電力電子設備的輔助供電系統及方法
2023-08-10 19:54:21 3
專利名稱：電力電子設備的輔助供電系統及方法
技術領域：
本發明涉及供電系統及方法，尤其涉及一種電力電子設備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交流供電的重要設備大都利用UPS作為保護用的後備電源。圖1以現有的風力發電逆變器為例，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 70連接；而且，母線直流電阻40還需要與母線放電電阻80並聯，以解決母線放電問題。電網10正常工作時， 變壓器20將電網10輸入的高壓電(一般為690vac線電壓)轉換為低壓(一般為380Vac 線電壓)，然後UPS 70的輸入取自變壓器20的輸出相電壓(230Vac)，輸出給單板電源板供電。當發生電網10掉電時，UPS 70內的電池放電，維持系統單板電源的供電，從而保持監控及通訊的正常。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 70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監控通訊設備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UPS 70給核心控制器、監控通訊部分和其它交流供電的重要設備提供電能，使得系統能夠順利通過低電壓穿越。然而，在沒有UPS 70的情況下，如果接觸器需要滿足在電網10跌落的情況下也可以正常工作而不斷開，則系統需要選用直流接觸器。具體如圖2所示，當電網10 發生故障斷開時，為了維持直流接觸器的供電以及防止系統單板電源的輸出掉電，需要使用直流接觸器12，同時在輔助電源板200的輸出端增加超大容量的直流電容11，。但是直流接觸器不是常規的物料，成本會高些，而且直流接觸器在閉合瞬間控制線包的電流較大。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電子設備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，提供一種電力電子設備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電子設備的輔助供電系統，包括
電網；
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從所述網側變換器輸出的直流母線的兩極連接；
其中，所述輔助供電系統還包括DC/AC逆變器，所述DC/AC逆變器的輸入端分別與所述直流母線的兩極連接。
在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統中，所述輔助供電系統還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的輔助電源板。
在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統中，所述輔助供電系統還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的交流接觸器。
在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統中，所述電力電子設備為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。
本發明還提供了一種電力電子設備的輔助供電方法，包括
網側變換器將電網輸出的三相交流電轉換為直流電後從直流母線輸出；
當所述電網正常工作時，通過所述直流母線對直流母線電容充電，以及DC/AC逆變器從所述直流母線取電，逆變穩壓後以輸出供電；
當所述電網斷開時，所述直流母線電容對所述DC/AC逆變器放電，所述DC/AC逆變器將從所述直流母線電容接收的電能逆變穩壓後以輸出供電。
在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電方法中，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩壓後以輸出至輔助電源板。
在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電方法中，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩壓後以輸出至交流接觸器。
在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電方法中，所述電力電子設備為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。
本發明產生的有益效果是在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統中，省去了現有的輔助供電系統中需要設置的變壓器和UPS，通過在直流母線的兩極接入 DC/AC逆變器即可實現在電網正常工作時從直流目前直接取電，逆變穩壓後輸出供電；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逆變穩壓後輸出供電。因為利用母線電容的儲能，替代了常規設計中可靠性和利用率不高的UPS，使得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。另外，由於從變流器的直流母線取電，使得變流器的母線放電問題變得更簡單，不再需要並聯母線放電電阻，同時成本更低。
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1是現有技術中電力電子設備的輔助供電系統在選用UPS時的電路結構示意圖2是現有技術中電力電子設備的輔助供電系統在不選用UPS時的電路結構示意圖3是依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統的電路結構示意圖； 圖4是依據本發明第一實施例的電力電子設備的輔助供電系統的電路結構示意圖5是依據本發明第二實施例的電力電子設備的輔助供電系統的電路結構示意具體實施方式
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3示出了依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統的電路結構示意圖，該電力電子設備可以是風力發電變流器或太陽能發電逆變器。如圖3所示，該電力電子設備的輔助供電系統包括電網10、網側變換器30以及直流母線電容40。其中，網側變換器 30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100將轉換的直流電輸出。直流母線電容40的兩端分別與從網側變換器30輸出的直流母線100的兩極連接，即直流母線電容40並聯接入在直流母線100的兩極。該電力電子設備的輔助供電系統還包括DC/AC逆變器90，該DC/AC逆變器90的輸入端的兩極分別與直流母線100的兩極連接，即通過直流母線100與直流母線電容40形成並聯連接。在本發明的實施例中，該DC/AC逆變器90的輸出端可與輔助電源板200、安全裝置400 (諸如核心控制器和監控通信設備等)和/或其它重要的交流設備500連接。
下面將以本發明的第一實施例來描述輔助供電系統及供電方法，如圖4所示，該 DC/AC逆變器90的輸出端與輔助電源板200連接。在實際工作過程中，當電網10正常工作時，直流母線100兩極輸出通過網側變換器30轉換的直流電。在電流輸出過程中，一方面可通過直流母線100對接入到直流母線100兩極間的直流母線電容40進行充電；另一方面，接入到直流母線100兩極的DC/AC逆變器90直接從直流母線100取電，將輸入的電能進行逆變穩壓後形成穩定的交流電以輸出至輔助電源板200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30的電力輸入斷開。因為直流母線電容40和DC/AC逆變器90並聯在直流母線100的兩極上，此時，在電網10正常工作過程中已經充好電的直流母線電容40開始對DC/AC逆變器90進行充電。DC/AC逆變器90將從直流母線電容40接收的電能(直流電)逆變穩壓後形成穩定的交流電以輸出至輔助電源板200進行供電，從而可以維持輔助電源板200的正常工作，使得系統能夠順利地完成掉電後的保護和監控通訊功能。
在本發明的第二實施例中，DC/AC逆變器90的輸出端不再連接輔助電源板200，而是連接交流接觸器300，具體如圖5所示。具體工作過程中，在電網10正常工作時，即單板供電系統處於工作狀態時，DC/AC逆變器90從直流母線100取電，將網側變換器30轉換的直流電逆變穩壓後輸出給交流接觸器300以進行供電。當電網10斷開時，DC/AC逆變器90利用直流母線電容40的儲能維持逆變輸出電壓，從而保證交流接觸器300的正常工作。在該電力電子設備的輔助供電系統中，即使沒有UPS，也不需要使用直流接觸器，使用常規的交流接觸器即可。
應當了解的是，上述的第一實施例和第二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電子設備的輔助供電系統中，DC/AC逆變器90的輸出端也可同時與輔助電源板200和交流接觸器300連接，或者還與其它重要的交流設備連接。
從以上可以看出，在依據本發明實施例的電力電子設備的輔助供電系統及方法中，省去了現有的輔助供電系統中需要設置的變壓器和UPS，通過在直流母線的兩極接入 DC/AC逆變器即可實現在電網正常工作時從直流母線直接取電，逆變穩壓後輸出供電；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逆變穩壓後輸出供電，從而實現了電力電子設備電網停電後的機組保護和短時監控通訊。綜上所述，因為利用母線電容的儲能，替代了常規設計中可靠性和利用率不高的UPS，使得整機的可靠性和利用率均得到提升，對於整機而言在空間和成本上都有較大優勢。另外，由於從變流器的直流母線取電，使得變流器的母線放電問題變得更簡單，不再需要並聯母線放電電阻，同時成本更低。與此同時，利用直流母線電容的儲能，使得低壓穿越過程中的交流接觸器供電問題得以解決，即使不使用UPS，也可以不使用昂貴的直流接觸器，進一步降低了成本。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種電力電子設備的輔助供電系統，包括電網；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從所述網側變換器輸出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/AC逆變器，所述DC/AC逆變器的輸入端分別與所述直流母線的兩極連接。
2.根據權利要求1所述的電力電子設備的輔助供電系統，其特徵在於，所述輔助供電系統還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的輔助電源板。
3.根據權利要求1所述的電力電子設備的輔助供電系統，其特徵在於，所述輔助供電系統還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的交流接觸器。
4.根據權利要求1所述的電力電子設備的輔助供電系統，其特徵在於，所述電力電子設備為風力發電變流器或太陽能發電逆變器。
5.一種電力電子設備的輔助供電方法，其特徵在於，包括網側變換器將電網輸出的三相交流電轉換為直流電後從直流母線輸出；當所述電網正常工作時，通過所述直流母線對直流母線電容充電，以及DC/AC逆變器從所述直流母線取電，逆變穩壓後以輸出供電；當所述電網斷開時，所述直流母線電容對所述DC/AC逆變器放電，所述DC/AC逆變器將從所述直流母線電容接收的電能逆變穩壓後以輸出供電。
6.根據權利要求5所述的電力電子設備的輔助供電方法，其特徵在於，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩壓後以輸出至輔助電源板。
7.根據權利要求5所述的電力電子設備的輔助供電方法，其特徵在於，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩壓後以輸出至交流接觸器。
8.根據權利要求5所述的電力電子設備的輔助供電方法，其特徵在於，所述電力電子設備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電子設備的輔助供電系統，包括電網、接入電網的網側變換器和直流母線電容，直流母線電容的兩端與從網側變換器輸出的直流母線連接；輔助供電系統還包括DC/AC逆變器，其輸入端分別與所述直流母線兩極連接。本發明還提供了一種電力電子設備的輔助供電方法，包括網側變換器將電網輸出的三相交流電轉換為直流電後從直流母線輸出；電網正常工作時，通過直流母線對直流母線電容充電，DC/AC逆變器從直流母線取電，逆變穩壓後輸出供電；電網斷開時，直流母線電容對DC/AC逆變器放電，DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩壓後輸出供電。因為省去了變壓器和UPS，降低了成本且提高了整機的可靠性和利用率。
文檔編號H02J15/00GK102522808SQ20111041416
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者周黨生, 宋建波, 曾建友, 盛小軍 申請人:深圳市禾望電氣有限公司