CN111969716A - 一种多电源互补供电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多电源互补供电装置及其控制方法，包括光伏供电支路、市电输入支路、逆变器和系统控制器；光伏供电支路包括自光伏输入依次设置的太阳能控制器、储能单元以及光伏电压调整电路；市电输入支路包括接入市电的市电转换电路；光伏电压调整电路的输出端与第一升/降压DC‑DC单元的输出端并联接入逆变器的直流母线；系统控制器与光伏供电支路之间设置有第一采集电路，系统控制器与市电输入支路之间设置有第二采集电路，系统控制器的控制输出端分别接所述市电转换电路、光伏电压调整电路。与现有技术相比：光伏和市电能实现无缝切换，负载供电不会有短时中断，避免巨大经济损失。

Description

一种多电源互补供电装置及其控制方法

技术领域

本发明属于属于电力发电系统技术领域，具体来说，涉及一种多电源互补供电装置及其控制方法。

背景技术

在离网光伏发电系统应用中，由于光伏供电的不稳定，需要与市电一同互补使用，两种电源需要切换控制，现有的方式主要有两种：

第一种如图1所示：市电通过AC-DC连接到储能单元，当判断光伏能量不满足负载需求时，关闭光伏充电，市电通路打开，由市电给储能单元充电，经过DC-DC、DC-AC变换后给负载供电。

第二种如图2所示：光伏发电输出的交流电与市电通过切换开关控制，当判断光伏一路无电或供电不足，控制器控制切换开关动作，将光伏供电切断，市电通路接通供电；

上述两种方式存在以下问题，第一，市电通过AC-DC直接给储能单元充电，虽然能实现光伏与市电的无缝切换，但是AC-DC需要隔离，之后还有多级电路，方案成本高，且整体供电效率很低；第二，光伏与市电通过开关切换，虽然效率高，但是切换瞬间，存在短暂的供电中断，风险较高，对于一些重要的应用场合，不允许发生短暂供电中断，否则造成巨大损失。

发明内容

为了解决上述缺陷，本发明提供了一种一种多电源互补供电装置及其控制方法，其技术方案如下：

一种多电源互补供电装置，包括光伏供电支路、市电输入支路、逆变器和系统控制器；所述光伏供电支路包括自光伏输入依次设置的太阳能控制器、储能单元以及光伏电压调整电路；所述市电输入支路包括接入市电的市电转换电路；所述光伏电压调整电路的输出端与第一升/降压DC-DC单元的输出端并联接入逆变器的直流母线，逆变器作为该多电源互补供电装置的输出级；所述系统控制器与光伏供电支路之间设置有第一采集电路，用于获取光伏供电支路的能量信息，系统控制器与市电输入支路之间设置有第二采集电路，用于获取市电输入支路的能量信息；系统控制器的控制输出端分别接所述市电转换电路、光伏电压调整电路，用于根据实时获取的所述光伏供电支路的能量信息和市电输入支路的能量信息以及设定的相应阈值，适时启动/关闭市电转换电路/光伏电压调整电路，实现默认光伏供电优先、市电输入按需渐变的系统无缝切换。

较佳地，所述光伏电压调整电路包括依次连接的DC-DC单元以及整流单元。

较佳地，所述市电转换电路包括依次连接的第一AC-DC单元以及第一升/降压DC-DC单元。

较佳地，所述第一采集电路直接采集所述光伏电压调整电路的输出电流。

较佳地，所述第二采集电路分别直接采集第一AC-DC单元的输出电压、第一升/降压DC-DC单元的输出电压和输出电流。

较佳地，对于所述市电转换电路的控制，所述系统控制器分别向第一AC-DC单元发出第一PWM控制信号，向第一升/降压DC-DC单元发出第二PWM控制信号。

较佳地，在所述逆变器的直流母线的正、负输入端之间连接有电容。

较佳地，还包括发电机供电支路，其输出端也并联接入逆变器的直流母线。

本发明还提供一种多电源互补供电装置的控制方法，默认光伏供电优先，其中执行主体为系统控制器，包括以下步骤：

1)当检测到光照或者储能单元能量不足，控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；

2)通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少；

3)当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

4)当检测到光照或者储能单元能量恢复至设定阈值，控制光伏供电支路的光伏电压调整电路开始工作，此时光伏电压调整电路输出，与逆变器直流母线接通；

5)通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步减少，光伏供电支路的输出电流逐步增加，当市电输入支路的电流减少到设定的第二门限值时，将市电输入支路直接关闭，此时完全由光伏供电支路来供电，实现无缝切换。

本发明再提供一种多电源互补供电装置的控制方法，默认光伏供电优先，其中执行主体为系统控制器，包括以下步骤：

1)当检测到光照或者储能单元能量不足，判断当前市电状态；如果市电状态正常，则执行步骤2)；如果市电状态不正常，则继续检测其它供电支路供电状态；

2)控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少；当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

3)继续判断燃料发电机供电状态；如果状态不正常，则发出告警；如果状态正常，则控制燃料发电机供电支路上相应的转换电路开始工作，此时燃料发电机供电支路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整转换电路输出的电压电流，使得燃料发电机供电支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少，当燃料发电机供电支路的电流增加到设定的第三门限值，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由燃料发电机供电支路来供电，实现无缝切换；

4)在燃料发电机供电支路工作过程中，在线监测市电状态以及光照或者储能单元能量恢复情况；

5)当检测到当前市电状态恢复正常，则控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，同时控制燃料发电机供电支路的输出电流逐步减少；当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将燃料发电机供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

6)无论市电状态恢复与否，当检测到光照或者储能单元能量恢复至设定阈值，控制光伏供电支路的光伏电压调整电路开始工作，此时光伏电压调整电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整当前工作的另一供电支路输出的电压电流，使得所述另一供电支路的电流逐步减少，光伏供电支路的输出电流逐步增加，当所述另一供电支路的电流减少到设定的第二门限值时，将所述另一供电支路直接关闭，此时完全由光伏供电支路来供电，实现无缝切换。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

市电通过非隔离AC-DC，DC-DC接到逆变器的直流母线或者柴油发电机或其他类型的交流电源通过非隔离AC-DC，DC-DC接到逆变器的直流母线；市电变换的AC-DC是非隔离的，可以是不控整流，也可以是可控整流，市电变换的DC-DC，是非隔离的，可以升压、降压，也可既升压也降压，市电经过变换直接接到逆变器的直流端，系统整体的变换级数减少，效率提升。

装置中还有多路互补供电装置，其中当其中一路供电支路能量不足或者能量削弱时，则另一路逐步增加，达到供电需求的阈值，才切换；或者供电时，不影响太阳能控制器正常工作，光照恢复时，可先充电，让储能单元达到预期的门限值再做切换，实现无缝切换，避免供电短暂中断，从而提高了供电效率，避免供电短暂中断产生的危险与损失。

如果还有柴油发电机、风力发电或其他交流电源，可以通过与市电同样的方式，实现多路电源的无缝切换，负载供电依然不会短暂中断。

本发明提出的新的拓扑结构及控制方法，既保证无缝切换，供电不会有短暂中断，也保证了较高的供电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术一种供电原理图；

图2为现有技术另一种供电原理图；

图3为本发明一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理图；

图4为本发明一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理中的一种具体表现形式结构图；

图5为本发明另一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理图；

图6为发明另一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理中的一种具体表现形式结构图；

图7为本发明中控制方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明在现有两种方式的基础上，提出一种新的拓扑结构及控制方法，既保证无缝切换，供电不会有短暂中断，也保证了较高的供电效率。

现结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案：

图3为本发明一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理图；图4为本发明一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理中的一种具体表现形式结构图；图7为本发明中控制方法流程图。

如图3、图4、图7所示：一种多电源互补供电装置，包括光伏供电支路、市电输入支路、逆变器和系统控制器；所述光伏供电支路包括自光伏输入依次设置的太阳能控制器、储能单元以及光伏电压调整电路；所述市电输入支路包括接入市电的市电转换电路；所述光伏电压调整电路的输出端与第一升/降压DC-DC单元的输出端并联接入逆变器的直流母线，逆变器作为该多电源互补供电装置的输出级；所述系统控制器与光伏供电支路之间设置有第一采集电路，用于获取光伏供电支路的能量信息，系统控制器与市电输入支路之间设置有第二采集电路，用于获取市电输入支路的能量信息；系统控制器的控制输出端分别接所述市电转换电路、光伏电压调整电路，用于根据实时获取的所述光伏供电支路的能量信息和市电输入支路的能量信息以及设定的相应阈值，适时启动/关闭市电转换电路/光伏电压调整电路，实现默认光伏供电优先、市电输入按需渐变的系统无缝切换。所述光伏电压调整电路包括依次连接的DC-DC单元以及整流单元。所述市电转换电路包括依次连接的第一AC-DC单元以及第一升/降压DC-DC单元。所述第一采集电路直接采集所述光伏电压调整电路的输出电流。所述第二采集电路分别直接采集第一AC-DC单元的输出电压、第一升/降压DC-DC单元的输出电压和输出电流。对于所述市电转换电路的控制，所述系统控制器分别向第一AC-DC单元发出第一PWM控制信号，向第一升/降压DC-DC单元发出第二PWM控制信号。在所述逆变器的直流母线的正、负输入端之间连接有电容。

其中，市电通过非隔离AC-DC，DC-DC接到逆变器的直流母线；市电变换的AC-DC是非隔离的，可以是不控整流，也可以是可控整流市电变换的DC-DC，是非隔离的，可以升压、降压，也可既升压也降压。

上述为两路电源互补供电装置，其中两路电源互补供电装置的供电过程如下：系统控制器默认光伏供电优先，当光照或者储能单元能量不足，控制器控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出并与逆变器直流母线连接，通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电一路的电流逐步增加，光伏一路DC-DC的输出电流逐步减少，当市电一路的电流增加到一定门限值，将光伏一路直接关闭，全部由市电一路来供电，实现了无缝切换，负载不会有短时中断。

光照或者储能单元能量恢复到设定值，控制器控制光伏侧DC-DC电路开始工作，DC-DC电路输出与逆变器直流母线接通。

通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电一路的电流逐步减少，光伏一路DC-DC的输出电流逐步增加，当市电一路的电流减少到一定门限值，将市电一路直接关闭，全部由光伏一路来供电，实现了无缝切出，负载不会有短时中断。

系统可以调整优先级，可以市电优先，控制逻辑与上述类似，此处不再赘述。

图5为本发明另一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理图；

图6为发明另一种实施例中的多电源互补供电装置供电原理中的一种具体表现形式结构图；

图中为三电源互补供电装置的控制方法，默认光伏供电优先，其中执行主体为系统控制器，包括以下步骤：

1)当检测到光照或者储能单元能量不足，判断当前市电状态；如果市电状态正常，则执行步骤2)；如果市电状态不正常，则继续检测其它供电支路供电状态；

2)控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少；当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

3)继续判断燃料发电机供电状态；如果状态不正常，则发出告警；如果状态正常，则控制燃料发电机供电支路上相应的转换电路开始工作，此时燃料发电机供电支路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整转换电路输出的电压电流，使得燃料发电机供电支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少，当燃料发电机供电支路的电流增加到设定的第三门限值，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由燃料发电机供电支路来供电，实现无缝切换；

4)在燃料发电机供电支路工作过程中，在线监测市电状态以及光照或者储能单元能量恢复情况；

5)当检测到当前市电状态恢复正常，则控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，同时控制燃料发电机供电支路的输出电流逐步减少；当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将燃料发电机供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

6)无论市电状态恢复与否，当检测到光照或者储能单元能量恢复至设定阈值，控制光伏供电支路的光伏电压调整电路开始工作，此时光伏电压调整电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整当前工作的另一供电支路输出的电压电流，使得所述另一供电支路的电流逐步减少，光伏供电支路的输出电流逐步增加，当所述另一供电支路的电流减少到设定的第二门限值时，将所述另一供电支路直接关闭，此时完全由光伏供电支路来供电，实现无缝切换。

需要说明的是：市电通过非隔离AC-DC，DC-DC接到逆变器的直流母线；柴油发电机或其他类型的交流电源通过非隔离AC-DC，DC-DC接到逆变器的直流母线；市电变换的AC-DC是非隔离的，可以是不控整流，也可以是可控整流，柴油发电机或其他类型的交流电源变换的AC-DC是非隔离的，可以是不控整流，也可以是可控整流，市电变换的DC-DC，是非隔离的，可以升压、降压，也可既升压也降压，柴油发电机或其他类型交流电源变换的DC-DC，是非隔离的，可以升压、降压，也可既升压也降压。

其供电过程是：系统默认为光伏供电优先，当光照或者储能单元能量不足时，控制器判断市电状态，如果市电状态正常，则控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路开始输出并与逆变器直流母线连接，通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电一路的电流逐步增加，光伏一路DC-DC的输出电流逐步减少，当市电一路的电流增加到一定门限值，将光伏一路直接关闭，全部由市电一路来供电，实现了无缝切换，负载不会有短时中断

如果市电状态不正常，则继续判断油机供电状态，如果油机状态正常，则控制油机转换电路开始工作，此时油机转换电路开始输出并与逆变器直流母线连接，通过调整油机转换输出的电压电流，使得油机一路的电流逐步增加，光伏一路DC-DC的输出电流逐步减少，当油机一路的电流增加到一定门限值，将光伏一路直接关闭，全部由市电一路来供电，实现了无缝切换

光照或者储能单元能量恢复到设定值，控制器控制光伏侧DC-DC电路开始工作，DC-DC电路输出与逆变器直流母线接通。

通过调整市电或者油机转换输出的电压电流，使得市电或油机一路的电流逐步减少，光伏一路DC-DC的输出电流逐步增加，当市电或油机一路的电流减少到一定门限值，将市电或油机一路供电直接关闭，全部由光伏一路来供电，实现了无缝切出，负载不会有短时中断

如果此时是油机供电，光照或者储能单元能量未达到恢复值，但市电恢复，则控制器控制市电侧DC-DC电路开始工作，DC-DC电路输出与逆变器直流母线接通。

通过调整市电转换输出的电压电流，使得油机一路的电流逐步减少，市电一路DC-DC的输出电流逐步增加，当油机一路的电流减少到一定门限值，将油机一路供电直接关闭，全部由市电一路来供电，实现了无缝切出，负载不会有短时中断

系统可根据实际应用调整优先级，调整后的优先级控制逻辑与上述类似，此处不再赘述。

系统还有风力发电或其他类型的交流电源，也可以通过与市电同样的方式，通过控制器根据各电源的状态，设定优先级，根据优先级及各电源状态实现多路电源的无缝切换，负载不会有短时中断断电。

综上，光伏和市电能实现无缝切换，负载供电不会有短时中断，避免巨大经济损失。

市电经过变换直接接到逆变器的直流端，系统整体的变换级数减少，效率提升。

市电供电时，不影响太阳能控制器正常工作，光照恢复时，可以先充电，让储能单元达到预期的门限值再做切换，如此，可以做到无缝切换。

如果还有柴油发电机、风力发电或其他交流电源，可以通过与市电同样的方式，实现多路电源的无缝切换，负载供电不会短时中断。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多电源互补供电装置，包括光伏供电支路、市电输入支路、逆变器和系统控制器；其特征在于，所述光伏供电支路包括自光伏输入依次设置的太阳能控制器、储能单元以及光伏电压调整电路；所述市电输入支路包括接入市电的市电转换电路；所述光伏电压调整电路的输出端与第一升/降压DC-DC单元的输出端并联接入逆变器的直流母线，逆变器作为该多电源互补供电装置的输出级；所述系统控制器与光伏供电支路之间设置有第一采集电路，用于获取光伏供电支路的能量信息，系统控制器与市电输入支路之间设置有第二采集电路，用于获取市电输入支路的能量信息；系统控制器的控制输出端分别接所述市电转换电路、光伏电压调整电路，用于根据实时获取的所述光伏供电支路的能量信息和市电输入支路的能量信息以及设定的相应阈值，适时启动/关闭市电转换电路/光伏电压调整电路，实现默认光伏供电优先、市电输入按需渐变的系统无缝切换。

2.根据权利要求1所述的多电源互补供电装置，其特征在于，所述光伏电压调整电路包括依次连接的DC-DC单元以及整流单元。

3.根据权利要求1所述的多电源互补供电装置，其特征在于，所述市电转换电路包括依次连接的第一AC-DC单元以及第一升/降压DC-DC单元。

4.根据权利要求2所述的多电源互补供电装置，其特征在于，所述第一采集电路直接采集所述光伏电压调整电路的输出电流。

5.根据权利要求3所述的多电源互补供电装置，其特征在于，所述第二采集电路分别直接采集第一AC-DC单元的输出电压、第一升/降压DC-DC单元的输出电压和输出电流。

6.根据权利要求3所述的多电源互补供电装置，其特征在于，对于所述市电转换电路的控制，所述系统控制器分别向第一AC-DC单元发出第一PWM控制信号，向第一升/降压DC-DC单元发出第二PWM控制信号。

7.根据权利要求1所述的多电源互补供电装置，其特征在于，在所述逆变器的直流母线的正、负输入端之间连接有电容。

8.根据权利要求1所述的多电源互补供电装置，其特征在于，还包括发电机供电支路，其输出端也并联接入逆变器的直流母线。

9.权利要求1所述多电源互补供电装置的控制方法，默认光伏供电优先，其特征在于，包括以下步骤：

1)当检测到光照或者储能单元能量不足，控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；

2)通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少；

3)当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

4)当检测到光照或者储能单元能量恢复至设定阈值，控制光伏供电支路的光伏电压调整电路开始工作，此时光伏电压调整电路输出，与逆变器直流母线接通；

5)通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步减少，光伏供电支路的输出电流逐步增加，当市电输入支路的电流减少到设定的第二门限值时，将市电输入支路直接关闭，此时完全由光伏供电支路来供电，实现无缝切换。

10.权利要求8所述多电源互补供电装置的控制方法，默认光伏供电优先，其特征在于，包括以下步骤：

1)当检测到光照或者储能单元能量不足，判断当前市电状态；如果市电状态正常，则执行步骤2)；如果市电状态不正常，则继续检测其它供电支路供电状态；

2)控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少；当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

3)继续判断燃料发电机供电状态；如果状态不正常，则发出告警；如果状态正常，则控制燃料发电机供电支路上相应的转换电路开始工作，此时燃料发电机供电支路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整转换电路输出的电压电流，使得燃料发电机供电支路的电流逐步增加，光伏供电支路的输出电流逐步减少，当燃料发电机供电支路的电流增加到设定的第三门限值，将光伏供电支路直接关闭，此时完全由燃料发电机供电支路来供电，实现无缝切换；

4)在燃料发电机供电支路工作过程中，在线监测市电状态以及光照或者储能单元能量恢复情况；

5)当检测到当前市电状态恢复正常，则控制市电转换电路开始工作，此时市电转换电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整市电转换输出的电压电流，使得市电输入支路的电流逐步增加，同时控制燃料发电机供电支路的输出电流逐步减少；当市电输入支路的电流增加到设定的第一门限值时，将燃料发电机供电支路直接关闭，此时完全由市电输入支路来供电，实现无缝切换；

6)无论市电状态恢复与否，当检测到光照或者储能单元能量恢复至设定阈值，控制光伏供电支路的光伏电压调整电路开始工作，此时光伏电压调整电路输出，与逆变器直流母线接通；通过调整当前工作的另一供电支路输出的电压电流，使得所述另一供电支路的电流逐步减少，光伏供电支路的输出电流逐步增加，当所述另一供电支路的电流减少到设定的第二门限值时，将所述另一供电支路直接关闭，此时完全由光伏供电支路来供电，实现无缝切换。

Images