CN102629776A - 一种电力变换器的辅助供电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力变换器的控制单板及开关和接触器的辅助供电系统及相应的方法，所述方法包括步骤S110、当电网正常工作时，网侧变换器从电网取电并转换成直流电输出以对直流母线电容充电；S120、DC/DC变换器从网侧变换器输出端的直流母线取电并变换稳压后为控制单板、直流线圈控制的开关和直流线圈控制的接触器中的至少一个供电：S130、当电网断开时，直流母线电容对DC/DC变换器放电以使DC/DC变换器继续供电。采用上述辅助供电系统及方法的电力变换器，可以在电网电压跌落的情况下，不需要UPS或者外部供电就可以保证系统的控制单板、开关和接触器供电，防止系统断电，同时省去了UPS，降低了成本且提高了整机的可靠性和利用率。
Description
技术领域
本发明涉及电力变换器，尤其涉及一种电力变换器的辅助供电系统及方法。
背景技术
UPS(不间断电源)是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源。其主要利用电池等储能装置在停电时给计算机、服务器、存储设备、通信网络系统或工业控制系统等提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压稳频后供应给负载使用；当市电中断(如事故停电)时，UPS立即将储能装置(如电池组)的电能，通过逆变的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并做相应的保护。
目前风力发电和太阳能发电系统中，对于核心控制器部分(如发电系统主控制器或者变流器核心控制器)、监控通讯系统或其他重要的开关或者接触器大都利用UPS作为保护用的后备电源。图1以现有的太阳能发电逆变器为例，示出了其辅助供电系统的电路示意图。在该辅助供电系统中，变压器20的输入端接入电网10，输出端与UPS 200连接；UPS200的输出给辅助电源板300，以及接触器或者断路器开关的线圈500供电；母线直流电容30与变换器20相连。电网10正常工作时，变压器100将电网10输入的高压电(一般为270vac线电压)转换为低压(一般为380Vac线电压)，然后UPS200的输入取自变压器100的输出相电压(230Vac)，输出给辅助电源板300和接触器或者断路器开关的线圈500供电。当发生电网10掉电时，UPS200内的电池放电，维持系统的辅助电源板300的电源和接触器或者断路器开关的线圈500供电，从而保持系统的正常运行。但是，风力发电系统和太阳能发电系统所处的环境大都比较恶劣，对于后备保护电源的要求比较高，因此，UPS 100的选取原则上需要满足工业应用的工业级产品；与此同时，风力发电系统和太阳能发电系统的核心控制器和接触器或者断路器开关的线圈供电所需的容量都比较小，一般为几百到上千瓦特，因此，对后备电源的容量需求较小。而受成本、市场的影响，目前小容量的UPS多为商业级产品，其在性能和设计上难以满足恶劣工作环境的需求。另外，作为UPS储能的电池是个故障率极高，而且在高温、低温、高海拔等恶劣环境极易损坏的部件，这导致UPS在正常使用时几乎每三年就要更换一次，使得成本提高。
另一方面，在现有的风力发电系统和太阳能系统的低电压穿越过程中，利用UPS 100给核心控制器、监控通讯部分和其它交流供电的开关或者接触器等重要设备提供电能，使得系统能够顺利通过低电压穿越。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中在电力变换器的辅助供电系统中因采用UPS而造成成本高且可靠性和利用率低的缺陷，提供一种电力变换器的辅助供电系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电力变换器的辅助供电系统，包括
电网；
输入端接入所述电网的网侧变换器；以及
直流母线电容，所述直流母线电容的两端分别与所述网侧变换器的输出端的直流母线的两极连接；
其特征在于，所述辅助供电系统还包括：
DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的输入端分别与直流母线的两极连接；以及
与所述DC/DC变换器的输出端连接的控制单板、直流线圈控制的开关和直流线圈控制的接触器中的至少一个。
优选地，所述辅助供电系统还包括：
电池，所述电池的两极分别与直流母线的两极连接；
电池开关，所述电池开关连接于所述DC/DC变换器的输出端与所述电池之间。
进一步优选地，所述DC/DC变换器的输入端连接于所述电池和所述电池开关之间的直流母线的两极。
进一步优选地，所述系统还包括：
变压器，所述变压器的输入端接入所述电网；
AC/DC变换器，所述AC/DC变换器的输入端连接所述变压器的输出端以接收交流输入并转换为直流输出到所述DC/DC变换器。
优选地，所述电力变换器为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
提供一种电力变换器的辅助供电方法，所述方法包括以下步骤：
S110、当电网正常工作时，网侧变换器从所述电网接收三相交流电并将其转换成直流电输出、通过连接在其输出端的直流母线对两端分别与直流母线的两极连接的直流母线电容充电；
S120、输入端分别与直流母线的两极连接的DC/DC变换器从直流母线取电、并将电能变换稳压后输出以供电；
S130、当所述电网断开时，所述直流母线电容对所述DC/DC变换器放电，所述DC/DC变换器将从所述直流母线电容接收的电能变换稳压后输出以供电；
所述DC/DC变换器为控制单板、直流线圈控制的开关和直流线圈控制的接触器中的至少一个供电。
优选地，在步骤S120中，所述DC/DC变换器同时还从电池取电；
在步骤S130中，所述DC/DC变换器将从电池接收的电能与从所述直流母线电容接收的电能一同变换稳压后输出以供电；
所述电池的两极分别与直流母线的两极连接。
另一个优选，在步骤S120中，所述DC/DC变换器同时还从另一路径取电；
所述路径为：变压器从所述电网取电、经变压转换后输出AC/DC变换器，所述AC/DC变换器将接收到的交流电转换为直流电为所述DC/DC变换器供电。
提供另一种电力变换器的辅助供电方法，所述方法包括以下步骤：
S210、当电网正常工作时，同时从第一至第三路径为输入端分别与直流母线的两极连接的DC/DC变换器供电；
其中，所述第一路径为：变压器从所述电网取电、经变压转换后输出AC/DC变换器，所述AC/DC变换器将接收到的交流电转换为直流电为所述DC/DC变换器供电；
所述第二路径为：网侧变换器从所述电网接收三相交流电并将其转换成直流电为所述DC/DC变换器供电；
所述第三路径为：与所述DC/DC变换器并联的电池为所述DC/DC变换器供电；
S220、所述DC/DC变换器将接收的电能变换稳压后为控制单板、直流线圈控制的开关和直流线圈控制的接触器中的至少一个供电；
S230、当所述电网断开时，所述电池为所述DC/DC变换器供电。
优选地，所述电力变换器为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
本发明电力变换器的辅助供电系统具有以下有益效果：通过在网侧变换器输出端的直流母线的两极接入DC/DC变换器实现了在电网正常工作时从直流母线直接取电，将电能变换稳压后输出供电，在电网断开时，通过与之并联的直流母线电容放电，将直流母线电容上的储能变换稳压后输出供电，省去了现有的辅助供电系统中需要设置的UPS，从而降低了系统的制造成本，并提高了系统的可靠性以及利用率。
另外，本发明的系统在电网断开时，还可以通过与直流母线并联的电池提供能量，经DC/DC变换器变换稳压后输出供电，特别是电力变换器为太阳能逆变器中，利用直流母线电容的储能或者电池的能量，替代了常规设计中可靠性和利用率不高的UPS，使得在电网电压波动和跌落的时候，系统的控制单板以及开关和接触器的供电正常，从而整机的可靠性和利用率均提升，对于整机而言在空间和成本上都有较大优势。
本发明电力变换器的辅助供电方法具有与本发明的系统相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中电力变换器的辅助供电系统在选用UPS时的电路结构示意图；
图2是依据本发明实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图；
图3是依据本发明第一实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图；
图4是依据本发明第二实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图。
图5是依据本发明第三实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图；
图6是依据本发明第一实施例的电力变换器的辅助供电方法的流程图；
图7是依据本发明第四实施例的电力变换器的辅助供电方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了依据本发明实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图，该电力变换器可以是风力发电变流器或太阳能发电逆变器。如图2所示，该电力变换器的辅助供电系统包括电网10、网侧变换器20以及直流母线电容30。其中，网侧变换器20的输入端接入电网10，从而将从电网10输入的三相交流电转换成直流电，并通过直流母线130进行能量的输入输出变换。直流母线电容30的两端分别与从网侧变换器20输出的直流母线130的两极连接，即直流母线电容30并联接入在直流母线130的两极。该电力变换器的辅助供电系统还包括DC/DC变换器40，该DC/DC变换器40的输入端的两极分别与直流母线130的两极连接，即通过直流母线130与直流母线电容30形成并联连接。在本发明的实施例中，该DC/DC变换器40的输出端可与系统的控制单板50、直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70中的至少一个连接。
图3是依据本发明第一实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图，如图3所示，在本发明的系统的第一实施例中，DC/DC变换器40的输出端与系统的控制单板50连接，直流母线130通过电池开关90与电池80连接，在本实施例中，电池80为单晶硅光伏电池(PV电池)。在实际工作过程中，当电网10正常工作时，通过网侧变换器20转换的直流电与电池80同时可以给DC/DC变换器40提供输入，DC/DC变换器40将输入的电能进行变换稳压后形成稳定的电压以输出至系统的控制单板50进行供电。
当电网10停止工作时，例如因故障而断开时，网侧变换器20的电力输入断开。因为电池80、直流母线电容30和DC/DC变换器40并联在直流母线130的两极上，此时，DC/DC变换器40将从直流母线电容30和电池80接收的电能(直流电)变换稳压后形成稳定的电压以输出至系统的控制单板50进行供电，从而维持系统的控制单板50的正常工作，使得系统能够顺利地完成电网10掉电后的正常保护和监控通讯功能。
图4是依据本发明第二实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图，如图4所示，在本发明的第二实施例中，DC/DC变换器40的输入端不再直接与直流母线电容30连接，而是与电池开关90后的电池80直接相连，在本实施例中，电池80为单晶硅光伏电池(PV电池)；同时DC/DC变换器40的电源输入路径不是唯一，来自变压器100经过AC/DC变换器110后的输出为DC/DC变换器40供电。在具体工作过程中，当电网10正常，以及电池80正常时，电网10以及电池80同时为DC/DC变换器40提供输入，利用电网10供电的路径有两条，一条是变压器100从电网10取电、经变压转换后输出AC/DC变换器110，AC/DC变换器110将接收到的交流电转换为直流电为DC/DC变换器40供电；另一条是网侧变换器20从电网10接收三相交流电并将其转换成直流电为DC/DC变换器40供电。当电网10异常时，DC/DC变换器40由电池80提供输入能量，来维持系统的控制单板50的正常工作。
图5是依据本发明第三实施例的电力变换器的辅助供电系统的电路结构示意图，如图5所示，在本发明的第三实施例中，DC/DC变换器40的输出端不再连接系统的控制单板50，而是连接直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70。在具体工作过程中，当电网10正常工作时，即单板供电系统处于工作状态时，DC/DC变换器40从直流母线130取电，将网侧变换器20转换的直流电变换稳压后输出给直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70以进行供电。当电网10断开时，DC/DC变换器40利用直流母线电容30的储能维持DC/DC变换器40的输出电压，从而保证直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70的正常工作。
应当了解的是，上述的第一实施例、第二实施例和第三实施例仅用作描述本发明，并不是对本发明的限制，在依据本发明实施例的电力变换器的辅助供电系统中，DC/DC变换器40的输入端、输出端也可同时与系统的控制单板50和直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70连接，或者还与其它重要的设备连接。
从以上可以看出，本发明电力变换器的辅助供电系统通过在网侧变换器输出端的直流母线的两极接入DC/DC变换器实现了在电网正常工作时从直流母线直接取电，将电能变换稳压后输出供电，在电网断开时，通过与之并联的直流母线电容放电，将直流母线电容上的储能变换稳压后输出供电，省去了现有的辅助供电系统中需要设置的UPS，从而降低了系统的制造成本，并提高了系统的可靠性以及利用率。
另外，本发明的系统在电网断开时，还可以通过与直流母线并联的电池提供能量，经DC/DC变换器变换稳压后输出供电，特别是电力变换器为太阳能逆变器中，利用直流母线电容的储能或者电池的能量，替代了常规设计中可靠性和利用率不高的UPS，使得在电网电压波动和跌落的时候，系统的控制单板以及开关和接触器的供电正常，从而整机的可靠性和利用率均提升，对于整机而言在空间和成本上都有较大优势。
本发明还提供了一种与本发明的系统相对应的电力变换器的辅助供电方法，图6是依据本发明第一实施例的电力变换器的辅助供电方法的流程图，如图6所示，本发明的方法包括以下步骤：
S110、当电网10正常工作时，网侧变换器20从电网10接收三相交流电并将其转换成直流电输出、通过连接在其输出端的直流母线130对两端分别与直流母线130的两极连接的直流母线电容30充电；
S120、输入端分别与直流母线130的两极连接的DC/DC变换器40从直流母线130取电、并将电能变换稳压后输出以供电；
S130、当电网10断开时，所述直流母线电容30对DC/DC变换器40放电，DC/DC变换器40将从直流母线电容30接收的电能变换稳压后输出以供电；
DC/DC变换器40为控制单板50、直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70中的至少一个供电。
在本发明的方法的第二实施例中，在步骤S120中，DC/DC变换器40同时还从电池80取电；
在步骤S130中，DC/DC变换器40将从电池80接收的电能与从直流母线电容30接收的电能一同变换稳压后输出以供电；
电池80的两极分别与直流母线130的两极连接，在本实施例中，电池80为单晶硅光伏电池(PV电池)。
在本实施例中，其余情况与本发明的方法的第一实施例相同，在此不再赘述。
在本发明的方法的第三实施例中，在步骤S120中，DC/DC变换器40同时还从另一路径取电，该路径为：变压器100从电网10取电、经变压转换后输出AC/DC变换器110，AC/DC变换器110将接收到的交流电转换为直流电为DC/DC变换器40供电。
在本实施例中，其余情况与本发明的方法的第一实施例相同，在此不再赘述。
图7是依据本发明第四实施例的电力变换器的辅助供电方法的流程图，如图7所示，本发明的方法包括以下步骤：
S210、当电网10正常工作时，同时从第一至第三路径为输入端分别与直流母线130的两极连接的DC/DC变换器40供电；
其中，第一路径为：变压器100从电网10取电、经变压转换后输出AC/DC变换器110，AC/DC变换器110将接收到的交流电转换为直流电为DC/DC变换器40供电；
第二路径为：网侧变换器20从电网10接收三相交流电并将其转换成直流电为DC/DC变换器40供电；
第三路径为：与DC/DC变换器40并联的电池80为DC/DC变换器40供电；
S220、DC/DC变换器40将接收的电能变换稳压后为控制单板50、直流线圈控制的开关60和直流线圈控制的接触器70中的至少一个供电；
S230、当所述电网10断开时，电池80为DC/DC变换器40供电。
在本实施例中，电池80为单晶硅光伏电池(PV电池)，电力变换器为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
在具体的实施过程中可对本发明的电力变换器的辅助供电系统以及方法进行适当的改进，以适应具体情况的具体要求，并且本发明中各实施例的技术特征可以单独使用，也可以组合使用。因此可以理解，根据本发明的具体实施方式只是起到示范作用，并不用于限制本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电力变换器的辅助供电系统，包括
电网(10)；
输入端接入所述电网(10)的网侧变换器(20)；以及
直流母线电容(30)，所述直流母线电容(30)的两端分别与所述网侧变换器(20)的输出端的直流母线的两极连接；
其特征在于，所述辅助供电系统还包括：
DC/DC变换器(40)，所述DC/DC变换器(40)的输入端分别与直流母线的两极连接；以及
与所述DC/DC变换器(40)的输出端连接的控制单板(50)、直流线圈控制的开关(60)和直流线圈控制的接触器(70)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的电力变换器的辅助供电系统，其特征在于，所述辅助供电系统还包括：
电池(80)，所述电池(80)的两极分别与直流母线的两极连接；
电池开关(90)，所述电池开关(90)连接于所述DC/DC变换器(40)的输出端与所述电池(80)之间。
3.根据权利要求2所述的电力变换器的辅助供电系统，其特征在于，所述DC/DC变换器(40)的输入端连接于所述电池(80)和所述电池开关(90)之间的直流母线的两极。
4.根据权利要求1或3所述的电力变换器的辅助供电系统，其特征在于，所述系统还包括：
变压器(100)，所述变压器(100)的输入端接入所述电网(10)；
AC/DC变换器(110)，所述AC/DC变换器(110)的输入端连接所述变压器(100)的输出端以接收交流输入并转换为直流输出到所述DC/DC变换器(40)。
5.根据权利要求1所述的电力变换器的辅助供电系统，其特征在于，所述电力变换器为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
6.一种电力变换器的辅助供电方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S110、当电网(10)正常工作时，网侧变换器(20)从所述电网(10)接收三相交流电并将其转换成直流电输出、通过连接在其输出端的直流母线对两端分别与直流母线的两极连接的直流母线电容(30)充电；
S120、输入端分别与直流母线的两极连接的DC/DC变换器(40)从直流母线取电、并将电能变换稳压后输出以供电；
S130、当所述电网(10)断开时，所述直流母线电容(30)对所述DC/DC变换器(40)放电，所述DC/DC变换器(40)将从所述直流母线电容(30)接收的电能变换稳压后输出以供电；
所述DC/DC变换器(40)为控制单板(50)、直流线圈控制的开关(60)和直流线圈控制的接触器(70)中的至少一个供电。
7.根据权利要求6所述的电力变换器的辅助供电方法，其特征在于，在步骤S120中，所述DC/DC变换器(40)同时还从电池(80)取电；
在步骤S130中，所述DC/DC变换器(40)将从电池(80)接收的电能与从所述直流母线电容(30)接收的电能一同变换稳压后输出以供电；
所述电池(80)的两极分别与直流母线的两极连接。
8.根据权利要求6所述的电力变换器的辅助供电方法，其特征在于，在步骤S120中，所述DC/DC变换器(40)同时还从另一路径取电；
所述路径为：变压器(100)从所述电网(10)取电、经变压转换后输出AC/DC变换器(110)，所述AC/DC变换器(110)将接收到的交流电转换为直流电为所述DC/DC变换器(40)供电。
9.一种电力变换器的辅助供电方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S210、当电网(10)正常工作时，同时从第一至第三路径为输入端分别与直流母线的两极连接的DC/DC变换器(40)供电；
其中，所述第一路径为：变压器(100)从所述电网(10)取电、经变压转换后输出AC/DC变换器(110)，所述AC/DC变换器(110)将接收到的交流电转换为直流电为所述DC/DC变换器(40)供电；
所述第二路径为：网侧变换器(20)从所述电网(10)接收三相交流电并将其转换成直流电为所述DC/DC变换器(40)供电；
所述第三路径为：与所述DC/DC变换器(40)并联的电池(80)为所述DC/DC变换器(40)供电；
S220、所述DC/DC变换器(40)将接收的电能变换稳压后为控制单板(50)、直流线圈控制的开关(60)和直流线圈控制的接触器(70)中的至少一个供电；
S230、当所述电网(10)断开时，所述电池(80)为所述DC/DC变换器(40)供电。
10.根据权利要求9所述的电力变换器的辅助供电方法，其特征在于，所述电力变换器为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
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