TW201306422A - 節能電源配電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種節能電源配電裝置，包括交流/直流換流器、直流電源裝置、直流/直流變換器、換流濾波裝置和旁路裝置。交流/直流換流器與市電相連，直流/直流變換器與直流電源裝置相連，換流濾波裝置分別與交流/直流換流器及直流/直流變換器相連，旁路裝置分別與換流濾波裝置及市電電網相連。本發明具有結構簡單、成本低廉、整機效率高、使用安全、功耗低的優點。

Description

節能電源配電裝置

本發明涉及電力電子變換器技術領域，特別涉及一種節能電源配電裝置。

電氣化技術被認為是人類在20世紀取得的最偉大的科技成就之一，它推進了人類社會的文明發展史。隨著以數字化和網絡化為特徵的信息時代的來臨，電力工業的發展正面臨著新的挑戰。

智能電網是現在電網的發展方向和目標。它將成為可充分利用廣泛分佈的可再生能源的基礎設施，可實現節能減排、減緩(或維持)氣候變暖的有希望的一種途徑。因此，智能電網以超越傳統模擬式電網的發展概念，愈來愈成為各行各業關注的熱點和焦點。

其中，智能電網很重要的一項就是新能源的引入，新能源是太陽能、風能等非化石能源的總稱，因其開發使用過程無污染排放，也被稱為清潔能源。

然而，由於風能、太陽能等可再生能源都具有波動性和間歇性的特點，集中的新能源電力無法及時調度使用，使得新能源無法大眾化地進入普通家庭使用。

本發明的目的是提供一種節能電源配電裝置，以解決新能源難以調控的問題。

本發明提出一種節能電源配電裝置，包括交流/直流換流器、直流電源裝置、直流/直流變換器、換流濾波裝置和旁路裝置。交流/直流換流器，與市電相連，用於對市電進行整流，並輸出兩路正負半周的正弦波電壓。直流電源裝置，用於提供直流電壓。直流/直流變換器，與直流電源裝置相連，將直流電源裝置輸出的直流電壓隔離輸出轉換為用作市電補償的諧波形狀的直流電壓。換流濾波裝置，分別與交流/直流換流器及直流/直流變換器相連，用於將交流/直流換流器及直流/直流變換器輸出的電壓換流濾波成交流正弦波電壓輸出。旁路裝置，分別與換流濾波裝置及市電電網相連，用於切換電力供應在市電輸出或換流濾波裝置輸出的控制。

依照本發明較佳實施例所述的節能電源配電裝置，直流/直流變換器包括第一開關管、第二開關管、由第一原邊繞組、第二原邊繞組、第一副邊繞組、第二副邊繞組構成的變壓器、由第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成的全波整流電路。第一原邊繞組的異名端和第二原邊繞組的同名端連接正向輸入，第一原邊繞組的同名端與第一開關管的一端相連，第二原邊繞組的異名端與第二開關管的一端相連，第一開關管和第二開關管的另一端連接到反向輸入，第一副邊繞組的異名端和第二副邊繞組的同名端連接到零線，第一副邊繞組的同名端與第一二極管的正極以及第二二極管的負極相連，第二副邊繞組的異名端與第三二極管的正極以及第四二極管的負極相連，第一二極管和第三二極管的負極連接正向輸出，第二二極管和第四二極管的正極連接到反向輸出。

依照本發明較佳實施例所述的節能電源配電裝置，交流/直流換流器包括第五二極管、第六二極管、第一電容和第二電容，第五二極管的正極以及第六二極管的負極連接火線，第五二極管的負極與第一電容的一端相連，並連接正向輸出，第六二極管的正極與第二電容的一端相連，並連接反向輸出，第一電容和該第二電容的另一端連接零線。

依照本發明較佳實施例所述的節能電源配電裝置，換流濾波裝置包括第三開關管、第四開關管、電感以及第四電容，第三開關管的一端連接正向輸入，第四開關管的一端連接反向輸入，第三開關管和該第四開關管的另一端均與電感的一端相連，電感的另一端與第四電容的一端相連，並作為逆變裝置的輸出，第四電容的另一端連接零線。

依照本發明較佳實施例所述的節能電源配電裝置，直流電源裝置是光伏電池或風力發電機或蓄電池。

相對於現有技術，本發明的有益效果是：

1、本發明採用了市電電壓補償的方式，具有修正市電電壓來達到輸出穩壓的功能，可以在市電電壓波動大的場合使用，可以有效避免電壓不穩定對用戶設備所帶來的損害。

2、本發明的節能電源配電裝置採用低頻換相高效運作，在使用過程中不會產生尖波電壓，保證了電力供電質量以及負載的安全。

3、本發明節能電源配電裝置採用新能源所提供的能源，可以直接使用新能源，具有節能減排、降低電費的優點。

4、本發明節能電源配電裝置採用智能化控制，容易實現智能電網的功能。

5、本發明節能電源配電裝置結構簡單、成本低廉，具有很高的整機運行效率，和待機功耗低的優點。

本發明的主要思想是採用了市電電壓補償的方式，修正市電電壓來達到輸出穩壓的功能，從而使電源配電裝置可以在市電電壓波動大的場合使用，提高電力質量。

以下結合附圖，具體說明本發明。

請參見第1圖，其為本發明電源配電裝置的一種實施例結構示意圖，其包括交流/直流換流器12、直流電源裝置11、直流/直流變換器14、換流濾波裝置13以及旁路裝置15。交流/直流換流器12與市電電網相連，並輸出正負零三路輸出。直流/直流變換器14與直流電源裝置11相連，其輸出的正負零三路輸出和交流/直流換流器12的三路輸出共同作為換流濾波裝置13的輸入。旁路裝置15分別與換流濾波裝置13及市電相連。

直流電源裝置11無能源輸出時，旁路裝置15切換連通市電電網，使市電經旁路裝置15直接輸出供給用戶設備使用。

直流電源裝置11有能源輸出時，市電經由交流/直流換流器12整流成正負半周的正弦波輸出到換流濾波裝置13。另外直流電源裝置11經過直流/直流變換器14將直流電壓隔離轉換成高諧波補償修正電壓後，與交流/直流換流器11輸出的正弦波一同輸入到換流濾波裝置13，直流/直流變換器14與交流/直流換流器11輸出的兩路電壓合成為額定的市電正弦波電壓波形後，由換流濾波裝置13工頻換相濾波後得到穩定的交流電源經過旁路裝置15輸出供給用戶設備。因此，在市電電壓波動範圍較大的情況下，可以通過本發明的電源配電裝置對輸出給用戶設備的電壓進行修正，進而達到穩壓的作用，同時也能部份使用新能源，減少市電電力的使用。

請參見第2圖，其為本發明節能電源配電裝置一種詳細的實施例電路圖。

其中，交流/直流換流器12包括第五二極管121、第六二極管122、第一電容123和第二電容124。第五二極管121的正極以及第六二極管122的負極連接火線，第五二極管121的負極與第一電容123的一端相連，並連接正向輸出，第六二極管122的正極與第二電容124的一端相連，並連接反向輸出，第一電容123和第二電容124的另一端連接零線。

市電經由第五二極管121與第六二極管122組成的半橋整流後，經第一電容123與第二電容124濾除高頻諧波，輸出正端為正半周的正弦波工頻電壓，輸出負端為負半周的正弦波工頻電壓，輸出零端為市電中性線。

直流/直流變換器14包括第五電容141、第一開關管142、第二開關管143、變壓器145以及由第一二極管146、第二二極管147、第三二極管148和第四二極管149組成全波整流電路。第五電容141跨接在兩個輸入端之間。變壓器145由第一原邊繞組1451、第二原邊繞組1452、第一副邊繞組1453、第二副邊繞組1454構成。第一原邊繞組1451的異名端和第二原邊繞組1452的同名端連接正向輸入，第一原邊繞組1451的同名端與第一開關管142的一端相連，第二原邊繞組1452的異名端與第二開關管143的一端相連，第一開關管142和第二開關管143的另一端連接到反向輸入。第一副邊繞組1453的異名端和第二副邊繞組1454的同名端連接到零線，第一副邊繞組1453的同名端與第一二極管146的正極以及第二二極管147的負極相連，第二副邊繞組1454的異名端與第三二極管148的正極以及第四二極管149的負極相連，第一二極管146和第三二極管148的負極連接正向輸出，第二二極管147和第四二極管149的正極連接到反向輸出。

其中，第一開關管142和第二開關管143的開關狀態可以通過微控制器來控制。直流/直流變換器14的輸入電壓由直流電源裝置11提供，變壓器145的第一原邊繞組1451與第二原邊繞組1452組成推挽式(Push-pull)電路結構，控制第一開關管142與第二開關管143，採用正弦脈波寬度調變技術將輸入電壓隔離後，由第一副邊繞組1453、第二副邊繞組1454以及4只二級管升壓全波整流成正負零三端輸出，輸出的電壓為正弦脈波寬度調變電壓波形，採用市電電壓差補償修正輸出市電與額定正弦波電壓差的諧波電壓。

換流濾波裝置13包括第三開關管131、第四開關管132、電感133以及第四電容134。第三開關管131的一端連接正向輸入，第四開關管132的一端連接反向輸入，第三開關管131和第四開關管132的另一端均與電感133的一端相連，電感133的另一端與第四電容134的一端相連，並作為逆變裝置的輸出，第四電容134的另一端連接零線。

此換流濾波裝置13僅設置有兩個開關管，並通過控制第三開關管131和第四開關管132實現了工頻換相，開關損耗極低，保證了整機效率的同時也實現了節能減排及降低電費。

本發明的節能電源配電裝置是一種可以直接使用新能源的電源配電裝置，小到一個牆壁插座，大到一個配電櫃，使新能源能直接進入家庭時用，該節能電源配電裝置只部份使用新能源，沒有與市電並網問題，可採用分布式(插座或排插)與集中式(配電箱或櫃)配置，直接解決新能源的使用問題，採用智能化管理可以有效分配新能源的使用並可精確獲得每個分路用電計量與週期，容易實現智能電網基礎建設，不需採用價格高控制複雜的並網逆變裝置，就能直接使用利用新能源。

本發明的節能電源配電裝置使用新能源來提供部份能源，採用市電電壓補償的方式，具有修正市電電壓來達到輸出穩壓的功能，可以限制用戶設備的啟動電流，防止市電電力供電瞬變，減少市電諧波的產生，確保供電的電力質量。並且，本發明的電源配電裝置利用簡單的電路結構，可用在市電電壓波動範圍較大的場所，在市電電壓形成低電壓補償或高電壓衰減時不產生尖波電壓，可提高輸入功率因數、降低輸入總諧波電流，有很高的整機運行效率，實現節能減排及降低電費。

以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化，只要不超出所附申請專利範圍所述，都應落在本發明的保護範圍內。

11．．．直流電源裝置

12．．．交流/直流換流器

121．．．第五二極管

122．．．第六二極管

123．．．第一電容

124．．．第二電容

13．．．換流濾波裝置

131．．．第三開關管

132．．．第四開關管

133．．．電感

134．．．第四電容

14．．．直流/直流變換器

141．．．第五電容

142．．．第一開關管

143．．．第二開關管

145．．．變壓器

1451．．．第一原邊繞組

1452．．．第二原邊繞組

1453．．．第一副邊繞組

1454．．．第二副邊繞組

146．．．第一二極管

147．．．第二二極管

148．．．第三二極管

149．．．第四二極管

15．．．旁路裝置

第1圖為本發明電源配電裝置的一種實施例結構示意圖；

第2圖為本發明節能電源配電裝置一種詳細的實施例電路圖。

11．．．直流電源裝置

12．．．交流/直流換流器

13．．．換流濾波裝置

14．．．直流/直流變換器

15．．．旁路裝置

Claims (5)

1. 一種節能電源配電裝置，包括：一交流/直流換流器，與市電相連，用於對市電進行整流，並輸出兩路正負半周的正弦波電壓；一直流電源裝置，用於提供直流電壓；一直流/直流變換器，與直流電源裝置相連，將該直流電源裝置輸出的直流電壓隔離輸出轉換為用作市電補償的諧波形狀的直流電壓；一換流濾波裝置，分別與該交流/直流換流器及該直流/直流變換器相連，用於將該交流/直流換流器及該直流/直流變換器輸出的電壓換流濾波成交流正弦波電壓輸出；一旁路裝置，分別與該換流濾波裝置及市電電網相連，用於切換電力供應在市電輸出或換流濾波裝置輸出的控制。
2. 如申請專利範圍第1項所述的節能電源配電裝置，其中，該直流/直流變換器包括一第一開關管、一第二開關管、由一第一原邊繞組、一第二原邊繞組、一第一副邊繞組、一第二副邊繞組構成的一變壓器、由一第一二極管、一第二二極管、一第三二極管和一第四二極管組成的一全波整流電路，該第一原邊繞組的異名端和該第二原邊繞組的同名端連接正向輸入，該第一原邊繞組的同名端與該第一開關管的一端相連，該第二原邊繞組的異名端與該第二開關管的一端相連，該第一開關管和該第二開關管的另一端連接到反向輸入，該第一副邊繞組的異名端和該第二副邊繞組的同名端連接到零線，該第一副邊繞組的同名端與該第一二極管的正極以及該第二二極管的負極相連，該第二副邊繞組的異名端與該第三二極管的正極以及該第四二極管的負極相連，該第一二極管和該第三二極管的負極連接正向輸出，該第二二極管和該第四二極管的正極連接到反向輸出。
3. 如申請專利範圍第1項所述的節能電源配電裝置，其中，該交流/直流換流器包括一第五二極管、一第六二極管、一第一電容和一第二電容，該第五二極管的正極以及該第六二極管的負極連接火線，該第五二極管的負極與該第一電容的一端相連，並連接正向輸出，該第六二極管的正極與該第二電容的一端相連，並連接反向輸出，該第一電容和該第二電容的另一端連接零線。
4. 如申請專利範圍第1項所述的節能電源配電裝置，其中，該換流濾波裝置包括一第三開關管、一第四開關管、一電感以及一第四電容，該第三開關管的一端連接正向輸入，該第四開關管的一端連接反向輸入，該第三開關管和該第四開關管的另一端均與該電感的一端相連，該電感的另一端與該第四電容的一端相連，並作為該逆變裝置的輸出，該第四電容的另一端連接零線。
5. 如申請專利範圍第1項所述的節能電源配電裝置，其中，該直流電源裝置是光伏電池或風力發電機或蓄電池。