CN104600831A - 一种逆变器辅助电源供电***及方法 - Google Patents

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李臣松
尹春
米高祥
郭勇
王景霄
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Abstract

本发明公开一种逆变器辅助电源供电***及其使用方法，该***包括隔离变换装置、直流母线、储能电路、两组负载电路。其中，储能电路包括储能元件、限流元件、放电元件；两组负载电路中：第一负载电路为小功率普通负载，第二负载电路为大功率冲击性负载。本发明设置储能电路，既能解决大功率冲击性负载的电源容量需求问题，减小供电***容量从而降低电源成本；又能保证低电压穿越期间控制***供电的持续性。同时，本发明通过限流元件给储能元件缓慢充电，从而限制***功率；通过放电元件向直流母线快速放电，从而保障其它负载电路的供电连续性。充分发挥了储能元件在各种工作状态下的利用效率，并且方案简单，容易实现。

Description

一种逆变器辅助电源供电***及方法
技术领域
本发明属于分布式发电领域，特别涉及一种逆变器辅助电源供电***及方法。
背景技术
分布式发电的并网容量越来越大，逆变器的并网要求也越来越严格。为防止电网短时故障情况下逆变器大面积脱网，目前对逆变器的低电压穿越要求也越来越高。术语“低电压穿越”，指的是电网电压短时跌落到一定程度甚至到0时，逆变器在满足低电压穿越曲线的范围内不允许停机，同时要向电网注入无功电流以支撑电网电压的恢复(如，GB19964-2012中对光伏逆变器的低电压穿越能力要求：并网点电压跌至0，逆变器应能不脱网连续运行0.15秒)。
一般采用从电网交流侧自取电的供电方式，逆变器因其独特的***结构及运行模式，对辅助电源供电***有以下两个特殊的需求：
1、低电压穿越过程中电压跌落到20％以下甚至0％时，逆变器控制***不允许失电；
2、存在大功率冲击性负载，对供电电源的容量要求较高。术语“大功率冲击性负载”，指的是会有瞬时大功率消耗的负载，如：主并网接触器控制线圈为感性负载，动作瞬时功率需求大(可达1.5kW以上)，但维持的功率很小。
为了满足低电压穿越过程中控制***不失电，逆变器通常采用不间断电源UPS作为供电电源。UPS供电方案存在以下问题：
1、成本较高； 
2、UPS使用环境要求苛刻，难以满足光伏电站各种恶劣环境的要求；
3、电池的寿命短，并且需要定期维护；
4、逆变器***中存在接触器线圈这样的大功率冲击性负载，对UPS功率容量要求较高。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种逆变器辅助电源供电***及其使用方法。既能解决大功率冲击性负载的电源容量需求问题，减小供电***容量从而降低电源成本；又能保证低电压穿越期间控制***供电的持续性。
为了达到以上目的，本发明的解决方案如下：一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于，所述***包括隔离变换装置(1)、直流母线(2)、储能电路(3)、两组负载电路(4)；所述隔离变换装置(1)一侧与交流输入连接，另一侧与直流母线(2)连接，第一负载电路(5)与直流母线(2)连接，第二负载电路(6)通过储能电路与直流母线(2)连接。
上述方案中：所述储能电路(3)包括储能元件(7)、限流元件(8)、放电元件(9)；所述限流元件和放电元件并联后连接到储能元件。
上述方案中：所述隔离变换装置(1)由开关(10)、变压器(11)、整流器(12)、DC/DC变换器(13)依次连接组合而成。
上述方案中：所述两组负载电路(4)中，第一负载电路(5)为小功率普通负载；第二负载电路(6)为大功率冲击性负载。
上述方案中：所述储能元件(7)至少包含1个电容。
上述方案中：所述限流元件(8)至少包含1个电阻。
上述方案中：所述放电元件(9)至少包含1个二极管。 
另外本发明提供一种使用如权利要求2所述电源供电***的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-交流输入经过隔离变换装置(1)以设定电压汇入直流母线(2)，
-第一负载电路(5)直接从直流母线上(2)取电，
-直流母线(2)通过限流元件(8)给储能元件(7)充电，储能元件(7)给第二负载电路(6)供电，抑制直流母线(2)的电压波动， 
-当发生低电压穿越，交流输入电压下降到隔离变换装置(1)的动作门槛值以下时，隔离变换装置(1)停止输出，储能元件(7)继续给第二负载电路(6)供电，同时通过放电元件(9)快速给直流母线(2)供电，维持第一负载电路(5)的运行。
上述方案中，其特征在于，所述隔离变换装置(1)的动作门槛值范围为正常工作电压的20％-60％。
本发明的有益效果是：
1)本发明方案通过设置储能电路(3)：一方面，能够在控制接触器分/合时为接触器线圈这样的大功率冲击性负载(6)提供电压支撑；另一方面，在低电压穿越期间为直流母线(2)提供支撑，保证所有负载电路的供电。同时满足了逆变器对供电***的两个特殊需求，充分发挥了储能元件在不同工况下的利用率。
2)当发生低电压穿越，交流输入电压下降到隔离变换装置(1)的动作门槛值，隔离变换装置(1)停止输出时，本发明方案通过放电元件(9)向直流母线(2)快速放电，可以迅速支撑直流母线电压，保障所有负载电路的供电连续性。
3)在供电***启动或储能元件(7)的电压下降时，本发明通过限流元件(8)给储能元件(7)缓慢充电，有效的限制了***功率，降低设备成本。
4)本发明方案可取代UPS，减小了整个逆变器设备的成本，同时省去UPS可为逆变器节省空间，减小了设备体积。
5)本发明方案储能元件采用电容，与UPS方案的电池相比寿命更长，更加环保，维护成本更低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例一种电路结构图；
图3为本发明的储能元件充电示意图；
图4为本发明的储能元件在正常工作状态下向负载供电示意图；
图5为本发明的储能元件在低电压穿越状态下向负载供电示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明公开一种逆变器辅助电源供电***，包括隔离变换装置(1)、直流母线(2)、储能电路(3)、两组负载电路(4)。
其中，储能电路(3)包括储能元件(7)、限流元件(8)、放电元件(9)；两组负载电路(4)中：第一负载电路(5)为小功率普通负载，第二负载电路(6)为大功率冲击性负载。
本发明设置储能电路(3)，既能解决大功率冲击性负载的电源容量需求问题，减小供电***容量从而降低电源成本；又能保证低电压穿越期间控制***供电的持续性。同时，本发明通过限流元件(8)给储能元件(7)缓慢充电，从而限制***功率；通过放电元件(9)向直流母线(2)快速放电，从而保障其它负载电路的供电连续性。
以图2所示为例，本发明公开的一种逆变器供电***其使用方法如下：
电源***从交流侧取电，经开关(10)、变压器(11)、AC/DC整流器(12)、DC/DC变换器(13)后，以设定的工作电压汇入直流母线(2)。
其中，开关(10)控制供电***的启动和停止；变压器(11)将电网电压隔离变换成交流电；AC/DC整流器(12)通过不控整流或者PFC整流将交流电变换成直流电；DC/DC变换器(13)将整流器(12)输出电压转换成设定的直流电汇入直流母线(2)。
后级负载电路分两个部分：第一负载电路(5)为小功率普通负载，第二负载电路(6)为大功率冲击性负载。
第一负载电路(5)：从直流母线上取电，直接给控制、监测等装置供电；或经DC/DC(14)变换为合适的直流电给驱动、风机、采样、开关量信号等元件供电。
第二负载电路(6)：从直线母线上取电，通过储能电路(3)给接触器线圈等大功率冲击性负载供电。
储能电路(3)由储能电容C1、限流电阻R1、放电二极管D1组成。其工作状态如下：
1)***启动时，AC/DC(12)、DC/DC(13)启动并通过限流电阻R1给储能电容C1缓慢充电，从而限制***功率。如图3所示。
2)当第二负载电路(6)的接触器线圈等大功率冲击性负载需要瞬态大功率时，直接从储能电容C1上抽取能量，储能电容容量大，因而电压不会大幅跌落。如图4所示。
3)储能电容C1能量损失后再通过限流电阻R1从直流母线(2)上取电补充能量。
4)当发生低电压穿越，交流输入电压低于门槛值(30％额定电压)时，AC/DC(12)、DC/DC(13)停止向直流母线(2)提供能量，直流母线电压开始降低，储能电容C1一方面提供接触器线圈较小的维持功率、另一方面通过二极管D1向直流母线(2)快速放电，维持直流母线电压，保证第一负 载电路(5)的正常工作。如图5所示。
5)低电压穿越结束后AC/DC(12)、DC/DC(13)重新启动，再通过限流电阻R1给储能电容C1补充能量。 
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于，所述***包括隔离变换装置(1)、直流母线(2)、储能电路(3)、两组负载电路(4)；所述隔离变换装置(1)一侧与交流输入连接，另一侧与直流母线(2)连接，第一负载电路(5)与直流母线(2)连接，第二负载电路(6)通过储能电路与直流母线(2)连接。
2.如权利要求1所述的一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于：所述储能电路(3)包括储能元件(7)、限流元件(8)、放电元件(9)；所述限流元件和放电元件并联后连接到储能元件。
3.如权利要求1所述的一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于：所述隔离变换装置(1)由开关(10)、变压器(11)、整流器(12)、DC/DC变换器(13)依次连接组合而成。
4.如权利要求1所述的一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于：所述两组负载电路(4)中，第一负载电路(5)为小功率普通负载；第二负载电路(6)为大功率冲击性负载。
5.如权利要求2所述的一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于：所述储能元件(7)至少包含1个电容。
6.如权利要求2所述的一种逆变器辅助电源供电***，其特征在于：所述限流元件(8)至少包含1个电阻。
7.如权利要求2所述的，其特征在于：所述放电元件(9)至少包含1个二极管。
8.一种使用如权利要求1所述电源供电***的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-交流输入经过隔离变换装置(1)以设定电压汇入直流母线(2)，
-第一负载电路(5)直接从直流母线上(2)取电，
-直流母线(2)通过限流元件(8)给储能元件(7)充电，储能元件(7)给第二负载电路(6)供电，抑制直流母线(2)的电压波动，
-当发生低电压穿越，交流输入电压下降到隔离变换装置(1)的动作门槛值以下时，隔离变换装置(1)停止输出，储能元件(7)继续给第二负载电路(6)供电，同时通过放电元件(9)快速给直流母线(2)供电，维持第一负载电路(5)的运行。
9.如权利要求8所述的使用如权利要求1所述电源供电***的方法，其特征在于，所述隔离变换装置(1)的动作门槛值范围为正常工作电压的20％-60％。
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