CN116097385A - 控制装置、备用系统和用于控制逆变器的方法 - Google Patents

控制装置、备用系统和用于控制逆变器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种安全、可靠和简化的用于操作逆变器的控制机构。特别地，机械开关用于将本地电网与公共电网连接以及用于将本地电网与公共电网断开。机械开关包括中间位置。每当开关处于该中间位置时，逆变器就立即以快速关闭操作关闭。

Description

控制装置、备用系统和用于控制逆变器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于逆变器的控制装置和一种用于控制逆变器的方法。本发明还涉及一种电力备用系统。
背景技术
尽管总体上适用于任何种类的电力备用系统，但是本发明及其潜在问题将在下文中结合与公共电网连接的本地电力网络(例如，家庭电力网络)进行描述。
分散式可再生能源正变得越来越重要。例如，单独的光伏单元安装在越来越多的房屋上。此外，这样的设施可以包括用于临时储存电能的本地储存单元，例如电池。
该设施还可以连接至公共能量电网。以这种方式，本地能源的过剩能量可以被提供给公共电网。附加地或替代地，在本地系统不能够提供总的本地能量需求的情况下，还可以从公共电网获得附加电能。
然而，对于这样的设施，必须考虑和满足许多国家法规。例如，在公共电网发生故障或维护的情况下，必须确保公共电网与本地能源安全地断开，以避免在公共电网维护期间向公共电网的能量注入。为此目的，在公共电网发生故障或关闭的情况下，家庭中的本地发电机也必须关闭或安全地与公共电网断开。为此目的，使用通常复杂且昂贵的装置来考虑和满足相应的国家要求。
针对该背景，本发明旨在提供安全、可靠和简化的用于控制可以与公共电网连接的本地电源(例如，逆变器)的操作的装置。
发明内容
本发明提供具有独立权利要求的特征的用于逆变器的控制装置、电力备用系统和用于控制逆变器的方法。另外有利的实施方式是从属权利要求的主题。
根据第一方面，提供了一种用于逆变器的控制装置。该控制装置包括开关和控制器。开关可以包括至少三个切换位置。该至少三个切换位置包括第一位置、第二位置和中间位置。开关被配置为使得开关在第一位置和第二位置之间的每次转换之前被设置到中间位置。控制器被配置为一旦开关被设置到中间位置就关闭逆变器(即，在开关被设置到中间位置时立即关闭逆变器)。控制器还被配置为当开关被设置到第一位置时以并网模式操作逆变器，并且当开关被设置到第二位置时以离网模式操作逆变器。
根据另一方面，提供了一种电力备用系统。该电力备用系统包括被配置为提供交流电源的逆变器。电力备用系统还包括根据第一方面的控制装置。特别地，控制装置的开关可以被配置为如果开关处于第一位置，则连接公共电网和本地电网。此外，开关可以被配置为如果开关处于第二位置或中间位置，则将公共电网与本地电网断开。
根据又一方面，提供了一种用于控制逆变器的方法。该方法包括检测开关的中间位置，其中开关提供至少三个切换位置，并且该三个切换位置至少包括第一位置、第二位置和中间位置，并且开关被配置为使得开关在第一位置和第二位置之间的每次转换之前被设置到中间位置。该方法还包括在检测到开关被设置到中间位置时关闭逆变器的步骤。此外，该方法可以包括当开关被设置到第一切换位置时以并网模式操作逆变器的步骤，以及当开关被设置到第二位置时以离网模式操作逆变器的步骤。
本发明基于以下发现：在操作可连接至公共电网的本地发电机时考虑本地法规和安全要求是必要的和强制性的。然而，考虑所有这些法规和安全约束的常规方案通常非常复杂且是昂贵的。
因此，本发明考虑了该发现，并且旨在提供安全、可靠和简单的用于控制本地发电和本地发电机与公共电网的连接的装置。
本发明提出使用机械开关，特别是手动操作的机械开关，其用于连接或断开本地能量发生器和公共电网。在此连接中，本发明的特定想法是使用提供附加的中间位置的机械开关。除了本地发电机与公共电网连接的开关位置和本地发电机与公共电网断开的开关位置之外，中间位置是另外的开关位置。在该中间位置(在本地发电机与公共电网连接的第一位置和本地发电机与公共电网断开的第二位置之间的每次转换期间总是设置该中间位置)，可以操作该系统，使得可以实现本地发电机(例如，用于提供交流电的本地逆变器)的安全操作。
为了实现本地发电机与公共电网连接的并网模式和本地发电机与公共电网断开的离网模式之间的安全转变，根据本发明的控制装置在检测到中间位置时启动本地发电机、特别是本地发电机的逆变器的快速关闭，所述中间位置指示从第一位置的并网模式到第二位置的离网模式的转变，或者从离网模式的第二位置到并网模式的第一位置的转变。
例如，当用户将开关设置到中间位置时，用户启动快速关闭模式。在快速关闭模式期间，逆变器在第一预定时长内关闭。第一预定时长是基于例如地区或国家特定的法规来限定的。例如，第一预定时长是50毫秒。
通过启动本地发电机、特别是逆变器的快速关闭模式，可以确保在并网模式和离网模式之间转换时关闭本地发电机。特别地，以快速关闭模式执行将开关设置到中间位置时的本地发电机、特别是逆变器的关闭。在快速关闭模式下，逆变器可以在只有几毫秒的预定时长内(例如，在50毫秒内)关闭。
因此，可以确保本地发电机可以几乎立即停止。因此，可以确保逆变器在并网模式和离网模式之间的转换期间不提供电力。以这种方式，可以防止本地生成的电力传输到公共电网中。此外，在逆变器的本地发电与公共电网不同步的情况下，可以防止本地电网和公共电网彼此电耦合。
此外，由于在第一位置和第二位置之间转换时逆变器的快速关闭模式，可以确保本地发电机、特别是逆变器停止和关闭。因此，当在并网模式和离网模式之间操作开关时，逆变器不向包括诸如家用电器等负载的本地电网提供任何电力。这确保了本地电网的安全性并且防止了本地电网发生故障。
此外，在为了从中间位置选择期望的并网模式或离网模式而对开关进行操作之后，可以通过测量装置和/或控制器检查系统的多个预定要求。在已经验证满足以所选择的操作模式重启系统的预定要求之后，可以重启逆变器。
特别地，可以基于多个第一预定要求而以并网模式重启逆变器。并且，可以基于多个第二预定要求而以离网模式重启逆变器。在一个例子中，当满足第一预定要求时，可以以并网模式与公共电网同步地重启逆变器。在一个实施方式中，测量装置和/或逆变器的控制器验证是否满足第一预定要求。
在另一个例子中，可以仅在通过逆变器的控制器完全验证本地电网与公共电网安全地断开之后以离网模式重启逆变器。这里，一个第二预定要求是验证本地电网是否与公共电网安全地断开。在一个实施方式中，测量装置和/或逆变器的控制器验证是否满足第二预定要求。
在一旦开关被设置到中间位置就(开关被设置到中间位置时立即)通过快速关闭模式关闭本地发电机、特别是逆变器之后，可能期望开关在该中间位置保持预定等待时间，例如5秒。当开关在中间位置保持预定等待时间时，负载网络中的负载被保护免受可能由于相移变化或频移而引起的任何潜在损坏。
因此，当开关进一步移动到第一位置而以并网模式操作时，或者移动到第二位置而以离网模式操作逆变器时，逆变器可以正常地重启。
如上所述，电力备用系统可以完全验证是否满足重启逆变器的预定要求。例如，在以并网模式操作系统之前，系统可以验证公共电网的电气条件是否与第一预定要求一致。替代地，在以离网模式操作系统之前，系统可以验证本地网络是否与公共电网安全地断开。然而，应当理解，在以期望的模式重启系统之前，还可以验证任何另外的规范或要求。
开关可以是提供所需切换能力的任何种类的适当的开关。例如，开关可以提供用于将公共电网的电力线(L1、L2、L3)与本地电网的相应的线连接/断开的适当数量的主要开关元件。根据本地法规，开关还可以提供用于连接/断开中性线(N)的开关元件。如下文更详细的描述，开关还可以提供一个或多个辅助开关元件，所述辅助开关元件可与主要开关元件一起切换。
开关可以例如是可以由用户手动操作的开关。例如，开关可以包括用于将开关设置在期望位置的旋钮。然而，应当理解，任何其他适当的开关、特别是任何其他类型的可手动操作的开关也是可能的。
本地电源的操作、特别是诸如逆变器等发电机的操作可以例如由任何种类的适当的控制器来控制。例如，控制器可包括具有至少一个处理器的处理单元和用于存储用于控制相关装置的指令和参数的相关存储器。处理器可以例如通过存储器总线等与存储器通信地耦合。因此，处理器可以读取指令和/或参数以执行期望的控制操作。为此目的，处理器还可以执行例如操作系统。控制器还可以包括用于接收外部信号(例如，指示开关位置的信号)或用于接收任何其他种类的信号的多个端子。例如，控制器还可以从测量装置接收用于测量本地电网、公共电网和/或流向/流出公共电网的电力的电参数的信号。此外，控制器还可以包括用于从用户或远程计算机等接收控制指令的另外的接口。
本发明的另外的实施方式是另外的从属权利要求和以下参照附图的描述的主题。
在可能的实施方式中，逆变器在第一预定时长内关闭，特别是在开关被设置到中间位置之后的50毫秒的最大时间间隔内关闭。逆变器的快速关闭模式可以例如由控制器控制。通过在这样的短时长内关闭逆变器，可以确保系统被关闭以避免危险情况，例如不希望的从本地电网到公共电网的电力转变，或公共电网和与公共电网不同步的本地电网之间的电连接。特别地，在检测到开关处于中间位置时逆变器的快速关闭模式不仅能够防止危险情况，而且还能够满足相应国家法规的所有要求。特别地，由于逆变器的这种快速关闭模式的特征，可以使用手动操作的开关进行并网模式和离网模式之间的切换，而不需要任何附加的复杂且昂贵的硬件部件。
在可能的实施方式中，开关可以被配置为在第一位置连接公共电网和本地电网。该开关还可以被配置为在第二位置将公共电网与本地电网断开。为此目的，开关可以包括用于连接/断开公共电网和本地电网之间的相应的电力线的多个适当的开关元件。根据国家或地区法规，开关不仅可以包括用于主电力线L1、L2和/或L3的开关元件，而且还可以包括用于中性线N的开关元件。应当理解，开关的相应的开关元件可适合于切换相应的电力电平，特别是相应线中的相应的电压和电流。
在可能的实施方式中，控制器可以包括监测电路。监测电路可以被配置为监测开关的当前状态。因此，只有在本地电网与公共电网断开的情况下，控制器才可以以离网模式操作逆变器。例如，监测电路可以与开关的一个或多个开关元件的端子连接，当开关处于用于将公共电网与本地电网断开的位置时，所述开关元件闭合。附加地或替代地，开关可以包括辅助开关元件，该辅助开关元件与主要开关元件同步地切换以切换电力线。因此，监测开关可以监测这种辅助开关的状态。
在可能的实施方式中，开关可以包括第一辅助开关元件。当开关处于中间位置时，第一辅助开关元件处于断开位置。当开关处于第一位置或第二位置时，第一辅助开关元件处于闭合位置。因此，控制器可以被配置为一旦开关和控制器之间的连接被第一辅助开关元件中断就立即(中断时立即)关闭逆变器。快速关闭模式信号指示在特定的事件或请求的情况下关闭本地发电机、特别是逆变器的要求。因此，通过将该快速关闭模式信号线连接至开关、特别是开关的辅助开关元件，可以根据开关的位置容易地发出关闭请求、特别是快速关闭请求。特别地，快速关闭请求可以通过在开关的中间位置中断快速关闭模式线来容易地指示。
在可能的实施方式中，开关可以包括第二辅助开关元件。该第二辅助开关元件可以被配置为中断控制器与测量装置之间的连接。测量装置可以是连接至公共电网的、用于测量公共电网和/或流向/流出公共电网的电力的电特性的装置。特别地，当开关处于中间位置时，第二辅助开关元件可以中断控制器与测量装置之间的连接。此外，当开关处于第二位置时，第二辅助开关元件可以中断该连接。因此，如果开关处于第一位置，则第二辅助开关元件可以将控制器与测量装置连接起来。因此，只有当开关处于第一位置(即，公共电网与本地电网电连接)时，才向控制器提供测量信号或测量数据。在开关处于中间位置或第二位置的情况下，没有来自测量装置的信号或数据被提供给控制器，因此，控制器的操作不受相应的测量信号或数据的影响。
在可能的实施方式中，开关可以是手动操作的开关。特别地，开关可以是可以由用户手动操作的机械开关。例如，开关可以包括旋钮，该旋钮与开关的开关元件机械地连接。然而，应当理解，任何其他种类的机械操作的开关也是可能的。以这种方式，非常简单且可靠的开关可以用于逆变器的控制装置。
在可能的实施方式中，控制装置可以包括致动器。特别地，致动器可以被配置为用于机械地操作开关。致动器的详细配置可以取决于开关的相应配置。例如，致动器可以包括马达，特别是电动马达，并且如果需要，可以包括用于驱动开关的操作元件的齿轮。以这种方式，可以通过控制开关的致动器来容易地使机械操作的开关的操作自动化。
在可能的实施方式中，致动器可以被配置为在将开关设置到第一位置或第二位置之前在中间位置保持预定等待时间(例如，至少五秒)。在该预定等待时间(例如，五秒)中，可以重新初始化逆变器的配置。在任何情况下，系统可以被配置和准备用于在该时长期间在快速关闭模式之后重启。
在可能的实施方式中，控制器可以被配置为在以并网模式操作逆变器之前验证第一预定要求。例如，一个第一预定要求是公共电网的验证。公共电网的验证可以包括例如分析公共电网的电压和/或频率特性。只有公共电网的当前特性与预定约束一致时，本地系统、特别是逆变器才可以以并网模式启动。否则，可以认为公共电网被关闭或者在公共电网中存在故障。在这种情况下，可能不允许将本地电网与公共电网连接起来，从而避免了电力从本地电网流向公共电网。
在可能的实施方式中，控制器可以被配置为一旦开关被设置到第一位置就(即，在开关被设置到第一位置时立即)使逆变器与公共电网同步。特别地，控制器可以使逆变器的频率与公共电网的频率同步。此外，控制器还可以根据公共电网的电压来调整逆变器的输出电压。因此，一旦逆变器的操作特性与公共电网的相关特性一致，公共电网和本地电网就可以彼此电耦合。
在备用系统的可能实施方式中，逆变器可以被配置为与直流电源连接。直流电源可以包括例如电池、光伏电源、燃料电池或任何其他适当的电源。
在用于控制逆变器的方法的可能实施方式中，在转换到第一位置或第二位置之前，开关可以在中间位置保持预定等待时间(例如，至少五秒)。如上所述，系统可以被初始化和/或重新配置，以便以期望的操作模式重启逆变器。
因此，利用本发明，可以提供安全、可靠和简单的用于控制诸如光伏系统的本地发电机和/或具有公共电网的电池供电的备用系统之间的连接的装置。特别地，公共电网和本地电网之间的连接/断开由手动操作的机械开关控制。该开关还提供中间位置，当在并网模式和离网模式之间转换时，总是设置该中间位置。在该中间位置，本地发电机(例如，逆变器)以快速关闭模式立即关闭。因此，本地系统的发电可以在非常短的时长内停止。以这种方式，可以提供安全操作并且可以满足约束和法规。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在参照结合附图进行的以下描述。下面使用在附图的示意图中指定的示例性实施方式来更详细地说明本发明，在附图中：
图1：根据一个实施方式的具有控制装置的电力备用系统的示意图；
图2：根据另一个实施方式的具有控制装置的电力备用系统的示意图；
图3：根据又一个实施方式的具有控制装置的电力备用系统的示意图；
图4：图示根据一个实施方式的用于控制逆变器的方法的流程图；
图5：图示从并网模式到离网模式的转变的流程图；以及
图6：图示根据一个实施方式的从离网模式到并网模式的转变的流程图。
附图旨在提供对本发明的实施方式的进一步理解。它们图示了实施方式，并且与描述一起帮助说明本发明的原理和概念。鉴于附图，其他实施方式和所提及的许多优点将变得显而易见。附图中的元件不一定按比例示出。
在附图中，除非另有说明，否则相似的、功能上等同的和相同地操作的元件、特征和部件在每种情况下具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施方式的电力备用系统的电路图的示意图。为了更好地理解本发明，图1中的例子仅示出了单条电力线L1。然而，如在下面更详细的描述，本发明也适用于多于一个相L1。特别地，本发明还可以适用于例如具有三条电力线L1、L2和L3的三相系统。
备用系统1可以包括本地发电机，例如，逆变器30。逆变器30可以从直流电源31接收输入的电力，并且将直流(DC)转换为具有预定频率和预定电压(幅度)的交流(AC)。DC电源31可以是任何种类的适当的DC电源。例如，DC电源31可以包括一个或多个光伏模块。此外，DC电源31可以包括用于临时储存能量的电池。此外，任何其他种类的适当的DC电源也是可能的。例如，DC电源31可包括燃料电池、风力涡轮机等。
逆变器30可以将由一个或多个DC电源31提供的能量转换为适当的AC电压，并将所生成的AC电压输出到本地电网100。然而，逆变器30也可以接收AC电力并将接收到的AC电力转换为用于对DC电源31的电池进行充电的DC电力。此外，逆变器30还可以从DC电源31(例如，光伏模块)接收DC电力，并使用该DC电力对DC电源31的电池进行充电。
在图1中还可以看到，备用系统1的本地电网100可以与公共电网200耦合。为此目的，公共电网200的至少一个相L1可以与本地电网100电耦合。此外，本地电网100的中性线N也可以与公共电网200的对应线电耦合。
备用系统1还可以包括测量装置40，用于测量从公共电网200流入本地电网100或从本地电网100流入公共电网200的电能的量。此外，测量装置40还可以测量任何其他特性，例如电力线L1的电压、电压的频率等。
在图1中还可以看到，一个或多个电负载50可以与本地电网100连接。可以给负载50提供来自本地电网100的电力。
备用系统1还包括用于将公共电网200与本地电网100电连接的开关10。为此目的，开关10可以包括一个或多个开关元件10-i。特别地，可以为与公共电网200连接的本地电网100的每个相L1(L2、L3)提供单独的开关元件10-i。根据国家或地区法规，可以提供用于连接/断开中性线N的另外的开关元件。
开关10可以提供至少三个切换位置。在第一位置A，公共电网200的相应线与本地电网100的对应线电连接。因此，电力可从公共电网200流入本地电网100。替代地，电力可以从本地电网100、特别是从逆变器30流入公共电网200。
在第二位置B，本地电网100与公共电网200断开。因此，本地电网100中的负载50仅由逆变器30提供的电力供电。
除了第一位置A和第二位置B外，开关10还提供附加的中间位置0。特别地，每次从第一位置A到第二位置B或在从第二位置B到第一位置A的另一方向上进行转换时，通过首先切换到中间位置0然后连续地切换到期望的第一或第二位置来执行相应的转变。换句话说，开关10被配置成使得其不可能直接从第一位置A切换到第二位置B或从第二位置B切换到第一位置A，而不切换到中间位置0。
开关10可以是提供至少所需数量的开关元件10-i的任何种类的适当的机械开关。特别地，开关10可以是由用户手动操作的机械开关。例如，开关10可以包括旋钮，该旋钮具有与旋钮机械地耦合的适当数量的电触点。因此，通过转动旋钮，可以从第一位置A经由中间位置0切换到第二位置B，并且经由中间位置0从第二位置B切换回到第一位置A。然而，应当理解，用于实现机械开关、特别是手动操作的机械开关的任何其他方式也是可能的。
备用系统1还可以包括用于控制备用系统1的操作，特别是用于控制逆变器30的操作的控制器20。在一个实施方式中，控制器20与逆变器30集成。在另一个实施方式中，控制器20在逆变器30的外部。为此目的，控制器20可从测量装置40接收测量信号或测量数据。此外，控制器20可以接收指示开关10的位置的信号。因此，逆变器30的操作可以由控制器20基于开关10的当前位置来控制。例如，如果开关10的开关元件10-i处于用于将公共电网200与本地电网100电耦合的第一位置A，则逆变器30可以以并网模式操作。替代地，如果开关10的开关元件10-i处于用于将本地电网100与公共电网200断开的第二位置B，则逆变器30可以以离网模式操作。在并网模式下，逆变器30向本地电网100的输出与公共电网200的诸如频率和电压的电特性同步。在离网模式下，逆变器30已经独立于公共电网200。因此，逆变器30可以提供具有特定的预定电压和频率的输出电力。在一个实施方式中，测量装置40与开关10集成。
当在并网模式和离网模式之间转换时，必须考虑多个预定要求，以便提供并网模式和离网模式之间的安全转变。为此目的，逆变器30在并网模式和离网模式之间的每次转变期间被关闭和重启。特别地，当将开关10切换到中间位置0时，执行逆变器30的快速关闭模式。
在下文中，描述了从并网模式到离网模式的转变。当备用系统1以并网模式操作时，开关10的开关元件10-i处于第一位置A。因此，公共电网200的电力线与本地电网100的对应线电连接。在该并网模式下，逆变器30与公共电网200的电特性同步地操作。在该并网模式下，电力可以从公共电网200流入本地电网100。替代地，来自逆变器30的电力也可以经由本地电网100流入公共电网200。
为了从并网模式转换到离网模式，可以操作开关10，因此在第一阶段，将开关10设置到中间位置0。在例如通过控制器20检测到该中间位置0时，关闭逆变器30。特别地，启动快速关闭模式以便立即停止逆变器30的操作。因此，逆变器30在非常短的时长内(例如，在小于100毫秒内)停止。在另一个例子中，逆变器30在50毫秒内停止。在另一个例子中，逆变器30在10毫秒和20毫秒的范围内停止。
因此，当开关10处于中间位置0时，逆变器30不提供另外的电力。除此之外，在开关10的中间位置0，本地电网100还与公共电网断开。因此，没有另外的电力被提供给本地电网100的负载50。
在逆变器的快速关闭模式下，逆变器基于一个或多个第一预定要求在第一预定时长内关闭。第一预定要求例如是诸如火灾警报、天气警报等的紧急警报。第一预定要求涉及系统1的安全性。
在逆变器的正常关闭模式下，逆变器基于第二预定条件在第二预定时长内关闭。在一个例子中，第二预定条件是电网故障。
在一个实施方式中，第二预定时长大于第一预定时长。例如，第二预定时长比第一预定时长大预定值，该预定值由用户使用逆变器30的用户接口限定。逆变器30的用户接口包括例如按钮、图形用户界面、虚拟现实模拟、增强现实模拟或其任何组合。
在一个例子中，由于逆变器即使在检测到电网故障之后也继续向公共电网200送入能量，因此第二预定时长大于第一预定时长。这里，电网故障的检测是一个第二预定要求。
在一个实施方式中，开关10可以在中间位置0保持至少预定等待时间，例如至少五秒。随后，开关10可进一步被操作到第二位置B。在该第二位置B，可以重启逆变器30，以便以离网模式操作逆变器30。在以离网模式重启逆变器30之前，第二预定要求由控制器20验证。在一个例子中，只有在满足所有的第二预定要求的情况下，控制器20才可以以离网模式重启逆变器30。
例如，可以验证本地电网100是否与公共电网200断开。以这种方式，可以确保在离网模式下没有来自本地电网100的电力可以流入公共电网200。然而，应当理解，在将开关10设置到第二位置B之后以离网模式重启逆变器30之前还可以验证任何其他另外的要求。
在下文中，描述了从离网模式到并网模式的转变。
当以离网模式操作逆变器30时，逆变器30提供具有预定的电压和频率的输出电力。为了将操作从离网模式转换为并网模式，可以操作开关10以从第二位置B转换到中间位置0，然后转换到第一位置A。如上所述，在检测到开关10处于中间位置0时启动逆变器30的快速关闭模式。因此，逆变器30停止进一步向本地电网100提供输出电力。开关10应在中间位置0保持预定等待时长，例如至少5秒。
在一个实施方式中，在控制器20检测到快速关闭模式故障的情况下，控制器20启动正常关闭模式。例如，在该预定等待时长期间，逆变器30可以断开并且可以根据标准法规要求进行操作。
在预定等待时长之后，可以进一步操作开关10并将其设置到第一位置A，从而以并网模式重启备用系统1。在该第一位置A，公共电网200的电力线L1(L2、L3)与本地电网100电连接。
在重启逆变器30之前，必须验证多个预定要求。只有在满足预定要求的情况下，逆变器30才可以以并网模式重启。例如，预定要求是公共电网的电压和频率是否在预定范围内。然而，应当理解，在以并网模式重启逆变器30之前，也可以分析和检查任何其他要求。特别地，逆变器30以并网模式与公共电网200的电压和频率同步地操作。
如上所述，开关10可以由用户手动操作。然而，也可以借助于致动器15来操作开关10。例如，致动器15可包括电动马达。此外，马达可以通过齿轮等与开关10机械地耦合。然而，应当理解，用于操作开关10的任何其他种类的致动器15也是可能的。
在一个实施方式中，开关10可以作为自动开关操作。在另一个实施方式中，在具有多个逆变器的系统1的情况下，开关10包括附加的位置以合适地选择一个或多个逆变器，用于从多个逆变器生成总能量以向本地电网100供应电力。
图2示出了根据另一个实施方式的备用系统1的电路图的示意图。根据图2的实施方式和以下实施方式主要基于先前描述的实施方式。因此，对每个实施方式的说明也可以尽可能地适用于其他实施方式。
根据图2的实施方式与先前描述的实施方式的不同之处在于，根据图2的实施方式涉及三相电力系统。因此，本地电网10包括三条电力线L1、L2和L3，电力线L1、L2和L3与公共电网200的对应电力线连接。因此，可以为每个相提供单独的主要开关元件10-i，以便将相应的线与公共电网的对应线连接/断开。根据地区或国家法规，可以提供用于连接/断开中性线N的另外的主要开关元件10-4。
在图2中可以进一步看到，开关10可以包括一个或多个辅助开关元件11、12。这些附加开关元件11、12可以与主要开关元件10-i和开关10的操作元件机械地耦合。
例如，可以在快速关闭模式连接的信号线中设置第一辅助开关元件11。该信号线将快速关闭信号从开关10传输到控制器20，该快速关闭信号可用于指示以快速关闭模式关闭逆变器30的请求。因此，第一辅助开关元件11可以被配置为使得当开关10处于第一位置A或第二位置B时，第一辅助开关元件11处于闭合位置，并且当开关10处于中间位置0时，第一辅助开关元件11处于断开位置。因此，一旦开关10被设置到中间位置0，就中断快速关闭信号，因此，快速关闭信号的中断导致逆变器30以快速关闭模式关闭。
此外，可以在测量装置40与控制器20之间的连接中设置第二辅助开关元件12。当开关10处于第一位置A时，第二辅助开关元件12可以处于闭合位置，并且系统1以并网模式操作。因此，当第二辅助开关元件12处于闭合位置并且开关10处于第一位置A时，来自测量装置20的测量信号或数据被提供给控制器20。
此外，当开关10处于中间位置0或第二位置B时，测量装置40与控制器20之间的连接可能被中断。因此，当开关10处于中间位置0或第二位置B时，控制器20不从测量装置40接收任何测量信号或数据。因此，当开关10处于用于离网模式的中间位置0或第二位置B时，用于控制逆变器30的操作不受来自测量装置40的测量信号或测量数据的影响。例如，可以通过诸如MOD总线连接的通信链路来提供从测量装置40到控制器20的测量数据。然而，如果必须经由这样的MOD总线连接向控制器40提供另外的数据，则可以使用附加的MOD总线连接，该附加的MOD总线连接在开关10的中间位置0或第二位置B不被中断。
在一个实施方式中，第一辅助开关元件11和第二辅助开关元件12集成到开关10中。在另一个实施方式中，第一辅助开关元件11和第二辅助开关元件12在开关10的外部。
图3示出了根据一个实施方式的备用系统1的另外的例子。根据图3的例子与先前描述的实施方式的不同之处主要在于，根据图3的系统1包括与本地电网100电连接的一个或多个第一负载50，可以在离网模式下给第一负载50提供电力。另外的附加负载51可以直接与公共电网200连接。因此，在离网模式下只有本地电网100的第一负载50被提供来自逆变器30的电力。当开关10处于第二位置B时，附加负载51可以与本地电网100断开。
除此之外，根据图3的实施方式示出了中性线N不被开关10中断的配置。如上所述，开关10是否必须中断中性线N的要求取决于地区或国家法规要求。
图4示出了图示根据一个实施方式的用于控制逆变器30的方法的流程图。该方法可以包括已经在上面结合备用系统1描述的任何种类的步骤。此外，上述备用系统可包括用于实现将在下文中结合相关方法描述的操作的任何种类的部件。
该方法可以包括检测开关10的中间位置0的步骤S1。如上所述，开关10可以是具有至少三个切换位置即第一位置A、第二位置B和中间位置0的开关。特别地，在第一位置和第二位置之间的每次转换期间，开关总是被设置到中间位置0。
在另外的步骤S2中，在检测到开关10被设置到中间位置0时，逆变器30立即以快速关闭模式关闭。在步骤S2中启动快速关闭模式。
当开关10被设置到第一位置A时，逆变器30可以进一步在步骤S3中以并网模式操作。替代地，当开关10被设置到第二位置B时，逆变器30可以在步骤S4中以离网模式操作。
特别地，在转换到第一位置A或第二位置B之前，开关10可以在中间位置0保持预定等待时长，例如至少5秒。
图5示出了图示从并网模式到离网模式的转变的流程图。在步骤S10中，开关10处于第一位置A。
在步骤S11中，开关可以从第一位置A转换到中间位置0。例如，在从第一位置A转变到中间位置0时，控制器20监测从开关10传输的快速关闭信号。换句话说，当开关10移动到中间位置0时，开关10向控制器20传输快速关闭信号。控制器20基于快速关闭信号检测到开关10的位置在中间位置0。
附加地或替代地，开关10包括第一辅助开关元件11，该第一辅助开关元件11在从第一位置A转变到中间位置0时从闭合位置移动到断开位置，从而启动逆变器30的快速关闭模式。
在通过控制器20检测到转变到中间位置0时，逆变器30以快速关闭模式立即关闭。在一个实施方式中，可在检测到开关10从第一位置A到中间位置0的转变时中断测量装置40与控制器20之间的连接。换句话说，当开关10从第一位置A移动到中间位置0时，开关12断开。
在步骤S12中，开关10可以在中间位置0保持预定等待时长，例如，至少5秒。在一个实施方式中，在该预定等待时长期间在控制器20检测到快速关闭模式故障的情况下，控制器20启动正常关闭模式，例如，逆变器30可以断开并且可以根据标准法规要求进行操作。在一个实施方式中，开关10可以不必在中间位置0保持预定等待时长。即，步骤S12是图5所示的可选步骤。
在步骤S13中，开关10可以从中间位置0转换到第二位置B。一旦开关10从中间位置0转换到第二位置B，开关10就停止将快速关闭信号传输到控制器20。控制器20停止从开关10接收快速关闭信号。
因此，在步骤S14中，开关10可以处于第二位置B。
控制器20检测到开关10处于第二位置B。在步骤S15中，控制器20验证以离网模式重启逆变器30的多个第二预定要求。只有在所有的第二预定要求被满足的情况下，控制器20才以离网模式重启逆变器30。否则，逆变器30可以保持关闭直到满足要求。在一个实施方式中，当满足一个或多个第二预定要求时，控制器20以离网模式重启逆变器30。
第二预定要求是控制器20基于诸如逆变器30的AC侧的电压等的参数检测到逆变器30和公共电网200之间的断开，以及控制器20停止从开关10接收快速关闭信号。
最后，一旦控制器20确定满足第二预定条件，在步骤S16中，逆变器30以离网模式操作。在离网模式下，逆变器30将能量供应到本地电网100和/或直流电源31。
图6示出了图示根据一个实施方式的从离网模式到并网模式的转变的流程图。
在步骤S20中，开关10处于第二位置B。
在步骤S21中，开关10可以从第二位置B转换到中间位置0。控制器20基于快速关闭信号检测开关10从中间位置0到第二位置B的位置变化。一旦开关10处于中间位置0，控制器20就启动逆变器30的快速关闭模式。当开关10移动到中间位置0时，开关10将快速关闭信号传输到控制器20。控制器20基于快速关闭信号检测到开关10的位置在中间位置0。
在一个实施方式中，开关10包括第一辅助开关元件11，在从第二位置B转换到中间位置0时，该第一辅助开关元件11从闭合位置移动到断开位置，从而启动逆变器30的快速关闭模式。
在通过控制器20检测到从第二位置B到中间位置0的转变时，立即以快速关闭模式关闭逆变器30。在一个实施方式中，可在检测到开关10从第二位置B到中间位置0的转变时中断测量装置40与控制器20之间的连接。换句话说，当开关10从第二位置B移动到中间位置0时，断开第二辅助开关元件12。
在步骤S22中，开关10可以在中间位置0保持预定等待时长，例如，至少5秒。在一个实施方式中，在控制器20检测到快速关闭模式故障的情况下，控制器20启动正常关闭模式。在该预定等待时长期间，例如，逆变器30可以断开并且可以根据标准法规要求进行操作。
在步骤S23中，开关10可以从中间位置0转换到第一位置A。控制器20检测开关10从中间位置0到第一位置A的位置变化。一旦开关10将位置从中间位置0转换到第一位置A，开关10就停止将快速关闭信号传输到控制器20。控制器20停止从开关10接收快速关闭信号。换句话说，当开关10从中间位置0移动到第一位置A时，第一辅助开关元件11闭合。此外，当开关10从中间位置0移动到第一位置A时，第二辅助开关元件12闭合。
因此，处于第一位置A的开关10指示逆变器30的并网模式。特别地，可以在该第一位置A建立公共电网200与本地电网100之间的电连接。换句话说，并网模式允许公共电网200和/或逆变器30向本地电网100供应能量。
但是逆变器30的控制器20继续保持逆变器30关闭，直到在步骤25中通过控制器20验证第一预定要求。
为了以并网模式操作逆变器30，可以在步骤S25中通过控制器20验证是否满足所有的第一预定要求。在一个实施方式中，控制器20验证逆变器30以并网模式开始操作的一个或多个第一预定要求。
在一个实施方式中，只有在满足所有的第一预定要求的情况下，逆变器30的控制器20才以并网模式启动逆变器30。在逆变器30的并网模式下，可以在该第一位置A建立公共电网200与本地电网100之间的电连接。否则，逆变器30可以保持关闭，直到满足所有的第一预定要求。
第一预定要求是：逆变器30的控制器20基于法规检测到公共电网200接通；测量装置40基于法规检测到公共电网200接通；控制器20停止从开关10接收快速关闭信号；以及被配置为监测开关(10)的状态的监测电路的输出。
在步骤S26中，逆变器30可以以并网模式与公共电网200的电参数同步地操作。
总之，本发明提供了一种安全、可靠和简化的用于操作本地电网中的逆变器的控制机构，该本地电网可以与公共电网连接。特别地，提供了用于将本地电网与公共电网连接以及用于将本地电网与公共电网断开的机械开关。该机械开关包括中间位置。每当开关处于该中间位置时，逆变器就立即以快速关闭操作关闭。

Claims (13)

1.一种用于逆变器(30)的控制装置，所述控制装置包括：
开关(10)，所述开关(10)具有至少三个切换位置，包括第一位置(A)、第二位置(B)和中间位置(0)；以及
控制器(20)，所述控制器(20)用于控制所述逆变器(30)的操作，
其中所述开关(10)在所述第一位置(A)和所述第二位置(B)之间的每次转换期间被设置到所述中间位置(0)，并且
其中所述控制器(20)被配置为一旦所述开关(10)被设置到所述中间位置(0)就关闭所述逆变器(30)，当所述开关(10)被设置到所述第一位置(A)时以并网模式操作所述逆变器(30)，并且当所述开关(10)被设置到所述第二位置(B)时以离网模式操作所述逆变器(30)，
其中所述开关(10)包括第一辅助开关元件(11)，所述第一辅助开关元件(11)被配置为当所述开关(10)处于所述中间位置(0)时中断所述开关(10)与所述控制器(20)之间的连接，并且当所述开关(10)处于所述第一位置(A)或所述第二位置(B)时接通所述开关(10)与所述控制器(20)之间的连接，并且其中所述控制器(20)被配置为一旦所述连接被中断就立即关闭所述逆变器(30)。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述开关(10)包括第二辅助开关元件(12)，所述第二辅助开关元件(12)被配置为当所述开关(10)处于所述第二位置(B)时中断所述控制器(20)与连接至所述公共电网(200)的测量装置(40)之间的连接，并且如果所述开关(10)处于所述第一位置(A)，则将所述控制器(20)与所述测量装置(40)连接起来。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中所述控制器(20)被配置为一旦所述开关(10)被设置到所述中间位置(0)就在50毫秒的最大时间间隔内关闭所述逆变器(30)。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其中所述开关(10)被配置为在所述第一位置(A)连接公共电网(200)和本地电网(100)，并且在所述第二位置(B)将所述公共电网(200)与所述本地电网(100)断开。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其中所述控制器(20)包括被配置为监测所述开关(10)的状态的监测电路，并且其中如果所述本地电网(100)与所述公共电网(200)断开，则所述控制器(20)仅以所述离网模式操作所述逆变器(30)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其中所述开关(10)是手动操作的开关。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其包括致动器(15)，所述致动器(15)机械地耦合到所述开关(10)并且被配置为机械地操作所述开关(10)。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述致动器(15)被配置为在将所述开关(10)设置到所述第一位置(A)或所述第二位置(B)之前，在所述中间位置(0)保持预定等待时长。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制装置，其中所述控制器(20)被配置为在以所述并网模式操作所述逆变器(30)之前，验证所述公共电网(200)是否处于正常状况。
10.一种电力备用系统(1)，其包括：
逆变器(30)，所述逆变器(30)被配置为提供交流电源；以及
根据权利要求1至9中任一项所述的用于逆变器的控制装置，
其中所述开关(10)被配置为如果所述开关(10)处于所述第一位置(A)，则连接公共电网(200)和本地电网(100)，并且如果所述开关(10)处于所述第二位置(B)和所述中间位置(0)，则将所述公共电网(200)与所述本地电网(100)断开。
11.根据权利要求10所述的电力备用系统(1)，其中所述逆变器(30)被配置为连接至直流电源(31)，并且所述直流电源(31)包括电池或光伏电源中的至少一个。
12.一种用于控制逆变器(30)的方法，所述方法包括：
检测(S1)开关(10)的中间位置(0)，所述开关(10)具有三个切换位置，包括第一位置(A)、第二位置(B)和中间位置(0)；
在检测到所述开关(10)被设置到所述中间位置(0)时，关闭(S2)所述逆变器(30)；
当所述开关(10)被设置到所述第一位置(A)时，以并网模式操作(S3)所述逆变器(30)；以及
当所述开关(10)被设置到所述第二位置(B)时，以离网模式操作(S4)所述逆变器(30)，
其中所述开关(10)包括第一辅助开关元件(11)，当所述开关(10)处于所述中间位置(0)时，所述第一辅助开关元件(11)中断所述开关(10)与所述控制器(20)之间的连接，并且当所述开关(10)处于所述第一位置(A)或所述第二位置(B)时，所述第一辅助开关元件(11)接通所述开关(10)与所述控制器(20)之间的连接，并且
其中，一旦所述连接被中断，所述控制器(20)就立即关闭所述逆变器(30)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述开关(10)在转换到所述第一位置(A)或所述第二位置(B)之前在所述中间位置(0)保持预定等待时长。
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