CN112531627A - 一种智能开关装置及发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能开关装置及发电系统，其中：开关单元的一端通过第一功率端口连接第一电源；开关单元的另一端通过第二功率端口连接第二电源；控制单元用于在第一电源出现能够使所述开关单元跳脱的异常情况后，控制开关单元在第一时间内维持闭合，并且该第一时间大于等于相应设备响应该异常情况所需的时间；相应设备有时间响应该异常情况、做出动作，以使该智能开关装置能够满足第一电源出现该异常情况的时间要求，如电网的故障穿越和孤岛隔离时间要求，提高智能开关装置所在系统的安全性。

Description

一种智能开关装置及发电系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，更具体的说，尤其涉及一种智能开关装置及发电系统。
背景技术
在带有光伏和储能混合逆变器的发电系统中，系统可以并网发电，也可以离网独立带载。现有技术通过在并网点增加可控开关装置及检测装置(例如传感器、电表等)，并将检测装置输出的检测信号和可控开关装置的开关控制信号发送至逆变器，来由逆变器检测并网点的电网情况。在电网有电时，逆变器控制可控开关装置闭合，逆变器并网运行；在电网没电时，逆变器控制可控开关装置断开，逆变器独立为系统中的负载供电。
但是该方案中，电网故障穿越，如低电压穿越，以及，孤岛和离网时的负载供电全部依赖逆变器检测和控制，然而，设置在并网点的可控开关装置的跳脱时间通常较快，导致逆变器来不及检测和动作，难以满足部分地区电网的故障穿越和孤岛隔离时间要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能开关装置及发电系统，用于在为开关单元提供电能的第一电源掉电后的第一时间内维持开关单元的供电，以使相应设备能够响应第一电源掉电，满足电网故障穿越和孤岛隔离时间要求。
本发明第二方面公开了一种智能开关装置，包括：第一功率端口、第二功率端口、开关单元和控制单元；
所述开关单元的一端通过所述第一功率端口连接第一电源；
所述开关单元的另一端通过所述第二功率端口连接第二电源；
所述控制单元用于在所述第一电源出现能够使所述开关单元跳脱的异常情况后，控制所述开关单元在第一时间内维持闭合；
所述第一时间大于等于相应设备响应所述异常情况所需的时间。
可选的，还包括：延时供电单元，用于从所述第一电源取电，为所述控制单元和所述开关单元供电；或者，在所述第一电源出现所述异常情况后，为所述控制单元和所述开关单元提供延时供电电能。
可选的，所述延时供电单元包括：延时供电电路、第一供电电路和第二供电电路；
所述第一供电电路用于从所述第一电源取电后供给所述延时供电电路；
所述第二供电电路用于在所述第一电源出现所述异常情况后，从所述第二电源取电供给所述延时供电电路；
所述延时供电电路用于为所述控制单元和所述开关单元供电。
可选的，所述第一供电电路和所述第二供电电路中至少有一个供电电路采用隔离方式进行取电。
可选的，所述延时供电单元包括：延时供电电路、第一供电电路和存储有电能的电能量储存器；
所述第一供电电路用于从所述第一电源取电后供给所述延时供电电路；
所述电能量储存器用于在所述第一电源出现所述异常情况后，以自身存储的电能供给所述延时供电电路；
所述延时供电电路用于为所述控制单元和所述开关单元供电。
可选的，所述开关单元在失去供电时处于断开状态；
所述控制单元还用于在所述开关单元接收到供电时，控制所述开关单元处于闭合状态或关断状态。
可选的，还包括：与所述控制单元共用供电来源的第一检测单元；
所述第一检测单元，用于检测所述第一电源的电参量并发送至所述控制单元，作为所述控制单元控制所述开关单元动作的控制依据。
可选的，所述控制单元用于控制所述开关单元处于关断状态时，具体用于：
在判定所述电参量表征所述第一电源出现非正常运行状态时，控制所述开关单元切换至关断状态。
可选的，所述非正常运行状态包括：孤岛；
其中，所述第二电源和/或所述控制单元孤岛检测及停止输出的时间，均小于等于所述第一时间。
可选的，还包括：与所述控制单元共用供电来源的第二检测单元；所述第二检测单元用于检测所述第二电源的输出参数，并发送至所述控制单元。
可选的，所述控制单元用于控制所述开关单元处于闭合状态时，具体用于：
将所述第一电源的电参量和所述第二电源的输出参数进行对比，得到对比结果；当所述对比结果显示所述第一电源与所述第二电源能够连接运行时，控制所述开关单元切换至闭合状态。
可选的，所述电参量包括：电压、电流、频率、相位和功率中的至少一个。
可选的，还包括：用于实现所述控制单元与所述第二电源之间进行通信的第一通信单元。
可选的，所述第一通信单元与所述第二电源进行通信，具体用于：将采集到的所述第一电源的电参量发送至所述第二电源，以及，接收所述第二电源发送的第一控制信号，并将所述第一控制信号发送至控制单元；
所述控制单元还用于：依据所述第一控制信号，执行相应的动作。
可选的，所述第一通信单元与所述第二电源进行通信，具体用于：接收所述控制单元发送的第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至第二电源；
所述控制单元还用于：在所述开关单元改变运行状态时，向所述第一通信单元发送所述第二控制信号，以使所述第二电源的运行状态与所述开关单元的运行状态匹配。
可选的，在所述开关单元切换至闭合状态时，所述第二控制信号包括：启动第二电源，和/或，改变所述第二电源的输出模式；
在所述开关单元切换至关断状态时，所述第二控制信号包括：停止第二电源的输出；和/或，改变所述第二电源的输出模式。
可选的，所述第一通信单元采用有线通信、无线通信和电力线载波通信中的至少一个通信方式。
可选的，还包括：用于与上位机通信的第二通信单元。
可选的，所述开关单元内的开关为常开型开关。
可选的，所述异常情况包括：故障穿越和孤岛；
其中，所述第二电源的故障穿越时间，以及，所述第二电源和/或所述控制单元的孤岛检测及停止输出的时间，均小于等于所述第一时间。
可选的，所述控制单元还用于：在流经所述开关单元的功率超过相应限值时，控制所述开关单元切换至关断状态。
可选的，在由所述第一功率端口流向所述第二功率端口的功率超过第一限值，或者，所述第二功率端口流向所述第一功率端口的功率超过第二限值时：
所述控制单元控制所述开关单元切换至关断状态、以使所述第一功率端口和所述第二功率端口之间的连接断开。
可选的，还包括：电能计量器；
所述电能计量器与所述第二电源和/或上位机通信连接。
可选的，还包括：塑料外壳。
可选的，所述开关单元的操作手柄露在所述塑料外壳的外部。
本发明第二方面公开了一种发电系统，包括，第一电源、至少一个第二电源和如本发明第一方面所述的智能开关装置；其中：
所述第二电源的第一输出端口和所述第一电源，分别与所述智能开关装置相连。
可选的，在所述智能开关装置具有第一通信单元时，所述第二电源和所述智能开关装置之间采用主从控制。
可选的，所述第二电源为主机、所述智能开关装置为从机，所述第二电源检测到非正常运行状态时，发送第一控制信号至所述智能开关装置，以使所述智能开关装置处于断开状态。
可选的，所述智能开关装置为主机、所述第二电源为从机；所述智能开关装置检测到需要使自身的开关单元跳脱的异常情况时，发送第二控制信号至所述第二电源，以使所述第二电源正常运行或停止运行。
可选的，所述第一电源为：电压源输出特性的电源；
所述第二电源为：具备在电压源输出特性和非电压源输出特性两种输出特性之间切换功能的电源。
可选的，在所述智能开关装置处于闭合状态时，全部所述第二电源的输出特性为非电压源输出特性；
在所述智能开关装置处于关断状态时，至少一个所述第二电源的输出特性为电压源输出特性，其他所述第二电源的输出特性为非电压源输出特性。
可选的，在所述第二电源的第一输出端口与所述智能开关装置之间，还设置有第一负载。
可选的，所述第二电源的第二输出端口与第二负载连接；
所述第二负载的用电优先级高于所述第一负载。
可选的，所述第一电源为电网；所述第二电源包括：供能单元和变换单元；
所述变换单元的直流侧直接或间接连接所述供能单元；
所述变换单元的交流侧作为所述第二电源的第一输出端口。
可选的，所述供能单元为：蓄电池、燃料电池、光伏发电单元、风力发电单元中的至少一种。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种智能开关装置，其中：开关单元的一端通过第一功率端口连接第一电源；开关单元的另一端通过第二功率端口连接第二电源；控制单元用于在第一电源出现能够使所述开关单元跳脱的异常情况后，控制开关单元在第一时间内维持闭合，并且该第一时间大于等于相应设备响应该异常情况所需的时间；相应设备有时间响应该异常情况、做出动作，以使该设备能够满足第一电源出现该异常情况的时间要求，如电网的故障穿越和孤岛隔离时间要求，提高智能开关装置所在系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种智能开关装置的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种发电系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种发电系统的示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种发电系统的示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种发电系统的示意图。
具体实施方式
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。
在本申请中，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。
本发明实施例提供了一种智能开关装置，用于解决现有技术中可控开关装置的跳脱时间通常较快，导致逆变器来不及检测和动作，难以满足部分地区电网的故障穿越和孤岛隔离时间要求的问题。
参见图1，该智能开关装置，包括：第一功率端口、第二功率端口、开关单元10和控制单元20。
开关单元10的一端通过第一功率端口连接第一电源；具体的，开关单元10的一端与第一功率端口的内侧相连，第一功率端口的外侧与第一电源相连。
开关单元10的另一端通过第二功率端口连接第二电源；具体的，开关单元10的另一端与第二功率端口的内侧相连，第二功率端口的外侧与第二电源相连。
也就是说，开关单元10处于闭合状态时，连通第一电源和第二电源之间的连接；在开关单元10处于关断状态时，断开第一电源和第二电源之间的连接。
需要说明的是，该智能开关装置可以应用于三相交流发电系统，此时，开关单元10包括至少三个开关；如图1所示，在火线线缆L1、L2和L3均设置有至少一个的开关，以使开关单元10能够分别断开三相火线线缆；在一些国家的法规中，还要求断开零线线缆N，也即，零线线缆N上也设置有开关，在此时开关单元10包括至少四个开关。当然，智能开关装置也可以应用于单相交流发电系统、直流发电系统，本领域技术人员可以很清楚在这两个发电系统中智能开关装置各自的接法，这里不再赘述，均在本申请的保护范围内。
在此，以图1所示的结果为例进行说明，智能开关装置的第一功率端口，即L1”、L2”、L3”、N”端口，分别连接第一电源，比如电网；智能开关装置的第二功率端口，即L1’、L2’、L3’、N’端口，分别连接第二电源，比如逆变器，具体是其交流侧。
控制单元20用于在第一电源出现能够使开关单元10跳脱的异常情况后，控制开关单元10在第一时间内维持闭合。比如，该第一电源出现孤岛或者故障穿越时，该开关单元10会出现跳脱，并且开关单元10的跳脱时间通常较快，导致相应设备来不及检测和动作，难以满足部分地区电网的故障穿越和孤岛隔离时间要求；而本实施例中，在第一电源出现上述异常情况时，控制单元20控制开关单元10在第一时间内维持闭合，从而，即便出现上述异常情况，该开关单元10也不会出现跳脱。
另外，第一时间大于等于相应设备响应异常情况所需的时间；也即，该第一时间可以是相应设备响应异常情况所需的时间，也可以是大于相应设备响应异常情况所需的时间；例如，该第一时间是3s，其具体取值在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
该异常情况可以包括故障穿越和孤岛；故障穿越时间为第二时间，以及，孤岛检测及停止输出的时间为第三时间，该第二时间和第三时间均小于等于第一时间；需要说明的是，故障穿越是指第一电源和第二电源经由智能开关装置连接在一起时，当第一电源发生短时间的电压突降、电压突增、频率突降、频率突增时，第二电源可以维持输出而不进入保护停机，因此，故障穿越的执行者始终为第二电源。
该相应设备可以是控制单元20，也可以是第二电源；也就是说，第一时间大于等于控制单元20响应该异常情况所需的时间，以使控制单元20能够响应该异常情况，如第二电源的故障穿越时间，以及，控制单元20进行孤岛检测及停止输出的时间均小于等于第一时间；或者，第一时间大于等于第二电源相应该异常情况所需的时间，以使第二电源能够响应该异常情况，如第二电源的故障穿越时间，以及，第二电源进行孤岛检测及停止输出的时间，均小于等于第一时间；需要说明的是，可以是第二电源和控制单元20均响应该异常情况，也可以是第二电源和控制单元20中的一个响应该异常情况；在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。在第二电源和控制单元20均响应该异常情况时，该第一时间可以是大于等于，第二电源和控制单元20中的一个响应该异常情况所需的时间；也可以是，分别大于等于，第二电源和控制单元20中的任意一个响应该异常情况所需的时间；在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
通过上述方案，相应设备有时间响应该异常情况、做出动作，以使该设备能够满足第一电源出现该异常情况的时间要求，如电网的故障穿越和孤岛隔离时间要求，提高智能开关装置所在发电系统的安全性。
在实际应用中，该智能开关装置，同样参见图1，还可以包括：延时供电单元(比如包括如图1所示的31、32、33)。
该延时供电单元，用于：从第一电源取电，为控制单元20和开关单元10供电；或者，在第一电源出现异常情况后，为控制单元20和开关单元10提供延时供电电能。
具体的，该延时供电单元可以采用一个供电端口为控制单元20供电，另一个供电端口为开关单元10供电；也可以仅采用一个供电端口，同时为控制单元20和开关单元10供电；延时供电单元为控制单元20和开关单元10供电的方式，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，在第一电源出现异常情况之后，该延时供电单元为控制单元20和开关单元10提供延时供电电能的方式有多种，下面对其中两种情况进行说明：
(1)延时供电单元可以包括：延时供电电路33、第一供电电路31和第二供电电路32；第一供电电路31用于从第一电源取电后供给延时供电电路33；第二供电电路32用于在第一电源出现异常情况后，从第二电源取电供给延时供电电路33；延时供电电路33用于为控制单元20和开关单元10供电，以确保在第一电源出现异常情况后，延时供电单元可以通过第二电源实现在第一时间内为开关单元10和控制单元20维持供电。
也即，在第一电源未出现异常情况时，主要由第一供电电路31从第一电源取电，使延时供电电路33能够为控制单元20和开关单元10供电；在第一电源出现异常情况后，由第二供电电路32从第二电源取电，使延时供电电路33能够为控制单元20和开关单元10提供延时供电电能。
需要说明的是，第一供电电路31和第二供电电路32中至少有一个供电电路采用隔离方式进行取电；也即，在第一电源掉电后，第一供电电路31和第二供电电路32之间应当保持隔离，例如，第一供电电路31和第二供电电路32中的任意一个采用变压器隔离方式，或者，采用继电器断开的方式进行隔离，以防止第二电源经由第一供电电路31和第二供电电路32使第一电源带电、从而置对第一电源进行检修的检修人员于不安全的境地。
(2)延时供电单元也可以包括：延时供电电路33、第一供电电路31和存储有电能的电能量储存器(未进行图示)，该电能量储存器可以是电解电容、超级电容和蓄电池等。第一供电电路31用于从第一电源取电后供给延时供电电路33；电能量储存器用于在第一电源出现异常情况后，以自身存储的电能供给延时供电电路33；延时供电电路33用于为控制单元20和开关单元10供电，以确保在第一电源出现异常情况后，延时供电单元可以通过电能量储存器实现在第一时间内维持为开关单元10和控制单元20供电。
也即，在第一电源未出现异常情况时，主要由第一供电电路31从第一电源取电，使延时供电电路33能够为控制单元20和开关单元10供电；在第一电源出现异常情况后，通过电能量储存器内存储的电能，以使延时供电电路33能够为控制单元20和开关单元10提供延时供电电能。
需要说明的是，在第一电源未出现异常情况时，该电能量储存器可以接收第一电源的电能，并将其进行存储；当然，该电能量储存器也可以通过其他方式存储电能，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
实际应用中，在第一电源出现异常情况时，还可以采用额外的电源为延时供电电路33供电，此处不再一一赘述，能够使相应设备有时间响应故障穿越和孤岛隔离等异常情况的方案，均在本申请的保护范围内。
在上述任一实施例中，开关单元10内的开关为常开型开关，也叫NO型开关。
具体的，在开关单元10内的开关在有供电时，受控制单元20控制；在开关单元10内的开关失去供电时，开关单元10自动断开。采用常开型开关，可以使发电系统实现较高的安全性能。具体的，一方面，在第一电源出现异常情况后，可能会有检修人员前去检修第一电源，例如电网维护人员检修电网，而此时，开关单元10由于失去供电，在第一时间后会进入断开状态，避免检修人员触电；另一方面，第一电源恢复正常后，开关单元10内的开关并不会立即闭合，而是受控制单元20控制；也即，控制单元20还用于在开关单元10接收到供电时，控制开关单元10处于闭合状态或关断状态。具体的，控制单元20能够在适合闭合开关时才控制开关单元10处于闭合状态，避免由于第一电源和第二电源直接连接导致的能量冲击事故。
在实际应用中，同样参见图1，该智能开关装置，还包括：与控制单元20共用供电来源的第一检测单元40；也即，该第一检测单元40也由该延时供电单元供电，延时供电单元为其供电的具体过程，与上述为控制单元20供电的过程相似，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
第一检测单元40，用于检测第一电源的电参量并发送至控制单元20，作为控制单元20控制开关单元10动作的控制依据。
该电参量包括：电压、电流、频率、相位和功率中的至少一个，在此不对电参量进行一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
该控制单元20用于控制开关单元10处于关断状态的具体过程可以是：判断电参量是否表征第一电源出现非正常运行状态，并在判定电参量表征第一电源出现异常情况时，控制开关单元10切换至关断状态。
该非正常运行状态可以包括孤岛。
具体的，当第一电源为电网时，当检测电网电压接近于0、或者电网频率较大幅度变化，可以认为电网发生孤岛等非正常运行状态，此时控制单元20控制开关单元10处于关断状态；以及，可以使第二电源切换为电压源输出特性，为本地负载供电，以保证负载可以可靠运行。
也就是说，在判定电参量表征第一电源出现非正常运行状态时，即便是在第一电源出现异常情况后第一时间内，该控制单元20也仍控制开关单元10切换至关断状态。即第一时间内，该控制单元20若判定第一电源出现孤岛等非正常运行状态，则控制开关单元10关断；而若一直未判定第一电源出现孤岛等非正常运行状态，则维持开关单元10闭合直至第一时间结束。因此，第一时间内，该控制单元20控制开关单元10关断的信号，其优先级高于控制开关单元10维持闭合的信号。
需要说明的是，第一检测单元40还可以具备检测故障穿越的功能。
具体的，该控制单元20能够根据接收到的电参量，判断电参量是否表征第一电源出现故障穿越，并在判定电参量表征第一电源出现故障穿越时，控制开关单元10维持闭合直至第一时间结束，也即，控制单元20响应故障穿越；和/或，判断电参量是否表征第一电源出现孤岛，并在判定电参量表征第一电源出现孤岛时，控制开关单元10切换至关断状态，也即，控制单元20响应孤岛，实现孤岛检测及停止输出的功能。
上述故障穿越，是指第一电源和第二电源经由智能开关装置连接在一起时，当第一电源发生短时间的电压突降、电压突增、频率突降、频率突增时，第二电源可以维持输出而不进入保护停机；该第二时间可以0.1s；也就是说，由于故障穿越时间较短，无需控制开关单元10关断，以避免开关单元频繁动作而相应其使用寿命，以及其所在设备频繁动作而影响工作效率和使用寿命。
孤岛检测是指第一电源和第二电源经由智能开关装置连接在一起时，当第一电源发生完全掉电的情况，控制单元20可以在第三时间(例如1s)内检测出来并控制开关单元10处于关断状态。
第一时间大于等于第二时间和第三时间，以保证在第一电源发生异常情况或者掉电时，控制单元20具有足够的时间来进行故障穿越和孤岛检测。
控制单元20还可以具备第一电源的其他异常的检测及断开保护的功能，例如在检测到第一电源的电压过高/过低、频率过高/过低、电流过大、漏电流过大、电流直流分量过大、电压THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)过大、电流THD过大、电压不平衡度过大等情况下，控制开关单元10处于关断状态。
在实际引用中，该智能开关装置，还可以包括：与控制单元20共用供电来源的第二检测单元50；第二检测单元50用于检测第二电源的输出参数，并发送至控制单元20。该第二电源的输出参数可以包括：电压、电流、频率、相位和功率中的至少一个，在此不对电参量进行一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
该控制单元20用于控制开关单元10处于闭合状态的具体过程可以是：将第一电源的电参量和第二电源的输出参数进行对比，得到对比结果；当对比结果显示第一电源与第二电源能够连接运行时，控制开关单元10切换至闭合状态。
在实际应用中，同样参见图1，该智能开关装置，还包括：用于实现控制单元20与第二电源之间进行通信的第一通信单元60。
第一通信单元60可以采用有线通信，例如RS485、CAN、以太网等；第一通信单元60也可以采用无线通信，例如，例如WiFi、蓝牙、RF等；第一通信单元60还可以采用电力线载波通信；此处仅是一种示例，第一通信单元60采用其他方式进行通信，在此不再一一赘述，当然，第一通信单元60也可以采用集中通信方式结合使用，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
第一通信单元60与第二电源进行通信的具体过程可以为：将采集到的第一电源的电参量发送至第二电源，以及，接收第二电源发送的第一控制信号，并将第一控制信号发送至控制单元20。
控制单元20还用于依据第一控制信号，执行相应的动作；具体的，在第一控制信号指示执行闭合动作时，控制单元20控制开关单元10处于闭合状态；在第一控制信号指示关断动作时，控制单元20控制开关单元10处于关断状态。在此不对第一控制信号的具体内容进行限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
第一通信单元60与第二电源进行通信的具体过程还可以为：接收控制单元20发送的第二控制信号，并将该第二控制信号发送至第二电源。第一通信单元60与第二电源通信的具体过程还可以包括：接收第二电源发送的运行数据，并将该运行数据发送至控制单元20。
该控制单元20还可以用于在开关单元10改变运行状态时，向第一通信单元60发送第二控制信号，以使第二电源的运行状态与开关单元10的运行状态匹配。
在实际应用中，在开关单元10切换至闭合状态时，第二控制信号包括：启动第二电源；和/或，改变第二电源的输出模式，如改变第二电源的输出模式为非电压源特性输出模式；在开关单元10切换至关断状态时，第二控制信号包括：停止第二电源的输出；和/或，改变第二电源的输出模式，如改变第二电源的输出模式为电压源特性输出模式；当然，该第二控制信号也可以是第一电源和第二电源的电压幅值、频率或者相位是否同步的检测结果，此时第二电源接收到该检测结果之后，在依据该检测结果进行判断是否改变其输出状态或模式；如检测结果显示不同步，则停止运行或输出模式为电压源输出特性模式，如检测结果显示同步，则开始启动或输出模式为非电压源输出特性模式。
同样参见图1，该智能开关装置，还可以包括：用于与上位机通信的第二通信单元70、接收上位机的数据查询、参数设置、升级、运行控制等指令。该上位机可以是移动手持设备(装有特定APP的手机、平板等)、本地服务器、通信主机、远程的云服务器等；在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
在上述任一实施例中，控制单元20还用于在流经开关单元10的功率超过相应限值时，控制开关单元10切换至关断状态。也即设置智能开关装置功率超限跳脱功能，以满足某些场景的要求。
具体的，在由第一功率端口流向第二功率端口的功率超过第一限值，或者，第二功率端口流向第一功率端口的功率超过第二限值时；控制单元20控制开关单元10切换至关断状态、以使第一功率端口和第二功率端口之间的连接断开。
例如，若第一电源为柴油发电机，不能接受逆向传送的功率，因此智能开关装置可以设定由第二功率端口流向第一功率端口的功率阈值为0，也即第一限值为0，当功率超过0时立即断开开关单元10，以保护柴油发电机。例如，若第一电源为电网，为了尽量减少本地负载对电网的消耗，可以设定从第一功率端口的电网流向第二功率端口的功率阈值为本地负载的功率上限；也即第二限制为本地负载的功率上限，例如为5KW，当功率超过5KW时立即断开开关单元10，以减少对电网电能的消耗。
需要说明的是，该第一限值和第二限值可以相同，也可以不同，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在上述任一实施例中，该智能开关装置，还可以包括：电能计量器；该电能计量器与第二电源和/或上位机通信连接。
具体的，在开关单元10处于闭合状态时，计量流经的正向或者反向的电量，并将电量数据传送给第二电源或者上位机。
通过在开关单元10内设置电能计量器，可以替代额外的计量装置。避免使用额外的器件，降低智能开关装置的成本。
在上述任一实施例中，该智能开关装置，还包括：塑料外壳。
开关单元10的操作手柄露在塑料外壳的外部、以使可以通过手动操作开关。
在本实施例中，智能开关装置内设置有塑壳封装集成开关和电能计量器，还能设计有漏保功能，使得智能开关装置内的器件高集成度，大幅简化发电系统结构，同时相比外部EMS成本大幅降低。
本发明实施例还提供了一种发电系统，参见图2，包括，第一电源03、至少一个第二电源01和上述任一实施例提供的智能开关装置02；该智能开关装置02的具体结构和工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一赘述。
第二电源01的第一输出端口和第一电源03，分别与智能开关装置02相连。
在上述实施例中，第一电源03为：电压源输出特性的电源，例如电网、具有电压源输出特性的柴油发电机、同步发电机等；该电压源输出特性的电源的输出电压较为稳定，在负载电流大小变化时，电压波动较小。
第二电源01为：具备在电压源输出特性和非电压源输出特性两种输出特性之间切换功能的电源。该非电压源输出特性包括电流源输出特性、功率源输出特性等。电流源输出特性的电源的输出电流较为稳定，在输出电压大小变化时，电流波动较小。功率源输出特性的电源的输出功率较为稳定，在输出电压大小变化时，电流跟随着反向变化。
需要说明的是，电压源输出特性、非电压源输出特性是指占主导作用的输出特性。例如发电机采用Vf控制(电压频率控制)模式输出，即可认为是电压源输出模式，而PQ控制(有功无功控制)模式表示非电压源输出模式。而下垂控制、虚拟同步机控制，则可以在一些情况下电压源输出特性占主导，在另一些情况下非电压源输出特性占主导。
具体的，在智能开关装置02处于闭合状态时，全部第二电源01的输出特性为非电压源输出特性；在智能开关装置02处于关断状态时，至少一个第二电源01的输出特性为电压源输出特性，其他第二电源01的输出特性为非电压源输出特性；在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，参见图3-图5，在第二电源01的第一输出端口与智能开关装置02之间，还设置有第一负载04。
另外，为了避免在智能开关装置02切换时发电系统供电不稳定，第二电源01还可以具有独立的一个输出端口连接比较重要的负载。具体的，参见图5，第二电源01的第二输出端口与第二负载05连接；第二负载05的用电优先级高于第一负载04；当智能开关装置02切换状态时，第二电源01连接智能开关装置02的第一输出端口可以短暂停止供电，而连接第二负载05的第二输出端口能够持续维持供电。
在上述任一实施例中，在智能开关装置02具有第一通信单元时，第二电源01和智能开关装置02之间采用主从控制。
(1)第二电源01为主机、智能开关装置02为从机时，第二电源01检测到非正常运行状态时，发送第一控制信号至智能开关装置02，以使智能开关装置02处于断开状态。
其中，非正常运行状态至少包括：孤岛；也即，该第一电源01具备检测孤岛及停止输出功能。
检测孤岛及停止输出是指第一电源03和第二电源01经由智能开关装置02连接在一起时，当第一电源03发生完全掉电的情况，第二电源01检测出来并且进入停机的状态所需时间为第四时间。智能开关装置02能够在第二电源01出现孤岛后第一时间内，维持闭合不跳脱，该第一时间大于等于第四时间，以保证在第一电源03发生孤岛时，第二电源01具有足够的时间来进行检测孤岛及停止输出。
具体的，第二电源01与智能开关装置02进行交互的过程为：
1、第二电源01定时向智能开关装置02发送查询信号。
具体的，若智能开关装置02仅依靠第一电源03供电，在第一电源03掉电一段时间后，智能开关装置02也失去供电，此后第二电源01通过持续发送查询信号，来查询智能开关装置02的状态，直到第一电源03恢复，此时智能开关装置02也恢复供电。
2、智能开关装置02接收到查询信号后，向第二电源01发送采集到的第一电源03的电参量以及自身内开关单元的状态。
在智能开关装置02失去供电时，无法响应第二电源01的信号，在智能开关装置02有电时，能够响应第二电源01的信号。
3、第二电源01根据查询到的第一电源03的电参量，并依据该电参量判断出第一电源03发生非正常运行状态，判断出第一电源03发生非正常运行状态后，发送第一控制信号至智能开关装置02，以使智能开关装置02处于关断状态。
当然，该第一控制信号也可以是指示智能开关装置02处于关断状态；也可以是指示智能开关装置02处于闭合状态；但是，在判断出第一电源03发生非正常运行状态时，该第一控制信号是指示智能开关装置02处于关断状态。在其他情况下，第一控制信号可以是指示智能开关装置02处于闭合状态。在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，第二电源01在决定闭合智能开关装置02时，第二电源01先停止自身的输出，然后再发送指示智能开关装置02处于闭合状态的第一控制信号至智能开关装置02，以避免与第一电源03输出不一致时的合闸冲击。尤其是，当第一电源03是电网、第二电源01是逆变器时，第二电源01在决定闭合智能开关装置02的开关单元之前，还可以获取智能开关装置02检测的第一电源03的电压幅值、相位、频率等状态，第二电源01再调整自身输出的电压幅值、相位、频率等，与第一电源03对准同步，然后再下发指示智能开关装置02处于闭合状态的第一控制信号至智能开关装置02，从而使切换过程中本地负载不掉电，做到无缝切换。
4、智能开关装置02接收到第一控制信号后，依据该第一控制信号，执行相应动作。
5、在智能开关装置02处于关断状态时，第二电源01非电压源输出特性切换至电压源输出特性，为本地负载供电。
(2)智能开关装置02为主机、第二电源01为从机；智能开关装置02检测到需要使自身的开关单元跳脱的异常情况时，发送第二控制信号至第二电源01，以使第二电源01正常运行或停止运行。
具体的，第二电源01与智能开关装置02进行交互的过程为：
1、智能开关装置02主动监测第一电源03的电参量，或者发送第三控制信号给第二电源01，以查询第一电源03的状态。
第二电源01接收到第三控制信号之后，检测第一电源03的电参量。
2、智能开关装置02判断所在发电系统是否具备使第一电源03和第二电源01并联运行的条件，如第一电源03是否不存在需要使自身的开关单元跳脱的异常情况，该异常情况可能是非正常运行状态，也可能是故障穿越等情况；若所在发电系统不具备使第一电源03和第二电源01并联运行的条件，则控制自身的开关单元处于关断状态；然后，发送第二控制信号给第二电源01。
该第二控制信号可以是启动第二电源01的信号，停止第二电源01的输出的信号，切换至电压源输出特性的信号，或者，切换至非电压源输出特性的信号；但是，在判断出第一电源03发生非正常运行状态时，该第二控制信号是切换至电压源输出特性的信号。在其他情况下的，第二控制信号的内容，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
3、第二电源01接收到第二控制信号之后，切换自身输出特性为电压源输出特性，为本地负载供电。
4、当第一电源03的非正常运行状态恢复后，智能开关装置02发送至第二电源01、以使第二电源01停机；然后控制自身的开关单元处于闭合，使第一电源03接入到第二电源01，特别地，当第一电源03是电网、第二电源01是逆变器时，智能开关装置02在闭合开关单元之前，智能开关装置02还可以下发同步信号至第二电源01，以使第二电源01调整电压幅值、相位、频率等，与第一电源03对准同步，然后再闭合开关单元，从而使切换过程中本地负载不掉电，做到无缝切换。
5、第二电源01恢复运行。
需要说明的是，在(1)和(2)中，可以是设置第一电源03的输出功率超过第二电源01，开关单元的通流能力也超过第二电源01的输出功率，以确保在开关单元闭合时，可以连接超过第二电源01输出功率大小的本地负载。
需要说明的是，该第二电源01还可以具备检测故障穿越的功能；该故障穿越，是指第一电源03和第二电源01经由智能开关装置02连接在一起时，当第一电源03发生短时间的电压突降、电压突增、频率突降、频率突增时，第二电源01可以维持输出而不进入保护停机，第二电源01故障穿越的时间为第二时间，例如为0.1s。由于故障穿越时间较短，因此第二电源01当检测到故障穿越时，可以不控制智能开关装置02的开关单元处于断开状态，甚至可以是控制智能开关02的开关单元维持闭合状态。该第一时间大于等于第二时间，以保证在第一电源03发生故障穿越时，第二电源01具有足够的时间来进行故障穿越检测。
当然，该第二电源01还可以具备其他检测功能，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
在本实施例中，通过设置智能开关装置02，即满足并离网切换要求，又不与第二电源01的低穿、孤岛检测等冲突，提供发电系统的安全性。
在上述任一实施例中，第一电源03为电网；第二电源01包括：供能单元和变换单元。
变换单元的直流侧直接或间接连接供能单元；变换单元的交流侧作为第二电源01的第一输出端口。
该供能单元为：蓄电池、燃料电池、光伏发电单元、风力发电单元中的至少一种；当然不限于上述例举的情况，如小型水利发电单元、飞轮储能发电单元，供能单元的选型，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
该变换单元根据其应用的场景不同，其选型不同；具体的，在供能单元为光伏发电单元、蓄电池和燃料电池等直流设备时，该变换单元为逆变器；在供能单元为风力发电单元等交流设备时，该变换单元为变流器；在此不再一一赘述，只要变换单元与功能单元相匹配即可，均在本申请的保护范围内。
在此，以变换单元为逆变器例进行说明，在光伏发电系统中，光伏逆变器通常执行MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)算法，使光伏逆变器输出功率为当前时刻光伏阵列输出的最大功率，可以认为是恒功率源。在交流电压变化时，光伏逆变器的输出电流反向变化，以使交流输出功率维持为最大功率。光伏逆变器等分布式发电装置，还有另一种常见的运行模式，限制并网点的最大功率输出大小，例如限制到分布式发电装置装机功率的固定比例的大小，比如最大60％，或者限制到0％，以鼓励自发自用。此时分布式发电装置的工作模式将在大部分情况下处于限功率运行，也就是恒功率源。
但是光伏逆变器的输出最大电流受电路器件和结构器件通流的上限限制，当交流电压降低使光伏逆变器输出电流达到上限后，光伏逆变器将变成电流源输出特性，输出电流不再随交流电压降低而进一步上升。
在智能开关装置02连通第一电源03和第二电源01时，第二电源01中的光伏逆变器需要按照非电压源输出特性运行；而当智能开关装置02断开第一电源03和第二电源01的连接后，第二电源01中的光伏逆变器需要维持连接在本地的负载的运行，需要建立负载运行所需要的稳定电压，因此光伏逆变器需要转换为电压源输出特性。
由于光伏电池的输出功率随光照情况变化，稳定性不足，为了可靠地带本地负载运行，需要增加更稳定的能量来源。蓄电池和燃料电池是比较理想的稳定输出能量来源。若第二电源01中的功能单元是蓄电池或者燃料电池，即变换单元是储能逆变器，在智能开关装置02连通第一电源03和第二电源01时，储能逆变器需要按照非电压源输出特性运行；而当智能开关装置02断开第一电源03和第二电源01的连接后，储能逆变器需要维持连接在本地的负载的运行，需要建立负载运行所需要的稳定电压，因此储能逆变器需要转换为电压源输出特性。
以功能单元分别为光伏发电单元和蓄电池为例进行说明：
参见图3，光伏发电单元011和蓄电池013，分别连接各自的逆变器，也即光伏逆变器012和储能逆变器014组合形成第二电源01的方式。在智能开关装置02连通第一电源03和第二电源01时，光伏逆变器012和储能逆变器014需要按照非电压源输出特性运行；而当智能开关装置02断开第一电源03和第二电源01的连接后，储能逆变器014转换为电压源输出特性，而光伏逆变器012仍然按照非电压源输出特性运行，两者综合到一起的对外输出特性仍然保持为电压源输出特性。
两个逆变器还能融合在一起，组成混合型逆变器。参见图4和图5，光伏发电单元011和蓄电池013，均连接至同一混合型逆变器015，其具体工作原理和过程与上述说明相似，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
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，在其它实施例中实现。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 (35)

1.一种智能开关装置，其特征在于，包括：第一功率端口、第二功率端口、开关单元和控制单元；
所述开关单元的一端通过所述第一功率端口连接第一电源；
所述开关单元的另一端通过所述第二功率端口连接第二电源；
所述控制单元用于在所述第一电源出现能够使所述开关单元跳脱的异常情况后，控制所述开关单元在第一时间内维持闭合；
所述第一时间大于等于相应设备响应所述异常情况所需的时间。
2.根据权利要求1所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：延时供电单元，用于从所述第一电源取电，为所述控制单元和所述开关单元供电；或者，在所述第一电源出现所述异常情况后，为所述控制单元和所述开关单元提供延时供电电能。
3.根据权利要求2所述的智能开关装置，其特征在于，所述延时供电单元包括：延时供电电路、第一供电电路和第二供电电路；
所述第一供电电路用于从所述第一电源取电后供给所述延时供电电路；
所述第二供电电路用于在所述第一电源出现所述异常情况后，从所述第二电源取电供给所述延时供电电路；
所述延时供电电路用于为所述控制单元和所述开关单元供电。
4.根据权利要求3所述的智能开关装置，其特征在于，所述第一供电电路和所述第二供电电路中至少有一个供电电路采用隔离方式进行取电。
5.根据权利要求2所述的智能开关装置，其特征在于，所述延时供电单元包括：延时供电电路、第一供电电路和存储有电能的电能量储存器；
所述第一供电电路用于从所述第一电源取电后供给所述延时供电电路；
所述电能量储存器用于在所述第一电源出现所述异常情况后，以自身存储的电能供给所述延时供电电路；
所述延时供电电路用于为所述控制单元和所述开关单元供电。
6.根据权利要求1-5任一项所述的智能开关装置，其特征在于，所述开关单元在失去供电时处于断开状态；
所述控制单元还用于在所述开关单元接收到供电时，控制所述开关单元处于闭合状态或关断状态。
7.根据权利要求6所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：与所述控制单元共用供电来源的第一检测单元；
所述第一检测单元，用于检测所述第一电源的电参量并发送至所述控制单元，作为所述控制单元控制所述开关单元动作的控制依据。
8.根据权利要求7所述的智能开关装置，其特征在于，所述控制单元用于控制所述开关单元处于关断状态时，具体用于：
在判定所述电参量表征所述第一电源出现非正常运行状态时，控制所述开关单元切换至关断状态。
9.根据权利要求8所述的智能开关装置，其特征在于，所述非正常运行状态包括：孤岛；
其中，所述第二电源和/或所述控制单元孤岛检测及停止输出的时间，均小于等于所述第一时间。
10.根据权利要求7所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：与所述控制单元共用供电来源的第二检测单元；所述第二检测单元用于检测所述第二电源的输出参数，并发送至所述控制单元。
11.根据权利要求10所述的智能开关装置，其特征在于，所述控制单元用于控制所述开关单元处于闭合状态时，具体用于：
将所述第一电源的电参量和所述第二电源的输出参数进行对比，得到对比结果；当所述对比结果显示所述第一电源与所述第二电源能够连接运行时，控制所述开关单元切换至闭合状态。
12.根据权利要求7所述的智能开关装置，其特征在于，所述电参量包括：电压、电流、频率、相位和功率中的至少一个。
13.根据权利要求7所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：用于实现所述控制单元与所述第二电源之间进行通信的第一通信单元。
14.根据权利要求13所述的智能开关装置，其特征在于，所述第一通信单元与所述第二电源进行通信，具体用于：将采集到的所述第一电源的电参量发送至所述第二电源，以及，接收所述第二电源发送的第一控制信号，并将所述第一控制信号发送至控制单元；
所述控制单元还用于：依据所述第一控制信号，执行相应的动作。
15.根据权利要求13所述的智能开关装置，其特征在于，所述第一通信单元与所述第二电源通信，具体用于：接收所述控制单元发送的第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至第二电源；
所述控制单元还用于：在所述开关单元改变运行状态时，向所述第一通信单元发送所述第二控制信号，以使所述第二电源的运行状态与所述开关单元的运行状态匹配。
16.根据权利要求15所述的智能开关装置，其特征在于，在所述开关单元切换至闭合状态时，所述第二控制信号包括：启动第二电源，和/或，改变所述第二电源的输出模式；
在所述开关单元切换至关断状态时，所述第二控制信号包括：停止第二电源的输出；和/或，改变所述第二电源的输出模式。
17.根据权利要求13所述的智能开关装置，其特征在于，所述第一通信单元采用有线通信、无线通信和电力线载波通信中的至少一个通信方式。
18.根据权利要求6所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：用于与上位机通信的第二通信单元。
19.根据权利要求6所述的智能开关装置，其特征在于，所述开关单元内的开关为常开型开关。
20.根据权利要求1-5任一项所述的智能开关装置，其特征在于，所述异常情况包括：故障穿越和孤岛；
其中，所述第二电源的故障穿越时间，以及，所述第二电源和/或所述控制单元的孤岛检测及停止输出的时间，均小于等于所述第一时间。
21.根据权利要求1-5任一项所述的智能开关装置，其特征在于，所述控制单元还用于：在流经所述开关单元的功率超过相应限值时，控制所述开关单元切换至关断状态。
22.根据权利要求21所述的智能开关装置，其特征在于，在由所述第一功率端口流向所述第二功率端口的功率超过第一限值，或者，所述第二功率端口流向所述第一功率端口的功率超过第二限值时：
所述控制单元控制所述开关单元切换至关断状态、以使所述第一功率端口和所述第二功率端口之间的连接断开。
23.根据权利要求1-5任一项所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：电能计量器；
所述电能计量器与所述第二电源和/或上位机通信连接。
24.根据权利要求1-5任一项所述的智能开关装置，其特征在于，还包括：塑料外壳。
25.根据权利要求24所述的智能开关装置，其特征在于，所述开关单元的操作手柄露在所述塑料外壳的外部。
26.一种发电系统，其特征在于，包括，第一电源、至少一个第二电源和如权利要求1-25任一项所述的智能开关装置；其中：
所述第二电源的第一输出端口和所述第一电源，分别与所述智能开关装置相连。
27.根据权利要求26所述的发电系统，其特征在于，在所述智能开关装置具有第一通信单元时，所述第二电源和所述智能开关装置之间采用主从控制。
28.根据权利要求27所述的发电系统，其特征在于，所述第二电源为主机、所述智能开关装置为从机，所述第二电源检测到非正常运行状态时，发送第一控制信号至所述智能开关装置，以使所述智能开关装置处于断开状态。
29.根据权利要求27所述的发电系统，其特征在于，所述智能开关装置为主机、所述第二电源为从机；所述智能开关装置检测到需要使自身的开关单元跳脱的异常情况时，发送第二控制信号至所述第二电源，以使所述第二电源正常运行或停止运行。
30.根据权利要求26-29任一项所述的发电系统，其特征在于，所述第一电源为：电压源输出特性的电源；
所述第二电源为：具备在电压源输出特性和非电压源输出特性两种输出特性之间切换功能的电源。
31.根据权利要求30所述的发电系统，其特征在于，在所述智能开关装置处于闭合状态时，全部所述第二电源的输出特性为非电压源输出特性；
在所述智能开关装置处于关断状态时，至少一个所述第二电源的输出特性为电压源输出特性，其他所述第二电源的输出特性为非电压源输出特性。
32.根据权利要求26-29任一项所述的发电系统，其特征在于，在所述第二电源的第一输出端口与所述智能开关装置之间，还设置有第一负载。
33.根据权利要求32所述的发电系统，其特征在于，所述第二电源的第二输出端口与第二负载连接；
所述第二负载的用电优先级高于所述第一负载。
34.根据权利要求26-29任一项所述的发电系统，其特征在于，所述第一电源为电网；所述第二电源包括：供能单元和变换单元；
所述变换单元的直流侧直接或间接连接所述供能单元；
所述变换单元的交流侧作为所述第二电源的第一输出端口。
35.根据权利要求34所述的发电系统，其特征在于，所述供能单元为：蓄电池、燃料电池、光伏发电单元、风力发电单元中的至少一种。
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