CN218783582U - 一种并网发电系统、逆变器及其辅助电源 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种并网发电系统、逆变器及其辅助电源，该辅助电源仅通过一级直流辅助电源，即可实现对于各路供电电源的提供，实现其辅助供电功能；而且，其交流辅助电源取电于逆变器的交流并网侧，并仅用于为逆变器的交流旁路继电器提供驱动电路的供电电源，使直流辅助电源能够通过该交流旁路继电器接收到交流并网侧的电能，进而使该交流辅助电源与直流辅助电源的功率解耦，其输出功率仅需满足该交流旁路继电器的驱动供电需求即可，且不再需要多路绕组进行输出，避免了整体方案复杂度和硬件成本的增加。

Description

一种并网发电系统、逆变器及其辅助电源

技术领域

本申请涉及电力电子变换技术领域，特别涉及一种并网发电系统、逆变器及其辅助电源。

背景技术

当前，光储逆变器中常用的辅助电源，一般分为串联架构(如图1a中所示)和并联架构(如图1b中所示)；其中：交流辅助电源的输入端连接逆变器的交流侧L和N，直流辅助电源的输入端连接逆变器的直流侧(其电压为Vbus)。

图1a所示的串联架构中，交流辅助电源的输出作为直流辅助电源的输入，两级串联整体效率低下，同时，整体的功率受限于交流辅助电源的功率，意味着交流辅助电源需要较大的功率输出。

图1b所示的并联架构中，交流辅助电源与直流辅助电源的输出对顶，当逆变器直流侧没电时，以逆变器交流侧经交流辅助电源的输出进行电能供给，反之同理；但是其交流辅助电源需要通过多路绕组进行输出，增加了整体方案的复杂度以及硬件成本。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种并网发电系统、逆变器及其辅助电源，以避免现有技术中交流辅助电源需要较大功率输出以及整体方案复杂度和硬件成本高的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种逆变器的辅助电源，包括：交流辅助电源和直流辅助电源；其中，

所述交流辅助电源的输入端，与所述逆变器的交流并网侧相连；

所述交流辅助电源的输出端，与所述逆变器中交流旁路继电器的驱动电路供电端相连；

所述直流辅助电源的输入端，与所述逆变器的交流离网侧相连；

所述直流辅助电源的输出端，提供至少一路供电电源。

可选的，所述逆变器处于离网模式时，仅所述直流辅助电源处于运行状态。

可选的，所述逆变器处于并网模式时，至少所述直流辅助电源处于运行状态。

可选的，所述逆变器处于旁路模式时，所述直流辅助电源和所述交流辅助电源均处于运行状态。

可选的，所述直流辅助电源的直流侧，与所述逆变器的直流母线相连。

可选的，所述交流辅助电源，包括：整流电路和变换电路；

所述整流电路的输入端作为所述交流辅助电源的输入端；

所述整流电路的输出端与所述变换电路的输入端相连；

所述变换电路的输出端作为所述交流辅助电源的输出端。

可选的，所述整流电路为二极管整流电路；

所述变换电路为反激式变换电路。

可选的，所述直流辅助电源，包括：整流电路和变换电路；

所述整流电路的输入端作为所述直流辅助电源的输入端；

所述整流电路的输出端与所述变换电路的输入端相连，连接点作为所述直流辅助电源的直流侧；

所述变换电路的输出端作为所述直流辅助电源的输出端。

可选的，所述整流电路为二极管整流电路；

所述变换电路为反激式变换电路。

本申请第二方面提供一种逆变器，包括：主电路、控制器和如上述第一方面任一种所述的逆变器的辅助电源；

所述主电路和所述辅助电源，均受控于所述控制器。

可选的，所述主电路包括：逆变电路、直流母线电容、交流滤波器、交流并网继电器、交流离网继电器及交流旁路继电器；其中，

所述直流母线电容设置于所述逆变电路的直流母线正负极之间；

所述逆变电路的交流侧，通过所述交流滤波器，分别连接所述交流并网继电器的一端及所述交流离网继电器的一端；

所述交流并网继电器的另一端，连接所述逆变器的交流并网侧；

所述交流离网继电器的另一端，连接所述逆变器的交流离网侧；

所述交流旁路继电器，连接于所述逆变器的交流并网侧与交流离网侧之间。

可选的，所述主电路还包括：至少一个DC/DC变换电路；

所述DC/DC变换电路的一侧与直流电源相连，另一侧连接所述直流母线。

本申请第三方面提供一种并网发电系统，包括：至少一路直流电源，以及，如上述第二方面任一种所述的逆变器；其中，

所述直流电源通过所述逆变器连接交流电网。

可选的，存在至少一路所述直流电源为光伏组串；和/或，

存在至少一路所述直流电源为储能电池。

本申请提供的逆变器的辅助电源，仅通过一级直流辅助电源，即可实现对于各路供电电源的提供，实现其辅助供电功能；而且，其交流辅助电源取电于逆变器的交流并网侧，并仅用于为逆变器的交流旁路继电器提供驱动电路的供电电源，使直流辅助电源能够通过该交流旁路继电器接收到交流并网侧的电能，进而使该交流辅助电源与直流辅助电源的功率解耦，其输出功率仅需满足该交流旁路继电器的驱动供电需求即可，且不再需要多路绕组进行输出，避免了整体方案复杂度和硬件成本的增加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1a为现有技术提供的辅助电源的结构示意图；

图1b为现有技术提供的辅助电源的另一结构示意图；

图2为本申请实施例提供的辅助电源的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的辅助电源的具体结构示意图；

图4为本申请实施例提供的辅助电源的另一具体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的逆变器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。

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。

本申请提供一种逆变器的辅助电源，以避免现有技术中交流辅助电源需要较大功率输出以及整体方案复杂度和硬件成本高的问题。

如图2所示，该逆变器的辅助电源，包括：交流辅助电源101和直流辅助电源102；其中：

交流辅助电源101的输入端，与逆变器的交流并网侧AC grid(其两极分别为图2中所示的AC_L和AC_N)相连。

交流辅助电源101的输出端，与逆变器中交流旁路继电器Bypass relay的驱动电路供电端相连。

直流辅助电源102的输入端，与逆变器的交流离网侧EPS(其两极分别为图2中所示的EPS_L和EPS_N)相连。

直流辅助电源102的输出端，提供至少一路供电电源，比如驱动电源、控制电源和通信电源等。

根据逆变器所接光伏组串和/或储能电池等直流电源是否有输出(也即逆变器的直流是否有电)，以及电网是否有电的情况，该逆变器的运行模式分三种：

(1)直流有电但电网没电，此时，逆变器中的逆变电路运行，交流离网继电器Off-grid relay吸合，而交流并网继电器On-grid relay与交流旁路继电器Bypass relay均断开，逆变器进入离网模式。

(2)直流有电且电网正常，此时，逆变电路运行，交流并网继电器On-grid relay与交流旁路继电器Bypass relay均吸合，但是交流离网继电器Off-grid relay断开，逆变器进入并网模式。

(3)无直流输入，此时，逆变电路不运行，交流并离网继电器On-grid relay与Off-grid relay均断开，仅交流旁路继电器Bypass relay吸合，逆变器进入旁路模式。

具体的工作原理为：

当电网没电时，若直流电源有电，则可以通过离网模式，也即由交流离网继电器Off-grid relay吸合，来将逆变电路输出的电能传输至直流辅助电源102，进而使其生成并输出上述各种供电电源；此时，交流旁路继电器Bypass relay无需吸合，所以交流辅助电源101无需运行，仅直流辅助电源102运行即可。

只要电网正常，则该交流辅助电源101的输入端即可以通过逆变器的交流并网侧AC grid得到供电，进而为交流旁路继电器Bypass relay的驱动电路供电，使其驱动交流旁路继电器Bypass relay吸合，进而使逆变器进入并网模式或者旁路模式；而后，直流辅助电源102的输入端即可通过逆变器的交流离网侧EPS获取到相应电能，进而生成并输出上述各种供电电源。

以旁路模式为例，比如上述直流电源无输出或者逆变电路出现故障时，可以借助该交流旁路继电器Bypass relay，接收交流电网的电能，并将其提供至该交流离网侧EPS，进而确保该直流辅助电源102能够接收到相应电能，实现辅助供电功能。此时，控制交流辅助电源101处于运行状态，为交流旁路继电器Bypass relay的驱动电路供电，进而可以驱动该交流旁路继电器Bypass relay处于闭合状态，将交流电网的电能传输至该交流离网侧EPS；并且，控制直流辅助电源102处于运行状态，生成并输出上述各种供电电源；此时逆变器得到辅助供电，可以对外通讯。

更为优选的是，该直流辅助电源102还可以进一步通过其直流侧，与逆变器的直流母线(其电压为Vbus)相连；也即，设置该直流辅助电源102存在两路供电，一路来源是交流离网侧EPS，另一路来源是直流母线，且可以设置优先选用直流母线的供电。只要直流母线有电，则该直流辅助电源102就可以通过其直流侧直接接收该直流母线上的电能，进行正常工作，进而提供上述各供电电源；此时，并网模式下，为了降低功耗，可以控制交流辅助电源101不处于运行状态。而在仅电网有电时，该直流辅助电源102才接收交流离网侧EPS的交流电能，提供上述各供电电源。

本实施例提供的该辅助电源，仅通过一级直流辅助电源102，即可实现不同情况下对于上述各路供电电源的提供，实现其辅助供电功能；而且，其交流辅助电源101取电于逆变器的交流并网侧AC grid，并仅用于为交流旁路继电器Bypass relay提供驱动电路的供电电源，使直流辅助电源102能够通过该交流旁路继电器Bypass relay接收到交流并网侧AC grid的电能，进而使该交流辅助电源101与直流辅助电源102的功率解耦，其输出功率仅需满足该交流旁路继电器Bypass relay的驱动供电需求即可，整个交流辅助电源可以实现极简化设计；并且，该交流辅助电源不再需要多路绕组进行输出，避免了整体方案复杂度和硬件成本的增加。

值得说明的是，现有技术中也存在一种方案是通过继电器将交流整流至直流母线，进而可以省去交流辅助电源。但是由于IEC62109明确规定电网侧对直流侧需要两级继电器实现基本绝缘，所以这种架构需要增加额外的继电器；而且，由于没有额外的交流辅助电源，此继电器必须要常闭触点且满足单一失效的安规间距要求，这大大增加了继电器选型以及电路设计难度。

而本实施例提供的该辅助电源，通过借助逆变器原本存在的交流旁路继电器Bypass relay，可以在仅有交流电网供电的情况下，为直流辅助电源102供电，进而可以在不需要增加额外继电器的情况下保证电路的基本工作并且满足基本绝缘的安规要求，可以避免上述现有技术中的问题。而且，当交流维护时，通过控制该交流旁路继电器Bypassrelay断开，即可保证逆变器的直流侧与交流侧之间存在物理断开，并保证在单一故障下满足基本绝缘的距离(IEC62109)。

在上一实施例的基础之上，本实施例给出了该辅助电源一种具体的可选实现形式，参见图3，其交流辅助电源101，包括：整流电路201和变换电路202；其中：

整流电路201的输入端，作为交流辅助电源101的输入端，连接交流并网侧AC grid的两极AC_L和AC_N。

整流电路201的输出端与变换电路202的输入端相连。

变换电路202的输出端，作为交流辅助电源101的输出端，连接交流旁路继电器Bypass relay的驱动电路供电端。

实际应用中，该整流电路201可以为二极管整流电路，无需受控即可自动进行整流动作，但并不仅限于此。该变换电路202可以为反激式变换电路，也可以为其他形式的DC/DC变换电路，优选为隔离型电路，以提高安全性；但现有技术中任何形式的DC/DC变换电路均在本申请的保护范围内。

类似的，如图3中所示，该直流辅助电源102，包括：整流电路301和变换电路302；其中：

整流电路301的输入端作为直流辅助电源102的输入端，连接交流离网侧EPS的两极EPS_L和EPS_N。

整流电路301的输出端与变换电路302的输入端相连，连接点作为直流辅助电源102的直流侧。

变换电路302的输出端，作为直流辅助电源102的输出端，连接交流并网侧AC grid的两极AC_L和AC_N。

实际应用中，该整流电路301也可以为二极管整流电路，该变换电路302也可以为反激式变换电路；均可参见上述对于整流电路201和变换电路202的说明，此处不再赘述。

值得说明的是，图3仅为一种较为优选的可选方案，并不是该辅助电源的唯一实现形式；实际应用中，上述两组整流电路和变换电路，均可以根据其实际应用环境的需要，选择任意合适的电路，均在本申请的保护范围内。

在上述实施例的基础之上，优选的，参见图4(以在图3的基础上为例进行展示)，该辅助电源中，当其直流辅助电源102的直流侧与逆变器的直流母线(其电压为Vbus)相连时，其具体工作原理如下：

当仅直流母线有电时，该直流辅助电源102可以通过其直流侧直接接收该直流母线上的电能，进行正常工作，进而提供上述驱动供电、控制供电以及通信供电等。

当仅电网有电时，交流辅助电源101工作，给交流旁路继电器Bypass relay的驱动电路供电，使其可以驱动该交流旁路继电器Bypass relay吸合，然后通过交流离网侧EPS给直流辅助电源102供电，从而使直流辅助电源102工作，提供上述各供电电源。

当交直流电都存在时，由于直流母线的电压高于交流离网侧EPS的电压，所以整流电路301中的二极管截止，该直流辅助电源102仅接收直流母线的电能。另外，还可以通过逆变器内控制器中的DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)芯片，控制交流辅助电源101关断，以降低功耗。

本实施例可以使交流辅助电源101输出小功率，与直流辅助电源102解耦设计；而且，通过复用该交流旁路继电器Bypass relay来满足安规要求，无需为辅助电源额外设置输入继电器。

本申请另一实施例还提供了一种逆变器，参见图5，其包括：主电路10、控制器(图中未展示)和如上述任一实施例所述的逆变器的辅助电源20；该辅助电源20的结构及工作原理参见上述实施例即可，不再一一赘述。

该主电路10和辅助电源20，均受控于控制器。

如图5中所示，该主电路10中可以包括：逆变电路401、直流母线电容402、交流滤波器403、交流并网继电器On-grid relay、交流离网继电器Off-grid relay及交流旁路继电器Bypass relay；其中：

直流母线电容402设置于逆变电路401的直流母线正负极之间。

逆变电路401的交流侧，通过交流滤波器403，分别连接交流并网继电器On-gridrelay的一端及交流离网继电器Off-grid relay的一端。

该交流并网继电器On-grid relay的另一端，连接逆变器的交流并网侧AC grid。

该交流离网继电器Off-grid relay的另一端，连接逆变器的交流离网侧EPS。

该交流旁路继电器Bypass relay，连接于逆变器的交流并网侧AC grid与交流离网侧EPS之间。

并且，该逆变电路401的交流侧、交流离网侧EPS及交流并网侧AC grid的两极之间，可以分别连接有相应的电容。

实际应用中，该直流母线可以直接接入至少一个直流电源，或者，该主电路10中还可以进一步包括：至少一个DC/DC变换电路；该DC/DC变换电路的一侧与直流电源相连，另一侧连接直流母线。

该直流电源可以是光伏组串，也可以是储能电池；而且，DC/DC变换电路的个数大于1时，各DC/DC变换电路所接的直流电源可以相同，也可以不同，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的该逆变器，通过采用上述实施例所述的辅助电源20，可以仅通过一级直流辅助电源实现不同情况下对于各路供电电源的提供，实现其辅助供电功能；而且，其交流辅助电源的输出功率仅需满足该交流旁路继电器Bypass relay的驱动供电需求即可，整个交流辅助电源可以实现极简化设计；另外，该交流辅助电源不再需要多路绕组进行输出，避免了整体方案复杂度和硬件成本的增加；再者，借助本身满足安规要求的交流旁路继电器Bypass relay来实现上述辅助供电功能，无需再为辅助电源20额外设置输入继电器。

本申请另一实施例还提供了一种并网发电系统，其包括：至少一路直流电源，以及，如上述任一实施例所述的逆变器；其中，该直流电源通过逆变器连接交流电网。

实际应用中，可以存在至少一路直流电源为光伏组串；和/或，存在至少一路直流电源为储能电池。

另外，该逆变器的结构及工作原理，参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

该并网发电系统，采用上述实施例所述的逆变器，可以使其交流辅助电源输出小功率，与其直流辅助电源解耦设计；而且，通过复用该交流旁路继电器Bypass relay来满足安规要求，无需为辅助电源20额外设置输入继电器。

本说明书中的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实用新型的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (14)

1.一种逆变器的辅助电源，其特征在于，包括：交流辅助电源和直流辅助电源；其中，

所述交流辅助电源的输入端，与所述逆变器的交流并网侧相连；

所述交流辅助电源的输出端，与所述逆变器中交流旁路继电器的驱动电路供电端相连；

所述直流辅助电源的输入端，与所述逆变器的交流离网侧相连；

所述直流辅助电源的输出端，提供至少一路供电电源。

2.根据权利要求1所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述逆变器处于离网模式时，仅所述直流辅助电源处于运行状态。

3.根据权利要求1所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述逆变器处于并网模式时，至少所述直流辅助电源处于运行状态。

4.根据权利要求1所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述逆变器处于旁路模式时，所述直流辅助电源和所述交流辅助电源均处于运行状态。

5.根据权利要求1所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述直流辅助电源的直流侧，与所述逆变器的直流母线相连。

6.根据权利要求1至5任一项所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述交流辅助电源，包括：整流电路和变换电路；

所述整流电路的输入端作为所述交流辅助电源的输入端；

所述整流电路的输出端与所述变换电路的输入端相连；

所述变换电路的输出端作为所述交流辅助电源的输出端。

7.根据权利要求6所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述整流电路为二极管整流电路；

所述变换电路为反激式变换电路。

8.根据权利要求1至5任一项所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述直流辅助电源，包括：整流电路和变换电路；

所述整流电路的输入端作为所述直流辅助电源的输入端；

所述整流电路的输出端与所述变换电路的输入端相连，连接点作为所述直流辅助电源的直流侧；

所述变换电路的输出端作为所述直流辅助电源的输出端。

9.根据权利要求8所述的逆变器的辅助电源，其特征在于，所述整流电路为二极管整流电路；

所述变换电路为反激式变换电路。

10.一种逆变器，其特征在于，包括：主电路、控制器和如权利要求1至9任一项所述的逆变器的辅助电源；

所述主电路和所述辅助电源，均受控于所述控制器。

11.根据权利要求10所述的逆变器，其特征在于，所述主电路包括：逆变电路、直流母线电容、交流滤波器、交流并网继电器、交流离网继电器及交流旁路继电器；其中，

所述直流母线电容设置于所述逆变电路的直流母线正负极之间；

所述逆变电路的交流侧，通过所述交流滤波器，分别连接所述交流并网继电器的一端及所述交流离网继电器的一端；

所述交流并网继电器的另一端，连接所述逆变器的交流并网侧；

所述交流离网继电器的另一端，连接所述逆变器的交流离网侧；

所述交流旁路继电器，连接于所述逆变器的交流并网侧与交流离网侧之间。

12.根据权利要求11所述的逆变器，其特征在于，所述主电路还包括：至少一个DC/DC变换电路；

所述DC/DC变换电路的一侧与直流电源相连，另一侧连接所述直流母线。

13.一种并网发电系统，其特征在于，包括：至少一路直流电源，以及，如权利要求10至12任一项所述的逆变器；其中，

所述直流电源通过所述逆变器连接交流电网。

14.根据权利要求13所述的并网发电系统，其特征在于，存在至少一路所述直流电源为光伏组串；和/或，

存在至少一路所述直流电源为储能电池。

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