CN103066677A

CN103066677A - 一种自适应性混合供电系统

Info

Publication number: CN103066677A
Application number: CN2013100431972A
Authority: CN
Inventors: 刘庆
Original assignee: GUANGZHOU JUNDA INTELLIGENT SOFTWARE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU JUNDA INTELLIGENT SOFTWARE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种自适应性混合供电系统，包括：电源模块、负载模块、连接所述电源模块及负载模块的直流母线、中心控制器；所述电源模块包括主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元中的任意一种或几种组合，所述主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元的输出分别连接在所述直流母线上；所述中心控制器控制主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元输出直流电源至所述直流母线以给所述负载模块供电。采用本发明，引入直流总线模式，将不同电源模块所产生的直流电在中心控制器的控制下馈入到直流母线上。中心控制器对各供电单元的供电量进行控制，根据实际需求在配电输入端增加供电单元以替代市电。

Description

一种自适应性混合供电系统

技术领域

本发明涉及一种供电系统，尤其涉及一种自适应性混合供电系统。

背景技术

由于新能源技术的发展，以及整个社会对清洁能源，可再生能源的诉求，目前太阳能，风力发电技术已经得到了长足的发展并且开始得到了广泛的应用。同时，由于供电条件诸多因素，也有众多的企业开始配置自己的发电机电源后备系统，以满足自身企业的电力需求。

UPS( Uninterruptible Power Supply），即不间断电源。目前，UPS已经得到了广泛的应用，UPS利用整流器，电池组，逆变器的配合，结合电池组的蓄能实现电力的持续供给，在有市电时市电通过整流器对蓄电池充电存储电能，当需要的时候电池放电通过逆变器还原成交流电为负载供电。相应的，常用方案主要包括并网发电方案及离网逆变一体供电方案。

并网发电方案：将风能、太阳能等所产生的电能通过并网逆变器转换成电能，并按照电网的要求指标将电能直接输送到电网中。但是，并网发电的要求和成本高，必须从技术上严格保证输出，跟踪电网的频率、相位和幅值，必须通过电网公司的认可且受电网公司的统一调度才能上网，一般只适合大规模的发电场合。

离网逆变一体供电方案：采用太阳能、风能给电池组充电，同时通过离网逆变器输出供电，当发电量大于用电量时，自动给电池组充电，当发电量少于用电量时，电池组放电，不需要跟踪电网的变化，而是直接按照负载要求直接提供对应的电源。但是，离网逆变方案中，对于离网逆变器和电网只能执行二选一的模式，只能通过切换的方式，选择全部通过市电供电，或者通过太阳能和电池组逆变供电。

另外，目前所有的混合/备用供电方案及设备中，都普遍存在着以下不足：当有扩展供电渠道（比如太阳能/风能发电，内燃机发电）及市电同时存在的情况下，无法同时使用，无法动态分配输入能源比例，无法有效的利用扩展供电渠道；对于目前太阳能离网供电应用中，太阳能发电和电池组构成了供电的主体，当太阳能发电量大于负载时会对电池充电，当太阳能发电量小于负载时电池组则放电，一旦电池组放尽，则逆变器会直接转向旁路模式，直接将负载转接到市电中，太阳能发电量全部用于电池充电，将导致电池组的深度循环使用，降低电池组的寿命；当用户配置了发电机时，用户的发电机必须按照负载进行配置，对负载设备进行必要的分组，从而带来配电的复杂性，即使用户有多台发电机，也无法轻易胜任对同一个负载的合并供电；当用户存在着多条供电线路，但是每条线路的容量均受限时，目前必须认为的对负载进行线路的划分，人为的分割成两个乃至多个供电子系统，而无法实现多条供电线路能量的聚合供电；当用户有多条供电线路，但是每条供电线路电量价格存在差异，或者用电时段的电量价格差异时，用户无法动态的选择最经济的线路供电；当发电系统处于并网模式时，一旦主网断电，发电系统一般也会终止供电，从而无法为用户提供持续的能源。因此，出现上述诸多情况，其根本原因都在于目前的供电系统均采用了主供和备用模式，只是在主备之间，或者多路输入之间切换，而无法动态的实现动态电能获取，也无法有效的利用供电配置。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种自适应性混合供电系统，采用直流总线模式，将不同电源模块所产生的直流电在中心控制器的控制下馈入到直流母线上，直流母线可直接为直流负载供电，也可以通过逆变器从直流母线获取稳定的直流电源，逆变产生交流电为交流负载供电。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种自适应性混合供电系统，电源模块、负载模块、连接所述电源模块及负载模块的直流母线、中心控制器；所述电源模块包括主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元中的任意一种或几种组合，所述主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元的输出分别连接在所述直流母线上；所述中心控制器控制主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元输出直流电源至所述直流母线以给所述负载模块供电。

作为上述方案的改进，所述中心控制器控制所述主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元分别以恒压模式、恒功率模式、恒流模式、最大功率模式及最大电流模式中的任意一种模式输出直流电源至所述直流母线。

作为上述方案的改进，所述电网供电单元包括电网及智能整流装置，所述电网通过所述智能整流装置输出直流电源至所述直流母线。

作为上述方案的改进，所述备用供电单元包括火力发电机及智能整流装置，所述火力发电机通过所述智能整流装置输出直流电源至所述直流母线。

作为上述方案的改进，所述智能整流装置包括输入滤波器、整流子单元、输出滤波器、电流检测器；所述整流子单元为可控硅整流器、IGBT整流器、PWM控制装置中的任意一种；所述PWM控制装置包括PWM控制电路及隔离变压器。

作为上述方案的改进，所述主供电单元包括发电机及MPPT控制器，所述发电机通过所述MPPT控制器输出直流电源至所述直流母线；所述发电机为太阳能发电机或风力发电机。

作为上述方案的改进，所述负载模块为直流负载，所述直流负载连接在所述直流母线上。

作为上述方案的改进，所述负载模块为交流负载，所述交流负载通过逆变器连接在所述直流母线上。

作为上述方案的改进，所述中心控制器上设有继电器控制接口以触发所述备用供电单元。

作为上述方案的改进，所述中心控制器上还设有RS232及RS485通讯接口，所述中心控制器通过所述RS232及RS485通讯接口控制主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

自适应性混合供电系统采用直流总线模式，将不同供电单元（主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元、备用供电单元等）所产生的直流电在中心控制器的控制下馈入到直流母线上。直流母线可直接为直流负载供电，也可以通过逆变器从直流母线获取稳定的直流电源，逆变产生交流电为交流负载供电。

另外，中心控制器对各供电单元的供电量进行智能化的管理，动态的控制，而不是采用简单的切换模式，可有效的推动太阳能、风力发电的应用效果，用户不需要配置足够的新能源发电装置及足够的电池组才能享受到新能源的益处，而是可以分期投资，分阶段的增加太阳能、风能发电量，逐步替代市电，从而获取更好的经济效益和社会效益。同时，供电改造不影响用户的供电线路，不需要对原来的负载做任何调整和再分配，直接在配电输入端增加供电单元即可，还具备的不间断电源的功能，具有供电可靠性和持久性。

附图说明

图1是本发明自适应性混合供电系统的结构示意图；

图2是本发明自适应性混合供电系统的另一结构示意图；

图3是本发明自适应性混合供电系统中电网供电单元的结构示意图；

图4是本发明自适应性混合供电系统中电网供电单元的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

图1是本发明自适应性混合供电系统的结构示意图，如图1所示，自适应性混合供电系统包括电源模块1、负载模块3、连接所述电源模块1及负载模块3的直流母线2、中心控制器4。

其中，所述电源模块1包括主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14中的任意一种或几种组合，所述供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14的数量可以为一个或多个。所述主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14的输出分别连接在所述直流母线上2。

所述中心控制器4控制主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14输出直流电源至所述直流母线2以给所述负载模块3供电。

需要说明的是，自适应性混合供电系统采用直流总线模式，将电源模块1所产生的直流电在中心控制器4的控制下馈入到直流母线2上。同时，电源模块1中的主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14相互独立，用户可根据实际情况在自适应性混合供电系统中设置任意类型及数量的供电单元。相应地，供电改造（增加或减少供电单元）不影响用户的供电线路，不需要对原来的负载做任何调整和再分配，只需直接在直流母线2的输入端增加或减少供电单元即可。

更佳地，所述中心控制器4控制所述主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14分别以恒压模式、恒功率模式、恒流模式、最大功率模式及最大电流模式中的任意一种模式输出直流电源至所述直流母线2。

需要说明的是，中心控制器4可调整各供电单元的功率分配。中心控制器4实时汇总所有主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14、直流母线2、负载模块3的运行数据，并根据用户设置的电源模块1中各供电单元的工作模式（如恒压模式、恒功率模式、恒流模式、最大功率模式及最大电流模式等），控制各供电单元及直流母线2的工作状态。

例如，某自适应性混合供电系统中包括主供电单元A1、电网供电单元A2、直流母线B、负载模块C、中心控制器D。用户可通过中心控制器D设置主供电单元A1采用最大功率模式供电，电网供电单元A2采用恒压模式供电。工作时，在中心控制器D的控制下主供电单元A1保持最大功率输出，将发电量最大限度地输出至直流母线B中，向负载模块C进行供电，相应地，电网供电单元A2工作在恒压模式下。当主供电单元A1发电量不足时，主供电单元A1提供到直流母线B的电流会减小，电压略有下降，此时，电网供电单元A2在恒压模式下，其输出功率会自动提高，从而增加电网供电单元A2的输入功率；当主供电单元A1发电量提高时，使主供电单元A1提供到直流母线B的电流增大，电压略有上升，此时，电网供电单元A2在恒压模式下，其输出功率会自动减少直至完全关闭。因此，可实现某供电单元的优先使用，同时，保证负载模块C的正常工作。

图2是本发明自适应性混合供电系统的另一结构示意图。

如图2所示，所述主供电单元11包括发电机111及MPPT控制器112，所述发电机111通过所述MPPT控制器112输出直流电源至所述直流母线2。

需要说明的是，所述发电机111为太阳能发电机或风力发电机。

优先地，所述主供电单元11采用最大功率模式，在中心控制器4的控制下实时将太阳能发电机或风力发电机所产生的电量通过MPPT控制器112，最大限度地输出至所述直流母线2中。

同时，所述电网供电单元12包括电网121及智能整流装置122，所述电网121通过所述智能整流装置122输出直流电源至所述直流母线2。

优先地，所述电网供电单元12采用恒压模式，在中心控制器4的控制下，智能整流装置122实时根据直流母线2的电压情况调节电网121的输入功率，使直流母线2的电压保持恒定。

同时，所述备用供电单元14包括火力发电机141及智能整流装置142，所述火力发电机141通过所述智能整流装置输142出直流电源至所述直流母线2。

优先地，所述备用供电单元14采用最大功率模式（或者恒功率模式），在中心控制器4的控制下，智能整流装置142实时调节火力发电机141的输入功率。

例如，某自适应性混合供电系统中包括主供电单元（太阳能发电机、MPPT控制器）、电网供电单元（电网、智能整流装置）、直流母线、负载模块、中心控制器。用户可通过中心控制器设置主供电单元采用最大功率模式供电，电网供电单元采用恒压模式供电。工作时，太阳能发电机通过MPPT控制器采用MPPT技术将发电量最大限度地输出至直流母线中，相应地，电网供电单元作为补充运行模式工作在恒压模式下。当太阳能发电机的发电量不足时，MPPT控制器会使提供到直流母线的电流减小，导致电压略有下降，此时，智能整流装置在恒压模式下，其输出功率会自动提高，从而增加电网的输入功率；当太阳能发电机的发电量提高时，MPPT控制器会使调高太阳能发电机的输出电流，增大提供到直流母线的功率，使直流母线的电压略有上升，此时，智能整流装置会自动减少电网输入的电流直至完全关闭。

例如，用户有自己的备用供电单元（火力发电机、智能整流装置A），而使用备用供电单元进行发电的成本低于电网供电单元（电网、智能整流装置B）的购电成本。此时，可通过中心控制器设置连接火力发电机的智能整流装置A进入最大功率模式，连接电网的智能整流器B进入恒压输出工作模式。当火力发电机发电充裕时，由于智能整流器A的作用，会使直流母线电压略有上升，而智能整流器B工作在恒压模式下，则输出功率会呈规律的减少直至关闭，从而最大限度的较少来自电网的耗能。

另外，当除蓄电池单元13外所有的供电单元均中断后，由于蓄电池单元13直接并联在直流母线2上，当直流母线2的电压低于蓄电池单元13中的蓄电池电压时，蓄电池则自动进入放电模式，从而维持输出直流电源；当有其他供电单元在工作时，直流电压若高于蓄电池，则蓄电池进入充电状态。从而实现不间断电源的功能，是自适应性混合供电系统具有供电可靠性和持久性。

更佳地，所述中心控制器4上设有继电器控制接口以触发所述备用供电单元14。当某一路或者多路的供电单元的供电不足，可以通过该继电器控制接口触发备用供电单元14进行供电。

当电源模块1中含有主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14等多路供电单元时，可通过中心控制器4对各供电单元进行控制。

例如，主供电单元11采用最大功率模式工作，电网供电单元12采用恒压模式工作，备用供电单元14采用采用最大功率进行工作且需要继电器控制接口进行触发。工作时，主供电单元11及电网供电单元12分别在预设的模式下工作，当主供电单元11及电网供电单元12供电不足时，中心控制器4上的继电器控制接口触发备用供电单元14进行供电，但是，当主供电单元11、电网供电单元12、备用供电单元14均中断时，蓄电池单元13则自动进入放电模式，从而维持对负载的供电。

需要说明的是，所述智能整流装置122及智能整流装置142的结构相同，所述智能整流装置122包括输入滤波器1221、整流子单元、输出滤波器1224、电流检测器1223。

更佳地，所述整流子单元为可控硅整流器1226、IGBT整流器、PWM控制装置中的任意一种，其中，所述PWM控制装置包括PWM控制电路1222及隔离变压器1225。

需要说明的是，采用功率可控的整流器（可控硅整流器1226、IGBT整流器）可有效实现AC/DC变换；同时，采用脉宽调制的方式（PWM控制装置）也可以有效实现功率可控的DC/DC变换，将输出汇总到直流母线2中。

图3是本发明自适应性混合供电系统中电网供电单元的结构示意图。

当选用PWM控制装置时，输出电压、电流会被采样反馈到PWM控制电路1222中，PWM控制电路1222与中心控制器4提供的基准值进行比较，调整PWM的占空比达到调整输出电压的目的，从而使输出电压严格遵循中心控制器4中所设置的模式的要求。

当选用可控硅整流器1226时，输出电压、电流会被采样反馈到可控硅整流器1226中，可控硅整流器1226与中心控制器4提供的基准值进行比较，调整输出电压，从而使输出电压严格遵循中心控制器4中所设置的模式的要求。

如图2所示，所述负载模块3可以为直流负载33，所述直流负载33连接在所述直流母线2上。

更佳地，所述负载模块3还可以为交流负载32，所述交流负载32通过逆变器31连接在所述直流母线2上。

更佳地，所述中心控制器上4还设有RS232及RS485通讯接口，所述中心控制器4通过所述RS232及RS485通讯接口控制主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13及备用供电单元14。

需要说明的是，中心控制器4通过RS232及RS485通讯接口采集所有智能整流器及MPPT控制器112的运行数据（包括输入电压，输入电流，输入功率，输出电压，输出电流，输出功率等参数），直流母线2的电压，逆变器31工作状态（输入电流，输出电压，输出电流等参数），并将采集到的数据进行汇总。另外，用户可以通过设置中心控制器4任何一路供电单元的工作模式（如恒压模式、恒功率模式、恒流模式、最大功率模式及最大电流模式等），中心控制器4根据用户设置的工作模式，控制各供电单元及直流母线2的工作状态。相应地，在恒功率模式下，用户可设置具体的功率数值，而对于任何一路供电单元，均可以设置输入最大功率或者最大输出电流。

因此，在有太阳能、风力发电机时，可以构建主供电单元11，采用最大功率模式，优先使用太阳能风能，功率不足的部分可以通过设置从电网供电单元12、蓄电池单元13获取，从而可以最大化的利用清洁能源。同时，如果有多路供电单元，可以优先使用成本较低的供电单元进行电源，以降低能耗成本，但是如果多路供电单元有不同的容量限制，可以通过设置有选择的汇集电能，从而有效的利用供电配置容量。另外，当存在多路供电单元时，任何一路中断，通过中心控制器自动的重新调配输入能量，从而实现不间断电源的功能。而当电网中断时，可由蓄电池单元13放电以提供确实的能量，维持负载正常运行，当蓄电池单元13容量不足时，可根据实现需要动态启动备用供电单元14。通过这样的设计，用户可以充分利用扩展渠道发电，包括自建的太阳能，风力等主供电单元，控制能耗成本。

由上可知，自适应性混合供电系统采用直流总线模式，将不同供电单元（主供电单元11、电网供电单元12、蓄电池单元13、备用供电单元14等）所产生的直流电在中心控制器4的控制下馈入到直流母线2上。直流母线2可直接为直流负载33供电，也可以通过逆变器31从直流母线2获取稳定的直流电源，逆变产生交流电为交流负载32供电。另外，在中心控制器4中引入了电流反馈机制，增加了继电器控制接口、RS232及RS485通讯接口，对各供电单元的供电量进行智能化的管理，动态的控制，而不是采用简单的切换模式，使供电单元在中心控制器4的控制下按照特定模式进行工作，可有效的推动太阳能、风力发电的应用效果，用户不需要配置足够的新能源发电装置及足够的电池组才能享受到新能源的益处，而是直接在原来的基础上增配，可以分期投资，分阶段的增加太阳能、风能发电量，逐步替代市电，从而获取更好的经济效益和社会效益。同时，供电改造不影响用户的供电线路，不需要对原来的负载做任何调整和再分配，直接在配电输入端增加供电单元即可。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种自适应性混合供电系统，其特征在于，包括电源模块、负载模块、连接所述电源模块及负载模块的直流母线、中心控制器；

所述电源模块包括主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元中的任意一种或几种组合，所述主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元的输出分别连接在所述直流母线上；

所述中心控制器控制主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元输出直流电源至所述直流母线以给所述负载模块供电。

2.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述中心控制器控制所述主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元分别以恒压模式、恒功率模式、恒流模式、最大功率模式及最大电流模式中的任意一种模式输出直流电源至所述直流母线。

3.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述电网供电单元包括电网及智能整流装置，所述电网通过所述智能整流装置输出直流电源至所述直流母线。

4.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述备用供电单元包括火力发电机及智能整流装置，所述火力发电机通过所述智能整流装置输出直流电源至所述直流母线。

5.如权利要求3或4所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述智能整流装置包括输入滤波器、整流子单元、输出滤波器、电流检测器；

所述整流子单元为可控硅整流器、IGBT整流器、PWM控制装置中的任意一种；

所述PWM控制装置包括PWM控制电路及隔离变压器。

6.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述主供电单元包括发电机及MPPT控制器，所述发电机通过所述MPPT控制器输出直流电源至所述直流母线；

所述发电机为太阳能发电机或风力发电机。

7.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述负载模块为直流负载，所述直流负载连接在所述直流母线上。

8.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述负载模块为交流负载，所述交流负载通过逆变器连接在所述直流母线上。

9.如权利要求1所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述中心控制器上设有继电器控制接口以触发所述备用供电单元。

10.如权利要求1~9任一项所述的自适应性混合供电系统，其特征在于，所述中心控制器上还设有RS232及RS485通讯接口，所述中心控制器通过所述RS232及RS485通讯接口控制主供电单元、电网供电单元、蓄电池单元及备用供电单元。