CN108123497A - 一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统，配电柜中除了设置有AC/DC变换器，用来将市电转换为直流电，还设置有DC/DC变换器，用于将直流电转换为电压值为预设值的预设直流电，控制模块会根据新能源系统的功率和负载功率控制直流开关和交流开关的闭合或者关闭，优先控制新能源系统为负载供电，当新能源系统的电能不足时再控制电网为负载供电；当电网故障时，还控制直流开关闭合，以便新能源系统为负载供电。本申请提供的配电柜，既能为交流负载供电，也能为直流负载供电，灵活性高，提高了电能的利用率，降低了用户的用电成本，且在电网故障时，还可以将新能源输出的直流电转换后给负载供电，方便了用户的电能使用。

Description

一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统

技术领域

本发明涉及混合供电技术领域，特别是涉及一种交直流混合供电的配电柜、系统及控制方法。

背景技术

随着我国工业化和城镇化的持续推进，电力行业需求持续保持增长，且随着新能源产业、高新技术产业的投资明显加快，民用配电智能化需求的加大，对电能的质量要求越来越高，新能源发电越来越受到人们的青睐，现如今，如何提高用电的效率、保持电能平稳的同时实现效益最大化，成为人们日益关注的问题。常规配电柜的内部只有控制电网进电的开关，电网一旦出现故障，与配电柜相关的负载便全都要停止工作，无法保证负载的正常运行，给用户的生活带来了很多不便。另外，新能源系统产生的电能为直流电，很多负载所需的也是直流电，传统的配电柜无法直接连新能源系统，也无法直接提供直流电的输出，传统方式都要通过“直-交-直”的方式为直流负载供电，这种方式灵活性差，降低了电能的利用率，提高了用户的用电成本。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统，既能为交流负载供电，也能为直流负载供电，灵活性高，提高了电能的利用率，降低了用户的用电成本，另外，在电网故障时，还可以将新能源输出的直流电转换后给负载供电，方便了用户的电能使用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交直流混合供电的配电柜，包括交流开关和直流开关，还包括：

输入端通过所述交流开关接电网、AC端作为交流负载端的AC/DC变换器，用于将市电转换为第一直流电，还用于将第二直流电转换为交流电；

输入端通过所述直流开关接新能源系统输出的直流电、输出端与所述AC/DC变换器的DC端并联，其公共端作为直流负载端的DC/DC变换器，用于将所述直流电转换为电压值与所述第一直流电的电压值相等的第二直流电；

输入端分别与所述交流负载端和所述直流负载端连接的负载功率获取模块，用于确定负载功率，所述负载功率包括交流负载功率和直流负载功率；

输入端与所述负载功率获取模块连接、输出端分别与所述交流开关的控制端和所述直流开关的控制端连接的控制模块，用于接收所述新能源系统的功率，并根据所述新能源系统的功率和所述负载功率控制所述直流开关和所述交流开关的闭合或者关闭，且所述新能源系统为负载供电的优先级大于所述电网为负载供电的优先级；且当所述电网故障时，控制所述直流开关闭合。

优选地，还包括：

输入端与所述DC/DC变换器的输出端连接、输出端与所述直流负载端连接、控制端与所述控制模块连接的储能设备；

所述控制模块还用于在所述储能设备的电能小于第一预设值时控制所述新能源系统和/或电网为所述储能设备充电，在所述新能源系统的功率小于第二预设值且所述电网故障时，控制所述储能设备为负载供电。

优选地，根据所述新能源系统的功率和所述负载功率控制所述直流开关和所述交流开关的闭合或者关闭，且所述新能源系统为负载供电的优先级大于所述电网为负载供电的优先级的过程具体为：

判断所述新能源系统的功率是否大于所述负载功率，如果是，则控制所述直流开关闭合，以便所述新能源系统为负载供电，否则，判断所述电网是否故障，如果是，则控制所述储能设备为负载供电，否则，控制所述交流开关闭合，以便所述电网为负载供电。

优选地，所述在所述储能设备的电能小于第一预设值时控制所述新能源系统和/或电网为所述储能设备充电的过程具体为：

在所述储能设备的电能小于第一预设值时，判断所述新能源系统的功率是否大于第三预设值，如果是，则控制所述新能源系统为所述储能设备充电，否则，在所述电网无故障时控制所述电网为所述储能设备充电，所述第三预设值大于所述第二预设值。

优选地，所述控制模块还用于在所述新能源系统的功率满足所述储能设备的充电功率及所述负载功率时控制所述新能源系统将多余的电能通过所述AC/DC变换器反馈至所述电网。

优选地，所述储能设备的输出端还与其他配电柜中的储能设备的输出端连接，所述控制模块还与其他配电柜中的控制模块连接；

所述控制模块还用于在所述储能设备在为负载供电但所述储能设备的电能低于所述第一预设值时采取预设就近原则确定待借电储能设备，并通过所述待借电储能设备所在配电柜中的控制模块控制所述待借电储能设备为所述负载供电。

优选地，还包括与所述控制模块连接的人机交互模块；所述储能设备的输出端还与其他配电柜中的储能设备的输出端连接；

所述控制模块还用于在所述储能设备在为负载供电但所述储能设备的电能低于所述第一预设值时，向所述人机交互模块发送借电请求指令；

所述人机交互模块用于在接收到所述借电请求指令后，采取预设就近原则确定待借电储能设备，并通过所述待借电储能设备所在配电柜中的人机交互模块及控制模块控制所述待借电储能设备为所述负载供电。

优选地，所述人机交互模块为手机。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种交直流混合供电系统，包括电网、新能源系统、交流母线、直流母线、孤岛开关和如上述所述的交直流混合供电的配电柜，其中：

所述新能源系统通过所述直流母线与所述配电柜连接，所述电网通过所述孤岛开关与所述交流母线连接，所述配电柜与所述交流母线连接。

优选地，所述新能源系统包括风机模块和/或光伏模块。

本发明提供了一种交直流混合供电的配电柜及交直流混合供电系统，配电柜中除了设置有AC/DC变换器，用来将市电转换为直流电，还设置有DC/DC变换器，用于将直流电转换为电压值为预设值的预设直流电，在使用过程中，控制模块会根据新能源系统的功率和负载功率控制直流开关和交流开关的闭合或者关闭，且优先控制新能源系统为负载供电，当新能源系统的电能不足时再控制电网为负载供电；且当电网故障时，还控制直流开关闭合，以便新能源系统为负载供电。可见，本申请提供的配电柜，既能为交流负载供电，也能为直流负载供电，灵活性高，提高了电能的利用率，降低了用户的用电成本，另外，在电网故障时，还可以将新能源输出的直流电转换后给负载供电，方便了用户的电能使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种交直流混合供电的配电柜的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种交直流混合供电的配电柜、系统及控制方法，既能为交流负载供电，也能为直流负载供电，灵活性高，提高了电能的利用率，降低了用户的用电成本，另外，在电网故障时，还可以将新能源输出的直流电转换后给负载供电，方便了用户的电能使用。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种交直流混合供电的配电柜的结构示意图，该配电柜包括交流开关1和直流开关3，还包括：

输入端通过交流开关1接电网、AC端作为交流负载端的AC/DC变换器2，用于将市电转换为第一直流电，还用于将第二直流电转换为交流电；

输入端通过直流开关3接新能源系统输出的直流电、输出端与AC/DC变换器2的DC端并联，其公共端作为直流负载端的DC/DC变换器4，用于将直流电转换为电压值与第一直流电的电压值相等的第二直流电；

输入端分别与交流负载端和直流负载端连接的负载功率获取模块5，用于确定负载功率，负载功率包括交流负载功率和直流负载功率；

输入端与负载功率获取模块5连接、输出端分别与交流开关1的控制端和直流开关3的控制端连接的控制模块6，用于接收新能源系统的功率，并根据新能源系统的功率和负载功率控制直流开关3和交流开关1的闭合或者关闭，且新能源系统为负载供电的优先级大于电网为负载供电的优先级；且当电网故障时，控制直流开关3闭合。

本申请的核心思想为通过对配电柜做改进，使其既能使用市电，也能使用新能源系统，使得在市电故障时，可以使用新能源系统，在市电正常时，优先使用新能源系统，新能源系统的的电能不够时再使用电网。基于此，本申请在配电柜中除了设置AC/DC变换器2外，还设置了DC/DC变换器4，具体地，当使用市电时，AC/DC变换器2工作，AC/DC变换器2的AC端直接输出市电为交流负载供电，同时，AC/DC变换器2还对市电进行整流处理，得到第一直流电，用来为直流负载供电。当使用新能源系统时，DC/DC变换器4及AC/DC变换器2均工作，具体地，DC/DC变换器4将新能源系统输出的直流电转换为第二直流电，用来为直流负载供电，同时，还通过AC/DC变换器2将第二直流电逆变成交流电，用来为交流负载供电，其中，这里的第一直流电和第二直流电的电压值相等，例如可以均为DC220V。此外，在判定使用市电还是新能源系统是根据市电是否故障、新能源系统的功率及负载功率来决定的。

具体地，负载功率获取模块5可以包括直流电流传感器、直流电压传感器、交流电流传感器、交流电压传感器及计算模块，计算模块通过各电流传感器采集的电流信号和各电压传感器采集的电压信号来计算负载的功率，当然，这里的负载功率获取模块5还可以为其他类型的负载功率获取模块，本申请在此不做特别的限定。另外，控制模块6可以通过新能源系统功率获取模块来获取新能源系统的功率，也可以通过新能源系统中的控制模块6来获知新能源系统的功率，根据实际情况来定。

可见，本申请提供的配电柜具有交直流双向转换的功能，通过AC/DC变换器2和DC/DC变换器4实现能量的交换，按需供电，使电能得到最优利用，并通过AC端和DC端实现电能的分类输出，此外，还减小了电网断电给负载带来的影响，特别适用于城市居民小区的供电。

综上，本发明提供了一种交直流混合供电的配电柜，配电柜中除了设置有AC/DC变换器，用来将市电转换为直流电，还设置有DC/DC变换器，用于将直流电转换为电压值为预设值的预设直流电，在使用过程中，控制模块会根据新能源系统的功率和负载功率控制直流开关和交流开关的闭合或者关闭，且优先控制新能源系统为负载供电，当新能源系统的电能不足时再控制电网为负载供电；且当电网故障时，还控制直流开关闭合，以便新能源系统为负载供电。可见，本申请提供的配电柜，既能为交流负载供电，也能为直流负载供电，灵活性高，提高了电能的利用率，降低了用户的用电成本，另外，在电网故障时，还可以将新能源输出的直流电转换后给负载供电，方便了用户的电能使用。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，还包括：

输入端与DC/DC变换器4的输出端连接、输出端与直流负载端连接、控制端与控制模块6连接的储能设备7；

控制模块6还用于在储能设备7的电能小于第一预设值时控制新能源系统和/或电网为储能设备7充电，在新能源系统的功率小于第二预设值且电网故障时，控制储能设备7为负载供电。

为了提高新能源系统的利用率和进一步提高配电柜的供电稳定性，配电柜中还设置了储能设备7，当储能设备7的电能不足也即储能设备7的电能小于第一预设值时，控制模块6会控制新能源系统和/或电网为储能设备7充电，具体选用新能源系统为储能设备7供电还是选用电网为储能设备7供电，主要根据新能源系统的功率来决定，如果新能源系统功率除了在给负载供电外还有剩余，则可以控制新能源系统为储能设备7供电，否则，控制电网为储能设备7供电。此外，在给负载供电时，储能设备7的优先级在新能源系统及电网之后，也即电网故障后，优先选用新能源系统为负载供电，如果新能源系统的电能不足也即新能源系统的功率小于第二预设值，则控制模块6控制储能设备7为负载供电，实现了新能源系统的充分利用，在电网故障且新能源系统的功率小于第二预设值时仍然能够实现为负载供电，提高了配电柜的供电稳定性。

作为一种优选地实施例，根据新能源系统的功率和负载功率控制直流开关3和交流开关1的闭合或者关闭，且新能源系统为负载供电的优先级大于电网为负载供电的优先级的过程具体为：

判断新能源系统的功率是否大于负载功率，如果是，则控制直流开关3闭合，以便新能源系统为负载供电，否则，判断电网是否故障，如果是，则控制储能设备7为负载供电，否则，控制交流开关1闭合，以便电网为负载供电。

具体地，在采用电网和新能源系统配合为负载供电时，由于采取新能源系统优先、电网次优先、储能设备7最后的原则，因此，在为负载供电时，首先判断新能源系统的功率是否大于负载功率，如果大于，则控制直流开关3闭合，让新能源系统为负载供电，如果小于，则再判断电网是否故障，如果电网没有发生故障，则控制电网为负载供电，否则，控制储能设备7为负载供电。采取该策略，能够有效提高新能源系统的利用率，降低用户的用电成本，同时，还提高了配电柜的供电可靠性。

作为一种优选地实施例，在储能设备7的电能小于第一预设值时控制新能源系统和/或电网为储能设备7充电的过程具体为：

在储能设备7的电能小于第一预设值时，判断新能源系统的功率是否大于第三预设值，如果是，则控制新能源系统为储能设备7充电，否则，在电网无故障时控制电网为储能设备7充电，第三预设值大于第二预设值。

具体地，在采用电网和新能源系统配合为储能设备7充电时，由于采取新能源系统优先、电网次优先的原则，因此，在储能设备7的电能不足也即储能设备7的电能小于第一预设值时，储能设备7需要充电，本申请中，首先判断新能源系统的功率是否足够(功率是否大于第三预设值)，如果是，则优先控制新能源系统为储能设备7充电，否则，在电网无故障时控制电网为储能设备7充电，本实施例进一步提高了新能源系统的利用率，且能够保证储能设备7的电能充足，以便在新能源系统的功率小于第二预设值且电网故障时，储能设备7为负载供电，进一步提高了配电柜的供电可靠性。

作为一种优选地实施例，控制模块6还用于在新能源系统的功率满足储能设备7的充电功率及负载功率时控制新能源系统将多余的电能通过AC/DC变换器2反馈至电网。

具体地，如果新能源系统的电能能够满足负载所需电能及储能设备7所需电能，控制模块6还控制新能源系统将多余的电能通过AC/DC变换器2反馈给电网，提高了新能源系统的利用率。

作为一种优选地实施例，储能设备7的输出端还与其他配电柜中的储能设备7的输出端连接，控制模块6还与其他配电柜中的控制模块6连接；

控制模块6还用于在储能设备7在为负载供电但储能设备7的电能低于第一预设值时采取预设就近原则确定待借电储能设备7，并通过待借电储能设备7所在配电柜中的控制模块6控制待借电储能设备7为负载供电。

具体地，在新能源系统的功率小于第二预设值且电网故障时，储能设备7为负载供电，但是储能设备7的电能是一定的，如果在储能设备7为负载供电的过程中电网仍然故障且新能源系统的电能仍不足，此时为了避免负载断电，本实施例中，储能设备7的输出端还与其他配电柜中的储能设备7的输出端连接，控制模块6还与其他配电柜中的控制模块6连接，此外，控制模块6还会与其他配电柜中的控制模块6通信，控制模块6在通过就近原则确定待借电储能设备后，与该待借电储能设备所在的控制模块6通信，请求待借电储能设备所在的控制模块6控制待借电储能设备导通，也即借电，从而实现为负载供电，进一步提高了配电柜的供电可靠性。

此外，需要强调的是，本申请中，采取就近原则确定待借电储能设备时，主要考虑两点：与电能不足的储能设备7的距离以及储能设备的电能是否足够，根据选取策略从电能足够的储能设备7中选取距离电能不足的储能设备7最近的储能设备7作为待借电储能设备7。当然，这里也可以采用其他方式来选取待借电储能设备7，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，还包括与控制模块6连接的人机交互模块8；储能设备7的输出端还与其他配电柜中的储能设备7的输出端连接；

控制模块6还用于在储能设备7在为负载供电但储能设备7的电能低于第一预设值时，向人机交互模块8发送借电请求指令；

人机交互模块8用于在接收到借电请求指令后，采取预设就近原则确定待借电储能设备7，并通过待借电储能设备7所在配电柜中的人机交互模块8及控制模块6控制待借电储能设备7为负载供电。

具体地，为了解决上一实施例提到的问题也即为了避免负载断电，本实施例中，配电柜还包括与控制模块6连接的人机交互模块8，储能设备7的输出端还与其他配电柜中的储能设备7的输出端连接，人机交互模块8与其他配电柜中的人机交互模块8通信连接，在储能设备7的电能不足时，电能不足的储能设备7所在配电柜中的控制模块6向该配电柜中的人机交互模块8发送借电请求指令，人机交互模块8在接收到借电请求指令后通过就近原则确定待借电储能设备，然后向该待借电储能设备所在配电柜中的人机交互模块8发送借电请求，以便待借电储能设备所在的人机交互模块8通过控制模块6控制待借电储能设备导通，也即借电，从而实现为负载供电，进一步提高了配电柜的供电可靠性。

作为一种优选地实施例，人机交互模块8为手机。

具体地，手机应用较广，管理人员通过手机来进行借电管理，非常方便，这里的人机交互模块8可以为但不仅限于手机，能实现本发明的目的即可。

本发明还提供了一种交直流混合供电系统，包括电网、新能源系统、交流母线、直流母线、孤岛开关和如上述的交直流混合供电的配电柜，其中：

新能源系统通过直流母线与配电柜连接，电网通过孤岛开关与交流母线连接，配电柜与交流母线连接。

具体地，控制模块6还用于在判断得到电网故障时，控制孤岛开关断开，以免电网异常损坏用电设备。

作为一种优选地实施例，新能源系统包括风机模块和/或光伏模块。

具体地，风机模块利用风机进行风能发电，发电量大，光伏模块通过太阳能进行发电，发电量也很大，当然，这里的新能源系统还可以包括其他类型的新能源模块，本申请在此不做特别的限定。

对于本发明提供的交直流混合供电系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种交直流混合供电的配电柜，其特征在于，包括交流开关和直流开关，还包括：

输入端通过所述交流开关接电网、AC端作为交流负载端的AC/DC变换器，用于将市电转换为第一直流电，还用于将第二直流电转换为交流电；

输入端通过所述直流开关接新能源系统输出的直流电、输出端与所述AC/DC变换器的DC端并联，其公共端作为直流负载端的DC/DC变换器，用于将所述直流电转换为电压值与所述第一直流电的电压值相等的第二直流电；

输入端分别与所述交流负载端和所述直流负载端连接的负载功率获取模块，用于确定负载功率，所述负载功率包括交流负载功率和直流负载功率；

输入端与所述负载功率获取模块连接、输出端分别与所述交流开关的控制端和所述直流开关的控制端连接的控制模块，用于接收所述新能源系统的功率，并根据所述新能源系统的功率和所述负载功率控制所述直流开关和所述交流开关的闭合或者关闭，且所述新能源系统为负载供电的优先级大于所述电网为负载供电的优先级；且当所述电网故障时，控制所述直流开关闭合。

2.如权利要求1所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，还包括：

输入端与所述DC/DC变换器的输出端连接、输出端与所述直流负载端连接、控制端与所述控制模块连接的储能设备；

所述控制模块还用于在所述储能设备的电能小于第一预设值时控制所述新能源系统和/或电网为所述储能设备充电，在所述新能源系统的功率小于第二预设值且所述电网故障时，控制所述储能设备为负载供电。

3.如权利要求2所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，根据所述新能源系统的功率和所述负载功率控制所述直流开关和所述交流开关的闭合或者关闭，且所述新能源系统为负载供电的优先级大于所述电网为负载供电的优先级的过程具体为：

判断所述新能源系统的功率是否大于所述负载功率，如果是，则控制所述直流开关闭合，以便所述新能源系统为负载供电，否则，判断所述电网是否故障，如果是，则控制所述储能设备为负载供电，否则，控制所述交流开关闭合，以便所述电网为负载供电。

4.如权利要求3所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，所述在所述储能设备的电能小于第一预设值时控制所述新能源系统和/或电网为所述储能设备充电的过程具体为：

在所述储能设备的电能小于第一预设值时，判断所述新能源系统的功率是否大于第三预设值，如果是，则控制所述新能源系统为所述储能设备充电，否则，在所述电网无故障时控制所述电网为所述储能设备充电，所述第三预设值大于所述第二预设值。

5.如权利要求4所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，所述控制模块还用于在所述新能源系统的功率满足所述储能设备的充电功率及所述负载功率时控制所述新能源系统将多余的电能通过所述AC/DC变换器反馈至所述电网。

6.如权利要求2-5任一项所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，所述储能设备的输出端还与其他配电柜中的储能设备的输出端连接，所述控制模块还与其他配电柜中的控制模块连接；

所述控制模块还用于在所述储能设备在为负载供电但所述储能设备的电能低于所述第一预设值时采取预设就近原则确定待借电储能设备，并通过所述待借电储能设备所在配电柜中的控制模块控制所述待借电储能设备为所述负载供电。

7.如权利要求2-5任一项所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的人机交互模块；所述储能设备的输出端还与其他配电柜中的储能设备的输出端连接；

所述控制模块还用于在所述储能设备在为负载供电但所述储能设备的电能低于所述第一预设值时，向所述人机交互模块发送借电请求指令；

所述人机交互模块用于在接收到所述借电请求指令后，采取预设就近原则确定待借电储能设备，并通过所述待借电储能设备所在配电柜中的人机交互模块及控制模块控制所述待借电储能设备为所述负载供电。

8.如权利要求7所述的交直流混合供电的配电柜，其特征在于，所述人机交互模块为手机。

9.一种交直流混合供电系统，其特征在于，包括电网、新能源系统、交流母线、直流母线、孤岛开关和如权利要求1-8任一项所述的交直流混合供电的配电柜，其中：

所述新能源系统通过所述直流母线与所述配电柜连接，所述电网通过所述孤岛开关与所述交流母线连接，所述配电柜与所述交流母线连接。

10.如权利要求9所述的交直流混合供电系统，其特征在于，所述新能源系统包括风机模块和/或光伏模块。