CN105244884A - 一种柔性接入智能家居接口 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性接入智能家居接口，直流输入换流器的交流进线端连接配电网，两条直流出线端经由第一组直流断路器连接正负直流母线的前端，DC接口的两个进线端经由第二组直流断路器连接在正负直流母线上，DG接口的两个出线端经由第三组直流断路器连接在正负直流母线上；交流输出换流器包括三台相互并联的单相交流输出换流器，每台单相交流输出换流器的两个进线端经由第四组直流断路器连接于正负直流母线的末端，出线端连接到AC接口；本发明实现智能家居接口的通用化和标准化，提供多种安全、灵活、可靠的供电方式，方便储能电池、中小型太阳能光伏电池、中小型风力发电机并网，利于环境的友好发展。

Description

一种柔性接入智能家居接口
技术领域
本发明属于电力、电力电子及自动化控制及家居接口技术领域，尤其涉及一种柔性接入智能家居接口。
背景技术
近年来，分布式发电技术因其具有能源利用率高、环境负面影响小、可提高能源供应可靠性等优势，将成为未来世界能源技术发展的重要方向之一。同时，以家庭为单位的小容量光伏、风力等分布式电源发展迅猛，这既利于发展清洁能源，也更为方便地为家庭用户提供直流用电。
随着未来电源的多样化，人们家居生活的转型升级，越来越多的高科技电子设备走进家家户户，各类低压交直流接口必然需要实现通用化和标准化，这不但有利于分布式发电的推广，并且可以避免电源厂家不正确的运行方式，有利于即插即用等功能的实现，这样不但便于电力用户更安全、高效的用电，而且提高了***的可靠性。
众所周知，许多家庭用电器均是经过整流之后使用直流电工作，在交流供电***下，大大小小的电源适配器随处可见，这不仅增加了设备制造成本，其空间占用也给人们带来诸多不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种柔性接入智能家居接口，以实现智能家居接口的通用化和标准化，根据电力用户的不同用电需求，提供多种安全、灵活、可靠的供电方式，并且方便储能电池、中小型太阳能光伏电池、中小型风力发电机并网，为电力用户节省用电成本的同时，也缓解了能源紧张的状况，利于环境的友好发展。
本发明技术方案：
一种柔性接入智能家居接口，它包括直流输入换流器，直流输入换流器的交流进线端连接配电网，两条直流出线端经由第一组直流断路器连接到正负直流母线上，DC接口的两个进线端经由第二组直流断路器连接在正负直流母线上，DG接口的两个出线端经由第三组直流断路器连接在正负直流母线上；每台单相交流输出换流器的两个进线端经由第四组直流断路器连接于正负直流母线的末端，出线端连接到AC接口。
所述直流输入换流器包括进线断路器和三组交流进线电抗器，进线断路器的输出端连接三组交流进线电抗器，三组交流进线电抗器的输出端连接三相全桥直流输入换流电路，所述三相全桥直流输入换流电路由三个单相桥臂组成，每个单相桥臂均由两个反并联二极管功率开关器件串接而成，共六个反并联二极管功率开关器件，在交流侧，三个单相桥臂中部的连线上按对应相分别接入三个交流进线电抗器，在直流侧，三个单向桥臂的上端汇合为一条直流出线，下端汇合为另一个直流出线，两条直流出线之间连接有第一直流电容。
所述正负直流母线上连接有一个以上DC接口和DG接口，DC接口的正负出线接口连接有储能电池、直流负荷，DG接口的正负出线接口连接光伏设备和风电设备。
所述DC接口包括直流负载DL接口和蓄电池DB接口，直流负载DL接口包括一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第二组直流断路器正负进线之间接入两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第二组直流断路器的其中一个出线端形成用于连接直流设备的正负出线接口；蓄电池DB接口包括另一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第二组直流断路器的正负出线之间接入该组两个反并联二极管后串接的功率开关器件，在该组两个反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，直流平波电抗器的进线端和第二组直流断路器的其中一个出线端形成用于连接蓄电池的正负出线接口，电池Battery侧设有一个稳压电容。
所述DG接口包括光伏PV接口和风电WP接口，所述光伏PV接口包括一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第三组直流断路器的正负进线之间接入该组两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，直流平波电抗器的进线端和第三组直流断路器的其中一个进线端形成用于连接光伏设备的正负进线接口；风电WP接口包括另一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第三组直流断路器的正负进线之间接入该组两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第三组直流断路器的其中一个进线端形成用于连接风电设备的正负进线接口。
所述AC接口包括交流负载AL接口和并网GC接口，交流负载AL接口包括第五组交流断路器，第五组交流断路器与出线电感连接；并网GC接口包括第六组交流断路器，第六组交流断路器与出线电感连接。
所述DC接口内部集成信息采集模块和处理模块，对挂接负载、蓄电池充电量数据进行采集和处理并做出决策，将决策信息发送到并网接口。
AL接口内部集成信息采集模块和处理模块，对挂接负载数据进行采集和处理并做出决策，将决策信息发送到并网接口。
GC接口内部集成信息接收模块，接收从DC接口和AL接口发送的决策信息，并根据决策信息控制并网接口内部开关的通断。
本发明的有益效果：
本发明为用户提供综合性多功能低压配电接口终端，同时兼容三相配网、分布式电源（风光互补***）、大容量蓄电池，既满足了用户对交直流电能的需求，又可实现并网，将电能回馈到电网。
实现智能家居接口的通用化和标准化，即插即用，省去了直流电源适配器等设备，极大程度地开发了直流环节的利用率，方便用户对各种交直流设备的使用；同时，在直流环节加入分布式风光电源，在天气条件满足的情况下，可实现电力用户对电力需求的自给自足；而且，在分布式风光电源发电充足的情况下，多余的电能可以由蓄电池进行储存或输送到电网，提高电能的利用率，减少能源浪费。
附图说明
图1是本发明的***构成图；
图2是本发明实施例直流输入换流器结构示意图；
图3是本发明实施例DC接口结构示意图；
图4为本发明实施例DG接口结构示意图；
图5为本发明实施例交流输出换流器结构示意图；
图6为本发明实施例AC接口结构示意图。
具体实施方式
一种柔性接入智能家居接口（见图1），它包括直流输入换流器，直流输入换流器的交流进线端连接配电网，两条直流出线端经由第一组直流断路器连接到正负直流母线的前端，也就是进线端，DC接口的两个进线端经由第二组直流断路器连接在正负直流母线上，DG接口的两个出线端经由第三组直流断路器连接在正负直流母线上；交流输出换流器包括三台相互并联的单相交流输出换流器，每台单相交流输出换流器的两个进线端经由第四组直流断路器连接于正负直流母线的末端，出线端连接到AC接口。
所述直流输入换流器（见图2）包括进线断路器和三组交流进线电抗器，进线断路器的输出端连接三组交流进线电抗器的输入端，三组交流进线电抗器的输出端连接三相全桥直流输入换流电路，所述三相全桥直流输入换流电路由三个单相桥臂组成，每个单相桥臂均由两个反并联二极管功率开关器件串接而成，共六个反并联二极管功率开关器件，在交流侧，三个单相桥臂中部的连线上按对应相分别接入三个交流进线电抗器，在直流侧，三个单向桥臂的上端汇合为一条直流出线，下端汇合为另一个直流出线，两条直流出线之间连接有第一直流电容，两条直流出线经由第一组直流断路器连接正负直流母线的前端也就是进线端。
本发明直流输入换流器接线及工作原理：反并联二极管功率开关器件与组成A相桥臂，反并联二极管功率开关器件位于上桥臂，反并联二极管功率开关器件位于下桥臂，A相交流进线电抗器与反并联二极管功率开关器件与的中点即A相桥臂中点相连接；反并联二极管功率开关器件与组成B相桥臂，反并联二极管功率开关器件位于上桥臂，反并联二极管功率开关器件位于下桥臂，B相交流进线电抗器与反并联二极管功率开关器件与的中点即B相桥臂中点相连接；反并联二极管功率开关器件与组成C相桥臂，反并联二极管功率开关器件位于上桥臂，反并联二极管功率开关器件位于下桥臂，C相交流进线电抗器与反并联二极管功率开关器件与的中点即C相桥臂中点相连接；直流电容器与三相桥臂相并联，换流断路器控制网侧换流器与直流线路的通断。
所述正负直流母线上连接有一个以上DC接口和DG接口，DC接口的正负出线接口连接有储能电池、直流负荷，DG接口的正负出线接口可连接光伏设备和风电设备。
所述DC接口（见图3）包括直流负载DL接口和蓄电池DB接口，直流负载DL接口包括一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第二组直流断路器正负进线之间接入两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第二组直流断路器的其中一个出线端形成用于连接直流设备的正负出线接口；蓄电池DB接口包括另一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第二组直流断路器的正负出线之间接入该组两个反并联二极管后串接的功率开关器件，在该组两个反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第二组直流断路器的其中一个出线端形成用于连接蓄电池的正负出线接口，同时，电池Battery侧跨接一个稳压电容。
所述DG接口（见图4）包括光伏PV接口和风电WP接口，所述光伏PV接口包括一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第三组直流断路器的正负进线之间接入该组两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，直流平波电抗器的进线端和第三组直流断路器的其中一个进线端形成用于连接光伏设备的正负进线接口；风电WP接口包括另一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第三组直流断路器的正负进线之间接入该组两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第三组直流断路器的其中一个进线端形成用于连接风电设备的正负进线接口，风电需要接入WP接口时，如果风电设备输出的是直流电则直接接入，如果风电设备输出的是交流电，则需接入一个三相换流器将其交流电变为直流后再接入WP接口。
交流输出换流器（见图5）包括换流断路器，反并联二极管的功率开关器件，直流电容器，交流出线电抗器组成三个单相交流输出换流器构成，所述单相交流输出换流器包括两个并联连接于第四组直流断路器的正负出线间的桥臂，每个桥臂均由两个反并联二极管功率开关器件串接而成，一个桥臂的中部引出线之间串接有出线电感，另一个桥臂的中部引出线与其余两个单相交流输出换流器的各自一个桥臂的中部引出线连接，形成三相四线制结构，并在第四组直流断路器的正负出线之间连接有第二直流电容。
所述AC接口（见图6）包括交流负载AL接口和并网GC接口，交流负载AL接口包括第五组交流断路器，第五组交流断路器与出线电感连接；并网GC接口包括第六组交流断路器，第六组交流断路器与出线电感连接。
所述DC接口内部集成信息采集模块和处理模块，对挂接负载、蓄电池充电量数据进行进行采集和处理并做出决策，将决策信息发送到并网接口，决定是否并网。
AL接口内部集成信息采集模块和处理模块，对挂接负载数据进行采集和处理并做出决策，将决策信息发送到并网接口，决定是否并网。
GC接口内部集成信息接收模块，接收从DC接口和AL接口发送的决策信息，并根据决策信息控制并网接口内部开关的通断。
本发明直流输入换流器向DC接口设备供能原理：
***控制断开，切除直流侧所有DG接口设备和交流输出换流器，配电网供给DC接口上的直流负载电能，同时为蓄电池充电。此时，蓄电池正在电量充足的情况下，既可以直接用来供电，也可以作为备用电源，在意外事故发生或者紧急需求供电的情况下，储能电池可以随时地供电，保证了供电的持续性、可靠性。
本发明DG接口挂接风光电源向DC接口设备供能原理：
***控制断开，切除直流输入换流器，控制断开，切除交流输出换流器的三台单相交流换流器，在DG接口中，接入分布式光伏电源和风力电源。在DC接口中，接入直流负载和蓄电池，分布式光伏和风力电源同时为直流负载和蓄电池供电。蓄电池储能后，在天气条件较差导致分布式光伏和风力电源发电不足的情况下，继续为本地负载提供电能，保证经济效益最大化。
本发明交流输出换流器带交直流设备原理：
***控制第三组直流断路器断开，切除DG接口，控制直流断路器断开，切除GC接口，配电网通过直流输入换流器连接DC接口，再通过交流输出换流器连接AL接口。
蓄电池作为后备电源接入***，在正常情况下，配电网在为交直流负载供能的同时也为蓄电池供能；当配电网无法正常运行时，蓄电池可以继续为交直流负载供能，保证电能的持续供应。
本发明DG接口挂接风光电源向DC接口设备和AL接口设备供能原理：
***控制第一组直流断路器断开，切除直流输入换流器，直流母线上接有DG接口和DC接口，交流输出换流器出线端接有AL接口。
在天气条件满足的情况下，电力用户可以脱离配电网，由分布式风光电源独立供电。这样，电力用户可以节省一定的用电费用，实现用电的自给自足。同时，蓄电池储存分布式风光电源的发出的电能，蓄电池既可以为交直流负载供电，也可以作为后备电源保证供电的稳定性和可靠性。
本发明DG接口挂接风光电源向DC接口设备和AC接口设备供能原理：***控制第一组直流断路器断开，切除直流输入换流器，其中，直流母线上接有DG接口和DC接口，交流输出换流器出线端接有AL接口和GC接口。DG接口、DC接口和AL接口与附图6的结构和原理相同，GC接口与AL接口并联，GC接口进线通过交流断路器和滤波电抗器接到交流输出换流器输出端，电网接在GC接口出线上。
在分布式光伏电源发电量充足且有剩余的情况下，DC接口、AL接口的信息模块收集到相关信息，然后发出并网决策指令，最后由GC接口内的信息模块收集该并网决策指令，完成并网操作，实现能量的高效利用。这样，电力用户既节省了用电费用，也可以售电给供电公司，而且节约能源。同时，蓄电池储存分布式风光电源的发出的电能，蓄电池既可以为交直流负载供电，也可以作为后备电源保证供电的稳定性和可靠性。
本发明蓄电池向交直流负载供能原理：
***控制直流断路器断开，切除直流输入换流器，控制直流断路器断开，切除DG接口设备，控制直流断路器断开，切除GC接口电网，直流母线上接有DC接口，交流输出换流器出线接有AL接口。
在最坏情况（电网断电、天气条件差）下，蓄电池可以继续为交直流负载供电，保证电能的持续供应，不影响电力用户的用电需求，提高了灵活性和可靠性。

Claims (9)

1.一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：它包括直流输入换流器，直流输入换流器的交流进线端连接配电网，两条直流出线端经由第一组直流断路器连接到正负直流母线上，DC接口的两个进线端经由第二组直流断路器连接在正负直流母线上，DG接口的两个出线端经由第三组直流断路器连接在正负直流母线上；每台单相交流输出换流器的两个进线端经由第四组直流断路器连接于正负直流母线的末端，出线端连接到AC接口。
2.根据权利要求1所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：所述直流输入换流器包括进线断路器和三组交流进线电抗器，进线断路器的输出端连接三组交流进线电抗器，三组交流进线电抗器的输出端连接三相全桥直流输入换流电路，所述三相全桥直流输入换流电路由三个单相桥臂组成，每个单相桥臂均由两个反并联二极管功率开关器件串接而成，共六个反并联二极管功率开关器件，在交流侧，三个单相桥臂中部的连线上按对应相分别接入三个交流进线电抗器，在直流侧，三个单向桥臂的上端汇合为一条直流出线，下端汇合为另一个直流出线，两条直流出线之间连接有第一直流电容。
3.根据权利要求1所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：所述正负直流母线上连接有一个以上DC接口和DG接口，DC接口的正负出线接口连接有储能电池、直流负荷，DG接口的正负出线接口连接光伏设备和风电设备。
4.根据权利要求1所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：所述DC接口包括直流负载DL接口和蓄电池DB接口，直流负载DL接口包括一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第二组直流断路器正负进线之间接入两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第二组直流断路器的其中一个出线端形成用于连接直流设备的正负出线接口；蓄电池DB接口包括另一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第二组直流断路器的正负出线之间接入该组两个反并联二极管后串接的功率开关器件，在该组两个反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，直流平波电抗器的进线端和第二组直流断路器的其中一个出线端形成用于连接蓄电池的正负出线接口，电池Battery侧设有一个稳压电容。
5.根据权利要求1所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：所述DG接口包括光伏PV接口和风电WP接口，所述光伏PV接口包括一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第三组直流断路器的正负进线之间接入该组两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，直流平波电抗器的进线端和第三组直流断路器的其中一个进线端形成用于连接光伏设备的正负进线接口；风电WP接口包括另一组两个串接的反并联二极管功率开关器件，第三组直流断路器的正负进线之间接入该组两个串接的反并联二极管功率开关器件，在该组两个串接的反并联二极管功率开关器件的中部连线上接入直流平波电抗器，该直流平波电抗器的进线端和第三组直流断路器的其中一个进线端形成用于连接风电设备的正负进线接口。
6.根据权利要求1所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：所述AC接口包括交流负载AL接口和并网GC接口，交流负载AL接口包括第五组交流断路器，第五组交流断路器与出线电感连接；并网GC接口包括第六组交流断路器，第六组交流断路器与出线电感连接。
7.根据权利要求1所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：所述DC接口内部集成信息采集模块和处理模块，对挂接负载、蓄电池充电量数据进行采集和处理并做出决策，将决策信息发送到并网接口。
8.根据权利要求7所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：AL接口内部集成信息采集模块和处理模块，对挂接负载数据进行采集和处理并做出决策，将决策信息发送到并网接口。
9.根据权利要求7所述的一种柔性接入智能家居接口，其特征在于：GC接口内部集成信息接收模块，接收从DC接口和AL接口发送的决策信息，并根据决策信息控制并网接口内部开关的通断。
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