專利名稱：電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
UPS(不間斷電源)是一種含有儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電源。其主要利用電池等儲能裝置在停電時給計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、存儲設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或工業(yè)控制系統(tǒng)等提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓穩(wěn)頻后供應(yīng)給負(fù)載使用；當(dāng)市電中斷(如事故停電)時，UPS立即將儲能裝置(如電池組) 的電能，通過逆變的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)交流電，使負(fù)載維持正常工作并做相應(yīng)的保護(hù)。
目前風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，對于核心控制器部分(如發(fā)電系統(tǒng)主控制器或者變流器核心控制器)、監(jiān)控通訊系統(tǒng)或其他交流供電的重要設(shè)備大都利用UPS作為保護(hù)用的后備電源。圖1以現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電逆變器為例，示出了其輔助供電系統(tǒng)的電路示意圖。在該輔助供電系統(tǒng)中，變壓器20的輸入端接入電網(wǎng)10，輸出端與UPS 70連接；而且，母線直流電阻40還需要與母線放電電阻80并聯(lián)，以解決母線放電問題。電網(wǎng)10正常工作時， 變壓器20將電網(wǎng)10輸入的高壓電(一般為690vac線電壓)轉(zhuǎn)換為低壓(一般為380Vac 線電壓)，然后UPS 70的輸入取自變壓器20的輸出相電壓(230Vac)，輸出給單板電源板供電。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)10掉電時，UPS 70內(nèi)的電池放電，維持系統(tǒng)單板電源的供電，從而保持監(jiān)控及通訊的正常。但是，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)所處的環(huán)境大都比較惡劣，對于后備保護(hù)電源的要求比較高，因此，UPS 70的選取原則上需要滿足工業(yè)應(yīng)用的工業(yè)級產(chǎn)品；與此同時，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心控制器和監(jiān)控通訊設(shè)備所需的容量都比較小，一般為幾百到上千瓦特，因此，對后備電源的容量需求較小。而受成本、市場的影響，目前小容量的UPS多為商業(yè)級產(chǎn)品，其在性能和設(shè)計(jì)上難以滿足惡劣工作環(huán)境的需求。另外， 作為UPS儲能的電池是個故障率極高，而且在高溫、低溫、高海拔等惡劣環(huán)境極易損壞的部件，這導(dǎo)致UPS在正常使用時幾乎每三年就要更換一次，使得成本提高。
另一方面，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能系統(tǒng)的低電壓穿越過程中，利用UPS 70給核心控制器、監(jiān)控通訊部分和其它交流供電的重要設(shè)備提供電能，使得系統(tǒng)能夠順利通過低電壓穿越。然而，在沒有UPS 70的情況下，如果接觸器需要滿足在電網(wǎng)10跌落的情況下也可以正常工作而不斷開，則系統(tǒng)需要選用直流接觸器。具體如圖2所示，當(dāng)電網(wǎng)10 發(fā)生故障斷開時，為了維持直流接觸器的供電以及防止系統(tǒng)單板電源的輸出掉電，需要使用直流接觸器12，同時在輔助電源板200的輸出端增加超大容量的直流電容11，。但是直流接觸器不是常規(guī)的物料，成本會高些，而且直流接觸器在閉合瞬間控制線包的電流較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中在電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中因采用UPS而造成成本高且可靠性和利用率低的缺陷，提供一種電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)，包括
電網(wǎng)；
接入所述電網(wǎng)的網(wǎng)側(cè)變換器；以及
直流母線電容，所述直流母線電容的兩端分別與從所述網(wǎng)側(cè)變換器輸出的直流母線的兩極連接；
其中，所述輔助供電系統(tǒng)還包括DC/AC逆變器，所述DC/AC逆變器的輸入端分別與所述直流母線的兩極連接。
在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中，所述輔助供電系統(tǒng)還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的輔助電源板。
在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中，所述輔助供電系統(tǒng)還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的交流接觸器。
在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中，所述電力電子設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電變流器或太陽能發(fā)電逆變器。
本發(fā)明還提供了一種電力電子設(shè)備的輔助供電方法，包括
網(wǎng)側(cè)變換器將電網(wǎng)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電后從直流母線輸出；
當(dāng)所述電網(wǎng)正常工作時，通過所述直流母線對直流母線電容充電，以及DC/AC逆變器從所述直流母線取電，逆變穩(wěn)壓后以輸出供電；
當(dāng)所述電網(wǎng)斷開時，所述直流母線電容對所述DC/AC逆變器放電，所述DC/AC逆變器將從所述直流母線電容接收的電能逆變穩(wěn)壓后以輸出供電。
在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電方法中，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩(wěn)壓后以輸出至輔助電源板。
在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電方法中，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩(wěn)壓后以輸出至交流接觸器。
在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電方法中，所述電力電子設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電變流器或太陽能發(fā)電逆變器。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中，省去了現(xiàn)有的輔助供電系統(tǒng)中需要設(shè)置的變壓器和UPS，通過在直流母線的兩極接入 DC/AC逆變器即可實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)正常工作時從直流目前直接取電，逆變穩(wěn)壓后輸出供電；在電網(wǎng)斷開時，通過與之并聯(lián)的直流母線電容放電，將直流母線電容上的儲能逆變穩(wěn)壓后輸出供電。因?yàn)槔媚妇€電容的儲能，替代了常規(guī)設(shè)計(jì)中可靠性和利用率不高的UPS，使得整機(jī)的可靠性和利用率均提升，對于整機(jī)而言在空間和成本上都有較大優(yōu)勢。另外，由于從變流器的直流母線取電，使得變流器的母線放電問題變得更簡單，不再需要并聯(lián)母線放電電阻，同時成本更低。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)在選用UPS時的電路結(jié)構(gòu)示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)中電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)在不選用UPS時的電路結(jié)構(gòu)示意圖3是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖5是依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖3示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖，該電力電子設(shè)備可以是風(fēng)力發(fā)電變流器或太陽能發(fā)電逆變器。如圖3所示，該電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)包括電網(wǎng)10、網(wǎng)側(cè)變換器30以及直流母線電容40。其中，網(wǎng)側(cè)變換器 30的輸入端接入電網(wǎng)10，從而將從電網(wǎng)10輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并通過直流母線100將轉(zhuǎn)換的直流電輸出。直流母線電容40的兩端分別與從網(wǎng)側(cè)變換器30輸出的直流母線100的兩極連接，即直流母線電容40并聯(lián)接入在直流母線100的兩極。該電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)還包括DC/AC逆變器90，該DC/AC逆變器90的輸入端的兩極分別與直流母線100的兩極連接，即通過直流母線100與直流母線電容40形成并聯(lián)連接。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該DC/AC逆變器90的輸出端可與輔助電源板200、安全裝置400 (諸如核心控制器和監(jiān)控通信設(shè)備等)和/或其它重要的交流設(shè)備500連接。
下面將以本發(fā)明的第一實(shí)施例來描述輔助供電系統(tǒng)及供電方法，如圖4所示，該 DC/AC逆變器90的輸出端與輔助電源板200連接。在實(shí)際工作過程中，當(dāng)電網(wǎng)10正常工作時，直流母線100兩極輸出通過網(wǎng)側(cè)變換器30轉(zhuǎn)換的直流電。在電流輸出過程中，一方面可通過直流母線100對接入到直流母線100兩極間的直流母線電容40進(jìn)行充電；另一方面，接入到直流母線100兩極的DC/AC逆變器90直接從直流母線100取電，將輸入的電能進(jìn)行逆變穩(wěn)壓后形成穩(wěn)定的交流電以輸出至輔助電源板200進(jìn)行供電。
當(dāng)電網(wǎng)10停止工作時，例如因故障而斷開時，網(wǎng)側(cè)變換器30的電力輸入斷開。因?yàn)橹绷髂妇€電容40和DC/AC逆變器90并聯(lián)在直流母線100的兩極上，此時，在電網(wǎng)10正常工作過程中已經(jīng)充好電的直流母線電容40開始對DC/AC逆變器90進(jìn)行充電。DC/AC逆變器90將從直流母線電容40接收的電能(直流電)逆變穩(wěn)壓后形成穩(wěn)定的交流電以輸出至輔助電源板200進(jìn)行供電，從而可以維持輔助電源板200的正常工作，使得系統(tǒng)能夠順利地完成掉電后的保護(hù)和監(jiān)控通訊功能。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，DC/AC逆變器90的輸出端不再連接輔助電源板200，而是連接交流接觸器300，具體如圖5所示。具體工作過程中，在電網(wǎng)10正常工作時，即單板供電系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，DC/AC逆變器90從直流母線100取電，將網(wǎng)側(cè)變換器30轉(zhuǎn)換的直流電逆變穩(wěn)壓后輸出給交流接觸器300以進(jìn)行供電。當(dāng)電網(wǎng)10斷開時，DC/AC逆變器90利用直流母線電容40的儲能維持逆變輸出電壓，從而保證交流接觸器300的正常工作。在該電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中，即使沒有UPS，也不需要使用直流接觸器，使用常規(guī)的交流接觸器即可。
應(yīng)當(dāng)了解的是，上述的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例僅用作描述本發(fā)明，并不是對本發(fā)明的限制，在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)中，DC/AC逆變器90的輸出端也可同時與輔助電源板200和交流接觸器300連接，或者還與其它重要的交流設(shè)備連接。
從以上可以看出，在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)及方法中，省去了現(xiàn)有的輔助供電系統(tǒng)中需要設(shè)置的變壓器和UPS，通過在直流母線的兩極接入 DC/AC逆變器即可實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)正常工作時從直流母線直接取電，逆變穩(wěn)壓后輸出供電；在電網(wǎng)斷開時，通過與之并聯(lián)的直流母線電容放電，將直流母線電容上的儲能逆變穩(wěn)壓后輸出供電，從而實(shí)現(xiàn)了電力電子設(shè)備電網(wǎng)停電后的機(jī)組保護(hù)和短時監(jiān)控通訊。綜上所述，因?yàn)槔媚妇€電容的儲能，替代了常規(guī)設(shè)計(jì)中可靠性和利用率不高的UPS，使得整機(jī)的可靠性和利用率均得到提升，對于整機(jī)而言在空間和成本上都有較大優(yōu)勢。另外，由于從變流器的直流母線取電，使得變流器的母線放電問題變得更簡單，不再需要并聯(lián)母線放電電阻，同時成本更低。與此同時，利用直流母線電容的儲能，使得低壓穿越過程中的交流接觸器供電問題得以解決，即使不使用UPS，也可以不使用昂貴的直流接觸器，進(jìn)一步降低了成本。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)，包括電網(wǎng)；接入所述電網(wǎng)的網(wǎng)側(cè)變換器；以及直流母線電容，所述直流母線電容的兩端分別與從所述網(wǎng)側(cè)變換器輸出的直流母線的兩極連接；其特征在于，所述輔助供電系統(tǒng)還包括DC/AC逆變器，所述DC/AC逆變器的輸入端分別與所述直流母線的兩極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助供電系統(tǒng)還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的輔助電源板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助供電系統(tǒng)還包括與所述DC/AC逆變器的輸出端連接的交流接觸器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電變流器或太陽能發(fā)電逆變器。
5.一種電力電子設(shè)備的輔助供電方法，其特征在于，包括網(wǎng)側(cè)變換器將電網(wǎng)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電后從直流母線輸出；當(dāng)所述電網(wǎng)正常工作時，通過所述直流母線對直流母線電容充電，以及DC/AC逆變器從所述直流母線取電，逆變穩(wěn)壓后以輸出供電；當(dāng)所述電網(wǎng)斷開時，所述直流母線電容對所述DC/AC逆變器放電，所述DC/AC逆變器將從所述直流母線電容接收的電能逆變穩(wěn)壓后以輸出供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力電子設(shè)備的輔助供電方法，其特征在于，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩(wěn)壓后以輸出至輔助電源板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力電子設(shè)備的輔助供電方法，其特征在于，所述DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩(wěn)壓后以輸出至交流接觸器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力電子設(shè)備的輔助供電方法，其特征在于，所述電力電子設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電變流器或太陽能發(fā)電逆變器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力電子設(shè)備的輔助供電系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、接入電網(wǎng)的網(wǎng)側(cè)變換器和直流母線電容，直流母線電容的兩端與從網(wǎng)側(cè)變換器輸出的直流母線連接；輔助供電系統(tǒng)還包括DC/AC逆變器，其輸入端分別與所述直流母線兩極連接。本發(fā)明還提供了一種電力電子設(shè)備的輔助供電方法，包括網(wǎng)側(cè)變換器將電網(wǎng)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電后從直流母線輸出；電網(wǎng)正常工作時，通過直流母線對直流母線電容充電，DC/AC逆變器從直流母線取電，逆變穩(wěn)壓后輸出供電；電網(wǎng)斷開時，直流母線電容對DC/AC逆變器放電，DC/AC逆變器將接收的電能逆變穩(wěn)壓后輸出供電。因?yàn)槭∪チ俗儔浩骱蚒PS，降低了成本且提高了整機(jī)的可靠性和利用率。
文檔編號H02J15/00GK102522808SQ20111041416
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者周黨生, 宋建波, 曾建友, 盛小軍 申請人:深圳市禾望電氣有限公司