CN115280630A - 用于向负载供电的转换装置、改装套件和方法 - Google Patents

用于向负载供电的转换装置、改装套件和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115280630A
CN115280630A CN202080093598.7A CN202080093598A CN115280630A CN 115280630 A CN115280630 A CN 115280630A CN 202080093598 A CN202080093598 A CN 202080093598A CN 115280630 A CN115280630 A CN 115280630A
Authority
CN
China
Prior art keywords
connection terminal
inverter
load
conductor connection
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080093598.7A
Other languages
English (en)
Inventor
C·阿勒特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMA Solar Technology AG filed Critical SMA Solar Technology AG
Publication of CN115280630A publication Critical patent/CN115280630A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source when the main path fails, e.g. transformers, busbars
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H02J9/063—Common neutral, e.g. AC input neutral line connected to AC output neutral line and DC middle point
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

一种用于选择性地从电网(4)或双向逆变器(2)向至少一个负载(3)供电的转换装置(1)，包括：输入端，其具有用于连接到所述电网(4)的电网中性导体连接端子(5)和电网外导体连接端子(6)；第一输出端，其具有用于连接双向逆变器(2)的逆变器中性导体连接端子(7)和逆变器外导体连接端子(8)；第二输出端，其具有用于连接负载(3)的负载中性导体连接端子(9)和负载外导体连接端子(10)；以及开关机构(11)，其控制器与转换装置(1)的控制输入端(18)连接。开关机构(11)包括第一常闭触点和第二常闭触点以及常开触点，这些触点以互连方式与电网外导体连接端子(6)、逆变器外导体连接端子(8)和负载外导体连接端子(10)连接。还公开了一种相关的方法。

Description

用于向负载供电的转换装置、改装套件和方法
本发明涉及用于选择性地从上级配电网或从本地供电系统向负载供电的转换装置。本地供电系统包括具有提供电压的功能的逆变器，该逆变器能够建立本地独立电网。
此外，本发明还涉及具有用于本地供电系统的转换装置的改装套件(Nachrüstsatz)和用于转换负载的供电的方法。
特别地，本发明涉及所谓的应急电源系统、备用电源系统或备用系统，这些系统在电网发生故障时，对并网的供电系统进行防护，即可以例如根据预定的优先级继续向连接的负载的至少一部分供电。为此，要执行一系列的切换操作，例如，断开电网、启动电网形成器(Netzbildner)以及将电网形成器接入到供电线路。此外，必须监测电网的状态，以便例如在电网恢复时启动本地发电装置的同步，并可以将系统与电网重新连接起来。这些和许多其他要求必须得到满足，并且这些要求的满足在不同国家都有各种各样的准则、规范和标准。
此外，本发明还涉及较小的备用电源系统，这些备用电源系统仅向少量负载供电。特别地，这种备用电源系统用于具有高稳定性的电网，这意味着该电网可以确保在90％以上的时间内无干扰地向负载供电。反过来，这意味着以这种方式提供的备用电源系统虽然持续地保持运行准备就绪状态，但很少使用。通常情况下，通常包含逆变器的备用电源系统包括控制器，该控制器不仅监控电网的状态而且还控制用于从电网操作转换到备用电源操作的开关。
文献DE 102012011708A1公开了一种具有至少一个逆变器单元的逆变器装置，该逆变器单元可以与可再生能源和蓄电池装置连接，并可以通过连接设备与公共能源电网和消耗器之间的线缆(Leitungsstrang)连接。逆变器单元分配有控制单元，该控制单元与用于测量施加在公共能源电网上的电压的功率计共同作用。逆变器单元分配有安全电路，该安全电路包括在连接设备和公共能源电网之间的第一开关设备和在逆变器单元和连接设备之间的第二开关设备。在公共能源电网发生故障时，控制单元将第一开关设备和第二开关设备切换到断开状态，并且随后将切换到电压控制模式的逆变器单元通过第二开关设备与消耗器连接以为其应急供电。
在静止状态下打开的开关(所谓的常开开关，英文“normally open”)或在静止状态下闭合的开关(所谓的常闭开关，英文“normally closed”)都可以用于进行转换。
出于安全原因，通常使用在静止状态下打开的开关，如图1所示，通常集成在逆变器中。然而，该解决方案带来的缺点是，在稳定的电网中，该开关必须在98％或更多的时间里保持主动闭合，这导致相当大的能量需求。此外，这种配置中的开关必须针对所有连接负载的全部电流承载能力进行设计，其中即使在短路的情况下，开关也必须安全运行。这些要求使图1所示的已知配置变得复杂且昂贵。这在小型系统中尤为重要，例如，在电网发生故障时只需防护一个消耗器，而电网发生故障的情况非常罕见。
因此，需要为备用电源系统提供转换装置，特别是在稳定电网中为备用电源系统提供转换装置，该转换装置可以实施成小且低成本的，并且在待机模式(stand-by操作)中成本也很低。因此，本发明的目的是，提供转换装置，该转换装置被实施成紧凑且低成本的，维护成本低，并且还可以改装到现有安装设备中。
根据本发明的转换装置具有独立权利要求1的特征。在从属权利要求2至12中描述了转换装置的优选实施方式。根据本发明的改装套件在权利要求13中进行了描述。根据本发明的方法在权利要求14中进行了描述。权利要求15涉及该方法的优选实施方式。
根据本发明的转换装置用于选择性地从电网或从双向逆变器向至少一个负载供电。例如，电池或燃料电池可以连接到双向逆变器，并且双向逆变器可以配备有提供电压的功能，也就是说，双向逆变器能够建立本地独立供电网。
根据本发明的转换装置包括：输入端，其具有用于连接到电网的电网中性导体连接端子和电网外导体(Auβenleiter)连接端子；第一输出端，其具有用于连接到双向逆变器的逆变器输出端的逆变器中性导体连接端子和逆变器外导体连接端子；以及第二输出端，其具有用于连接到负载的负载中性导体连接端子和负载外导体连接端子。此外，根据本发明的转换装置还包括开关机构，该开关机构的控制器与转换装置的控制输入端连接。开关机构包括第一常闭触点和第二常闭触点以及常开触点，其中，第一常闭触点具有第一电网侧连接端子和第一逆变器侧连接端子，并且第二常闭触点具有第二电网侧连接端子和第一负载侧连接端子，以及常开触点具有第二逆变器侧连接端子和第二负载侧连接端子。电网外导体连接端子与第一电网侧连接端子和第二电网侧连接端子连接，逆变器外导体连接端子与第一逆变器侧连接端子连接。此外，负载外导体连接端子与第一负载侧连接端子和第二负载侧连接端子连接。
转换装置还可以(但不必)包括安全电源(SPS)连接端子，该安全电源(SPS)连接端子具有用于连接到逆变器的安全电源(SPS)输出端的SPS中性导体连接端子和SPS外导体连接端子。因此，当逆变器(该逆变器本身提供SPS输出端)要连接到转换装置时，通常存在转换装置的SPS连接端子。如果转换装置包括附加的SPS连接端子，则第二逆变器侧连接端子可以与SPS外导体连接端子连接。这里没有规定，第二逆变器侧连接端子在转换装置内与逆变器外导体连接端子连接。
通过转换装置的可选存在的SPS连接端子，根据本发明的转换装置既可以在本身具有SPS输出端的逆变器上操作，也可以在不具有这种SPS输出端的逆变器上操作。在第一种情况下，转换装置具有可选的SPS连接端子，而在后一种情况下，通常不存在这种连接端子。因此，不管逆变器本身是否具有SPS输出端，根据本发明的转换装置都可以被使用。这考虑到本身具有SPS输出端的逆变器和不本身不具有SPS输出端的逆变器当前都可用的事实。
当具有SPS输出端的逆变器通过其逆变器输出端与电网连接时，其SPS输出端是无电压的。相反，当逆变器的逆变器输出端与电网分离时，由逆变器的DC/AC转换器提供的交流电压施加在其SPS输出端处。例如，较小的本地负载通过连接到逆变器的SPS输出端。即使在电网发生故障，本地负载也可以经由逆变器的SPS输出端被继续供电，例如从连接到逆变器的DC侧的电池或从燃料电池供电。在当前情况下，逆变器的SPS输出端不直接与负载连接，而是通过转换装置的中间连接与负载连接。
在另一实施方式中，转换装置不包括附加的SPS连接端子，转换装置的第二逆变器侧连接端子可以与转换装置的逆变器外导体连接端子连接。
如果转换装置没有附加的SPS连接端子，并且标准中没有规定在电网发生故障的情况下全极分离，则中性导体连接端子可以直接与负载中性导体连接端子和逆变器中性导体连接端子连接。相反，如果转换装置具有附加的SPS连接端子，那么有利地，如果标准中没有规定在电网发生故障的情况下全极分离，则电网中性导体连接端子直接与逆变器中性导体连接端子、负载中性导体连接端子连接，以及与转换装置的SPS中性导体连接端子连接。在这些情况下，根据本发明的转换装置仅使用三个触点进行管理，这些触点集成在传统的低成本继电器或接触器(Schütze)中。
如果转换装置包括附加的SPS连接端子，则转换装置的控制输入端可以与转换装置的SPS外导体连接端子相同地实施。在此，转换装置的控制器的第一连接端子可以与转换装置的SPS外导体连接端子连接，并且转换装置的控制器的另一连接端子与转换装置的SPS中性导体连接端子连接。在这种变型方案中，施加在控制输入端处并且因此同样施加在SPS外导体连接端子处的控制信号可以同时提供用于控制转换装置的开关机构的电压供应。这将结合图3进行详细描述。
根据本发明的具有两个常闭触点和一个常开触点的转换装置在可以从上级配电网进行供电的情况下无需供电。在开关机构的未通电(未接通)的基本状态下，通过第二常闭触点确保从电网向消耗器供电，并且逆变器经由第一常闭触点连接到电网。只有当上级电网发生故障并且连接到转换装置的消耗器应通过同样连接到转换装置的逆变器进行供电时，开关机构才被通电，使得常闭触点打开并且常开触点闭合。通过这些开关操作产生与上级电网分离的本地电网，逆变器可以在本地电网中为所连接的负载供电。这意味着，转换装置或者其开关机构仅在电网受到干扰或电网发生故障的极少数情况下才消耗能量。因此，根据本发明的转换装置总体上比迄今为止已知的转换装置更节能并且成本更低廉。
通过使用常闭触点来与上级电网分离，得到另一优点。在现有技术中常见的解决方案中，如图1所示，在逆变器受到干扰的情况下常开断路开关不再受控，并且因此被断开。因此，即使配电网正常工作，也不能向负载供电。通过使用根据本发明的转换装置，在电网发生故障的情况下如果逆变器受到干扰，也不会断开，并且当然逆变器也不会应急供电。然而，如果电网稳定，则可以继续向负载供电，因为常闭触点不需要控制就保持闭合。
在根据本发明的用于借助于根据本发明的转换装置转换负载的供电的方法中，所连接的双向逆变器测定电网状态，并且在临界电网状态的情况下，为控制输入端提供控制信号，从而致动开关机构，并且由此打开常闭触点并且闭合常开触点。然后，所连接的双向逆变器启动，并且在其逆变器外导体连接端子处提供电压，或者如果逆变器本身包括SPS输出端则在其SPS输出端处提供电压，该电压经由现在闭合的常开触点输出到负载外导体连接端子和所连接的负载处。
在此，临界电网状态应理解为不允许所连接的负载正确运行的所有状态。
例如，开关机构可以被实施成继电器，但也可以是具有或不具有反馈触点的接触器。开关触点可以被集成在开关机构中或者被划分到多个可单独控制的开关机构上。
根据本发明的转换装置的控制输入端可以与双向逆变器连接，使得开关机构的控制可以直接由逆变器触发。如果所连接的逆变器也监控电网状态，这是特别有利的。原则上，也可以由另外的外部控制器监控电网状态，然后该外部控制器在临界电网状态时控制开关机构，并且指示所连接的逆变器启动和形成本地独立电网。
在该方法的变型方案中，其中转换装置具有附加的SPS连接端子，可以通过控制信号提供用于控制开关机构的电压供应。
通过转换装置的紧凑的结构，该转换装置可以被实施用于安装到家用设施的配电箱中或者安装到逆变器外壳中。
在另一实施方式中，转换装置还具有用于连接另一能源的供电连接端子。优选地，另一能源可以是可再生的本地能源，例如现场安装的光伏系统。可替代地或附加地，其他本地能源可以通过根据本发明的转换装置被集成到本地设施中，并且特别有利地在电网发生故障情况下附加地馈送到本地独立电网中。
在有利的实施方式中，转换装置是改装套件的一部分，利用该改装套件可以升级系统，以用于在临界电网状态下向负载供电。在此，系统具有通往待供电的负载的馈电线。通过将转换装置中间连接到通往负载的馈电线中并且将具有提供电压的功能的双向逆变器连接到转换装置，可以以简单、紧凑且低成本的方式随后安装负载的应急电源。根据本发明的转换装置的另一优点在于，通过实施成与逆变器分离的紧凑单元，所包含的开关的载流能力的尺寸可以根据系统或要供电的负载来选择，并且甚至可以随后毫不费力地进行更换。
下面将基于实施例并参照附图对本发明进行描述，结合权利要求的特征，从实施例和附图中获得本发明的其他特征、性质和优点。
在附图中：
图1示出了根据现有技术的本地供电系统的示意图，以及
图2示出了根据本发明的具有连接的部件的转换装置的第一实施方式的示例性的设计方案。
图3示出了根据本发明的具有连接的部件的转换装置的第二实施方式的示例性的设计方案。
图4示出了根据本发明的具有连接的部件的转换装置的第三实施方式的示例性的设计方案。
图1示出了如在现有技术中已知的本地供电系统，其具有逆变器29和连接到逆变器的电池26。上级电网4的外导体连接到电网外导体连接端子6。在逆变器29中集成有开关27，该开关用于分离外导体。在电网受到干扰的情况下，开关27被打开，并且负载3、本地能源24/25和连接有电池26的逆变器29与电网4分离。逆变器29可以建立本地电网并且为负载3供电。由具有逆变器24的发电机25组成的本地能源可以接通并且将能量馈入到本地电网28中。
开关27被实施为常开开关，这意味着，在电网4无干扰可供使用时必须耗费能量以使开关27保持闭合。即使在电网4无干扰可供使用但逆变器29不能运行的情况下，开关27也被打开，并且因此不向负载3供电。这是不利的，特别是在非常稳定的电网4中。
此外，整个电流从电网流入电池26中，反之亦然，从光伏发电机25经由开关27流入电网4以及从电网4经由开关27流入负载3，因此该开关必须针对最大可能的电流来设计。这可能导致，在此必须使用性能非常强大的且因此昂贵的开关。
图2示出了根据本发明的转换装置1的第一实施方式。供电电网4被实施成具有外导体L1、L2、L3和中性导体N的三相电网。示例性地，仅外导体L1和中性导体N在转换装置1的输入端处连接到电网外导体连接端子6和电网中性导体连接端子5。其他负载21可以连接到外导体L2、L3，但在电网发生故障的情况下，这些负载至少不通过转换装置1被供电。
在转换装置1的第一输出端处，双向逆变器2连接到逆变器中性导体连接端子7和逆变器外导体连接端子8。电池26连接到双向逆变器2。电池26可以从电网4和/或本地能源(在此为光伏发电机25)充电。
在转换装置1的第二输出端处，负载3连接到负载中性导体连接端子9和负载外导体连接端子10。负载3可以包括多个子负载(例如，单独的消耗器)，并且在电网受到干扰或电网发生故障的情况下，负载3应继续被供电。
在示例中，另外的能源连接到PV外导体连接端子22和PV中性导体连接端子23，该另外的能源包括PV逆变器24和光伏发电机25。
转换装置1具有开关机构11，该开关机构具有两个常闭触点11a、11b和一个常开触点11c。第一常闭触点11a具有第一电网侧连接端子12和第一逆变器侧连接端子14，第二常闭触点11b具有第二电网侧连接端子13和第一负载侧连接端子15，以及常开触点11c具有第二逆变器侧连接端子16和第二负载侧连接端子17。外导体连接端子6与第一电网侧连接端子12和第二电网侧连接端子13连接，逆变器外导体连接端子8与第一逆变器侧连接端子14和第二逆变器侧连接端子16连接，以及负载外导体连接端子10与第一负载侧连接端子15和第二负载侧连接端子17连接。中性导体连接端子5直接与负载中性导体连接端子9、逆变器中性导体连接端子7和PV中性导体连接端子23连接，这在许多其标准不要求与电网4全极分离的国家是一种可能的且不那么复杂的实施方式。由此，开关机构11仅需要三个触点。
开关机构11的控制器19与转换装置1的控制输入端18连接。控制信号可以施加到控制输入端，使得开关机构11启动(anziehen)，即常闭触点打开并且常开触点闭合。可以位于所连接的逆变器2中的控制器(未示出)借助于例如附接在外导体连接端子6处的传感装置(在图2中未示出)来测定电网状态，并且在临界电网状态下为控制输入端18提供控制信号。由此，常闭触点11a、11b打开，并且外导体连接端子6与外导体连接端子8、9和22的连接被中断。同时或稍延迟地，常开触点11c闭合，使得逆变器外导体连接端子8与负载外导体连接端子10连接。逆变器2在提供电压的操作中启动，并且提供适于向负载3供电的本地电网28。同样地，PV逆变器24经由其外导体连接端子22与第二负载侧连接端子17连接，识别(由逆变器2提供的)返回的电网，与其同步，并且随后可以馈入到本地电网28。利用该附加的能量不仅可以为连接的负载3供电而且还可以馈入到电池26中。
有利地，转换装置1还可以包括能量计(未示出)，该能量计在外导体连接端子6、8、9和22处检测相应的能量流，并且将其转发给控制器(未示出)，该控制器处理和/或也转发这些数据。
特别有利地，转换装置1可以用在负载3的现有安装设备的馈电线L1和N中，其方式为将馈电线分开并且连接到转换装置1的外导体连接端子5、6和9、10。因此，这使得在现有安装设备上扩展备用功能或应急电源功能成为可能。由于转换装置1可以实施得小且紧凑，因此该转换装置例如可以被集成到房屋配电箱中。只有为了连接逆变器2时，才有可能必须铺设新的线路。用例如包括PV逆变器24和光伏发电机25的本地能源进行改装也是简单可行的。
在图3中示出了根据本发明的具有连接到其上的部件的转换装置1的第二实施方式。第二实施方式在许多方面类似于转换装置1的已经在图2中示出的第一实施方式。因此，对于类似方面参考对图2的附图描述。以下，主要展示转换装置1的第二实施方式与第一实施方式的不同之处。
具有所谓的安全电源(Secure-Power-Supply，SPS)功能的双向操作的逆变器2也被称为电池逆变器。在图3中，连接到电池26的逆变器2被构造成这种具有SPS功能的逆变器。根据图2的逆变器2，图3中的具有SPS功能的逆变器2包括用于连接电池26的电池连接端子34和用于连接供电电网4的电网连接端子35。与图2中的第一实施方式类似，在第二实施方式中，逆变器32的电网连接端子35经由转换装置1与供电电网4电连接，特别是经由转换装置1的第一逆变器侧连接端子7、8和输入端5、6与供电电网4电连接。然而，附加地，逆变器32还包括所谓的SPS输出端36，用于在供电电网发生故障时为一个或更多个本地负载供电。
具有SPS功能的逆变器32在其操作中通常包括两种操作模式。在第一操作模式(电网操作)中，假定供电电网4正常运行，可以在电池连接端子34和电网连接端子35之间进行功率交换。而SPS输出端36与电网连接端子35和电池连接端子34两者都是电隔离的。相反，在第二操作模式(备用操作)中，实现电池连接端子34和SPS输出端36之间的功率交换，而电网连接端子35与电池连接端子34和SPS输出端36两者都是电隔离的。具有SPS功能的逆变器32现在能够在电网发生故障时将其电网连接端子35与电网4分离，并且在其SPS输出端36处提供经由电池提供的交流电压。
为了实现SPS功能，逆变器32可以具有开关装置33，该开关装置33具有四个彼此耦合的开关触点33.1-33.4，这些开关触点33.1-33.4将逆变器32的DC/AC转换器与逆变器32的电网连接端子35连接或与逆变器32的SPS连接端子36连接。开关触点33.1-33.4彼此之间的耦合在图3中通过虚线表示。具体地，在开关装置33的四个开关触点33.1-33.4中，第一开关触点33.1和第二开关触点33.2被设置用于将逆变器32的DC/AC转换器与电网连接端子35连接或分离，而第三开关触点33.3和第四开关触点33.4被设置用于将DC/AC转换器与逆变器2的SPS输出端36连接或分离。在此，第一开关触点33.1和第二开关触点33.2彼此具有同向的耦合，即一起闭合或打开。第三开关触点33.3和第四开关触点33.4也彼此具有同向的耦合。相反，第一开关触点33.1和第三开关触点33.3彼此可以反向耦合。例如，如果第一开关触点33.1闭合，则第三开关触点33.3由于反向耦合而可以同时打开。在第二开关触点33.2和第四开关触点33.4之间也可以同样存在反向耦合。通常在操作中，两对开关触点33.1-33.4中的仅一对开关触点闭合，而开关触点33.1-33.4中的另一对开关触点打开。此外，两对开关触点33.1，33.2和33.3，33.4都打开的状态也是可能的。
除了已经在图2中示出的连接端子外，在第二实施方式中，转换装置1还包括SPS外导体连接端子30和SPS中性导体连接端子31。SPS外导体连接端子30和SPS中性导体连接端子31分别与逆变器32的SPS连接端子36的相应的导体连接端子连接。负载中性导体连接端子9与SPS中性导体连接端子31连接。负载外导体连接端子10经由开关机构11的常开触点11c与SPS外导体连接端子30连接。开关机构11的控制器19通过第一连接端子与SPS外导体连接端子30连接，并且通过第二连接端子与SPS中性导体连接端子31连接。
现在转换装置1的操作如下。在这里，可以有利地通过逆变器32的控制器(在图3中未明确示出)来监测电网状态。在电网4正常运行时，开关装置33的第一开关触点33.1和第二开关触点33.2通过逆变器32的控制器保持闭合。而第三开关触点33.3和第四开关触点33.4保持打开。因此，逆变器32的SPS输出端36是无电压的。因此，开关机构11的控制器19也是无电压的，这就是开关机构11的常闭触点11a、11b闭合而常开触点11c打开的原因。因此，逆变器32的电网连接端子35经由逆变器32的闭合的第一触点33.1和第二触点33.2以及经由转换装置1的常闭触点11a与电网4连接。可以在电池26和电网4之间以及在PV发电机25和电网4之间进行功率交换。连接到转换装置1的负载3通过电网4供电。
电网4的故障由逆变器32的控制器识别。现在，该控制器使逆变器32的第一开关触点33.1和第二开关触点33.2打开，并使第三开关触点33.3和第四开关触点33.4闭合。因此，逆变器32的电网连接端子35与转换装置1的第一输出端(该第一输出端具有逆变器中性导体连接端子7和逆变器外导体连接端子8)分离，从而与电网4分离。在逆变器32的SPS输出端36处，由DC/AC转换器提供从电池26馈送的电压。施加在逆变器32的SPS输出端36处的电压也施加在转换装置1的SPS连接端子30、31处，并且因此施加在转换装置1的开关机构11的控制器19处。响应于此，控制器19使常开触点11c闭合，并且使转换装置1的常闭触点11a、11b打开。因此，连接在转换装置1的负载连接端子9、10处的负载3经由逆变器32从电池26供电，并且经由PV逆变器24从PV发电机25供电。
转换装置1的第二实施方式可以特别有利地与逆变器32结合使用，该逆变器32包括SPS功能和相应的SPS输出端36。在此，在电网发生故障时逆变器32与电网4分离，并且由于其SPS功能在其SPS输出端36处提供电压。逆变器的SPS连接端子36的电压在其SPS连接端子30、31处被传递给转换装置1，并且因此用作开关机构11的控制器19的控制信号。控制信号向控制器19发出电网4发生故障的信号，并且此外也用作开关机构33的控制器19的供电电压。因此，SPS外导体连接端子31同时也形成转换装置1的控制输入端18。这里，可以省略转换装置1的单独的控制输入端。
图3中的描述以逆变器32的开关装置33在DC/AC转换器和逆变器输出端35之间以及在DC/AC转换器和逆变器的SPS输出端36之间提供全极分离为例。出于该原因，开关装置33包括四个开关触点33.1-33.4。然而，只要不需要全极分离，就可以省略逆变器32的第一开关触点33.1和第四开关触点33.4，并且用不可分离的(即，不可切换的)连接代替。为了表示这一点，第一开关触点33.1和第四开关触点33.4在图3分别以虚线示出。
图4示出了转换装置1的第三实施方式，该实施方式与图3中的第二实施方式类似。这里也参考了图3中描述的相似点。根据图4的第三实施方式与在图3中所示的第二实施方式的不同之处在于，SPS输出端36直接与分配给逆变器32的DC/AC转换器的桥式输出端连接，即特别是在没有中间连接第三开关触点33.3和第四开关触点33.4的情况下与分配给逆变器32的DC/AC转换器的桥式输出端连接。
为了将控制信号输出到转换装置1，根据图4的逆变器32具有附加的连接端子37，该连接端子37具有中性导体连接端子37.1和外导体连接端子37.2。附加的外导体连接端子37.2通过附加的开关触点38.1的中间连接与逆变器32的桥式输出端连接。此外，附加的连接端子37还与转换装置1的双极控制输入端18连接。
在转换装置操作时，当识别到电网4故障时，首先通过打开第一开关触点33.1和第二开关触点33.2来分离逆变器32与电网4的连接。此外，通过闭合附加的开关触点38.1，在逆变器32的附加的连接端子37处输出用于转换装置1的控制信号。控制信号也施加在与逆变器32的附加的连接端子37连接的转换装置1的控制输入端18处。控制信号向转换装置1发出电网4故障的信号，并且同时提供用于控制器19的供电电压，该控制器随后切换开关机构11。在此特别地，打开开关机构11的常闭触点11a和11b。由此，实现了电网外导体连接端子8与转换装置1的逆变器外导体连接端子8的分离，另一方面实现了供电连接端子22与电网外导体连接端子8的分离。与常闭触点11a、11b耦合，常开触点11c闭合。在此，实现了转换装置1的负载外导体连接端子10与SPS外导体连接端子30的连接，由此建立逆变器32的SPS输出端36与负载3之间的连接。
与图3类似，在图4中，第一开关触点33.1也以虚线示出，以表示该第一开关触点33.1仅在要求全极分离时才需要，否则可以用不可分离的连接代替。
参考标记列表
1 转换装置
2,29,32 逆变器
3 负载
4 电网
5-10,12-18,22,23 连接端子
11 开关机构
11a,11b,11c 触点
19 控制器
21 负载
24 逆变器
25 光伏发电机
26 电池
27 开关
28 本地电网
30 安全电源(SPS)外导体连接端子
31 安全电源(SPS)中性导体连接端子
33 开关机构
33.1-33.4 开关触点
35 逆变器输出端
36 安全电源(SPS)输出端
37 连接端子
37.1 中性导体连接端子
37.2 外导体连接端子
38.1 开关触点。

Claims (15)

1.一种用于选择性地从电网(4)或双向逆变器(2)向至少一个负载(3)供电的转换装置(1)，包括：
输入端，所述输入端具有用于连接到所述电网(4)的电网中性导体连接端子(5)和电网外导体连接端子(6)，
第一输出端，所述第一输出端具有用于连接到所述双向逆变器(2，32)的逆变器输出端(35)的逆变器中性导体连接端子(7)和逆变器外导体连接端子(8)，
第二输出端，所述第二输出端具有用于连接所述负载(3)的负载中性导体连接端子(9)和负载外导体连接端子(10)，
开关机构(11)，所述开关机构的控制器与所述转换装置(1)的控制输入端(18)连接，其中所述开关机构(11)包括第一常闭触点和第二常闭触点以及常开触点，其中，所述第一常闭触点具有第一电网侧连接端子(12)和第一逆变器侧连接端子(14)，所述第二常闭触点具有第二电网侧连接端子(13)和第一负载侧连接端子(15)，以及所述常开触点具有第二逆变器侧连接端子(16)和第二负载侧连接端子(17)，
其中：
所述电网外导体连接端子(6)与所述第一电网侧连接端子(12)和所述第二电网侧连接端子(13)连接，
所述逆变器外导体连接端子(8)与所述第一逆变器侧连接端子(14)连接，并且
所述负载外导体连接端子(10)与所述第一负载侧连接端子(15)和所述第二负载侧连接端子(17)连接。
2.根据权利要求1所述的转换装置(1)，其中，所述转换装置(1)还包括安全电源(SPS)连接端子，所述安全电源(SPS)连接端子具有用于连接到所述逆变器(32)的安全电源(SPS)输出端(36)的SPS中性导体连接端子(31)和SPS外导体连接端子(30)，其中，所述第二逆变器侧连接端子(16)与所述SPS外导体连接端子(30)连接。
3.根据权利要求1所述的转换装置(1)，其中，所述第二逆变器侧连接端子(16)与所述逆变器外导体连接端子(8)连接。
4.根据权利要求3所述的转换装置(1)，其中，所述电网中性导体连接端子(5)直接与所述负载中性导体连接端子(9)和所述逆变器中性导体连接端子(7)连接。
5.根据权利要求2所述的转换装置，其中，所述电网中性导体连接端子(5)直接与所述逆变器中性导体连接端子(7)、所述负载中性导体连接端子(9)连接，并且与所述SPS中性导体连接端子(31)连接。
6.根据权利要求2或5所述的转换装置，其中，所述控制输入端(18)与所述SPS外导体连接端子(30)被相同地实施。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，其中，所述开关机构(11)被实施成继电器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，其中，所述第一常闭触点和所述第二常闭触点以及所述常开触点被集成在所述开关机构(11)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，其中，所述控制输入端(18)与所述双向逆变器(2)连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，其中，所述转换装置(1)被设置用于安装在家用设施的配电箱中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，其中，所述转换装置(1)被集成到所连接的双向逆变器(2)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，还具有用于连接另外的能源(25)的供电连接端子(22，23)，所述另外的能源(25)特别是可再生的本地能源。
13.一种改装套件，具有根据前述权利要求中任一项所述的转换装置(1)，所述改装套件用于具有通往负载(3)的馈电线的系统，其中，通过将所述转换装置(1)中间连接到通往所述负载(3)的所述馈电线中并与双向逆变器(2)连接，将所述系统升级成在临界电网状态的情况下从所述逆变器(2)向所述负载(3)供电。
14.一种用于转换对负载(3)的供电的方法，使用根据权利要求1至12中任一项所述的转换装置(1)，其中，所连接的双向逆变器(2，32)测定电网状态，并且在临界电网状态下在所述控制输入端(18)处提供控制信号，使得所述开关机构(11)启动，并且由此所述常闭触点打开并且所述常开触点闭合。
15.根据权利要求14所述的用于转换对负载(3)的供电的方法，其中，通过所述控制信号提供用于控制所述开关机构(11)的电压供应。
CN202080093598.7A 2020-01-16 2020-12-15 用于向负载供电的转换装置、改装套件和方法 Pending CN115280630A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020101002.8 2020-01-16
DE102020101002.8A DE102020101002B4 (de) 2020-01-16 2020-01-16 Umschaltvorrichtung der elektrischen versorgung einer last
PCT/EP2020/086201 WO2021144103A1 (de) 2020-01-16 2020-12-15 Umschaltvorrichtung, nachrüstsatz und verfahren zur elektrischen versorgung einer last

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115280630A true CN115280630A (zh) 2022-11-01

Family

ID=74106004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080093598.7A Pending CN115280630A (zh) 2020-01-16 2020-12-15 用于向负载供电的转换装置、改装套件和方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220352747A1 (zh)
EP (1) EP4091229A1 (zh)
JP (1) JP2023510004A (zh)
CN (1) CN115280630A (zh)
DE (1) DE102020101002B4 (zh)
WO (1) WO2021144103A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117134638B (zh) * 2023-10-27 2024-06-25 深圳市首航新能源股份有限公司 升级方法、逆变器、并机系统与可读存储介质

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010008123U1 (de) * 2010-07-20 2010-10-21 Sma Solar Technology Ag Umschalteinrichtung
DE102012102766B3 (de) * 2012-03-30 2013-09-05 Sma Solar Technology Ag Netzersatzanlage und Erdungseinrichtung für eine Netzersatzanlage
DE102012011708A1 (de) 2012-06-13 2013-12-19 E3/Dc Gmbh Wechselrichtervorrichtung mit Notstrombetrieb
JP6227885B2 (ja) * 2013-04-19 2017-11-08 京セラ株式会社 電力制御システム、電力制御装置、電力制御システムの制御方法
WO2017180816A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Voyomotive, Llc Power line communication smart relay

Also Published As

Publication number Publication date
EP4091229A1 (de) 2022-11-23
DE102020101002B4 (de) 2021-07-29
JP2023510004A (ja) 2023-03-10
WO2021144103A1 (de) 2021-07-22
DE102020101002A1 (de) 2021-07-22
US20220352747A1 (en) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE44901E1 (en) Method for converting direct voltage into three phase alternating voltage
US7446437B2 (en) Apparatus and method for preventing an electrical backfeed
USRE39710E1 (en) System for providing assured power to a critical load
US7061139B2 (en) System for providing assured power to a critical load
US8779630B2 (en) Power generation system and inverter for feeding power into a three-phase grid
JP2000358330A (ja) 太陽光発電装置
US20180034316A1 (en) Device for commanding/controlling a source changeover switch
US12003104B2 (en) Energy supply system having a coupling device
KR20200030819A (ko) 전원 공급 장치 및 전원 공급 시스템
EP3282584B1 (en) Power distribution system and method
US20220352747A1 (en) Changeover device, retrofit kit and method for supplying electrical power to a load
CN110649645A (zh) 快速关断装置及其所适用的光伏发电系统
JP3319264B2 (ja) 太陽光発電システム
KR102374263B1 (ko) 전원 공급 시스템
JPH1169661A (ja) 太陽光発電システム
CN112703657A (zh) 供电装置以及供电系统
CN220797869U (zh) 一种配电系统及用户系统
CN112703656A (zh) 供电装置以及供电系统
CN210941437U (zh) 地面自动过分相处理装置
CN113746194B (zh) 一种双柔直单元分送输电系统及其电气连接方法
CN219576701U (zh) 配电装置和供电系统
JP3721731B2 (ja) 太陽光発電システム
CN116195166A (zh) 具有双稳态开关单元的逆变器
JP2022136989A (ja) デュアルモードマイクログリッドインバータを含むマイクログリッド及び負荷管理方法
JP2014090618A (ja) パワーコンディショナ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination