CN220553817U - 一种负载智能切换控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种负载智能切换控制系统，包括电网、新能源供电模块、控制模块以及负载模块；电网和新能源供电模块均适于通过控制模块与负载模块进行电连接；控制模块适于检测电网和新能源供电模块的工作状态，以使得将电网和新能源供电模块进行并网对负载模块进行供电；或将电网和新能源供电模块进行离网，并单独通过新能源供电模块对负载模块进行供电。本申请的有益效果：通过控制模块根据电网以及新能源供电模块的工作状态来动态调度向负载模块的供电方式，从而保证对负载模块实现不间断的供电。并且通过新能源供电模块的并网供电或单独的离网供电，可以有效的提高对可再生能源的利用。

Description

一种负载智能切换控制系统

技术领域

本申请涉及电网供电技术领域，尤其是涉及一种负载智能切换控制系统。

背景技术

能源危机加快了新能源的开发利用，而大多数新能源是可再生的自然能源，如太阳能、风能等。自然能源受环境影响较大，太阳能在阴雨天不发电，风能在无风的天气也发不了电。为了不影响负载用电，未来的电力供电系统一定是多能源的分布式系统，而多能源供电需要根据能源情况进行合理的调度和管理，其中切换是必不可少的，而且需要可控的切换、智能的管理和自动的调度。

现有的电源管理技术、切换技术和电源负载联接设备功能单一，以手动操作为主，即使出现了一些自动化的新技术、新设备，也是针对某种功能的，要么只强调对电源的要求，要么只考虑切换实现的方式，要么仅解决负载用电管理。因此，现在急需对现有的电源管理系统进行改进。

实用新型内容

本申请的其中一个目的在于提供一种能够对负载与多种电源进行切换的智能切换控制系统。

本申请的另一个目的在于提供一种能够进行故障定位的智能电网系统。

为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种负载智能切换控制系统，包括电网、新能源供电模块、控制模块以及负载模块；所述电网和所述新能源供电模块均适于通过所述控制模块与所述负载模块进行电连接；所述控制模块适于检测所述电网和所述新能源供电模块的工作状态，以使得将所述电网和所述新能源供电模块进行并网对所述负载模块进行供电；或将所述电网和所述新能源供电模块进行离网，并单独通过所述新能源供电模块对所述负载模块进行供电。

优选的，当所述控制模块检测到所述电网的电压均高于设定的阈值，且所述新能源供电模块满足供电需求时，所述控制模块适于将所述新能源供电模块与所述电网进行并网供电；当所述控制模块检测到所述电网的电压低于设定的阈值时，所述控制模块适于将所述新能源供电模块与所述电网进行离网，进而通过所述新能源供电模块单独对所述负载模块进行供电。

优选的，所述新能源供电模块包括发电模块、储能模块和逆变器；所述发电模块适于通过所述逆变器向所述负载模块进行供电，并将多余的电能存储于所述储能模块；当所述新能源供电模块单独对所述负载模块进行供电时，所述控制模块适于检测所述储能模块的储能状态，若所述储能模块存储的电能高于设定的阈值，则所述控制模块适于优先通过所述储能模块存储的电能对所述负载模块进行供电。

优选的，所述新能源供电模块还包括有逆变器，所述发电模块以及所述储能模块均与所述逆变器进行连接，所述逆变器还适于通过电网侧和负载侧与所述负载模块进行连接；当进行并网时，所述新能源供电模块适于将所述逆变器的负载侧断开，以使得所述新能源供电模块通过所述逆变器的电网侧与所述电网进行并网；当进行离网时，所述控制模块检测到所述电网与所述负载模块断开连接，进而控制所述新能源供电模块的电网侧断开，同时将所述逆变器的负载侧进行连通以向所述负载模块进行离网供电。

优选的，所述控制模块包括多个继电开关和控制器；所述电网和所述新能源供电模块均通过对应的继电开关与所述负载模块进行连接，所述控制器适于和所有的继电开关进行控制连接；所述控制器适于检测所述电网以及所述新能源供电模块的工作状态，进而控制相应的继电开关将所述电网和所述新能源供电模块进行并网或离网。

优选的，所述负载智能切换控制系统还包括发电机，所述发电机适于通过所述控制模块与所述负载模块进行连接；当所述新能源供电模块进行离网供电且所述储能模块释放电能至低于设定的阈值或所述逆变器异常时，所述控制模块适于控制所述发电机进行启动并向所述负载模块进行供电。

优选的，所述发电机还适于和所述新能源供电模块进行连接，所述发电机适于在启动时向所述储能模块进行充电。

优选的，所述发电机适于通过对应的继电开关与所述逆变器的电网侧进行连接；当所述新能源供电模块进行并网时，所述控制器适于控制继电开关将所述发电机与所述逆变器的电网侧断开连接；当所述新能源供电模块进行离网供电，且所述储能模块释放电能至低于设定的阈值或所述逆变器异常时，所述控制器适于控制继电开关将所述发电机与所述逆变器的电网侧进行连接，进而所述逆变器的电网侧与所述储能模块的连通以进行充电。

优选的，所述控制模块还包括与所述控制器进行控制连接的旁路开关；所述旁路开关适于和所述电网对应的继电开关进行并联；当所述电网进行并网或所述新能源供电模块发生故障时，所述控制器适于控制所述旁路开关保持断开。

优选的，所述新能源供电模块采用光伏供电模块和/或风能发电模块。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

通过控制模块根据电网以及新能源供电模块的工作状态来动态调度向负载模块的供电方式，从而保证对负载模块实现不间断的供电。并且通过新能源供电模块的并网供电或单独的离网供电，可以有效的提高对可再生能源的利用。

附图说明

图1为本实用新型的整体控制流程示意图。

图2为本实用新型中新能源供电模块的其中一个实施例的结构示意图。

图中：电网100、负载模块200、发电机300、新能源供电模块400、控制器500、急停开关600。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的其中一个优选的实施例，如图1和图2所示，一种负载智能切换控制系统，包括电网100、新能源供电模块400、控制模块以及负载模块200。电网100和新能源供电模块400均可以通过控制模块与负载模块200进行电连接，从而控制模块可以实时的检测电网100和新能源供电模块400的工作状态，进而控制模块可以根据电网100和新能源供电模块400的当前状态来控制电网100和新能源供电模块400进行并网来对负载模块200进行供电；或着将电网100和新能源供电模块400进行离网，并单独通过新能源供电模块400对负载模块200进行供电。

可以理解的是，对负载模块200进行供电的方式主要包括三种：第一种，电网100单独对负载模块200进行供电；第二种，新能源供电模块400单独对负载模块200进行供电；第三种，电网100和新能源供电模块400一同对负载模块200进行供电。其中，第三种供电方式为电网100和新能源供电模块400的并网供电方式，第二种供电方式为新能源供电模块400的离网供电方式，第一种为负载模块200的常规供电方式。

由于新能源具有可再生和清洁的特点，所以在对负载模块200进行供电时优选将新能源供电模块400参与至负载模块200的供电系统中。对于新能源供电模块400的供电参与程度，控制模块可以根据电网100以及新能源供电模块400的工作状态来智能的切换上述的三种供电方式。

本实施例中，新能源供电模块400的种类有多种，可以光伏供电模块、风能发电模块或其他通过清洁能源进行发电的模块中的一种或多种。例如图2所示，新能源供电模块400采用光伏发电模块，且新能源供电模块400所包括的光伏发电模块的数量至少为一个，例如图2所示，光伏发电模块的数量为三个，三个光伏发电模块相互并联的与供电母线进行连接。

可以理解的是，光伏供电模块、风能发电模块以及其他通过清洁能源进行发电的模块的工作原理类似，为了方便进行后续内容的描述，后续内容可以将新能源供电模块400采用光伏发电模块为例进行说明。

为了方便理解，下面可以对本申请的负载智能切换控制系统的具体工作过程进行详细的描述。

(1)初始时，电网100单独对负载模块200进行供电，此时电网100的交流辅源可以对控制模块进行供电，进而控制模块进行启机自检。

(2)当控制模块完成启机自检后可以向新能源供电模块400发生自检完成信号并获取新能源供电模块400的相关数据，从而根据获取的相关数据判断新能源供电模块400是否已经准备就绪。

(3)当控制模块检测到电网100的电压均高于设定的阈值，且新能源供电模块400已经准确就绪以满足供电需求时，控制模块可以将新能源供电模块400与电网100进行并网供电，进而负载模块200可以通过电网100和新能源供电模块400同时进行供电。

(4)随着新能源供电模块400的供电能力增加，电网100的电压逐渐降低。当控制模块检测到电网100的电压低于设定的阈值时，控制模块可以将电网100与负载模块200的连接进行断开，从而可以实现新能源供电模块400与电网100进行离网，进而控制模块可以将负载模块200的供电方式切换至新能源供电模块400单独对负载模块200进行供电。

(5)当控制模块检测到新能源供电模块400的供电能力降低至无法满足负载模块200的供电需求时，控制模块可以重新将电网100与负载模块200进行连接，同时将新能源供电模块400与负载模块200进行断开。

本实施例中，如图1和图2所示，新能源供电模块400包括发电模块、储能模块和逆变器；发电模块可以通过逆变器向负载模块200进行供电，并将多余的电能输送至储能模块进行存储。当新能源供电模块400单独对负载模块200进行供电时，控制模块可以检测储能模块的储能状态，若储能模块存储的电能高于设定的阈值，则控制模块可以优先通过储能模块存储的电能对负载模块200进行供电。

可以理解的是，当新能源供电模块400采用光伏发电模块时，如图2所示，发电模块为光伏组件，储能模块为电池模块；则光伏组件可以将太阳能转化为电能向负载模块200进行供电，并且在光伏组件所转动的电能过剩时可以将多余的电能存储在电池模块中。若电池模块中存储的电能超过设定的阈值时，在新能源供电模块400需要进行供电时，可以优先将电池模块中存储的电能向负载模块200进行供电，当电池模块存储的电能被消耗的至低于设定的阈值时，光伏组件可以通过逆变器向负载模块200进行供电，并将多余的电能存储于电池模块。

同时，由于光伏组件所转化的电能受到光照强度的影响，所以在光照充足时，新能源供电模块400所产生的电能最多，此时负载模块200的供电方式一般为新能源供电模块400和电网100的并网供电，或者是新能源供电模块400的离网单独供电。而当光照不足时，负载模块200的供电方式一般是电网100的单独供电。

本申请的其中一个实施例，如图1所示，本申请的负载智能切换控制系统还包括发电机300，发电机300可以通过控制模块与负载模块200进行连接。当新能源供电模块400进行离网供电且储能模块释放电能至低于设定的阈值或逆变器出现异常时，控制模块可以控制发电机300进行启动并向负载模块200进行供电。

可以理解的是，发电机300也是一种向负载模块200进行供电的方式。并且发电机300不仅可以对负载模块200进行供电，发电机300还可以和新能源供电模块400进行连接，从而控制模块在检测到发电机300输出的电压高于设定的阈值时，还可以将多余的电能存储于新能源供电模块400的储能模块，即发电机300还可以对储能模块进行充电。

本实施例中，如图2所示，逆变器包括有电网侧和负载侧，逆变器可以通过电网侧和负载侧分别与负载模块200进行连接，同时发电机300可以和逆变器的电网侧进行连接。当新能源供电模块400和电网100进行并网时，新能源供电模块400可以将逆变器的负载侧断开，同时将发电机300与逆变器的电网侧的连接进行断开，以使得新能源供电模块400通过逆变器的电网侧与电网100进行并网。当新能源供电模块400和电网100进行离网时，控制模块检测到电网100与负载模块200断开连接，进而控制新能源供电模块400的电网侧断开，同时将逆变器的负载侧进行连通以向负载模块200进行离网供电；并且新能源供电模块400优先将储能模块中存储的电能进行供电，当控制模块检测到储能模块的电能释放至低于设定的阈值或逆变器发生异常时，控制模块可以将发电机300进行启动，并且在发电机300输出的电压到达设定的阈值时，发电机300还可以通过逆变器的电网侧向储能模块进行充电。

本申请的其中一个实施例，如图1和图2所示，控制模块包括多个继电开关和控制器500；电网100和新能源供电模块400均通过对应的继电开关与负载模块200进行连接，发电机300也可以通过对应的继电开关与逆变器的电网侧进行连接。控制器500可以检测电网100、新能源供电模块400、负载模块200以及发电机300的工作状态，并且控制器500还可以和所有的继电开关进行控制连接，进而控制器500可以根据检测的电网100、新能源供电模块400、负载模块200以及发电机300的工作状态，以控制相应的继电开关将电网100和新能源供电模块400进行并网或离网。

为了方便进行理解，下面可以通过图1和图2对本申请的负载智能切换控制系统的具体工作过程进行详细的描述。

应当知道的是，负载模块200所包括的负载类型有多种，一般可以分为用户负载和非用户负载两种。其中，用户负载需要供电系统的供电稳定；因此，如图1所示，用户负载可以通过负载1来进行表示，负载2至负载5分别表示不同的非用户负载。

如图1所示，电网100的供电端通过继电开关S1相互并联的负载2至5进行连接，电网100的供电端直接与负载1进行连接。

如图1和图2所示，逆变器的电网侧通过继电开关S7与第一供电母线进行连接，逆变器的负载侧通过继电开关S8与第二供电母线进行连接；第一供电母线通过继电开关S6与并联的负载2至负载5进行连接，第二供电母线直接与负载2至负载5进行连接。发电机300的输出端通过继电开关S5与第一供电母线进行连接。

(1)初始时，系统处于默认停机状态，此时继电开关S1、S5、S6、S7和S8均断开，从而发电机300的干接点停止。控制器500获取电网100的交流辅源供电以进行启机自检，在自检完成后，控制器500向逆变器发送工作信号并获取逆变器的相关数据。

(2)进行并网供电；控制器500检测到电网100的电压大于100V，且持续的时间超过3s，同时控制器500还可以检测到逆变器已经准备就绪。则控制器500可以通过CAN通讯发送电网100的状态信号至逆变器，并且控制器500还可以将继电开关S1、S6和S7进行吸合，将继电开关S5和S8保持断开。从而逆变器可以将发电模块或储能模块的电能通过电网侧和电网100进行并网向负载模块200进行供电。

(3)由并网进行离网；当控制器500检测到电网100的电压小于36V时，控制器500可以将继电开关S1和S6进行断开，继电开关S5继续保持断开。随后，控制器500可以通过CAN通讯将继电开关S1和S6的断开信号发送至逆变器，此时逆变器可以根据接收的信号判断出电网100已经断开，则控制器500可以控制逆变器将继电开关S7进行断开。并且，控制器500在接收到继电开关S1的断开信号后，可以控制逆变器将继电开关S8进行连接，以使得逆变器可以通过负载侧向负载模块200进行离网供电。

(4)发电机300的介入；随着新能源供电模块400的供电，控制器500可以检测到储能模块的剩余电能达到设定的过放点或逆变器发生故障或控制器500与逆变器通讯异常时，控制器500可以通过干接点向发电机300发送启动信号，同时控制器500可以将继电开关S5和S6进行吸合，保持继电开关S1和S7的断开并将继电开关S8进行断开。随后，发电机300在接收到启动信号后进行启动，并向负载模块200进行供电。控制器500可以在发电机300进行供电的过程中对发电机300的电压进行实时的检测，当发电机300输出电压大于150V且持续3s以上，同时检测到负载模块200的电压小于36V且持续100ms以上，则控制器500可以通过CAN通讯发送发电机300的状态至逆变器，此时，逆变器通过将继电开关S7进行吸合以实现发电机300对储能模块的充电。

(5)由离网再次进行并网；当发电模块不工作只有储能模块进行供电时，控制器500可以对电网100的工作状态进行检测，若电网100的电压大于100V且持续时间1s以上，控制器500可以控制继电开关S1、S6和S7进行吸合，继电开关S5和S8维持断开，从而电网100可以和逆变器的电网侧进行并网向负载模块200进行供电。

当发电机300处于供电状态且新能源供电模块400重新满足供电条件时，控制器500可以对电网100的工作状态进行检测，若电网100的电压大于100V且持续时间1s以上，同时逆变器无故障且控制器500接收到逆变器回复继电开关S1准备吸合的信号，或CAN通讯超时100ms，控制器500可以控制断开继电开关S5。当控制器500检测到负载模块200的电压低于5V，则控制器500可以控制继电开关S1、S6和S7进行吸合，以及保持继电开关S8的断开，从而电网100可以和逆变器的电网侧进行并网向负载模块200进行供电。

可以理解的是，负载模块200所包括非用户负载可以根据需要自行进行供电或断电，例如图1所示，负载2至负载4可以通过继电开关S2至S4进行并联，进而负载2至负载4可以通过对应的继电开关S2至S4自行进行断开或连通。

本实施例中，如图1所示，控制模块还包括与控制器500进行控制连接的旁路开关；旁路开关可以和电网100对应的继电开关进行并联；当电网100进行并网或新能源供电模块400发生故障时，控制器500可以控制旁路开关保持断开。

可以理解的是，旁路开关可以用S0进行标记，则旁路开关S0可以和继电开关S1进行并联。同时，控制器500可以通过急停开关600与旁路开关S0进行控制连接。当继电开关S1处于吸合状态，本申请的负载智能切换系统必须保证旁路开关S0也处于断开状态，以避免旁路开关S0将继电开关S1进行短路，进而造成电路故障。当确认继电开关S1断开后，允许手动吸合旁路开关S0，以使得新能源供电模块400的电能可以通过旁路开关S0对负载1进行供电。当本申请的负载智能切换系统发生故障时，控制器500可以向急停开关600发送急停信号，当急停开关600接收后急停开关信号后，若旁路开关S0处于闭合状态，则立即断开旁路开关S0，且在急停状态下，不允许再吸合旁路开关S0，以确保整个负载智能切换系统的使用安全。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种负载智能切换控制系统，其特征在于，包括电网、新能源供电模块、控制模块以及负载模块；所述电网和所述新能源供电模块均适于通过所述控制模块与所述负载模块进行电连接；所述控制模块适于检测所述电网和所述新能源供电模块的工作状态，以使得将所述电网和所述新能源供电模块进行并网对所述负载模块进行供电；或将所述电网和所述新能源供电模块进行离网，并单独通过所述新能源供电模块对所述负载模块进行供电；

所述新能源供电模块包括发电模块、逆变器和储能模块；所述发电模块适于通过所述逆变器向所述负载模块进行供电，并将多余的电能存储于所述储能模块；

当所述新能源供电模块单独对所述负载模块进行供电时，所述控制模块适于检测所述储能模块的储能状态，若所述储能模块存储的电能高于设定的阈值，则所述控制模块适于优先通过所述储能模块存储的电能对所述负载模块进行供电；

所述负载智能切换控制系统还包括发电机，所述发电机适于通过所述控制模块与所述负载模块进行连接；当所述新能源供电模块进行离网供电且所述储能模块释放电能至低于设定的阈值或所述逆变器异常时，所述控制模块适于控制所述发电机进行启动并向所述负载模块进行供电。

2.如权利要求1所述的负载智能切换控制系统，其特征在于：所述逆变器包括有电网侧和负载侧，所述逆变器适于通过所述电网侧和所述负载侧与所述负载模块进行连接；

当进行并网时，所述新能源供电模块适于将所述逆变器的负载侧断开，以使得所述新能源供电模块通过所述逆变器的电网侧与所述电网进行并网；

当进行离网时，所述控制模块控制所述新能源供电模块的电网侧断开，同时将所述逆变器的负载侧进行连通以向所述负载模块进行离网供电。

3.如权利要求1所述的负载智能切换控制系统，其特征在于：所述发电机还适于和所述新能源供电模块进行连接，所述发电机适于在启动时向所述储能模块进行充电。

4.如权利要求3所述的负载智能切换控制系统，其特征在于：所述控制模块包括多个继电开关和控制器；所述电网和所述新能源供电模块均通过对应的继电开关与所述负载模块进行连接，所述控制器适于和所有的继电开关进行控制连接；所述控制器适于检测所述电网以及所述新能源供电模块的工作状态，进而控制相应的继电开关将所述电网和所述新能源供电模块进行并网或离网。

5.如权利要求4所述的负载智能切换控制系统，其特征在于：所述发电机适于通过对应的继电开关与所述逆变器的电网侧进行连接；当所述新能源供电模块进行并网时，所述控制器适于控制继电开关将所述发电机与所述逆变器的电网侧断开连接；当所述新能源供电模块进行离网供电，且所述储能模块释放电能至低于设定的阈值或所述逆变器异常时，所述控制器适于控制继电开关将所述发电机与所述逆变器的电网侧进行连接，进而所述逆变器的电网侧与所述储能模块的连通以进行充电。

6.如权利要求4所述的负载智能切换控制系统，其特征在于：所述控制模块还包括与所述控制器进行控制连接的旁路开关；所述旁路开关适于和所述电网对应的继电开关进行并联；当所述电网进行并网或所述新能源供电模块发生故障时，所述控制器适于控制所述旁路开关保持断开。

7.如权利要求1-6任一项所述的负载智能切换控制系统，其特征在于：所述新能源供电模块采用光伏供电模块和/或风能发电模块。