CN212137374U - 一种混合能源供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合能源供电系统。所述混合能源供电系统，包括太阳能光伏电池方阵、交流电源、控制电路、至少一组电源输入切换装置；任一所述电源输入切换装置包括双刀双掷继电器、双模变换器；所述控制电路与所述双刀双掷继电器的线包连接，所述双刀双掷继电器的第一选择接触端与所述交流电源连接，所述双刀双掷继电器的第二选择接触端与所述太阳能光伏电池方阵连接，所述双刀双掷继电器的公共接点与所述双模变换器的输入端连接，所述双模变换器的输出端连接至用电负载的供电端。本实用新型能够通过一组双模变换器动态切换太阳能光伏电池方阵和交流电源，实现减少闲置设备，提高设备利用率。

Description

一种混合能源供电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源供电系统技术领域，尤其涉及一种混合能源供电系统。

背景技术

随着人们对能源需求的大幅增加，太阳能光伏电池方阵供电作为一种绿色新能源供电方式，得到了广泛的应用。但是，受光照强度空间分布不均并随时间变化等不稳定因素影响，太阳能供电系统无法保证负载持续稳定地工作。

为了实现通信系统等用电场合的持续稳定供电，保证负载能够正常工作，通常选用如图1所示的传统混合能源供电系统，在有阳光时尽量利用太阳能，而在夜晚或阴天时利用市电或燃油发电机供电。由于传统混合能源供电系统中有太阳能光伏电池方阵和交流电源两个不同的电源，需采用两组变流装置，以通过直流变换器和整流器分别将太阳能光伏电池方阵的直流电和交流电源的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电，从而输出至负载，同时为蓄电池充电。但是，通过研究和试验发现，这种传统混合能源供电系统的正常工作要求两组变流装置都具有足够的输出功率，以使在其中一组电源不能供电时，单靠另一组电源仍能保证供电，却导致实际上变流装置的配置总功率必须达到负载功率的两倍以上，在大多数情况下总有一组变流装置处于闲置状态。

实用新型内容

为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种混合能源供电系统，能够通过一组双模变换器动态切换太阳能光伏电池方阵和交流电源，实现减少闲置设备，提高设备利用率。

为了解决上述技术问题，第一方面，本实用新型一实施例提供一种混合能源供电系统，包括太阳能光伏电池方阵、交流电源、控制电路、至少一组电源输入切换装置；

任一所述电源输入切换装置包括双刀双掷继电器、双模变换器；

所述控制电路与所述双刀双掷继电器的线包连接，所述双刀双掷继电器的第一选择接触端与所述交流电源连接，所述双刀双掷继电器的第二选择接触端与所述太阳能光伏电池方阵连接，所述双刀双掷继电器的公共接点与所述双模变换器的输入端连接，所述双模变换器的输出端连接至用电负载的供电端。

进一步地，所述混合能源供电系统还包括蓄电池，所述蓄电池与所述双模变换器的输出端连接。

进一步地，所述双刀双掷继电器包括自复位式继电器。

进一步地，所述双刀双掷继电器包括磁保持继电器。

进一步地，所述双刀双掷继电器的第一选择接触端为常闭接触端，所述双刀双掷继电器的第二选择接触端为常开接触端。

进一步地，所述交流电源包括市电电源。

相比于现有技术，本实用新型的实施例具有如下有益效果：

本实用新型的实施例提供一种包括太阳能光伏电池方阵、交流电源、控制电路和至少一组电源输入切换装置的混合能源供电系统，通过将控制电路与双刀双掷继电器的线包连接，双刀双掷继电器的第一选择接触端与交流电源连接，双刀双掷继电器的第二选择接触端与太阳能光伏电池方阵连接，双刀双掷继电器的公共接点与双模变换器的输入端连接，双模变换器的输出端连接至用电负载的供电端，以由控制电路在太阳能光伏电池方阵较高的输出电压作用下，控制双刀双掷继电器的选择开关与其第二选择接触端连接，使得对应双模变换器可切换到太阳能光伏电池方阵一侧工作，将太阳能光伏电池方阵的直流电转换为稳定直流电，由控制电路在太阳能光伏电池方阵较低的输出电压作用下，控制双刀双掷继电器的选择开关与其第一选择接触端连接，使得对应双模变换器可切换回交流电源一侧工作，将交流电源的交流电转换为稳定直流电，从而将太阳能光伏电池方阵的直流电和交流电源的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电并输出至用电负载。本实用新型的实施例能够通过一组双模变换器动态切换太阳能光伏电池方阵和交流电源，实现减少闲置设备，提高设备利用率。

附图说明

图1为现有技术中的一种传统混合能源供电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的一种混合能源供电系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中的控制电路连接双刀双掷继电器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中的控制电路的工作原理图。

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1：交流电源；2：太阳能光伏电池方阵；3：双刀双掷继电器；4：双模变换器；5：用电负载；6：蓄电池；7：控制电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2-4。

如图2-3所示，本实用新型的实施例提供一种混合能源供电系统，包括太阳能光伏电池方阵2、交流电源1、控制电路7、至少一组电源输入切换装置；任一电源输入切换装置包括双刀双掷继电器3、双模变换器4；控制电路7与双刀双掷继电器3的线包连接，双刀双掷继电器3的第一选择接触端与交流电源1连接，双刀双掷继电器3的第二选择接触端与太阳能光伏电池方阵2连接，双刀双掷继电器3的公共接点与双模变换器4的输入端连接，双模变换器4的输出端连接至用电负载5的供电端。

需要说明的是，太阳能光伏电池方阵2的工作电压范围与交流电源1的工作电压范围基本重叠。交流电源1包括市电电源。控制电路7包括，但不限于数字电路或模拟电路或含微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的电路。双模变换器4兼容交直流输入，既可以在交流220Vac电网电压下安全运行，将输入交流电转换为稳定的直流电输出，又可以在最高400Vdc的光伏电源下安全工作，将输入波动较大的直流电转换为稳定的直流电输出，且两种模式下输出电压相同。

作为示例性地，当混合能源供电系统包括一组电源输入切换装置，即电源输入切换装置包括双刀双掷继电器3、双模变换器4时，控制电路7与双刀双掷继电器3的线包连接，双刀双掷继电器3的第一选择接触端与交流电源1连接，双刀双掷继电器3的第二选择接触端与太阳能光伏电池方阵2连接，双刀双掷继电器3的公共接点与双模变换器4的输入端连接，双模变换器4的输出端连接至用电负载5的供电端。

其中，控制电路7采用太阳能光伏电池方阵2一侧的直流输入作为控制信号控制双刀双掷继电器3。当阳光增强时，太阳能光伏电池方阵2的输出电压升高，控制电路7在太阳能光伏电池方阵2较高的输出电压作用下，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电；当阳光减弱时，太阳能光伏电池方阵2的输出电压降低，控制电路7在太阳能光伏电池方阵2较低的输出电压作用下，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电，从而将太阳能光伏电池方阵2的直流电和交流电源1的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电并输出至用电负载5。

作为示例性地，当混合能源供电系统包括三组电源输入切换装置，即第一组电源输入切换装置包括第一双刀双掷继电器3、第一双模变换器4，第二组电源输入切换装置包括第二双刀双掷继电器3、第二双模变换器4，第三组电源输入切换装置包括第三双刀双掷继电器3、第三双模变换器4时，控制电路7分别与第一双刀双掷继电器3、第二双刀双掷继电器3、第三双刀双掷继电器3的线包连接，第一双刀双掷继电器3、第二双刀双掷继电器3、第三双刀双掷继电器3的第一选择接触端分别与交流电源1连接，第一双刀双掷继电器3、第二双刀双掷继电器3、第三双刀双掷继电器3的第二选择接触端分别与太阳能光伏电池方阵2连接，第一双刀双掷继电器3的公共接点与第一双模变换器4的输入端连接，第二双刀双掷继电器3的公共接点与第二双模变换器4的输入端连接，第三双刀双掷继电器3的公共接点与第三双模变换器4的输入端连接，第一双模变换器4、第二双模变换器4、第三双模变换器4的输出端分别连接至用电负载5的供电端。

其中，控制电路7采用太阳能光伏电池方阵2一侧的直流输入作为控制信号控制第一双刀双掷继电器3、第二双刀双掷继电器3、第三双刀双掷继电器3。当阳光增强时，太阳能光伏电池方阵2的输出电压升高，控制电路7在太阳能光伏电池方阵2较高的输出电压作用下，控制第一双刀双掷继电器3、第二双刀双掷继电器3、第三双刀双掷继电器3中任意双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得对应的双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，比如控制第一双刀双掷继电器3和第二双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得第一双模变换器4和第二双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电；当阳光减弱时，太阳能光伏电池方阵2的输出电压降低，控制电路7在太阳能光伏电池方阵2较低的输出电压作用下，控制与太阳能光伏电池方阵2连接的所有双刀双掷继电器3中任意双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得对应的双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，比如控制第一双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得第一双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电，从而将太阳能光伏电池方阵2的直流电和交流电源1的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电并输出至用电负载5。

本实施例能够通过一组双模变换器4动态切换太阳能光伏电池方阵2和交流电源1，实现减少闲置设备，提高设备利用率。

在优选的实施例当中，混合能源供电系统还包括蓄电池6，蓄电池6与双模变换器4的输出端连接。

本实施例通过在混合能源供电系统中增加设置蓄电池6，并将蓄电池6与双模变换器4的输出端连接，能够将太阳能光伏电池方阵2的直流电和交流电源1的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电并输出至蓄电池6。

在优选的实施例当中，双刀双掷继电器3包括自复位式继电器。

自复位式继电器在线包没有通电时处于常闭状态，本实施例采用自复位式继电器作为双刀双掷继电器3，能够使混合能源供电系统在缺省状态下从交流电源1一侧启动，有利于减小继电器直接分断直流电流的机会，减小对继电器触点的损害，延长继电器寿命。

在优选的实施例当中，双刀双掷继电器3包括磁保持继电器。

磁保持继电器具有省电、性能稳定、体积小、承载能力大的特点，本实施例采用磁保持继电器作为双刀双掷继电器3，能够降低混合能源供电系统的耗电量，提高混合能源供电系统的可靠性。

在优选的实施例当中，双刀双掷继电器3的第一选择接触端为常闭接触端，双刀双掷继电器3的第二选择接触端为常开接触端。

本实施通过将双刀双掷继电器3的第一选择接触端，即常闭接触端与交流电源1连接，双刀双掷继电器3的第二选择接触端，即常开接触端与太阳能光伏电池方阵2连接，令双刀双掷继电器3在线包没有通电时处于常闭状态，能够使混合能源供电系统在缺省状态下从交流电源1一侧启动，有利于减小继电器直接分断直流电流的机会，减小对继电器触点的损害，延长继电器寿命。

在优选的实施例当中，交流电源包括市电电源。

如图4所示，在优选的实施例当中，当混合能源供电系统包括一组电源输入切换装置时，控制电路7被配置为：实时检测太阳能光伏电池方阵2的输出电压；在输出电压大于等于第一预设电压时，控制双刀双掷继电器3的选择开关与第二选择接触端连接；在输出电压小于等于第二预设电压时，控制双刀双掷继电器3的选择开关与第一选择接触端连接；其中，第二预设电压小于第一预设电压。

在本实施例的一优选实施方式中，第一预设电压小于等于双模变换器4的启动电压，第二预设电压等于双模变换器4的启动电压与预设电压差值的差。

其中，预设电压差值包括取值10V。

需要说明的是，第一预设电压和第二预设电压之间的差值应该较大，以避免在阳光波动时频繁切换，且第一预设电压和第二预设电压均应低于双模变换器4的输入电压下限值，以避免带载切换对继电器触点带来的损伤，有利于延长继电器寿命。

作为示例性地，当混合能源供电系统包括一组电源输入切换装置时，控制电路7通过实时检测太阳能光伏电池方阵2的输出电压，在太阳能光伏电池方阵2的输出电压大于等于第一预设电压，比如双模变换器4的启动电压时，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电；在太阳能光伏电池方阵2的输出电压小于等于第二预设电压时，即双模变换器4的启动电压减去电压差值，比如双模变换器4的启动电压减去10V时，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电，从而将太阳能光伏电池方阵2的直流电和交流电源1的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电并输出至用电负载5。

其中，通过控制电路7在太阳能光伏电池方阵2的输出电压小于等于第二预设电压时，即双模变换器4的启动电压减去电压差值，比如双模变换器4的启动电压减去10V时，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，能够在太阳能光伏电池方阵2的输出电压降低至双模变换器4完全关机后，才使双模变换器4切换回交流电源1一侧工作，能够避免双模变换器4在太阳能光伏电池方阵2一侧带载切换，有利于降低对继电器的要求，延长继电器的寿命。

在优选的实施例当中，当混合能源供电系统包括至少两组电源输入切换装置时，控制电路7被配置为：实时检测太阳能光伏电池方阵2的输出电压；在输出电压大于等于第一预设电压时，控制其中一组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3的选择开关与第二选择接触端连接；在控制其中一组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3连接至太阳能光伏电池方阵2后，定时检测该组电源输入切换装置的双模变换器4的输出电流；在输出电流大于等于第一预设电流时，逐个控制下一组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3的选择开关与第二选择接触端连接，直至所有对应双模变换器4的平均负载率不大于第一预设负载率。

在本实施例的一优选实施方式中，第一预设电压小于等于对应双模变换器4的启动电压，第一预设电流等于对应双模变换器4的额定电流的90％。

其中，第一预设负载率包括取值90％。

作为示例性地，当混合能源供电系统包括三组电源输入切换装置，即第一组电源输入切换装置包括第一双刀双掷继电器3、第一双模变换器4，第二组电源输入切换装置包括第二双刀双掷继电器3、第二双模变换器4，第三组电源输入切换装置包括第三双刀双掷继电器3、第三双模变换器4时，控制电路7通过实时检测太阳能光伏电池方阵2的输出电压，在太阳能光伏电池方阵2的输出电压大于等于第一预设电压，即第一双模变换器4、第二双模变换器4、第三双模变换器4中任一双模变换器4，比如第一双模变换器4的启动电压时，控制第一双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得第一双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电；在控制第一双刀双掷继电器3连接至太阳能光伏电池方阵2后，定时检测第一双模变换器4的输出电流；在第一双模变换器4的输出电流大于等于第一预设电流，即第一双模变换器4的额定电流的90％时，控制下一组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3，比如第二双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得第二双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电；在控制第二双刀双掷继电器3连接至太阳能光伏电池方阵2后，计算第一双模变换器4和第二双模变换器4的平均负载率，并定时检测第二双模变换器4的输出电流；在第一双模变换器4和第二双模变换器4的平均负载率大于第一预设负载率，即90％，且第二双模变换器4的输出电流大于等于第一预设电流，即第二双模变换器4的额定电流的90％时，控制下一组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3，比如第三双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得第三双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电，而若第一双模变换器4和第二双模变换器4的平均负载率不大于第一预设负载率，即90％，则不再控制下一组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3，从而当太阳能光伏电池方阵2的输出电压上升到启动电压以后，逐个切换双模变换器4，以便只切换能够满足太阳能光伏电池方阵2输出功率需要的双模变换器4，其余双模变换器4仍然保持在交流电源1一侧工作，从而实现太阳能光伏电池方阵2和交流电源1同时工作，保证在阳光较弱时，可以利用交流电源1一同承担用电负载5而不是由蓄电池6放电。

在优选的实施例当中，控制电路7被配置为：在输出电流小于等于第二预设电流时，控制该组电源输入切换装置的双刀双掷继电器3的选择开关与第一选择接触端连接；其中，第二预设电流小于第一预设电流。

作为示例性地，控制电路7在控制第一双刀双掷继电器3连接至太阳能光伏电池方阵2后，若检测到第一双模变换器4的输出电流小于等于第二预设电流，则控制第一双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得第一双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电；在控制第二双刀双掷继电器3连接至太阳能光伏电池方阵2后，若检测到第二双模变换器4的输出电流小于等于第二预设电流，则控制第二双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得第二双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电；在控制第三双刀双掷继电器3连接至太阳能光伏电池方阵2后，若检测到第三双模变换器4的输出电流小于等于第二预设电流，则控制第三双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得第三双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电，从而当太阳能光伏电池方阵2的输出电流减小时，可以适当关闭部分在太阳能光伏电池方阵2一侧工作的双模变换器4，以便只保留能够满足太阳能光伏电池方阵2输出功率需要的双模变换器4即可。其中，关闭的双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，用于整流。

综上所述，实施本实用新型的实施例，具有如下有益效果：

本实用新型的实施例提供一种包括太阳能光伏电池方阵2、交流电源1、控制电路7和至少一组电源输入切换装置的混合能源供电系统，通过将控制电路7与双刀双掷继电器3的线包连接，双刀双掷继电器3的第一选择接触端与交流电源1连接，双刀双掷继电器3的第二选择接触端与太阳能光伏电池方阵2连接，双刀双掷继电器3的公共接点与双模变换器4的输入端连接，双模变换器4的输出端连接至用电负载5的供电端，以由控制电路7在太阳能光伏电池方阵2较高的输出电压作用下，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第二选择接触端连接，使得对应双模变换器4可切换到太阳能光伏电池方阵2一侧工作，将太阳能光伏电池方阵2的直流电转换为稳定直流电，由控制电路7在太阳能光伏电池方阵2较低的输出电压作用下，控制双刀双掷继电器3的选择开关与其第一选择接触端连接，使得对应双模变换器4可切换回交流电源1一侧工作，将交流电源1的交流电转换为稳定直流电，从而将太阳能光伏电池方阵2的直流电和交流电源1的交流电转换为标称电压相同的稳定直流电并输出至用电负载5。本实用新型的实施例能够通过一组双模变换器4动态切换太阳能光伏电池方阵2和交流电源1，实现减少闲置设备，提高设备利用率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种混合能源供电系统，其特征在于，包括太阳能光伏电池方阵、交流电源、控制电路、至少一组电源输入切换装置；

任一所述电源输入切换装置包括双刀双掷继电器、双模变换器；

所述控制电路与所述双刀双掷继电器的线包连接，所述双刀双掷继电器的第一选择接触端与所述交流电源连接，所述双刀双掷继电器的第二选择接触端与所述太阳能光伏电池方阵连接，所述双刀双掷继电器的公共接点与所述双模变换器的输入端连接，所述双模变换器的输出端连接至用电负载的供电端。

2.如权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述混合能源供电系统还包括蓄电池，所述蓄电池与所述双模变换器的输出端连接。

3.如权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述双刀双掷继电器包括自复位式继电器。

4.如权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述双刀双掷继电器包括磁保持继电器。

5.如权利要求1或3所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述双刀双掷继电器的第一选择接触端为常闭接触端，所述双刀双掷继电器的第二选择接触端为常开接触端。

6.如权利要求1所述的混合能源供电系统，其特征在于，所述交流电源包括市电电源。

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