发送连接伙伴(在这个例子中，是主引脚110)所需的电力。虽然在第二电力路由器200的直流总线201中，电压降低了从独立引脚210发送的电力量，但是这通过主引脚220从主干电网11被补充。在这种方式下，第一电力路由器100可以从第二电力路由器200获得必要的电力量。

如上所述地，即使当第一电力路由器100的主引脚110和第二电力路由器200的独立引脚210连接时，主引脚110和独立引脚210中的每个可以各自发挥作用。因此，在主引脚110和独立引脚210中的每个操作中不会发生不利情况。因此，主引脚和独立引脚可以如图4A所示地连接。

在图4B中，第三电力路由器300的指定电力发送/接收引脚310和第四电力路由器400的独立引脚410连接。虽然没有详细描述，但是第三电力路由器300的主引脚320和第四个电力路由器400的主引脚420各自都连接到主干电网11。因此，第三电力路由器300的直流总线301和第四电力路由器400的直流总线401保持额定电压。

假定对第三电力路由器300的指定电力发送/接收引脚310进行指令，以使其根据来自管理服务器50的指令来接收指定的电力。指定电力发送/接收引脚310从第四电力路由器400的独立引脚410提取指定的电力。第四电力路由器400的独立引脚410发送连接伙伴(在这个例子中，是指定电力发送/接收引脚310)所需的电力。虽然第四电力路由器400的直流总线401的电压降低了从独立引脚410发送的电力量，但是这会由主引脚420从主干电网11被补充。

如上所述地，即使当第三电力路由器300的指定电力发送/接收引脚310和第四电力路由器400的独立引脚410连接时，指定电力发送/接收引脚310和独立引脚410也能各自发挥作用。因此，在指定电力发送/接收引脚310和独立引脚410中的每个的操作中没有发生不利情况。因此，指定电力发送/接收引脚和独立引脚可以如图4B所示地连接。

虽然已经如上描述了第三电力路由器300从第四电力路由器400获得电力的情况，但是应当理解，在第三电力路由器300给第四电力路由器400给予电力的情况下也不会有不利情况。

因此，可以交换第三电力路由器300和第四电力路由器400之间的指定电力。

当具有电力变换部的引脚相互直接连接时，只有图4A和4B中示出的两种连接模式是允许的。

具体地，只有主引脚与独立引脚连接的情况和指定电力发送/接收引脚与独立引脚连接的情况是允许的。

接下来，将描述不能连接的引脚组合。

图5A至5D是引脚不应该连接的模式。

如图5A、5B和5C所示，一定不能连接相同操作模式下的引脚。

例如，在图5A的情况下，连接主引脚。

首先如以上在操作的描述中所描述地，主引脚进行用于生成与连接伙伴的相位、频率、和电压同步的电力的处理。

当连接伙伴也是主引脚时，每一主引脚试图与另一主引脚的电压和频率同步。然而，由于主引脚没有以独立方式建立电压和频率，所以上述同步处理不会成功。

因此，主引脚不能相互连接。

主引脚不能互相连接还有如下所述的其他原因。

主引脚需要从连接伙伴提取电力以保持直流总线的电压。(否则，需要使过剩部分的电力流出到连接伙伴以保持直流总线的电压。)当主引脚相互连接时，每个主引脚不能满足连接伙伴的需求。(如果主引脚相互连接，则电力路由器都不能保持直流总线电压。这可能会在每个电力单元中导致故障，例如停电。)在这种方式下，如果主引脚相互连接，主引脚的角色就会互相冲突(不匹配)。因此，主引脚一定不能互相连接。

虽然在图5B中，指定电力发送/接收引脚彼此连接，但是应当理解，这种连接同样也是不适用的。

如在以上操作的描述中所描述地，类似于主引脚，指定电力发送/接收引脚首先进行用于生成与连接伙伴的相位、频率、和电压同步的电力的处理。

当连接伙伴也是指定电力发送/接收引脚时，每个引脚试图与另一引脚的电压和频率同步。然而，由于指定电力发送/接收引脚没有以独立方式建立电压和频率，所以上述同步处理不会成功。

因此，指定电力发送/接收引脚不能相互连接。

以上引脚不能互相连接的其他原因如下。

即使使得应由一个指定电力发送/接收引脚510发送的指定发送电力等于应由另一指定电力发送/接收引脚610接收的指定接收电力，这些指定电力发送/接收引脚也不应该互相连接。例如，假设一个指定电力发送/接收引脚510调整电力变换部以发送指定发送电力的情况。(例如，使输出电压高于连接伙伴的电压一预定值。)另一方面，另一指定电力发送/接收引脚610调整电力变换部以接收指定接收电力。(例如，使输出电压是低于连接伙伴的电压一预定值。)应该理解，当在同一时间在两个指定电力发送/接收引脚510和610中执行这样的调整操作时，两个指定电力发送/接收引脚510和610将变得不可控制。

虽然在图5C中连接独立引脚，但是应当理解，这样的连接是禁止的。

独立引脚本身会产生电压和频率。

如果在独立引脚被连接的状态下由两个独立引脚产生的电压、频率、和相位中的一项相比于另一个即便偏离很小的量，两个独立引脚之间也会有意外的电力流过。

而使得由两个独立引脚产生的电压、频率、和相位完全保持相等是不可能的。因此，独立引脚不应该连接。

在图5D中，主引脚和指定电力发送/接收引脚连接。

从以上描述应该理解，这个连接同样是不适用的。即使当主引脚510将电力发送到连接伙伴或从连接伙伴接收电力以保持直流总线501的电压时，指定电力发送/接收引脚610并不会根据主引脚510的要求来发送或接收电力。因此，主引脚510不能保持直流总线501的电压。此外，即使当指定电力发送/接收引脚610将指定电力发送到连接伙伴(510)或从连接伙伴(510)接收电力时，主引脚510也不会根据指定电力发送/接收引脚610的要求来发送或接收电力。因此，指定电力发送/接收引脚610不能将指定电力发送到连接伙伴(在这个例子中，是主引脚510)或从其接受电力。

以上已经描述了连接包括电力变换部的引脚的情况。当考虑交流流通的引脚时，在图6A至6D中示出的模式也是适用的。由于交流流通的引脚不包括电力变换部，所以它是一个简单的旁路。因此，如图6A和6B所示，第一电力路由器100的主引脚110通过第二电力路由器200的交流流通的引脚250连接到主干电网11的情况实质上等于主引脚110直接连接到主干电网11的情况。在类似的方式下，如图6C和6D所示，第一电力路由器100的指定电力发送/接收引脚110通过第二电力路由器200的交流流通的引脚250连接到主干电网11情况实质上等于指定电力发送/接收引脚110直接连接到主干电网11的情况。

不过，可以很方便地提供交流流通的引脚。例如，可能存在这样的情况，其中，从第一电力路由器100到主干电网11的距离极长，并且需要接续一些电力路由器200和300将第一电力路由器100连接到主干电网11，如图7所示。

如果假设不提供交流流通的引脚，如图4A所示，则需要接续一个或多个独立引脚。当接续包括电力变换部的引脚时，需要从交流电变换成直流电，并且从直流电变换为交流电。电力变换造成能量损失，虽然损失较低(百分之几)。只是为了将电力路由器连接到主干电网，却需要进行多次电力变换，这是低效的。

因此，优选地，在电力路由器中提供不包括电力变换部的交流流通的引脚。

图8示出了上述的连接组合。

图9示出了四个电力路由器100-400互连的一个例子。

由于所有的连接关系已如上所述，所以不会详细描述每个连接伙伴。但是，应该理解，所有的连接关系都是允许的。

现在，将另外地描述连接电力路由器和连接伙伴的连接线。

当连接电力路由器的连接线被称为输电线时，该输电线可以是主干电网的一部分或可以独立于主干电网。

(在图9中，作为主干电网的一部分的输电线是由标记71A指示，独立于主干电网的输电线由标记71B表示。)

简言之，多个电力路由器可以连接到主干电网。在这种方式下，通过经由主干电网连接两个或两个以上的电力路由器，能够经由主干电网在多个电力路由器之间执行电力交换，并且主干电网能够调整要被交换的过剩部分的电力或不足部分的电力。可选择地，两个或两个以上的电力路由器可以相互连接而不用主干电网的介入。

此外，当连接电力路由器和负载(或分布式电源)的连接线称为配电线路72时，该配电线路72独立于主干电网11。简言之，连接电力路由器和负载(或分布式电源)的配电线路72不连接到主干电网11。

进一步地，如图10所示，电力路由器100-400可以像总线连接一样进行连接。

虽然省略了每个引脚的操作模式的描述，但是不用说，每个引脚的操作模式需要在考虑上述的电力交换的方向和连接限制的情况下来进行适当地选择。

当然，公用网格11可以由图10中的诸如发电设施或蓄电池的分布式电源来被替换。也就是，多个电力路由器可以通过总线连接到分布式电源。

此外，图11所示的例子是两个电力路由器100和200连接到主干电网11的连接形式的例子。

在图11中，主干电网11可以由分布式电源替换。

如上所述地，电力路由器的连接伙伴可以是主干电网，包括蓄电池或发电设施的分布式电源，或另一电力路由器。在本说明书和权利要求书中，以上统称为电力***。

如上所述地，由于根据该示例性实施例的电力路由器，能够实现以下效果。

即，根据本示例性实施例的电力路由器，可以建立将电力单元异步互连的电力网络***。根据在本示例性实施例中描述的连接限制，引脚可以彼此连接，以使引脚的角色并不互相冲突。因此，可以扩展电力网络***，并且以稳定的方式操作整个***。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本发明并不限于上述示例性实施例。本领域技术人员能够理解，可以在本发明的范围内，对本发明的构造和细节进行各种改变。

本发明可以通过使中央处理单元(CPU)执行计算机程序，而实现任何所需的处理。此外，该程序可以使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储并提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的例子包括磁性存储介质(如软盘，磁带，硬盘驱动器，等等)，光学磁性存储介质(如磁光盘)，CD-ROM(Read Only Memory)(只读存储器)，CD-R，CD-R/W，和半导体存储器(如掩模ROM，PROM(Programmable ROM)(可编程ROM)，EPROM(Erasable PROM)(可擦除PROM)，闪存ROM，RAM(Random Access Memory)(随机存取存储器)，等)。该程序可以使用任何类型的计算机可读介质提供给计算机。暂时性计算机可读介质的例子包括电信号，光信号，和电磁波。暂时性计算机可读介质可以通过有线通信线路(例如，电线和光纤)或无线通信线路将程序提供给计算机。

本申请基于并要求于2012年10月19日提交的日本专利申请No.2012-231590的优先权的利益，其全部内容以参考的方式并入本文。

附图标记列表

10 电力网络***

11 公用网格

12 大型发电厂

21 电力单元

30 负荷

31 房屋

32 楼房

33 太阳能面板

34 风轮机

35 电力存储***(蓄电池)

41 电力路由器

50 管理服务器

51 通信网络

100 电力路由器

101 直流总线

102 平滑电容器

103 电压传感器

110 引脚

111 电力变换部

111D 反馈二极管

111P 反并联电路

111T 晶闸管

112 电流传感器

113 开关

114 电压传感器

115 连接终端

Claims (10)

1.一种用于将电力单元异步连接到外部电力***的电力路由器，该电力路由器包括：

直流总线，其电压被保持为预定的额定电压；

电力变换引脚，其包括与所述直流总线相连接的一个连接端和与作为外部连接端子的外部连接伙伴相连接的另一个连接端，所述电力变换引脚包括在所述一个连接端和所述另一个连接端之间双向变换电力的功能；以及

控制器，其控制所述电力变换引脚的操作，

其中：

设置有多个所述电力变换引脚，

根据来自管理服务器的指令来控制所述电力路由器，

所述控制器将所述电力变换引脚的操作控制在下述操作模式下，该操作模式是主模式和指定电力发送/接收模式中的一种，

在所述主模式下操作的所述电力变换引脚用于：当所述直流总线的电压从额定电压降低时，从所述连接伙伴来补充不足部分的电力，当所述直流总线的电压从所述额定电压升高时，将过剩部分的电力发送到所述连接伙伴，

在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚用于：根据来自所述管理服务器的指定，来将指定电力发送到所述连接伙伴或从所述连接伙伴接收指定电力，以及

在所述电力路由器的操作期间，所述控制器将至少一个所述电力变换引脚的操作模式设定为所述主模式。

2.根据权利要求1所述的电力路由器，其中：

除了所述主模式和所述指定电力发送/接收模式以外，所述电力变换引脚的所述操作模式还包括独立模式，以及

在所述独立模式下操作的所述电力变换引脚用于：产生由所述管理服务器指定的振幅和频率的电压，并且向所述连接伙伴发送电力或从所述连接伙伴接收电力。

3.根据权利要求1或2所述的电力路由器，还包括交流流通的引脚，所述交流流通的引脚包括与作为外部连接端子的外部连接伙伴相连接的一个连接端和通过内部布线与另一引脚的外部连接端子相连接的另一个连接端，所述交流流通的引脚在没有电力变换的介入的情况下使一个连接端和另一个连接端导通。

4.一种电力网络***，包括：

一个或多个根据权利要求3所述的电力路由器；和

电力***，所述电力路由器被直接或间接地连接到该电力***上，

其中，

与在所述主模式下操作的所述电力变换引脚直接或间接地连接的所述连接伙伴被限制为分布式电源和连接到主电厂的主干电网中的一种。

5.根据权利要求4所述的电力网络***，其中，

当在主模式下操作的所述电力变换引脚被间接地连接到所述主干电网或所述分布式电源时，使得交流流通的引脚和在独立模式下操作的电力变换引脚中的仅一个介于所述电力变换引脚和所述主干电网或所述分布式电源之间。

6.根据权利要求4或5所述的电力网络***，其中，

与在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚直接或间接地连接的所述连接伙伴被限制为所述主干电网、所述分布式电源以及在所述独立模式下操作的所述电力变换引脚中的任何一种。

7.根据权利要求6所述的电力网络***，其中，

当在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚被间接地连接到所述主干电网、所述分布式电源以及在独立模式下操作的所述电力变换引脚中的一种时，使得仅交流流通的引脚介于在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚，和所述主干电网、所述分布式电源以及在所述独立模式下操作的所述电力变换引脚中的一种之间。

8.一种电力网络***，其包括两个以上的根据权利要求1至3中的任何一项所述的电力路由器，其中，

在所述电力路由器之间发送电力。

9.一种电力交换方法，其包括：

通过使用两个以上的根据权利要求1至3中的任何一项所述的电力路由器在所述电力路由器之间发送电力的方式，来交换电力。

10.一种电力路由器的操作控制程序，该电力路由器包括：

直流总线，其电压被保持为预定的额定电压；和

电力变换引脚，其包括与所述直流总线相连接的一个连接端和与作为外部连接端子的外部连接伙伴相连接的另一个连接端，所述电力变换引脚包括在所述一个连接端和所述另一个连接端之间双向变换电力的功能，

其中：

设置有多个所述电力变换引脚，

根据来自管理服务器的指令来控制所述电力路由器，

所述电力路由器将电力单元异步连接到外部电力***，

所述电力路由器被置于计算机中，以及

所述电力路由器使计算机将所述电力变换引脚的操作控制在下述操作模式中，该操作模式是主模式和指定电力发送/接收模式中的一种，

在所述主模式下操作的所述电力变换引脚用于：当所述直流总线的电压从额定电压降低时，从所述连接伙伴来补充不足部分的电力，当所述直流总线的电压从所述额定电压升高时，将过剩部分的电力发送到所述连接伙伴，

在所述指定电力发送/接收模式下操作的所述电力变换引脚用于：根据来自所述管理服务器的指定，来将指定电力发送到所述连接伙伴或从所述连接伙伴接收指定电力，以及

在所述电力路由器的操作期间，将至少一个所述电力变换引脚的操作模式设定为所述主模式。