一種電力變換器的輔助供電系統及方法

2023-05-29 20:33:31 3

專利名稱：一種電力變換器的輔助供電系統及方法
技術領域：
本發明涉及電力變換器，尤其涉及一種電力變換器的輔助供電系統及方法。
背景技術：
UPS(不間斷電源)是一種含有儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的穩壓穩頻的交流電源。其主要利用電池等儲能裝置在停電時給計算機、伺服器、存儲設備、通信網絡系統或工業控制系統等提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩壓穩頻後供應給負載使用；當市電中斷(如事故停電)時，UPS立即將儲能裝置(如電池組)的電能，通過逆變的方法向負載繼續供應交流電，使負載維持正常工作並做相應的保護。目前風力發電和太陽能發電系統中，對於核心控制器部分(如發電系統主控制器或者變流器核心控制器)、監控通訊系統或其他重要的開關或者接觸器大都利用UPS作為保護用的後備電源。圖I以現有的太陽能發電逆變器為例，示出了其輔助供電系統的電路示意圖。在該輔助供電系統中，變壓器20的輸入端接入電網10，輸出端與UPS 200連接；UPS200的輸出給輔助電源板300，以及接觸器或者斷路器開關的線圈500供電；母線直流電容30與變換器20相連。電網10正常工作時，變壓器100將電網10輸入的高壓電(一般為270vac線電壓)轉換為低壓(一般為380Vac線電壓)，然後UPS200的輸入取自變壓器100的輸出相電壓(230Vac)，輸出給輔助電源板300和接觸器或者斷路器開關的線圈500供電。當發生電網10掉電時，UPS200內的電池放電，維持系統的輔助電源板300的電源和接觸器或者斷路器開關的線圈500供電，從而保持系統的正常運行。但是，風力發電系統和太陽能發電系統所處的環境大都比較惡劣，對於後備保護電源的要求比較高，因此，UPS 100的選取原則上需要滿足工業應用的工業級產品；與此同時，風力發電系統和太陽能發電系統的核心控制器和接觸器或者斷路器開關的線圈供電所需的容量都比較小，一般為幾百到上千瓦特，因此，對後備電源的容量需求較小。而受成本、市場的影響，目前小容量的UPS多為商業級產品，其在性能和設計上難以滿足惡劣工作環境的需求。另外，作為UPS儲能的電池是個故障率極高，而且在高溫、低溫、高海拔等惡劣環境極易損壞的部件，這導致UPS在正常使用時幾乎每三年就要更換一次，使得成本提高。另一方面，在現有的風力發電系統和太陽能系統的低電壓穿越過程中，利用UPS100給核心控制器、監控通訊部分和其它交流供電的開關或者接觸器等重要設備提供電能，使得系統能夠順利通過低電壓穿越。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於針對現有技術中在電力變換器的輔助供電系統中因採用UPS而造成成本高且可靠性和利用率低的缺陷，提供一種電力變換器的輔助供電系統及方法。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種電力變換器的輔助供電系統，包括
電網；輸入端接入所述電網的網側變換器；以及直流母線電容，所述直流母線電容的兩端分別與所述網側變換器的輸出端的直流母線的兩極連接；其特徵在於，所述輔助供電系統還包括DC/DC變換器，所述DC/DC變換器的輸入端分別與直流母線的兩極連接；以及與所述DC/DC變換器的輸出端連接的控制單板、直流線圈控制的開關和直流線圈控制的接觸器中的至少一個。優選地，所述輔助供電系統還包括電池，所述電池的兩極分別與直流母線的兩極連接；電池開關，所述電池開關連接於所述DC/DC變換器的輸出端與所述電池之間。進一步優選地，所述DC/DC變換器的輸入端連接於所述電池和所述電池開關之間的直流母線的兩極。進一步優選地，所述系統還包括變壓器，所述變壓器的輸入端接入所述電網；AC/DC變換器，所述AC/DC變換器的輸入端連接所述變壓器的輸出端以接收交流輸入並轉換為直流輸出到所述DC/DC變換器。優選地，所述電力變換器為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。提供一種電力變換器的輔助供電方法，所述方法包括以下步驟S110、當電網正常工作時，網側變換器從所述電網接收三相交流電並將其轉換成直流電輸出、通過連接在其輸出端的直流母線對兩端分別與直流母線的兩極連接的直流母線電容充電；S120、輸入端分別與直流母線的兩極連接的DC/DC變換器從直流母線取電、並將電能變換穩壓後輸出以供電；S130、當所述電網斷開時，所述直流母線電容對所述DC/DC變換器放電，所述DC/DC變換器將從所述直流母線電容接收的電能變換穩壓後輸出以供電；所述DC/DC變換器為控制單板、直流線圈控制的開關和直流線圈控制的接觸器中的至少一個供電。 優選地，在步驟S120中，所述DC/DC變換器同時還從電池取電；在步驟S130中，所述DC/DC變換器將從電池接收的電能與從所述直流母線電容接收的電能一同變換穩壓後輸出以供電；所述電池的兩極分別與直流母線的兩極連接。另一個優選，在步驟S120中，所述DC/DC變換器同時還從另一路逕取電；所述路徑為變壓器從所述電網取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器，所述AC/DC變換器將接收到的交流電轉換為直流電為所述DC/DC變換器供電。提供另一種電力變換器的輔助供電方法，所述方法包括以下步驟S210、當電網正常工作時，同時從第一至第三路徑為輸入端分別與直流母線的兩極連接的DC/DC變換器供電；其中，所述第一路徑為變壓器從所述電網取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器，所述AC/DC變換器將接收到的交流電轉換為直流電為所述DC/DC變換器供電；所述第二路徑為網側變換器從所述電網接收三相交流電並將其轉換成直流電為所述DC/DC變換器供電；所述第三路徑為與所述DC/DC變換器並聯的電池為所述DC/DC變換器供電；S220、所述DC/DC變換器將接收的電能變換穩壓後為控制單板、直流線圈控制的開關和直流線圈控制的接觸器中的至少一個供電；S230、當所述電網斷開時，所述電池為所述DC/DC變換器供電。
優選地，所述電力變換器為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。本發明電力變換器的輔助供電系統具有以下有益效果通過在網側變換器輸出端的直流母線的兩極接入DC/DC變換器實現了在電網正常工作時從直流母線直接取電，將電能變換穩壓後輸出供電，在電網斷開時，通過與之並聯的直流母線電容放電，將直流母線電容上的儲能變換穩壓後輸出供電，省去了現有的輔助供電系統中需要設置的UPS，從而降低了系統的製造成本，並提高了系統的可靠性以及利用率。另外，本發明的系統在電網斷開時，還可以通過與直流母線並聯的電池提供能量，經DC/DC變換器變換穩壓後輸出供電，特別是電力變換器為太陽能逆變器中，利用直流母線電容的儲能或者電池的能量，替代了常規設計中可靠性和利用率不高的UPS，使得在電網電壓波動和跌落的時候，系統的控制單板以及開關和接觸器的供電正常，從而整機的可靠性和利用率均提升，對於整機而言在空間和成本上都有較大優勢。本發明電力變換器的輔助供電方法具有與本發明的系統相同的有益效果，在此不再贅述。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I是現有技術中電力變換器的輔助供電系統在選用UPS時的電路結構示意圖；圖2是依據本發明實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖；圖3是依據本發明第一實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖；圖4是依據本發明第二實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖。圖5是依據本發明第三實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖；圖6是依據本發明第一實施例的電力變換器的輔助供電方法的流程圖；圖7是依據本發明第四實施例的電力變換器的輔助供電方法的流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。圖2示出了依據本發明實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖，該電力變換器可以是風力發電變流器或太陽能發電逆變器。如圖2所示，該電力變換器的輔助供電系統包括電網10、網側變換器20以及直流母線電容30。其中，網側變換器20的輸入端接入電網10，從而將從電網10輸入的三相交流電轉換成直流電，並通過直流母線130進行能量的輸入輸出變換。直流母線電容30的兩端分別與從網側變換器20輸出的直流母線130的兩極連接，即直流母線電容30並聯接入在直流母線130的兩極。該電力變換器的輔助供電系統還包括DC/DC變換器40，該DC/DC變換器40的輸入端的兩極分別與直流母線130的兩極連接，即通過直流母線130與直流母線電容30形成並聯連接。在本發明的實施例中，該DC/DC變換器40的輸出端可與系統的控制單板50、直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70中的至少一個連接。圖3是依據本發明 第一實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖，如圖3所示，在本發明的系統的第一實施例中，DC/DC變換器40的輸出端與系統的控制單板50連接，直流母線130通過電池開關90與電池80連接，在本實施例中，電池80為單晶矽光伏電池(PV電池)。在實際工作過程中，當電網10正常工作時，通過網側變換器20轉換的直流電與電池80同時可以給DC/DC變換器40提供輸入，DC/DC變換器40將輸入的電能進行變換穩壓後形成穩定的電壓以輸出至系統的控制單板50進行供電。當電網10停止工作時，例如因故障而斷開時，網側變換器20的電力輸入斷開。因為電池80、直流母線電容30和DC/DC變換器40並聯在直流母線130的兩極上，此時，DC/DC變換器40將從直流母線電容30和電池80接收的電能(直流電)變換穩壓後形成穩定的電壓以輸出至系統的控制單板50進行供電，從而維持系統的控制單板50的正常工作，使得系統能夠順利地完成電網10掉電後的正常保護和監控通訊功能。圖4是依據本發明第二實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖，如圖4所示，在本發明的第二實施例中，DC/DC變換器40的輸入端不再直接與直流母線電容30連接，而是與電池開關90後的電池80直接相連，在本實施例中，電池80為單晶矽光伏電池(PV電池)；同時DC/DC變換器40的電源輸入路徑不是唯一，來自變壓器100經過AC/DC變換器110後的輸出為DC/DC變換器40供電。在具體工作過程中，當電網10正常，以及電池80正常時，電網10以及電池80同時為DC/DC變換器40提供輸入，利用電網10供電的路徑有兩條，一條是變壓器100從電網10取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器110，AC/DC變換器110將接收到的交流電轉換為直流電為DC/DC變換器40供電；另一條是網側變換器20從電網10接收三相交流電並將其轉換成直流電為DC/DC變換器40供電。當電網10異常時，DC/DC變換器40由電池80提供輸入能量，來維持系統的控制單板50的正常工作。圖5是依據本發明第三實施例的電力變換器的輔助供電系統的電路結構示意圖，如圖5所示，在本發明的第三實施例中，DC/DC變換器40的輸出端不再連接系統的控制單板50，而是連接直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70。在具體工作過程中，當電網10正常工作時，即單板供電系統處於工作狀態時，DC/DC變換器40從直流母線130取電，將網側變換器20轉換的直流電變換穩壓後輸出給直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70以進行供電。當電網10斷開時，DC/DC變換器40利用直流母線電容30的儲能維持DC/DC變換器40的輸出電壓，從而保證直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70的正常工作。應當了解的是，上述的第一實施例、第二實施例和第三實施例僅用作描述本發明，並不是對本發明的限制，在依據本發明實施例的電力變換器的輔助供電系統中，DC/DC變換器40的輸入端、輸出端也可同時與系統的控制單板50和直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70連接，或者還與其它重要的設備連接。從以上可以看出，本發明電力變換器的輔助供電系統通過在網側變換器輸出端的直流母線的兩極接入DC/DC變換器實現了在電網正常工作時從直流母線直接取電，將電能變換穩壓後輸出供電，在電網斷開時，通過與之並聯的直流母線電容放電，將直流母線電容上的儲能變換穩壓後輸出供電，省去了現有的輔助供電系統中需要設置的UPS，從而降低了系統的製造成本，並提高了系統的可靠性以及利用率。另外，本發明的系統在電網斷開時，還可以通過與直流母線並聯的電池提供能量，經DC/DC變換器變換穩壓後輸出供電，特別是電力變換器為太陽能逆變器中，利用直流母線電容的儲能或者電池的能量，替代了常規設計中可靠性和利用率不高的UPS，使得在電網電壓波動和跌落的時候，系統的控制單板以及開關和接觸器的供電正常，從而整機的可靠性和利用率均提升，對於整機而言在空間和成本上都有較大優勢。
本發明還提供了一種與本發明的系統相對應的電力變換器的輔助供電方法，圖6是依據本發明第一實施例的電力變換器的輔助供電方法的流程圖，如圖6所示，本發明的方法包括以下步驟S110、當電網10正常工作時，網側變換器20從電網10接收三相交流電並將其轉換成直流電輸出、通過連接在其輸出端的直流母線130對兩端分別與直流母線130的兩極連接的直流母線電容30充電；S120、輸入端分別與直流母線130的兩極連接的DC/DC變換器40從直流母線130取電、並將電能變換穩壓後輸出以供電；S130、當電網10斷開時，所述直流母線電容30對DC/DC變換器40放電，DC/DC變換器40將從直流母線電容30接收的電能變換穩壓後輸出以供電；DC/DC變換器40為控制單板50、直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70中的至少一個供電。在本發明的方法的第二實施例中，在步驟S120中，DC/DC變換器40同時還從電池80取電；在步驟S130中，DC/DC變換器40將從電池80接收的電能與從直流母線電容30接收的電能一同變換穩壓後輸出以供電；電池80的兩極分別與直流母線130的兩極連接，在本實施例中，電池80為單晶矽光伏電池(PV電池)。在本實施例中，其餘情況與本發明的方法的第一實施例相同，在此不再贅述。在本發明的方法的第三實施例中，在步驟S120中，DC/DC變換器40同時還從另一路逕取電，該路徑為變壓器100從電網10取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器110，AC/DC變換器110將接收到的交流電轉換為直流電為DC/DC變換器40供電。在本實施例中，其餘情況與本發明的方法的第一實施例相同，在此不再贅述。圖7是依據本發明第四實施例的電力變換器的輔助供電方法的流程圖，如圖7所示，本發明的方法包括以下步驟S210、當電網10正常工作時，同時從第一至第三路徑為輸入端分別與直流母線130的兩極連接的DC/DC變換器40供電；其中，第一路徑為變壓器100從電網10取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器110，AC/DC變換器110將接收到的交流電轉換為直流電為DC/DC變換器40供電；第二路徑為網側變換器20從電網10接收三相交流電並將其轉換成直流電為DC/DC變換器40供電；第三路徑為與DC/DC變換器40並聯的電池80為DC/DC變換器40供電；S220、DC/DC變換器40將接收的電能變換穩壓後為控制單板50、直流線圈控制的開關60和直流線圈控制的接觸器70中的至少一個供電；
S230、當所述電網10斷開時，電池80為DC/DC變換器40供電。在本實施例中，電池80為單晶矽光伏電池(PV電池)，電力變換器為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。在具體的實施過程中可對本發明的電力變換器的輔助供電系統以及方法進行適當的改進，以適應具體情況的具體要求，並且本發明中各實施例的技術特徵可以單獨使用，也可以組合使用。因此可以理解，根據本發明的具體實施方式
只是起到示範作用，並不用於限制本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種電力變換器的輔助供電系統，包括 電網(10)； 輸入端接入所述電網(10)的網側變換器(20);以及 直流母線電容(30)，所述直流母線電容(30)的兩端分別與所述網側變換器(20)的輸出端的直流母線的兩極連接； 其特徵在於，所述輔助供電系統還包括 DC/DC變換器(40)，所述DC/DC變換器(40)的輸入端分別與直流母線的兩極連接；以及 與所述DC/DC變換器(40)的輸出端連接的控制單板(50)、直流線圈控制的開關(60)和直流線圈控制的接觸器(70)中的至少一個。
2.根據權利要求I所述的電力變換器的輔助供電系統，其特徵在於，所述輔助供電系統還包括 電池(80)，所述電池(80)的兩極分別與直流母線的兩極連接； 電池開關(90)，所述電池開關(90)連接於所述DC/DC變換器(40)的輸出端與所述電池(80)之間。
3.根據權利要求2所述的電力變換器的輔助供電系統，其特徵在於，所述DC/DC變換器(40)的輸入端連接於所述電池(80)和所述電池開關(90)之間的直流母線的兩極。
4.根據權利要求I或3所述的電力變換器的輔助供電系統，其特徵在於，所述系統還包括 變壓器(100)，所述變壓器(100)的輸入端接入所述電網(10)； AC/DC變換器(110)，所述八(/1)(變換器(110)的輸入端連接所述變壓器(100)的輸出端以接收交流輸入並轉換為直流輸出到所述DC/DC變換器(40)。
5.根據權利要求I所述的電力變換器的輔助供電系統，其特徵在於，所述電力變換器為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。
6.一種電力變換器的輔助供電方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 S110、當電網(10)正常工作時，網側變換器(20)從所述電網(10)接收三相交流電並將其轉換成直流電輸出、通過連接在其輸出端的直流母線對兩端分別與直流母線的兩極連接的直流母線電容(30)充電； S120、輸入端分別與直流母線的兩極連接的DC/DC變換器(40)從直流母線取電、並將電能變換穩壓後輸出以供電； S130、當所述電網(10)斷開時，所述直流母線電容(30)對所述DC/DC變換器(40)放電，所述DC/DC變換器(40)將從所述直流母線電容(30)接收的電能變換穩壓後輸出以供電； 所述DC/DC變換器(40)為控制單板(50)、直流線圈控制的開關(60)和直流線圈控制的接觸器(70)中的至少一個供電。
7.根據權利要求6所述的電力變換器的輔助供電方法，其特徵在於，在步驟S120中，所述DC/DC變換器(40)同時還從電池(80)取電； 在步驟S130中，所述DC/DC變換器(40)將從電池(80)接收的電能與從所述直流母線電容(30)接收的電能一同變換穩壓後輸出以供電；所述電池(80)的兩極分別與直流母線的兩極連接。
8.根據權利要求6所述的電力變換器的輔助供電方法，其特徵在於，在步驟S120中，所述DC/DC變換器(40)同時還從另一路逕取電； 所述路徑為變壓器(100)從所述電網(10)取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器(110)，所述AC/DC變換器(110)將接收到的交流電轉換為直流電為所述DC/DC變換器(40)供電。
9.一種電力變換器的輔助供電方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 S210、當電網(10)正常工作時，同時從第一至第三路徑為輸入端分別與直流母線的兩極連接的DC/DC變換器(40)供電； 其中，所述第一路徑為變壓器(100)從所述電網(10)取電、經變壓轉換後輸出AC/DC變換器(110)，所述AC/DC變換器(110)將接收到的交流電轉換為直流電為所述DC/DC變換器(40)供電； 所述第二路徑為網側變換器(20)從所述電網(10)接收三相交流電並將其轉換成直流電為所述DC/DC變換器(40)供電； 所述第三路徑為與所述DC/DC變換器(40)並聯的電池(80)為所述DC/DC變換器(40)供電； S220、所述DC/DC變換器(40)將接收的電能變換穩壓後為控制單板(50)、直流線圈控制的開關(60)和直流線圈控制的接觸器(70)中的至少一個供電； S230、當所述電網(10)斷開時，所述電池(80)為所述DC/DC變換器(40)供電。
10.根據權利要求9所述的電力變換器的輔助供電方法，其特徵在於，所述電力變換器為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。
全文摘要
本發明公開了一種電力變換器的控制單板及開關和接觸器的輔助供電系統及相應的方法，所述方法包括步驟S110、當電網正常工作時，網側變換器從電網取電並轉換成直流電輸出以對直流母線電容充電；S120、DC/DC變換器從網側變換器輸出端的直流母線取電並變換穩壓後為控制單板、直流線圈控制的開關和直流線圈控制的接觸器中的至少一個供電S130、當電網斷開時，直流母線電容對DC/DC變換器放電以使DC/DC變換器繼續供電。採用上述輔助供電系統及方法的電力變換器，可以在電網電壓跌落的情況下，不需要UPS或者外部供電就可以保證系統的控制單板、開關和接觸器供電，防止系統斷電，同時省去了UPS，降低了成本且提高了整機的可靠性和利用率。
文檔編號H02J7/34GK102629776SQ20121008259
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者曾建友 申請人:深圳市禾望電氣有限公司