CN102142689B - 适用于微电网的刀片式逆变服务器 - Google Patents

Abstract

一种适用于微电网的刀片式逆变服务器，包括背板、多个刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块；多个刀片式逆变器具有统一的能源接口、强电接口和通讯接口，刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块具有统一的电气接口和通讯接口，背板上设有与刀片式逆变器、外电网模块和负载模块匹配的强电接口和通讯接口，还设有与能量管理模块连接的电气接口和通讯接口，刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在背板上；刀片式逆变器和外电网模块、负载模块电连接，能量管理模块与刀片式逆变器、外电网模块和负载模块电连接。本发明采用刀片式结构、统一接口、通用性强、便于实现能量管理和运行管理、实用性强。

Description

适用于微电网的刀片式逆变服务器

技术领域

本发明涉及微电网领域，属于微电网逆变器。

背景技术

逆变器是将直流电DC变换为交流电AC的电气设备。在微电网光伏发电、风力发电、燃料电池发电等能源应用领域，逆变器是关键部件之一。目前微电网逆变器使用中存在的主要问题有：

1）目前的微电网逆变器产品仅仅针对某一种能源形式：逆变器一般根据输入能源的形式、电气特性而设计，只能实现特定能源的DC/AC转换功能，而不适用于其他形式能源的逆变转换；

2）由多种形式能源组成微电网时，各种能源配备的逆变器性能参数、接口形式可能各不相同，多能源管理和分配难度大：微电网往往包含多种形式的能源，如太阳能、风能、小型燃气轮机、蓄电池等，由于各种形式能源采用的逆变器在原理、结构形式和电气参数等方面各不相同，使得微电网系统的多能源管理难度增大，并且很难对多种能源进行合理的组合和负荷分配；

3）分散的多能源逆变器组成的微电网，其并网和孤岛运行模式切换和管理相当困难：微电网并网运行需要解决自身电气参数与外电网电气参数匹配问题、能源流向及转换问题，微电网还必须具有并网和孤岛两种运行模式的平滑切换和管理功能，分散且结构、参数各异的逆变器增加了微电网系统与外电网之间进行电气连接和能量交换的管理难度。

发明内容

为了克服现有的逆变器进行微电网组网时存在的不同逆变器性能参数和接口各异、通用性差、能量管理和运行管理难度很大的不足，本发明提供一种采用刀片式结构、统一接口、通用性强、便于实现能量管理和运行管理、实用性强的适用于微电网的刀片式逆变服务器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种适用于微电网的刀片式逆变服务器，包括背板、多个刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块；多个刀片式逆变器具有统一的能源接口、强电接口和通讯接口，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块具有统一的电气接口和通讯接口，其中，所述背板上设有与所述刀片式逆变器、外电网模块和负载模块匹配的强电接口和通讯接口，还设有与能量管理模块连接的电气接口和通讯接口，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在所述背板上；

刀片式逆变器和外电网模块、负载模块电连接，所述能量管理模块根据当前工作模式控制各刀片式逆变器能量的汇流以及能量在负载、外电网和蓄电池之间的分配，所述能量管理模块与所述刀片式逆变器、外电网模块和负载模块电连接。

进一步，所述刀片式逆变服务器还包括电磁隔离板，所述背板上设有与所述电磁隔离板连接的机械接口，所述电磁隔离板插装在所述背板上，相邻的刀片式逆变器之间设有电磁隔离板，所述刀片式逆变器与外电网模块、负载模块之间设有电磁隔离板，所述外电网模块、负载模块与能量管理模块之间设有电磁隔离板。

再进一步，所述刀片式逆变服务器还包括散热器，所述背板上设有与所述散热器连接的机械接口，所述散热器插装在所述背板的背面，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在所述背板的正面。

所述多个刀片式逆变器中，能源接口与不同的能源形势一一对应，所述能源接口的电气参数与对应的能源形势匹配；所述强电接口具有统一的电气参数和机械接口参数；所述通讯接口具有统一的电气参数和机械接口参数。

所述多个电磁隔离板中，机械接口具有统一的机械形式和参数。

更进一步，所述能量管理模块中，工作模式包括无储能式能量源离网模式、无储能式能量源并网模式、有储能式能量源离网模式和有储能式能量源并网模式，刀片式逆变器中的蓄电池逆变器或电容逆变器定义为储能式能量源；

当刀片式逆变器不存在蓄电池逆变器或电容逆变器时，无储能式能量源离网模式的控制过程：根据负载功率控制刀片式逆变器的输出功率；无储能式能量源并网模式的控制过程：若刀片式逆变器功率足够，首先满足负载的用电功率，富余电能输送至外电网，若刀片式逆变器功率不足，则从外电网吸收电能；

当刀片式逆变器含有蓄电池逆变器或电容逆变器时，有储能式能量源离网模式的控制过程：首先满足负载的用电功率；若有能量富余，则向储能式能量源充电，储存能量；再能量富余，则控制降低刀片式逆变器的输出功率；有储能式能量源并网模式的控制过程：若刀片式逆变器功率足够，首先满足负载的用电功率，富余电能充入储能式能量源，再富余电能输送至外电网；若刀片逆变器功率不足，则从外电网吸收电能，共同满足储能式能量源充电功率和负载的用电功率。

本发明的技术构思为：所采用的刀片式逆变器具有统一的能源接口、与背板连接的强电接口以及通讯接口，所述的能源接口针对不同的能源形式而设计，其电气参数由具体的能源特性决定，而其机械接口形式和参数保持一致；所述的与背板连接的强电接口具有统一电气参数和机械接口参数规定；所述的通讯接口具有统一的电气参数和机械接口参数规定。

另外，所述的能源接口实现外部能源的输入功能；所述的与背板连接的强电接口实现逆变器向背板输入交流电力能源功能；所述的通讯接口实现逆变器与背板、能量管理模块、外电网模块、负载模块之间的状态和控制信息传递功能；特别地，对于蓄电池等具有储能功能的能源形式，其逆变器具有整流和逆变的双重功能，即与背板连接的强电接口同时具有能量输入和输出功能。

在刀片式逆变器之间、刀片式逆变器与外电网模块和负载模块之间、外电网模块、负载模块与能量管理模块之间均采用电磁隔离板，实现相邻刀片式逆变器以及外电网模块、负载模块、能量管理模块之间的电磁干扰屏蔽隔离，所述电磁隔离板设有与背板连接的接口，所述的与背板连接的接口具有统一的机械形式和参数。

本发明的有益效果主要表现在：采用刀片式逆变器结构、统一接口、通用性强、便于实现能量管理和运行管理、实用性强。

附图说明

图1 是刀片式逆变服务器实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

参照图1，一种适用于微电网的刀片式逆变服务器，包括背板、多个刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块；多个刀片式逆变器具有统一的能源接口、强电接口和通讯接口，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块具有统一的电气接口和通讯接口，其中，所述背板上设有与所述刀片式逆变器、外电网模块和负载模块匹配的强电接口和通讯接口，还设有与能量管理模块连接的电气接口和通讯接口，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在所述背板上；

刀片式逆变器和外电网模块、负载模块电连接，所述能量管理模块根据当前工作模式控制各刀片式逆变器能量的汇流以及能量在负载、外电网和蓄电池之间的分配，所述能量管理模块与所述刀片式逆变器、外电网模块和负载模块电连接。

所述刀片式逆变服务器还包括电磁隔离板，所述背板上设有与所述电磁隔离板连接的机械接口，所述电磁隔离板插装在所述背板上，相邻的刀片式逆变器之间设有电磁隔离板，所述刀片式逆变器与外电网模块、负载模块之间设有电磁隔离板，所述外电网模块、负载模块与能量管理模块之间设有电磁隔离板。

所述刀片式逆变服务器还包括散热器，所述背板上设有与所述散热器连接的机械接口，所述散热器插装在所述背板的背面，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在所述背板的正面。

本实施例中，刀片式逆变器具有统一的能源接口、与背板连接的强电接口以及通讯接口，所述的能源接口针对不同的能源形式而设计，其电气参数由具体的能源特性决定，而其机械接口形式和参数保持一致；所述的与背板连接的强电接口具有统一电气参数和机械接口参数规定；所述的通讯接口具有统一的电气参数和机械接口参数规定。更进一步，所述的能源接口实现外部能源的输入功能；所述的与背板连接的强电接口实现逆变器向背板输入交流电力能源功能；所述的通讯接口实现逆变器与背板、能量管理模块、外电网模块、负载模块之间的状态和控制信息传递功能；特别地，对于蓄电池等具有储能功能的能源形式，其逆变器具有整流和逆变的双重功能，即与背板连接的强电接口同时具有能量输入和输出功能。

所述的电磁隔离板用于实现相邻刀片式逆变器以及外电网模块、负载模块、能量管理模块之间的电磁干扰屏蔽隔离，设有与背板连接的接口，所述的与背板连接的接口具有统一的机械形式和参数。

所述的外电网模块用于和外电网连接，实现微电网的并网运行。设有与背板连接的外电网电气接口和通讯接口，所述的外电网电气接口具有统一的电气参数和机械参数，所述的通讯接口实现外电网模块与背板、能量管理模块之间的状态和控制信息传递功能。

所述的负载模块用于向微电网内部负载（如灯具、家用电器等）供电，设有与背板连接的负载模块接口和通讯接口，所述的负责模块接口具有统一的电气参数和机械参数，所述的通讯接口实现负载模块与背板、能量管理模块之间的状态和控制信息传递功能。

所述的能量管理模块实现各逆变器能量的汇流以及能量在负载、外电网和蓄电池组之间的分配功能，是刀片式逆变服务器的控制中心。所述的能量管理模块设有与背板连接的电气接口和通讯接口，所述的电气接口和通讯接口具有统一的电气参数和机械参数，所述的通讯接口实现能量管理模块与背板、刀片式逆变器、外电网模块、负载模块之间的状态和控制信息传递功能。

所述的散热器用于对整个刀片式逆变服务器进行冷却降温，设有与背板连接的机械接口，该接口具有统一的机械形式和参数。

所述背板具有与刀片式逆变器、外电网模块、负载模块匹配的强电接口和通讯接口，同时设置与电磁隔离板、散热器连接的机械接口。

所述的能量管理模块通过电气接口和背板与刀片式逆变器、外电网模块、负载模块实现电气连接，用于对刀片式逆变器的能量进行汇流，进而完成系统能量在外电网、负载和蓄电池之间的合理配置。能量管理模块通过通讯接口和背板与刀片式逆变器、外电网模块、负载模块实现信息联通，用于刀片式逆变器、外电网模块和负载模块的运行数据采集和控制信息传递。

本发明的刀片式逆变服务器提供了一种紧凑、高效的微电网组网方案，下面结合附图1的实施例对本发明做更进一步的详细描述。

本发明的刀片式逆变服务器实施例如图1所示。图1所示的架构包括背板、散热器、一组n个刀片式逆变器、一组电磁隔离板、外电网模块、负载模块和能量管理模块。

散热器、刀片式逆变器组、一组电磁隔离板、外电网模块、负载模块和能量管理模块均通过电气接口和机械接口安装于背板，背板作为整个刀片式逆变服务器的集成母板，同时作为刀片式逆变器组、外电网模块、负载模块和能量管理模块之间能源和通讯信息的连接通道。

实施过程中，根据组网需要安装不同能源形式的刀片式逆变器，在各刀片式逆变器之间用电磁隔离板进行电磁干扰的屏蔽隔离，外电网模块可以直接挂接外电网，负载模块可以直接挂接网内用电负载，而能量管理模块统筹管理刀片式逆变器组、外电网模块和负载模块，并控制散热器进行整个刀片式逆变服务器的冷却降温。

背板上可插装光伏刀片式逆变器、风电刀片式逆变器等单向能量输出逆变器，也可插装蓄电池逆变器、电容逆变器等双向能量输入输出逆变器，即蓄电池、电容等元件具有储存电能的作用，定义为储能式能量源。刀片式逆变服务器也有两种工作模式，即并网模式和离网模式。逆变器组合方式和工作模式不同，能源管理模块的能源配置和控制策略也不同。则本发明的刀片式逆变服务器实际运行状态可用下表描述：

	离网	并网
			无储能式能量源	根据负载功率控制刀片式逆变器组的输出功率	若逆变器组功率足够，首先满足负载的用电功率，富余电能输送至外电网；若逆变器组功率不足，则从外电网吸收电能，共同满足负载的用电功率
有储能式能量源	首先满足负载的用电功率；若有能量富余，则向储能式能量源充电，储存能量；再能量富余，则控制降低逆变器组的输出功率	若逆变器组功率足够，首先满足负载的用电功率，富余电能充入储能式能量源，再富余电能输送至外电网；若逆变器组功率不足，则从外电网吸收电能，共同满足储能式能量源充电功率和负载的用电功率

以上描述仅作为本发明方案的一个实施例，并不构成对本发明保护范围的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修正、替换或改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于微电网的刀片式逆变服务器，其特征在于：所述刀片式逆变服务器包括背板、多个刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块；多个刀片式逆变器具有统一的能源接口、强电接口和通讯接口，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块具有统一的电气接口和通讯接口，其中，所述背板上设有与所述刀片式逆变器、外电网模块和负载模块匹配的强电接口和通讯接口，还设有与能量管理模块连接的电气接口和通讯接口，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在所述背板上；

刀片式逆变器和外电网模块、负载模块电连接，刀片式逆变器包括蓄电池逆变器，蓄电池逆变器与蓄电池连接，所述能量管理模块根据当前工作模式控制各刀片式逆变器能量的汇流以及能量在负载、外电网和蓄电池之间的分配，所述能量管理模块与所述刀片式逆变器、外电网模块和负载模块电连接。

2.如权利要求1所述的适用于微电网的刀片式逆变服务器，其特征在于：所述刀片式逆变服务器还包括电磁隔离板，所述背板上设有与所述电磁隔离板连接的机械接口，所述电磁隔离板插装在所述背板上，相邻的刀片式逆变器之间设有电磁隔离板，所述刀片式逆变器与外电网模块、负载模块之间设有电磁隔离板，所述外电网模块、负载模块与能量管理模块之间设有电磁隔离板。

3.如权利要求1或2所述的适用于微电网的刀片式逆变服务器，其特征在于：所述刀片式逆变服务器还包括散热器，所述背板上设有与所述散热器连接的机械接口，所述散热器插装在所述背板的背面，所述刀片式逆变器、外电网模块、负载模块和能量管理模块插装在所述背板的正面。

4.如权利要求1或2所述的适用于微电网的刀片式逆变服务器，其特征在于：所述多个刀片式逆变器中，能源接口与不同的能源形式一一对应，所述能源接口的电气参数与对应的能源形式匹配；所述强电接口具有统一的电气参数和机械接口参数；所述通讯接口具有统一的电气参数和机械接口参数。

5.如权利要求2所述的适用于微电网的刀片式逆变服务器，其特征在于：所述多个电磁隔离板中，机械接口具有统一的机械形式和参数。

6.如权利要求1或2所述的适用于微电网的刀片式逆变服务器，其特征在于：所述能量管理模块中，工作模式包括无储能式能量源离网模式、无储能式能量源并网模式、有储能式能量源离网模式和有储能式能量源并网模式，刀片式逆变器中的蓄电池逆变器或电容逆变器定义为储能式能量源；

当刀片式逆变器不存在蓄电池逆变器或电容逆变器时，无储能式能量源离网模式的控制过程：根据负载功率控制刀片式逆变器的输出功率；无储能式能量源并网模式的控制过程：若刀片式逆变器功率足够，首先满足负载的用电功率，富余电能输送至外电网，若刀片式逆变器功率不足，则从外电网吸收电能；

当刀片式逆变器含有蓄电池逆变器或电容逆变器时，有储能式能量源离网模式的控制过程：首先满足负载的用电功率；若有能量富余，则向储能式能量源充电，储存能量；再能量富余，则控制降低刀片式逆变器的输出功率；有储能式能量源并网模式的控制过程：若刀片式逆变器功率足够，首先满足负载的用电功率，富余电能充入储能式能量源，再富余电能输送至外电网；若刀片逆变器功率不足，则从外电网吸收电能，共同满足储能式能量源充电功率和负载的用电功率。