CN106100102A - 智能供电切换装置、应用该装置的供电***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能供电切换装置、应用该装置的供电***及控制方法，包括切换策略产生模块、直流测量模块、交流测量模块、复合切换模块，所述切换策略产生模块分别连接并控制所述直流测量模块、交流测量模块与复合切换模块，所述复合切换模块连接所述交流测量模块。本发明的有益效果是，实现离网太阳能逆变器与市电的无忧切换，确保用电安全，同时，提高太阳能的利用率，节约能源。

Description

智能供电切换装置、应用该装置的供电***及控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电、供电领域，尤其涉及一种智能供电切换装置、应用该装置的供电***及控制方法。
背景技术
并网太阳能逆变器功率大，技术复杂，受现行政策和电网安全等技术手段限制，太阳能逆变器并网条件较为苛刻，一般要经电网部门论证和审批。中小容量的太阳能逆变器，即使带“并网接口”，在相当长的一段时期内，还做不到“即插即用”。与之相对应的离网型逆变器一般功率小，价格低，一般用于无市电的场景，如庭院、景观照明，公园、公路、市政设施等，且配备不同容量的蓄电池。
近些年，为增加可靠性和更好地利用清洁能源，在有市电的区域，也大量使用离网太阳能逆变器。因逆变器本身不具备并网功能(或并网条件)，多采用将负载与市电隔离，然后靠类似于“双投开关”的方式人为切换。
这种切换会带来两个问题：其一，会使电力瞬时中断。除照明、加热型负载外，由人为切换电力瞬时中断是不能忍受的。例如，掉电会造成电视、微机、监控设备、转机设备的复位停机。其二，人为切换无法实现太阳能、蓄电池与市电的优化。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种智能供电切换装置及应用该装置的供电***，解决现有离网太阳能供电与市电不能无间断切换的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种智能供电切换装置，包括
切换策略产生模块，其为根据当前用电功率、负载性质、电池容量等诸多要素，产生切换的策略，发出切换指令，保持与后台进行数据交互；
直流测量模块，主要是对蓄电池***的电源电压、电流进行测量，分析是充电状态还是放电状态，计算当前蓄电池的荷电容量；
交流测量模块，主要是负载的电压、电流、功率进行测量；
复合切换模块，其由电力电子器件与功率继电器接点相结合的切换，所述复合切换模块充分利用电子元件的快速性和功率继电器接点的低损耗性实现互补切换；
所述切换策略产生模块分别连接并控制所述直流测量模块、交流测量模块与复合切换模块，所述复合切换模块连接所述交流测量模块。
进一步地，所述切换策略产生模块还连接触控显示模块，以通过外设的操作控制装置与显示装置实现操作、显示***状态。
进一步地，所述切换策略产生模块还连接有测温控制模块，其用于检测应用***中的外部元件的工作状态以发出控制指令。
进一步地，所述切换策略产生模块还连接有网络通讯模块，其能够将所述切换策略产生模块的信息通过网络传输至移动设备，实现远程控制。
进一步地，所述网络通信模块包括Wifi模块、3G模块、4G模块、蓝牙模块或Zigbee模块中的至少一种。
一种供电***，所述供电***包括光伏板、蓄电池、逆变器、智能供电切换装置、市电输出端以及用户负载，所述光伏板依次连接所述蓄电池与逆变器，所述逆变器的输出端与市电输出端均连接所述智能供电切换装置，所述智能供电切换装置的输出端连接所述用户负载。
进一步地，所述蓄电池还连接分流器，所述分流器分别连接所述光伏板与逆变器。
进一步地，所述智能供电切换装置好连接有远程通讯装置。
一种控制方法，包括
切换指令生成，所述切换策略产生模块接收采集来自交流测量模块、直流测量模块的数据，根据当前状态的优选条件和限制条件，决定是否产生复合切换指令；
选择优先级，在所述蓄电池容量在上限值以上时，采用储能优先；
当蓄电池容量有一定的存储空间时，采用太阳能优先，有利于充分利用太阳能；
当上述条件均不满足时，采用人为切换以最终达到供电***稳定运行；
复合切换的时序，其按固定的时序进行的，时序决定了各电力电子元件、功率继电器的导通时间，最终实现离网太阳能逆变器端与市电输出端的准确、无忧切换。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用智能控制以及电子元件与功率继电器的结合应用，实现离网太阳能与市电无间断切换，保证用户负载的用电安全；
2、控制灵活，多种切换策略供选择，完全能够做到在保证供电安全可靠的前提下充分使用太阳能，节约能源。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种智能供电切换装置的内部控制方框图；
图2是本发明实施例提供的一种应用智能供电切换装置的供电***的线路方框图；
图3是本发明实施例提供的一种智能供电切换装置的控制方式指令方框图。
图中：1、切换策略产生模块；2、直流测量模块；3、交流测量模块；4、复合切换模块；5、触控显示模块；6、测温控制模块；7、网络通讯模块；8、光伏板；9、蓄电池；10、逆变器；11、市电输出端；12、用户负载；13、分流器；14、远程通讯装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-图3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，仅仅表示本发明的选定实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，图1为本发明智能供电切换装置的内部控制方框图，图2为本发明应用智能供电切换装置的供电***的线路方框图，图3为本发明的智能供电切换装置的控制方式指令方框图。
其中，为了清晰地表述供电***的整体应用图示，故图中省略逆变器、蓄电池分别与测温控制模块的的线路连接。可知的，逆变器、蓄电池分别与测温控制模块之间的线路连接关系均为现有技术中为公众所熟知的技术内容。
如图1-图3所示，图1为本发明智能供电切换装置的内部控制方框图，图2为本发明应用智能供电切换装置的供电***的线路方框图，图3为本发明的智能供电切换装置的控制方式指令方框图。
其中，为了清晰地表述供电***的整体应用图示，故图中省略逆变器、蓄电池9分别与测温控制模块6的线路连接。可知的，逆变器、蓄电池9分别与测温控制模块6之间的线路连接关系均为现有技术中为公众所熟知的技术内容。
实施例1：
如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的一种智能供电切换装置，包括
切换策略产生模块1，其为根据当前用电功率、负载性质、电池容量等诸多要素，产生切换的策略，发出切换指令，保持与后台进行数据交互；
直流测量模块2，主要是对蓄电池9***的电源电压、电流进行测量，分析是充电状态还是放电状态，计算当前蓄电池9的荷电容量；
交流测量模块3，主要是负载的电压、电流、功率进行测量；
复合切换模块4，其由电力电子器件与功率继电器接点相结合的切换，所述复合切换模块4充分利用电子元件的快速性和功率继电器接点的低损耗性实现互补切换；
切换策略产生模块1分别连接并控制直流测量模块2、交流测量模块3与复合切换模块4，所述复合切换模块4连接所述交流测量模块3。
作为进一步优选地实施方式，切换策略产生模块1还连接触控显示模块5，以通过外设的操作控制装置与显示装置实现操作、显示***状态。
作为更进一步优选地实施方式，切换策略产生模块1还连接有测温控制模块6，其用于检测应用***中的外部元件的工作状态以发出控制指令。
其中，测温控制模块6由一组接在端子上的Pt100测温传感器和一组开关量无源输入点组成，即接收温度和开关信号。其通过测量电池组温度和逆变器的状态实现对电池容量的精确测量；根据逆变器的状态信号(例如工作或故障)来决定智能供电切换装置是否执行进行离网太阳能与市电之间切换的动作指令。其一，一个开接点表示逆变器已经稳定工作在逆变状态，具备向逆变器侧切换的必要条件；其二，逆变器故障，无条件切换到市电侧。
作为进一步优选地实施方式，切换策略产生模块1还连接有网络通讯模块7，其能够将所述切换策略产生模块1的信息通过网络传输至移动设备，实现远程控制。
其中，网络通信模块包括Wifi模块、3G模块、4G模块、蓝牙模块或Zigbee模块中的至少一种。
实施例2：
如图2所示，图2使出了本发明应用智能供电切换装置的供电***，所述供电***包括光伏板8、蓄电池9、逆变器10、智能供电切换装置、市电输出端11以及用户负载12，光伏板8依次连接所述蓄电池9与逆变器，逆变器10的输出端与市电输出端11均连接智能供电切换装置，智能供电切换装置的输出端连接用户负载12。
其中智能供电切换装置中的复合切换模块4包括两个输入端，分别接入离网太阳能逆变器端与市电输出端11，通过电力电子器件与功率继电器接点相结合以及直流测量模块2与交流测量模块3针对***电量测量值的共同作用实现准确、无忧切换。
作为进一步优选地实施方式，蓄电池9还连接分流器13，所述分流器13分别连接所述光伏板8与逆变器。
其中，分流器13是用来测量***中的电流的元件，其主要目的有二：其一，用来测量充放电电流，已能够更直观的显示蓄电池9的状态；其二，标定工作状态和计算直流功率和电池输出能量(电量)，依次可以直观统计太阳能的利用率与实际节电量。
更优选地，智能供电切换装置好连接有远程通讯装置14，其为供电***的远程后台接收端，主要与远网络讯模块对接。
实施例3：
如图3所示，图3是本发明智能切换装置执行元件的控制方法，包括
切换指令生成，切换策略产生模块1接收采集来自交流测量模块3、直流测量模块2的数据，根据当前状态的优选条件和限制条件，决定是否产生复合切换指令；
选择优先级，在所述蓄电池9容量在上限值以上时，采用储能优先；
当蓄电池9容量有一定的存储空间时，采用太阳能优先，有利于充分利用太阳能；
当上述条件均不满足时，采用人为切换以最终达到供电***稳定运行；
复合切换的时序，其按固定的时序进行的，时序决定了各电力电子元件、功率继电器的导通时间，最终实现离网太阳能逆变器端与市电输出端11的准确、无忧切换。
其中，如下表中由市电运行切换至逆变器输出执行过程表明本发明的执行的控制方式：
状态动作情况 保持时间 说明
市电稳态运行
合市电复合切换电子开关 T1 大于0.5秒
断市电复合切换继电器 T2 大于1.5秒
断市电复合切换电子开关 &T 小于30毫秒
合逆变器复合切换电子开关 T3 大于0.5秒
合逆变器复合切换继电器 T4 大于1.5秒
断逆变器复合切换电子开关 完成复合切换
其中，表中的反序过程即为有离网太阳能逆变器切换至市电的输出执行过程，数据表明，本发明的切换时间小于30ms，完全实现无忧切换，保证负载的正常运行。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种智能供电切换装置，其特征在于：包括
切换策略产生模块，其为根据当前用电功率、负载性质、电池容量等诸多要素，产生切换的策略，发出切换指令，保持与后台进行数据交互；
直流测量模块，主要是对蓄电池***的电源电压、电流进行测量，分析是充电状态还是放电状态，计算当前蓄电池的荷电容量；
交流测量模块，主要是负载的电压、电流、功率进行测量；
复合切换模块，其由电力电子器件与功率继电器接点相结合的切换，所述复合切换模块充分利用电子元件的快速性和功率继电器接点的低损耗性实现互补切换；
所述切换策略产生模块分别连接并控制所述直流测量模块、交流测量模块与复合切换模块，所述复合切换模块连接所述交流测量模块。
2.如权利要求1所述的智能供电切换装置，其特征在于：所述切换策略产生模块还连接触控显示模块，以通过外设的操作控制装置与显示装置实现操作、显示***状态。
3.如权利要求1所述的智能供电切换装置，其特征在于：所述切换策略产生模块还连接有测温控制模块，其用于检测应用***中的外部元件的工作状态以发出控制指令。
4.如权利要求2所述的智能供电切换装置，其特征在于：所述切换策略产生模块还连接有网络通讯模块，其能够将所述切换策略产生模块的信息通过网络传输至移动设备，实现远程控制。
5.如权利要求4所述的智能供电切换装置，其特征在于：所述网络通信模块包括Wifi模块、3G模块、4G模块、蓝牙模块或Zigbee模块中的至少一种。
6.一种应用权利要求1所述的智能供电切换装置的供电***，其特征在于：所述供电***包括光伏板、蓄电池、逆变器、智能供电切换装置、市电输出端以及用户负载，所述光伏板依次连接所述蓄电池与逆变器，所述逆变器的输出端与市电输出端均连接所述智能供电切换装置，所述智能供电切换装置的输出端连接所述用户负载。
7.如权利要求6所述的供电***，其特征在于：所述蓄电池还连接分流器，所述分流器分别连接所述光伏板与逆变器。
8.如权利要求6所述的供电***，其特征在于：所述智能供电切换装置好连接有远程通讯装置。
9.一种智能供电切换装置在供电***应用中的控制方法，其特征在于：包括
切换指令生成，所述切换策略产生模块接收采集来自交流测量模块、直流测量模块的数据，根据当前状态的优选条件和限制条件，决定是否产生复合切换指令；
选择优先级，在所述蓄电池容量在上限值以上时，采用储能优先；
当蓄电池容量有一定的存储空间时，采用太阳能优先，有利于充分利用太阳能；
当上述条件均不满足时，采用人为切换以最终达到供电***稳定运行；
复合切换的时序，其按固定的时序进行的，时序决定了各电力电子元件、功率继电器的导通时间，最终实现离网太阳能逆变器端与市电输出端的准确、无忧切换。
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