CN103683472A - 具有不间断电源功能的混合逆变器 - Google Patents

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刘程宇
温志伟
许小虎
黄雅婷
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    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Abstract

本发明提供了一种具有不间断电源功能的混合逆变器，其包括变换器、双向变换器、双向逆变器、母线、控制器、第一路开关、第二路开关以及第三路开关；第一路开关、第二路开关以及第三路开关首尾相接，每两个开关的中间引出一个端口，分别为第一端口、第二端口、第三端口，第一端口和混合逆变器主体的交流输出连接，第二端口、第三端口分别用于和电网、负载连接；变换器一端接入光伏等新能源发电单元，另一端和母线连接，双向变换器一端接入储能单元，另一端和母线连接，双向逆变器一端连接母线，另一端和第一端口连接。当电网或混合逆变器中一个故障时，重要负荷仍然可以供电，实现不间断供电。

Description

具有不间断电源功能的混合逆变器
技术领域
本发明涉及一种逆变器，尤其涉及具有不间断电源功能的混合逆变器。
背景技术
传统的并网逆变器仅仅能够实现光伏功率并网，在电网故障断开时，只能停机，无法离网供电，更无法实现重要负荷的UPS(UninterruptedPower Supply)不间断供电的需求。
目前，太阳能发电已经取得大规模的应用，太阳能发电在电网中的比重也日益提高。由于太阳能发电的间歇性和随机性，对电网造成一定的冲击。在太阳能大力发展的欧洲，已经开始限制太阳能并网的最大功率，而且随着太阳能发电成本的降低，光伏补贴价格也逐年下降。
因此带有蓄电池的混合逆变器成为太阳能逆变器发展趋势。
当光伏组件的发电功率大于限定功率时，将多余的电能存储在电池，待光伏组件功率下降时，电池再将存储的能量并入电网，最大限度地发挥光伏组件的发电能力。
如果光伏补贴价格下降到让用户觉得并网不合算甚至亏本，则可以将光伏组件发出的电能除了供负载使用外，其余电能全部存储在电池中，待夜间和阴雨天使用。
发明内容
本发明提出混合逆变器结构，在实现储能和并网功能的同时，可以提供单独的供电接口，实现重要负荷的不间断供电需求。
本发明提供了一种具有不间断电源功能的混合逆变器，其包括变换器、双向变换器、母线、双向逆变器、控制器、第一路开关、第二路开关以及第三路开关；
第一路开关、第二路开关以及第三路开关首尾相接，每两个开关的中间引出一个端口，分别为第一端口、第二端口、第三端口，第一端口和混合逆变器主体的交流输出连接，第二端口、第三端口分别用于和电网、负载连接；
变换器一端接入新能源发电单元，另一端和母线连接，双向变换器一端接入储能单元，另一端和母线连接，双向逆变器一端连接母线，另一端和第一端口连接；
控制器检测并控制变换器、双向变换器、双向逆变器、母线、第一路开关、第二路开关以及第三路开关；
控制器通过控制变换器接纳新能源发电单元的电力输入，通过控制双向变换器控制储能单元的充、放电和保护，通过控制双向逆变器控制交流电力的输出和输入，并维持母线功率平衡；
当控制器判断电网正常、混合逆变器主体正常时，控制器通过控制信号，让第一路开关闭合，第二路开关和第三路开关中一个闭合或都闭合；
当控制器判断电网故障，混合逆变器主体正常时，控制器通过控制信号让第一路开关和第三路开关迅速断开，同时让第二路开关闭合；
当控制器判断电网正常，混合逆变器主体异常时，控制器通过控制信号让第一路开关和第二路开关迅速断开，同时第三路开关闭合。
作为本发明的进一步改进，第一路开关是由单个或多个开关串并联组合而成。
作为本发明的进一步改进，第二路开关是由单个或多个开关串并联组合而成。
作为本发明的进一步改进，第三路开关是由单个或多个开关串并联组合而成。
作为本发明的进一步改进，第一路开关、第二路开关以及第三路开关为机械开关或为可控的电力电子器件。
作为本发明的进一步改进，第一路开关、第二路开关以及第三路开关全部内置在混合逆变器内部，或放置在混合逆变器外部独立成套，或部分在混合逆变器内部，部分在混合逆变器外部。
作为本发明的进一步改进，家用的混合逆变器中，重要的负荷接在第三端口。
作为本发明的进一步改进，混合逆变器的母线作为一个单独的部分，和变换器、双向变换器、双向逆变器连接。
作为本发明的进一步改进，母线分散到变换器、双向变换器、双向逆变器中的一个或一个以上，使得变换器、双向变换器、双向逆变器原先和母线连接的端口直接相连。母线也可以独立存在。
本发明的有益效果是：
当电网或混合逆变器中一个故障时，重要负荷仍然可以供电，实现不间断供电。
家用的混合逆变器中，可让一些重要的负荷，如照明、电脑等接在N3口，则电网故障或逆变器故障时，可以实现不间断供电。
附图说明
图1是本发明具有不间断电源功能的混合逆变器的应用示意图。K为市电与逆变器之间的隔离配电开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提出的混合逆变器包含变换器、双向变换器、双向逆变器、母线、控制器、和由K1、K2、K3组成的开关网络，控制器可以控制开关K1、K2、K3和混合逆变器的各个单元，如图1所示。
混合逆变器正常工作时，控制器通过控制变换器最大限度地接纳光伏等新能源电力输入；控制器计算负载功率、新能源输入功率、电池电量以及根据用户设定参数，通过控制双向变换器控制储能单元的充、放电；控制器检测母线电压、负载功率、电网电压和电流，通过控制双向逆变器控制交流电力的输出和输入，并维持母线功率平衡和跟踪负载功率，并在电网故障时，切换逆变器的控制方式，稳定输出交流电压和频率。
重要负载的不间断供电方式通过以下方式实现。
控制器通过检测图中混合逆变器主体各个单元，如变换器、双向变换器、双向逆变器的状态，判断混合逆变器主体是否正常。控制器通过检测图中电网的电压和电流(开关K和电网之间)，判断电网是否正常。
当控制器判断电网正常、混合逆变器主体正常时，控制器通过控制信号(如继电器干接点信号)，让K1闭合，K2/K3中一个闭合或都闭合，这样混合逆变器主体和电网通过K1交换电能，负载通过K2或K3由电网或是逆变器供电；
当控制器判断电网故障，混合逆变器主体正常时，控制器通过控制信号让K1和K3迅速断开(毫秒级)，将电网与逆变器、负载隔离，同时让K2闭合，负载通过K2由混合逆变器主体实现不间断供电；
当控制器判断电网正常，混合逆变器主体异常时，控制器通过控制信号让K1和K2迅速断开，将混合逆变器主体与电网、负载隔离，同时K3闭合，负载由K3实现不间断供电；
如果混合逆变器主体和控制器故障，因为K3接的是继电器的常闭触点，而K1、K2为继电器常开触点，则K3自动闭合，K1/K2自动断开，隔离故障混合逆变器主体，负载由K3实现不间断供电。
因为K1、K2、K3均为电力电子开关或是继电器等机械开关，动作时间短，可以满足负载不间断供电的需求。
因此，只要混合逆变器主体和电网有一路电源正常，都可为负载供电，而不需要手动切换。即使在控制器失效(即逆变器故障)时，也可以实现负载的不间断供电。
1、该开关网络含有至少三个输出接口N1、N2和N3，端口N1、N2和N3分别和逆变器交流输出、电网、负载相连；
2、组成开关网络的三条支路K1，K2和K3是由单个或多个开关串并联组合而成，而不限于图中的单个开关；
3、开关网络中的开关，不局限于继电器、接触器、断路器等机械开关，也包含可控的电力电子器件；
4、本发明的开关K1、K2、K3即可全部内置在混合逆变器内部，也可以放置在混合逆变器外部独立成套，也可以部分在混合逆变器内部，部分在混合逆变器外部；
5、本发明的开关网络不限于混合逆变器。
当电网或混合逆变器中一个故障时，重要负荷仍然可以供电，实现不间断供电。
家用的混合逆变器中，可让一些重要的负荷，如照明、电脑等接在N3口，则电网故障或逆变器故障时，可以实现不间断供电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：其包括变换器、双向变换器、母线、双向逆变器、控制器、第一路开关、第二路开关以及第三路开关；
第一路开关、第二路开关以及第三路开关首尾相接，每两个开关的中间引出一个端口，分别为第一端口、第二端口、第三端口，第一端口和混合逆变器主体的交流输出连接，第二端口、第三端口分别用于和电网、负载连接；
变换器一端接入新能源发电单元，另一端和母线连接，双向变换器一端接入储能单元，另一端和母线连接，双向逆变器一端连接母线，另一端和第一端口连接；
控制器检测并控制变换器、双向变换器、双向逆变器、母线、第一路开关、第二路开关以及第三路开关；
控制器通过控制变换器接纳新能源发电单元的电力输入，通过控制双向变换器控制储能单元的充、放电和保护，通过控制双向逆变器控制交流电力的输出和输入，并维持母线功率平衡；
当控制器判断电网正常、混合逆变器主体正常时，控制器通过控制信号，让第一路开关闭合，第二路开关和第三路开关中一个闭合或都闭合；
当控制器判断电网故障，混合逆变器主体正常时，控制器通过控制信号让第一路开关和第三路开关迅速断开，同时让第二路开关闭合；
当控制器判断电网正常，混合逆变器主体异常时，控制器通过控制信号让第一路开关和第二路开关迅速断开，同时第三路开关闭合。
2.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：第一路开关是由单个或多个开关串并联组合而成。
3.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：第二路开关是由单个或多个开关串并联组合而成。
4.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：第三路开关是由单个或多个开关串并联组合而成。
5.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：第一路开关、第二路开关以及第三路开关为机械开关或为可控的电力电子器件。
6.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：第一路开关、第二路开关以及第三路开关全部内置在混合逆变器内部，或放置在混合逆变器外部独立成套，或部分在混合逆变器内部，部分在混合逆变器外部。
7.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：家用的混合逆变器中，重要的负荷接在第三端口。
8.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：混合逆变器的母线作为一个单独的部分，和变换器、双向变换器、双向逆变器连接。
9.根据权利要求1所述的具有不间断电源功能的混合逆变器，其特征在于：母线分散到变换器、双向变换器、双向逆变器中的一个或一个以上，使得变换器、双向变换器、双向逆变器原先和母线连接的端口直接相连。
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