CN107302226A - 供电布置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及供电布置。本应用涉及包括电源（11）和切换布置（40）的供电布置。切换布置（40）包括切换块（41），其中切换块（41）包括用于连接电源（11）的源接口（26）、用于连接负载（12）的负载接口（22）以及用于连接电网（13）的电网接口（23）。切换布置（40）还包括控制器（19）以用于取决于电源（11）的情况来控制切换块（41）。将切换布置（40）实现为与电源（11）分离的单元。供电布置还包括用于监控电源（11）的情况的监控设备（29）。

Description

供电布置

技术领域

本发明涉及包括电源和切换布置的供电布置。所述切换布置包括切换块，其中所述切换块包括用于连接功率的源接口、用于连接负载的负载接口以及用于连接电网的电网接口。

背景技术

接通电力在今天是至关重要的。电源应当在任何时候不间断地提供功率。这不仅适用于供应一地区或聚居区的大型发电厂，而且也适用于例如向房屋提供功率的本地电源。为了确保不间断供电，经常将电力负载连接到一个以上的电源。这放开了即使在一个电源故障的情况下也能够不间断地向负载供电的可能性。

这尤其适用于包括可再生电源的供电布置。可再生电源的输出功率可以随时间而变化，并且所产生的输出功率因此可能不会在任何时候都能满足负载的要求。具有可再生电源的常见供电布置通常包括将所产生的直流（DC）功率转换成单相或多相交流（AC）输出功率的逆变器。通常，将本地电力负载连接到逆变器。这样的本地负载可以例如由房屋的功耗来表示。经常将负载另外连接到公共电力网。因此，负载可以由可再生电源（例如，由光伏（PV）系统、风电场或沼气发电厂）供电，并且另外由电网供电。此外，将可再生电源连接到电力网。如果本地负载的功率需求小于从所述电源提供的功率，那么这提供了将剩余功率馈送到电网中的可能性。在本地需求超过从可再生电源提供的功率的情况下，从公共电力网获得缺少的功率。这样的电网并行操作可以具有经济利益，并且给本地负载提供冗余供电。

为了可选择地将电源连接到电网或负载或二者，供电布置包括连接开关。此外，供电布置需要安全保护措施。如果在公共电力网不再存在（present）的情况下电源继续为电网供电，则导致孤岛效应。这样的孤岛效应对可能没有意识到电路仍在被供电的电力网工作者来说可能是危险的。因此，电源必须能够检测电网故障，并且然后停止操作。因此，供电布置包括防孤岛效应继电器，以在电网故障的情况下或者在电网不再存在时使电源与电网断开。像连接开关和防孤岛效应继电器这样的开关通常位于印制线路板（PWB）上的逆变器内部。

作为进一步的安全保护措施，供电布置需要附加的机械旁路开关以在电源故障的情况下使负载与电源断开并将负载连接到公共电力网。通常将这样的旁路开关布置在逆变器外部，并且必须手动操作。在电源出现问题的情况下，用户必须切换旁路开关以将负载连接到电网。这是不方便的，并且引起旁路开关处于错误或处于不利的切换位置的风险。

存在本领域中已知的供电布置，其以这样的方式自动操作，即当电力网故障时使本地电源与电网断开。例如，EP 1 965 483 A1（SMA太阳能技术股份公司）公开了一种供电系统，其包括切换布置和具有连接到电力网、本地负载和电池的逆变器的本地PV系统。所述供电系统在电网故障的情况下使负载和PV系统与电网断开。所述系统进一步包括在电网和负载之间的转换开关。电网中一有电压，转换开关就自动地将负载连接到电网。如果在切换布置和PV系统之间的数据连接中存在故障，则转换开关将负载连接到电力网。

另一供电布置公开了EP 2 228 895 B1（SMA太阳能技术股份公司）。一种光伏逆变器包括位于整流器和电力网之间的继电器电路。继电器电路被实现为用于防止到电网中的非故意馈送的自动开关。逆变器因此包括用以能够使逆变器与电网断开的防孤岛效应检测以便避免危险情况。

以上提到的系统在电网故障的情况下自动使本地负载或本地电源与电网断开。但是，不仅电网可能故障，而且本地电源也可能具有故障。例如，如果逆变器故障，那么必须将负载连接到电力网以确保供电。本领域中已知的系统确实没有充分地考虑该事实，并且仅具有例如如上所述的旁路开关的手动开关来使负载与电源断开。这样的手动操作旁路开关承受着处于错误或不利切换位置的风险。如果在电源中发生故障或者如果电网不存在，并且如果手动切换的旁路处于错误位置，则可能损坏相关设备或者甚至可能将人置于危险之中。如果旁路开关处于不利的切换位置，则电源可以将功率馈送到电网中并从电网向负载供电。这意味着所产生的功率可能没有用于供应负载，这从经济角度来看是不利的。

发明内容

本发明的目的是设计属于最初提到的技术领域的包括切换布置的供电布置，所述切换布置允许在没有手动干预的情况下进行切换并向负载安全供电。

本发明的另一目的是为所述供电布置提供一种对应的切换布置以及一种用于控制这样的供电布置的方法。

通过权利要求1的特征具体说明了本发明的解决方案。根据本发明，切换布置包括用于取决于电源的情况来控制切换块的控制器。

取决于电源的情况来控制切换块允许可选择地将负载连接到电网或电源或二者、即连接到电网和电源。如果例如电源故障，或者如果电源的输出功率不满足负载的要求，那么控制器能够切换切换块以将负载连接到电网。为了获得这样的连接，控制器切换切换块，使得将负载接口连接到电网接口。因此，尽管电源故障仍向负载供电。

由于由控制器控制切换块，所以切换块的切换可以是自动的。例如可以自动地将负载接口连接到电网接口或源接口。类似地，例如可以自动地使负载接口与电网接口或源接口断开。切换过程不需要由用户手动切换。这允许提供方便的供电布置。此外，可以避免由用户所做的操作错误的风险。这增加了供电布置的安全性。

供电布置应被理解为意指用于从至少两个电源向负载提供电力的整个装置。

供电布置包括切换布置，其中所述切换布置包括切换块。切换布置位于哪里是无关紧要的。可以将其布置在单独的设备中，或者可以将其集成在现有设备（诸如电源的逆变器）中或在属于负载的设备中或在属于电网的设备中。切换布置不需要是一个单个逻辑单元。切换布置可以包括以任何方式与供电布置的切换过程相关的若干设备或逻辑单元。因此，切换布置不是强制性地仅包括切换设备。替代地，切换布置可以包括例如开关、控制器、测量设备、监控设备、信号、信号线、计算单元等。切换布置此外并不局限于处在一个位置。切换布置可以包括在若干不同的物理设备中的元件。例如，电源的逆变器、负载的设备或电力网的设备可以包括切换布置的元件。

以相同的方式，切换块不一定必须仅包括一个物理元件。切换块可以包括被适配成切换电连接的所有元件。在此过程中，切换块可以包括开关、接触器、继电器以及还有用于控制开关状态的控制单元。

术语电源应被理解为意指从不可再生资源或从可再生资源产生电力的任何发电系统。电力网也供电，但是不会按照上面的定义生成功率。电源包括例如汽油燃料发电机、燃煤电站、燃气发电厂、PV系统或电池的发电系统。除此之外，电源包括用于准备所产生的功率以便给负载供电或将生产功率馈送到电网中的装置。这样的用于准备的装置包括例如用于电流或电压的滤波器或者用于电磁干扰（EMI）的滤波器、功率测量设备（例如，收入梯度计（RGM））、增压器、分压器或用于功率平滑的装置。电源可以进一步包括用于暂时存储电能的装置，诸如电池、电容器或任何电能存储设备。

术语“电源的情况”应被理解为电源的目前工作状态。电源的情况可以陈述电源是否是可操作的并准备好使用，或者电源是否出了故障。如果例如如果在电源中发生短路，那么电源的情况可以陈述错误。除此之外，电源的情况可以表示电源的输出功率。如果电源是可再生电源，那么输出功率并且因此的电源的情况可以随时间而变化。

切换布置包括源接口、负载接口和电网接口。源接口被适配成将电源电连接到任何接收器。这意味着源接口被适配成将所产生的功率从电源传输到连接源接口的设备。例如将源接口连接到被另外连接到负载接口的电力线。因此，可以将功率从电源传输到负载。以类似的方式，负载接口被适配成将负载电连接到任何电源，并且电网接口被适配成将电网电连接到任何负载或任何电源。所有的接口都可以被适配成连接两个以上的设备，例如可以将源接口连接到通向负载的连接线，并且可以将源接口另外连接到通向电网的连接线。优选地，源接口、负载接口和电网接口是连接箱。

切换布置进一步包括用于取决于电源的情况控制切换块的控制器。可以将控制器实现在计算单元中或计算机芯片中。可以将控制器布置在集成电路上的半导体元件中。但是术语“控制器”不应被理解为一定意指物理单元。替代地，控制器可以是逻辑单元。控制器可以包括被适配成取决于电源的情况来控制切换块的若干元件。此外，可以将控制器实现在模拟电路中以及在数字电路中。优选地，控制器是微控制器。可以将控制器布置在诸如控制箱的单独的控制器设备中。替换地，可以将控制器实现在属于电源的设备中（例如，在逆变器中）。

负载应被理解为意指正在消耗电功率的电力负载。负载可以例如对应于房屋的全部功率消耗设备。功率消耗设备例如是电驱动、电加热、照明或消耗电力的任何电气装置。负载优选地由电源或/和电力网来供电。优选地，负载由电源和电网二者来供电。

优选地，将切换布置实现为与电源分离的单元。这提供了切换布置与电源分离的优点。因此，切换布置易于接近以便进行维护，或者即便切换布置的元件必须要更换的话。这在切换布置的维护或维修工作过程中节省了时间和金钱。

本领域中已知的切换布置通常被布置在电源的逆变器中，用户或服务人员无法接近那里或仅有限地接近那里。因此，在切换布置故障的情况下，可能需要更换整个逆变器，这是不方便且昂贵的。与此形成对照，布置在与电源分离的单元中的切换布置在任何时候都是易于接近的。与电源分离的单元是可容易且快速地替换的。此外，如果与电源分离地实现切换布置，则可以更易于定位供电布置中的故障。

可以以切换箱、配线箱、配电盘等的类型实现与电源分离的单元。优选地，所述单元是配线箱。这允许对切换布置的独立于其它设备、尤其是电源的逆变器的可接近性。将具有切换布置的单元布置在哪里是无关紧要的。例如可以把它布置在房子的墙壁上，在电源装置旁边，尤其是布置在电源的逆变器附近或电网接口的附近。

替换地，切换布置被实现在电源中（例如，在电源的逆变器中）或在房屋的任何现有箱子中。这样做的缺点在于，维护人员不易于接近切换布置。

优选地，切换布置包括用于监控电源的情况的监控设备。

监控设备允许对电源进行集中监控。这允许控制器取决于电源的情况精确地作出反应。因此，进一步改善了负载的不间断供电。此外，用监控设备进行监控允许实现电源的安全性监控。例如，监控设备可以被适配成即使在断电的情况下也确保进行监控。

监控设备可以包括数字或模拟设备。它可以包括测量元件、计算单元或具有若干端口和测量设备的计算机芯片。但是监控设备也可以仅包括集成电路上的半导体元件。在这种情况下，监控设备可以在微控制器中得以实现。监控设备可以进一步包括一个以上的元件，并且可以将所述一个以上的元件布置在若干设备中。监控设备可以形成切换布置的控制器的一部分。替换地，监控设备可以与控制器分离，但和切换布置的控制器一起被布置在设备中。在另一实施例中，可以与控制器完全分离地布置监控设备。在这种情况下，切换布置的控制器和监控设备被布置在两个单独的设备中。

监控设备被适配成监控电源的任何可监控参数。这样的参数可以例如是功率、输出电流、输出电压、输出阻抗而且还有电源的逆变器上的电气接触、逆变器的操作电压或电流、电源的电场或电磁场、或允许确定逆变器情况的任何其它适当的参数。

监控应被理解为意指电源情况的连续或非连续以及周期或非周期的测量。如果监控是连续地且周期性地，则以规则的时间间隔（例如，一毫秒一次、一分钟一次或一小时一次）来测量电源的情况。如果监控由模拟设备来完成，那么监控可以是连续地而无离散时间步长。如果监控是连续地且非周期性地进行的，那么监控设备可以在事件的情况下监控某一时间间隔内的电源的情况。这样的事件可以是例如启动、引导过程或电源的被监控参数的改变。如果监控是非连续地，那么监控设备可以在特定日期仅测量一个值。非连续地进行监控减少了监控的努力。

替换地，切换布置不包括监控设备。在这种情况下，控制器的控制是基于用户输入或预定设置的。但是这样的布置减慢了切换过程，并且承担错误切换的风险。

优选地，切换块包括可自动切换的保护开关以用于可选择地将负载接口连接到电网接口。这允许负载接口到电网接口的安全且可选择的连接。

术语“保护开关”并不局限于一个开关。保护开关可以包括若干开关。在三相系统的情况下，每个相位可以包括用于可选择地将各个相位从负载接口连接到电网接口的开关。开关可以是适用于可选择地连接电连接线的任何设备或电路。开关可以是例如传统开关、闩锁开关、接触器、继电器或PWB上的切换功能。优选地，保护开关包括用于供电布置的每个相位的开关。这允许切换块的快速和安全切换。

在另一变型中，保护开关可由用户手动切换。替换地，切换块不包括保护开关。那么，从负载到电网的连接可以是不可切换的。这不允许可选择地使负载与电网断开，这在电网故障的情况下是不利的。在这种情况下，负载可能被例如来自电网的不恰当的电压或电流供电。

优选地，控制器被适配成取决于电源的情况来控制保护开关。这提供了根据电源的情况可选择地将负载接口连接到电网接口的可能性。优选地，如果电源处于错误的情况或者如果电源不满足负载的具体要求，那么控制器切换保护开关以将负载连接到电网。

控制器可以直接控制保护开关。替换地，控制器可以经由中间开关间接控制保护开关。这允许保护开关的安全切换。控制保护开关不仅意味着控制器切换保护开关，而且还控制保护开关的切换状态。这用以确保保护开关处于期望的切换位置。保护开关的控制可以包括另外的情况。例如，控制器还可以考虑电网的状态以用于确定保护开关的切换状态。

替换地，不取决于电源的情况来控制保护开关。在这种情况下，控制器可以例如根据预定义过程来切换保护开关。在这种情况下，如果发生未预见到的事件，则切换布置将不能够正确切换。

优选地，切换块包括用于切换保护开关的控制电路。这允许即使在电源或电网或二者都故障的情况下，也能安全地切换保护开关。控制电路可以包括被适配成控制保护开关的切换的若干元件。因此，控制电路可以包括开关、继电器、连接线，而且还包括计算单元、传感器和测量设备。

有利地，即使一个电源出了故障，控制开关也确保由电源供电负载。这允许对负载的安全供电。优选地，控制开关是控制继电器，其在正常情况下由控制器保持打开，并且在电源的错误情况下闭合。替换地，控制继电器在正常情况下由控制器保持闭合，并且在电源的错误情况下保持打开。在优选实施例中，控制器控制所述控制继电器，使得如果控制器处于错误情况并且如果电网存在则控制继电器切换保护开关。优选地，控制继电器在其闭合情况下将负载接口连接到电网接口。这增加了负载的供电的安全性。

替换地，切换块不包括控制电路。保护开关然后可以仅由控制器来切换，或者其可以由用户手动切换。这增加了保护开关的错误切换的风险，并且因此负载可能被连接到错误的电源。

优选地，保护开关是接触器。接触器优选地具有两种切换状态。有利地，供电布置的每个相位具有其自己的接触器。接触器提供高电流额定负载，并且其与传统继电器开关相比允许高涌入电流。因此，切换块具有高鲁棒性。替换地，保护开关是继电器开关或者PWB上的切换电路中的切换功能，或者用于安全地将负载连接到电网和/或使负载与电网断开的任何其它合适的开关。

在优选实施例中，供电布置包括用于可选择地将源接口连接到负载接口的源开关，以及用于可选择地将源接口连接到电网接口的防孤岛效应电路。这允许例如使电源与负载或与电网暂时断开。这可能需要仅给负载提供具体的功率或满足具体的电力网要求。特定地，如果电源是具有非恒定输出功率的可再生电源，则这适用。但是在电网故障的情况下，也可能需要源开关和防孤岛效应电路以便使电源与电网断开。

术语“源开关”并不局限于单个元件。源开关可以包括若干开关和与开关直接相关的设备。源开关是哪种开关是无关紧要的。它可以包括例如传统的电开关、继电器开关、接触器或仅在任何电气电路上的切换功能。类似地，防孤岛效应电路可以包括任何种类的开关。

此外，源开关和防孤岛效应电路不强制性必须被布置在电源的元件中。它们可以被布置在单独的设备中或切换块中。优选地，切换布置包括源开关和防孤岛效应电路。

替换地，将源接口永久地连接到负载接口或电网接口、或者连接到源接口和负载接口二者。这具有在电网或负载故障的情况下可能不能断开负载的缺点。这可能导致危险的孤岛效应操作。

优选地，负载包括房屋的功率消耗设备。优选地，负载包括房屋的全部功率消耗设备。

房屋可以包括例如建筑物、工厂、房地产或财产以及商店等。优选地，房屋是包括其所有电气装置（像例如，电加热、照明装置或建筑物的所有其它电力负载）的建筑物。在住宅房屋的情况下，负载例如由电加热、电照明装置、厨房电器、洗衣机、烘干机、电冰箱、冷冻柜、熨斗、收音机、电视机等组成。“功率消耗设备”意指在特定时刻消耗功率的所有设备。因此，负载可以对应于单个设备或若干功率消耗设备。例如，如果在家庭中仅洗衣机在消耗功率，那么仅洗衣机对应于负载。如果例如炉灶面与排烟柜和烤箱同时被切换，那么负载也可以因此随时间而快速改变。

替换地，负载可以例如包括机器、驱动或照明装置。

在优选实施例中，电源是可再生电源，优选地是光伏电源。

可再生电源意指产生可再生能量的电源。可再生电源可以包括例如光伏系统、风电场、水电站、地热电站、沼气发电厂、潮汐电站、热泵或这些电源中的两个或多个的组合。可再生能量的优点在于，能量来自于自然补充的资源。与集中在有限数量的国家中的不可再生能源形成对照，可再生能源存在于广泛的地理区域上。

替换地，电源可以包括诸如化石燃料或核燃料的不可再生能量。在这种情况下，电源可以例如包括核电厂、燃煤发电站、燃气发电厂、汽油燃料发电机或这些电源的组合。

优选地，供电布置被适配成三相系统。优选地，电源包括用于将所生成的DC功率转换成三相交流电流（AC）的逆变器。由于三相电力网是标准的，所以三相AC功率是在电网中可馈送的。

替换地，多相AC输出功率可以仅包括两个相位或四个相位或更多相位。

通过如上面所提到的特征具体说明了关于切换布置的本发明的解决方案。

通过权利要求13的特征来具体说明关于方法的本发明的解决方案。用于控制用于将负载连接到电源和/或电力网的供电布置、尤其是根据权利要求1至11中的任何所述的供电布置的方法，其特征在于以下步骤：

a. 可选择地将负载连接到电源，

b. 监控电源的情况

a. 取决于电源的情况可选择地将负载连接到电力网。

优选地，该方法包括如果电源处于错误的情况则将负载连接到电力网。

替换地，控制器通过在用户输入的情况下或根据预定的切换过程切换保护开关来将负载接口连接到电网接口。

优选地，取决于电源的情况将负载可选择地连接到电力网的步骤包括通过控制控制继电器来控制保护开关。

其它有利的实施例和特征的组合出现自下面的详细描述和全部的权利要求。

附图说明

用于解释实施例的附图示出：

图1示出包括PV系统、本地负载、公共电力网和将PV系统、负载和电网彼此连接的配线箱的现有技术水平的供电布置的示意性电路图；

图2示出现有技术水平的供电布置的更详细的示意性电路图；

图3示出现有技术水平的防孤岛效应电路、输出电路和旁路开关的示意性电路图，其中所述旁路开关处在逆变器位置处；

图4示出现有技术水平的防孤岛效应电路、输出电路和旁路开关的示意性电路图，其中所述旁路开关处在电网位置处；

图5示出根据本发明的包括PV系统、本地负载、公共电力网、控制器和配线箱的供电布置的示意性电路图；

图6示出根据本发明的供电布置的更详细的示意性电路图；

图7a-7d示出根据本发明的防孤岛效应电路、输出电路和接触器的详细示意性电路图。

在附图中，相同的组件被给予相同的参考符号。

具体实施方式

图1示出了如本领域中已知的用于家用装置的供电布置的示意性电路图。供电布置包括作为电源的PV系统1、电力负载2、公共电力网3以及具有两种切换状态的机械旁路开关9。在旁路开关9的第一切换状态下，负载2与PV系统1连接，而在第二切换状态下，负载2与电网3连接。将PV系统1可选择地连接到负载2或电网3或者连接到负载2和电网3二者。

图2示出了本领域中已知的供电布置的更详细的示意性电路图。如图2所示，供电布置包括用于连接PV系统1的源接口16、用于连接负载2的负载接口12、用于连接电网3的电网接口13。将负载2通过其负载接口12连接到PV系统1的源接口16。另外将负载2通过其负载接口12连接到电网3的电网接口13。此外，将PV系统1通过其源接口16连接到电网3的电网接口13。电网3优选地是通用公共电力网。配线箱10包括连接所需的导线，并且其进一步包括机械旁路开关9。如图2所示的供电布置是具有相位一50、相位二51和中性导线52的双相系统。

PV系统1包括功率产生部分4、逆变器5、作为输出测量设备的收入梯度计（RGM）6、防孤岛效应电路7和输出电路8。PV系统1可以进一步包括能量存储设备，诸如电池（未示出）。功率产生部分4表示PV系统1的太阳能模块。将逆变器5连接到所述模块并将所产生的直流（DC）转换成交流（AC）输出功率。将RGM 6连接到逆变器5的输出的两个相位，并且测量所产生的功率。在RGM 6之后，安装防孤岛效应电路7。防孤岛效应电路7包括两个串联布置的开关，从而确保如果电网3不存在则PV系统1不会将功率馈送到电网3中。在电网3不存在的情况下，出于安全性考虑，防孤岛效应电路7使PV系统1与电网3断开。每个相位都包括防孤岛效应电路7。

PV系统进一步包括输出电路8，其包括用于每个相位的闩锁开关和单极转换开关（SPCO）。将闩锁开关布置在从功率产生部分4向PV系统1的输出看的方向中的在防孤岛效应电路7的开关之后分支出的分支中。SPCO开关包括两个输入。将一个输入连接到闩锁开关的输出。将SPCO开关的另一个输入连接到RGM 6的输出。将SPCO开关的输出连接到源接口16。因此，SPCO开关可以将闩锁开关的输出连接到源接口16或者SPCO开关可以将RGM 6的输出直接连接到源接口16。因此，输出电路8被适配成可选择地将PV系统1连接到负载2。但是输出电路8的可切换连接取决于如下面所描述的旁路开关9的切换位置。PV系统1与负载2和电网3的连接分别由源接口16和负载接口12以及电网接口13来实现。因此，每一相位的电力线的一个分支从源接口16导向配线箱10并进一步导向旁路开关9。另一分支从源接口16导向电网接口13。

将防孤岛效应电路7和输出电路8物理地布置在PV系统1的逆变器5中的电路中。通常将输出电路8实现为PWB继电器。

优选地，负载2对应于在特定时间实际上正在消耗功率的建筑物或房屋的全部功率消耗设备。因此，负载可以例如对应于热泵、热水器、电炉、冰箱、冷冻柜、照明、洗碗机、洗衣机、电视机以及在家庭中使用的所有其它电气或电子设备。

如上面所提到的，配线箱10包括机械旁路开关9。旁路开关9一方面通过负载接口12与负载2连接，而另一方面通过源接口16与PV系统1连接，并且通过电网接口13与电网3连接。旁路开关9是可手动切换的并且具有两个切换位置；将负载2连接到PV系统1的逆变器位置和将负载2连接到电网3的电网位置。

由于PV系统是可选择地可连接到电网3或/和负载2的，所以可以将所产生的功率提供给负载2以及电网3。取决于所产生的功率的量，可以仅将功率提供给负载2，或者可以将全部的输出功率馈送到电力网3中。作为另一选择，可以分配所产生的功率。这意味着将输出功率的部分量提供给负载2，而将另一部分提供给电力网3。另一方面，如果负载2的功率需求超过PV系统1的可用功率2，那么可以从电力网3获得附加的功率。如果PV系统1由于缺乏阳光或由于故障而完全没有产生任何功率，那么提供给负载2的所有功率都从电网3中获得。RGM 6测量由太阳能模块产生的功率的量以及在PV系统1的输出处提供的功率的量。

旁路开关9可以根据操作模式或者电网3或PV系统1的功率的可用性来进行切换。如果例如电网3不存在，那么用户可以手动地将旁路开关9切换在逆变器位置处，以便将负载2连接到PV系统1。取决于防孤岛效应电路7和输出电路8的切换状态，可以使负载2完全地与电网3断开并且仅连接到PV系统1，或者将负载2连接到PV系统1和电网3二者。

在PV系统1具有故障或所提供的功率不适用于为负载2供电的情况下，用户可以将旁路开关9切换在电网位置处，以便将负载2直接连接到电网3。取决于防孤岛效应电路7和输出电路8的切换状态，可以使负载2完全地与PV系统1断开并且仅连接到电网3，或者将负载2连接到PV系统2和电网3二者。

图3和图4示出了如本领域中已知的防孤岛效应电路7、输出电路8和旁路开关9的可能电路的详细视图。为了简单起见，仅示出了一个相位的开关。如图3和4所示，输出电路8包括SPCO开关31和闩锁开关30。

如果旁路开关15处在如图3所示的逆变器位置处并且如果防孤岛效应电路7的开关闭合，那么可以切换输出电路8使得负载2仅被连接到PV系统1或者负载2仅被连接到电网3，或者负载被连接到PV系统1和电网3二者。如果旁路开关9仍处在逆变器位置处但是防孤岛效应电路7的开关打开，那么可以切换输出电路8使得负载2仅被连接到PV系统1或仅被连接到电网3，或者使负载2与PV系统1和电网3二者断开。如果旁路开关9处在如图4所示的电网位置处，那么负载2在任何情况下都与电网2连接，而不取决于防孤岛效应电路7和输出电路8的切换状态。

旁路开关9处在逆变器位置处的缺点在于，可能发生其中负载2不由电源供电的切换状态。如果电网3此刻不存在且PV系统1没有正在工作以及如果防孤岛效应电路7的开关是打开的且输出电路8的闩锁开关30也是打开的并且此外如图3所示输出电路8的SPCO开关31处于其常闭位置（n.c），则将会是这种情况。当电网3再次存在时，手动操作的旁路开关9停留在逆变器位置并且负载2未被连接，并且因此负载2不由电网3供电。

图4示出了另一不利的切换状态。如果PV系统1正在产生功率且电网3存在，并且旁路开关9处在电网位置处，防孤岛效应电路7的开关闭合，闩锁30也闭合，并且如果SPCO开关31处在其常闭（n.c.）位置中则出现这种状态。在这种情况下，尽管PV系统1正在产生功率且将功率馈送到电网3中，负载2仍由电网3供电。这可能是无意的，因为用PV系统1产生的功率为负载2供电可能更经济。

图5示出了根据本发明的用于家用装置的供电布置的示意性电路图。该系统类似于图1所示的系统，但是根据本发明的系统进一步包括包含控制器19和切换块41的切换布置40。控制器19被适配成取决于PV系统11的情况来控制切换块41。与现有技术水平形成对照，负载12和PV系统11彼此连接，而在连接线中没有旁路开关。替代地，将切换块41布置在负载12和电网13之间。优选地，控制器19和切换块形成连接PV系统11、电网13和负载12的配线箱20。

图6示出了根据图5所示的发明的供电布置的更详细的可能实施例。如图6所示，切换块41包括由控制继电器26表示的控制电路和用作保护开关的三个接触器27，每个用于一条电力线。术语电力线应被视为意指所有电气连接，例如电缆或PWB上的连接。控制继电器26被连接到电网13的一个相位，并进一步被连接到三个接触器27的线圈。此外，可以将接触器27的线圈连接在电网13的相位之间。优选地，将线圈连接到电网13的一个相位以及到控制继电器26。控制器19包括监控设备29，并且与PV系统11的逆变器15通信。此外，将控制器19连接到控制继电器26和接触器开关28，其继而被连接到接触器27。如图6所示的供电布置是具有相位一50、相位二51和中性导线52的双相系统。

PV系统11包括用于每条电力线（两个相位和中性导线）的防孤岛效应电路17和表示源开关的输出电路18。将控制器19连接到逆变器15，并且连接到防孤岛效应电路17和输出电路18的开关。防孤岛效应电路17包括两个串联连接的开关。与图1所示的现有技术的PV系统形成对照，PV系统11的输出电路18仅包括一个开关。将该开关布置在从防孤岛效应电路17的两个串联布置的开关之间的线分支出的分支中。在物理上，将防孤岛效应电路17和输出电路18优选地布置在PV系统11的逆变器15中。

如上面所提到的，根据本发明的供电布置不包括旁路开关。替代地，控制器19和具有控制继电器26和接触器27的切换块41替换了手动操作的机械旁路开关。这意味着将负载12可选择地连接到电网13的功能由控制器19、切换块41和监控设备29自动化了。接触器27由控制器19经由控制继电器26来控制，所述控制继电器26优选地是C型继电器。接触器27允许通过闭合连接负载接口22与电网接口23的连接线24来可选择地将负载12连接到电网13。

在正常情况下，控制器19通过切换控制继电器26来控制接触器27。控制继电器26包括两种切换状态：打开位置和闭合的电网位置。如果通过控制器19将控制继电器26在其打开位置中保持打开，那么接触器27也处于打开位置中，因为控制继电器26被连接到三个接触器27。如果控制器19闭合控制继电器26并且如果电网13存在，那么接触器27也被闭合。控制器19能够通过接触器开关28监控接触器27的切换状态，因为接触器开关28被连接到接触器27以及控制器19。控制器19可以取决于操作模式或取决于PV系统11的状态来切换接触器27。取决于PV系统11所产生的功率量，控制器19可以可选择地将负载12经由接触器27连接到电网13，或者在另一种情况下，控制器19可以使负载12与电网13断开，从而使得能够实现供电系统的离网操作。

除了正常情况之外，存在错误情况。在PV系统11的任何故障（例如，如果逆变器电路故障、如果收入梯度计21不能正确地测量输出功率，或者如果逆变器15不能转换所产生的功率）的情况下，这样的情况可能发生。控制器19的监控设备29通过监控逆变器15来监控PV系统11的情况。如果发生任何错误，则控制器19通过监控设备29接收该信息并释放控制继电器26。因此，控制继电器26改变到其电网位置，其为控制继电器26的默认情况。如果控制继电器26处在电网位置中并且如果电网13存在，那么控制继电器26闭合接触器27。接触器27的闭合将负载接口22连接到电网接口23。因此，在由控制器19识别出PV系统11的任何故障的情况下，负载12自动地连接到电网13。这允许负载12的安全且不间断的供电。

图7a-7d示出了根据本发明的防孤岛效应电路17、输出电路18和接触器27的开关的详细视图。为了简单起见，在图7a-7d中仅示出了一个相位的开关。

图7a示出了当电网13存在且PV系统11故障或不能产生功率时的情况。防孤岛效应电路17的开关是打开的，并且输出电路18的开关也是打开的。接触器27是闭合的。因此，负载12经由接触器27仅连接到电网13。

图7b示出了当电网13存在且PV系统11正在将功率馈送到电网13中时的切换状态。输出电路18的开关是打开的。这表示正常的电网操作。

图7c示出了当电网13不存在时的切换状态。防孤岛效应电路17的开关中的一个和接触器27是打开的，并且输出电路18的开关是闭合的。因此，负载12仅被连接到PV系统11而不连接到电网13。这表示正常的离网操作。

图7d示出了既不存在电网13，PV系统11也不产生功率时的切换状态。防孤岛效应电路17和输出电路18的所有开关都是打开的。因此，负载12既不连接到PV系统11也不连接到电网13。

通过接触器27的自动切换，就不会发生上面所提到的不利切换状态。如果PV系统11不产生功率并且如果电网13不存在，那么接触器27打开，但是一旦电网13再次存在，接触器27就自动闭合，因为一旦跨电网3的相位存在电压，控制继电器26就改变到其电网位置。

如果接触器27是打开的并且因此未将负载12连接到电网13，那么可以在任何时候将PV系统11连接到电网13。这允许满足关于故障穿越（FRT）的规则的要求。该规则陈述，电源必须在短时期的较低电网电压下保持与电网13的连接，以便避免电网13上的短路。

图5至7示出了根据本发明的供电布置的可能的布置。但是其它实施例也是可能的。例如，防孤岛效应电路17和输出电路18不必布置在逆变器15中。替代地，可以将它们布置在切换块41中或单独的设备中。可以将控制器19布置在配线箱20中，或者也可以将其布置在配线箱外部在单独的设备中。在另一示例中，逆变器的控制器可以另外承担控制器19的控制功能。监控设备29与控制器19直接通信。但是监控设备29不必强制地布置在控制器19内部或形成控制器19的一部分。替代地，可以将监控设备29布置在切换块41中、逆变器15中或单独的设备中。在逆变器15已经包括监控其情况的设备的情况下，也可以使用这样的设备作为监控设备29。

总之，应指出的是，提供了一种供电布置，其允许在电源故障的情况下不间断地向负载供电。

参考符号列表

1，11	PV系统
		2，12	负载
3，13	电网
		4	功率产生部分
5，15	逆变器
		6，21	收入梯度计
7，17	防孤岛效应电路
		8，18	输出电路
10，20	配线箱
		16，26	源接口
12，22	负载接口
		13，23	电网接口
14，24	连接线
		9	旁路开关
19	控制器
		26	控制继电器
27	接触器
		28	接触器开关
29	监控设备
		30	闩锁开关
31	SPCO开关
		32	开关
40	切换布置
		41	切换块
50	相位一
		51	相位二
52	中性导线

Claims (15)

1.供电布置包括电源（11）和切换布置，所述切换布置（40）包括切换块（41），其中所述切换块（41）包括用于连接电源（11）的源接口（26）、用于连接负载（12）的负载接口（22）以及用于连接电网（13）的电网接口（23），其特征在于，所述切换布置（40）包括控制器（19）以用于取决于所述电源（11）的情况来控制切换块（41）。

2.根据权利要求1所述的供电布置，其中将所述切换布置（40）实现为与所述电源（11）分离的单元。

3.根据权利要求1或2所述的供电布置，其中所述切换布置（40）包括用于监控所述电源（11）的情况的监控设备（29）。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的供电布置，其中所述切换块（41）包括用于可选择地将所述负载接口（22）连接到所述电网接口（23）的可自动切换的保护开关（27）。

5.根据权利要求4所述的供电布置，其中所述控制器（19）被适配成取决于所述电源（11）的情况来控制所述保护开关（27）。

6.根据权利要求5所述的供电布置，包括用于切换所述保护开关（27）的控制电路（26）。

7.根据权利要求5或6所述的供电布置，其中所述保护开关（27）是接触器。

8.根据权利要求1或7中的任一项所述的供电布置，其包括用于可选择地将所述源接口（26）连接到所述负载接口（22）的源开关（18），以及用于可选择地将所述源接口（26）连接到所述电网接口（23）的防孤岛效应电路（17）。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的供电布置，其中所述负载（12）包括房屋的功率消耗设备。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的供电布置，其中所述电源（11）是可再生电源，优选地是光伏电源。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的供电布置，其适用于三相系统。

12.一种用于根据权利要求1至11中的任一项所述的供电布置的切换布置。

13.一种用于控制用于将负载（12）连接到电源（11）和/或电力网（13）的供电布置、尤其是根据权利要求1至11中的任何所述的供电布置的方法，其特征在于以下步骤：

a. 可选择地将所述负载（12）连接到所述电源（11），

b. 监控所述电源（11）的情况

c. 取决于所述电源（11）的情况可选择地将所述负载（12）连接到所述电力网（13）。

14.根据权利要求13所述的方法，其包括如果所述电源（11）处于错误的情况，则将所述负载（12）连接到所述电力网（13）。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，取决于所述电源（11）的情况将所述负载（12）可选择地连接到所述电力网（13）的步骤包括通过控制控制继电器（26）来控制保护开关（27）。