专利名称：电力电子设备的辅助供电系统及方法
技术领域：
本发明涉及供电系统及方法，尤其涉及一种电力电子设备的辅助供电系统及方法。
背景技术：
UPS(不间断电源)是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源。其主要利用电池等储能装置在停电时给计算机、服务器、存储设备、通信网络系统或工业控制系统等提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压稳频后供应给负载使用；当市电中断(如事故停电)时，UPS立即将储能装置(如电池组) 的电能，通过逆变的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并做相应的保护。
目前风力发电和太阳能发电系统中，对于核心控制器部分(如发电系统主控制器或者变流器核心控制器)、监控通讯系统或其他交流供电的重要设备大都利用UPS作为保护用的后备电源。图1以现有的风力发电逆变器为例，示出了其辅助供电系统的电路示意图。在该辅助供电系统中，变压器20的输入端接入电网10，输出端与UPS 70连接；而且，母线直流电阻40还需要与母线放电电阻80并联，以解决母线放电问题。电网10正常工作时， 变压器20将电网10输入的高压电(一般为690vac线电压)转换为低压(一般为380Vac 线电压)，然后UPS 70的输入取自变压器20的输出相电压(230Vac)，输出给单板电源板供电。当发生电网10掉电时，UPS 70内的电池放电，维持系统单板电源的供电，从而保持监控及通讯的正常。但是，风力发电系统和太阳能发电系统所处的环境大都比较恶劣，对于后备保护电源的要求比较高，因此，UPS 70的选取原则上需要满足工业应用的工业级产品；与此同时，风力发电系统和太阳能发电系统的核心控制器和监控通讯设备所需的容量都比较小，一般为几百到上千瓦特，因此，对后备电源的容量需求较小。而受成本、市场的影响，目前小容量的UPS多为商业级产品，其在性能和设计上难以满足恶劣工作环境的需求。另外， 作为UPS储能的电池是个故障率极高，而且在高温、低温、高海拔等恶劣环境极易损坏的部件，这导致UPS在正常使用时几乎每三年就要更换一次，使得成本提高。
另一方面，在现有的风力发电系统和太阳能系统的低电压穿越过程中，利用UPS 70给核心控制器、监控通讯部分和其它交流供电的重要设备提供电能，使得系统能够顺利通过低电压穿越。然而，在没有UPS 70的情况下，如果接触器需要满足在电网10跌落的情况下也可以正常工作而不断开，则系统需要选用直流接触器。具体如图2所示，当电网10 发生故障断开时，为了维持直流接触器的供电以及防止系统单板电源的输出掉电，需要使用直流接触器12，同时在辅助电源板200的输出端增加超大容量的直流电容11，。但是直流接触器不是常规的物料，成本会高些，而且直流接触器在闭合瞬间控制线包的电流较大。发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中在电力电子设备的辅助供电系统中因采用UPS而造成成本高且可靠性和利用率低的缺陷，提供一种电力电子设备的辅助供电系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种电力电子设备的辅助供电系统，包括
电网；
接入所述电网的网侧变换器；以及
直流母线电容，所述直流母线电容的两端分别与从所述网侧变换器输出的直流母线的两极连接；
其中，所述辅助供电系统还包括DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的输入端分别与所述直流母线的两极连接。
在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统中，所述辅助供电系统还包括与所述DC/AC逆变器的输出端连接的辅助电源板。
在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统中，所述辅助供电系统还包括与所述DC/AC逆变器的输出端连接的交流接触器。
在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统中，所述电力电子设备为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
本发明还提供了一种电力电子设备的辅助供电方法，包括
网侧变换器将电网输出的三相交流电转换为直流电后从直流母线输出；
当所述电网正常工作时，通过所述直流母线对直流母线电容充电，以及DC/AC逆变器从所述直流母线取电，逆变稳压后以输出供电；
当所述电网断开时，所述直流母线电容对所述DC/AC逆变器放电，所述DC/AC逆变器将从所述直流母线电容接收的电能逆变稳压后以输出供电。
在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电方法中，所述DC/AC逆变器将接收的电能逆变稳压后以输出至辅助电源板。
在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电方法中，所述DC/AC逆变器将接收的电能逆变稳压后以输出至交流接触器。
在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电方法中，所述电力电子设备为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
本发明产生的有益效果是在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统中，省去了现有的辅助供电系统中需要设置的变压器和UPS，通过在直流母线的两极接入 DC/AC逆变器即可实现在电网正常工作时从直流目前直接取电，逆变稳压后输出供电；在电网断开时，通过与之并联的直流母线电容放电，将直流母线电容上的储能逆变稳压后输出供电。因为利用母线电容的储能，替代了常规设计中可靠性和利用率不高的UPS，使得整机的可靠性和利用率均提升，对于整机而言在空间和成本上都有较大优势。另外，由于从变流器的直流母线取电，使得变流器的母线放电问题变得更简单，不再需要并联母线放电电阻，同时成本更低。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1是现有技术中电力电子设备的辅助供电系统在选用UPS时的电路结构示意图2是现有技术中电力电子设备的辅助供电系统在不选用UPS时的电路结构示意图3是依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统的电路结构示意图； 图4是依据本发明第一实施例的电力电子设备的辅助供电系统的电路结构示意图5是依据本发明第二实施例的电力电子设备的辅助供电系统的电路结构示意具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图3示出了依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统的电路结构示意图，该电力电子设备可以是风力发电变流器或太阳能发电逆变器。如图3所示，该电力电子设备的辅助供电系统包括电网10、网侧变换器30以及直流母线电容40。其中，网侧变换器 30的输入端接入电网10，从而将从电网10输入的三相交流电转换成直流电，并通过直流母线100将转换的直流电输出。直流母线电容40的两端分别与从网侧变换器30输出的直流母线100的两极连接，即直流母线电容40并联接入在直流母线100的两极。该电力电子设备的辅助供电系统还包括DC/AC逆变器90，该DC/AC逆变器90的输入端的两极分别与直流母线100的两极连接，即通过直流母线100与直流母线电容40形成并联连接。在本发明的实施例中，该DC/AC逆变器90的输出端可与辅助电源板200、安全装置400 (诸如核心控制器和监控通信设备等)和/或其它重要的交流设备500连接。
下面将以本发明的第一实施例来描述辅助供电系统及供电方法，如图4所示，该 DC/AC逆变器90的输出端与辅助电源板200连接。在实际工作过程中，当电网10正常工作时，直流母线100两极输出通过网侧变换器30转换的直流电。在电流输出过程中，一方面可通过直流母线100对接入到直流母线100两极间的直流母线电容40进行充电；另一方面，接入到直流母线100两极的DC/AC逆变器90直接从直流母线100取电，将输入的电能进行逆变稳压后形成稳定的交流电以输出至辅助电源板200进行供电。
当电网10停止工作时，例如因故障而断开时，网侧变换器30的电力输入断开。因为直流母线电容40和DC/AC逆变器90并联在直流母线100的两极上，此时，在电网10正常工作过程中已经充好电的直流母线电容40开始对DC/AC逆变器90进行充电。DC/AC逆变器90将从直流母线电容40接收的电能(直流电)逆变稳压后形成稳定的交流电以输出至辅助电源板200进行供电，从而可以维持辅助电源板200的正常工作，使得系统能够顺利地完成掉电后的保护和监控通讯功能。
在本发明的第二实施例中，DC/AC逆变器90的输出端不再连接辅助电源板200，而是连接交流接触器300，具体如图5所示。具体工作过程中，在电网10正常工作时，即单板供电系统处于工作状态时，DC/AC逆变器90从直流母线100取电，将网侧变换器30转换的直流电逆变稳压后输出给交流接触器300以进行供电。当电网10断开时，DC/AC逆变器90利用直流母线电容40的储能维持逆变输出电压，从而保证交流接触器300的正常工作。在该电力电子设备的辅助供电系统中，即使没有UPS，也不需要使用直流接触器，使用常规的交流接触器即可。
应当了解的是，上述的第一实施例和第二实施例仅用作描述本发明，并不是对本发明的限制，在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统中，DC/AC逆变器90的输出端也可同时与辅助电源板200和交流接触器300连接，或者还与其它重要的交流设备连接。
从以上可以看出，在依据本发明实施例的电力电子设备的辅助供电系统及方法中，省去了现有的辅助供电系统中需要设置的变压器和UPS，通过在直流母线的两极接入 DC/AC逆变器即可实现在电网正常工作时从直流母线直接取电，逆变稳压后输出供电；在电网断开时，通过与之并联的直流母线电容放电，将直流母线电容上的储能逆变稳压后输出供电，从而实现了电力电子设备电网停电后的机组保护和短时监控通讯。综上所述，因为利用母线电容的储能，替代了常规设计中可靠性和利用率不高的UPS，使得整机的可靠性和利用率均得到提升，对于整机而言在空间和成本上都有较大优势。另外，由于从变流器的直流母线取电，使得变流器的母线放电问题变得更简单，不再需要并联母线放电电阻，同时成本更低。与此同时，利用直流母线电容的储能，使得低压穿越过程中的交流接触器供电问题得以解决，即使不使用UPS，也可以不使用昂贵的直流接触器，进一步降低了成本。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种电力电子设备的辅助供电系统，包括电网；接入所述电网的网侧变换器；以及直流母线电容，所述直流母线电容的两端分别与从所述网侧变换器输出的直流母线的两极连接；其特征在于，所述辅助供电系统还包括DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的输入端分别与所述直流母线的两极连接。
2.根据权利要求1所述的电力电子设备的辅助供电系统，其特征在于，所述辅助供电系统还包括与所述DC/AC逆变器的输出端连接的辅助电源板。
3.根据权利要求1所述的电力电子设备的辅助供电系统，其特征在于，所述辅助供电系统还包括与所述DC/AC逆变器的输出端连接的交流接触器。
4.根据权利要求1所述的电力电子设备的辅助供电系统，其特征在于，所述电力电子设备为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
5.一种电力电子设备的辅助供电方法，其特征在于，包括网侧变换器将电网输出的三相交流电转换为直流电后从直流母线输出；当所述电网正常工作时，通过所述直流母线对直流母线电容充电，以及DC/AC逆变器从所述直流母线取电，逆变稳压后以输出供电；当所述电网断开时，所述直流母线电容对所述DC/AC逆变器放电，所述DC/AC逆变器将从所述直流母线电容接收的电能逆变稳压后以输出供电。
6.根据权利要求5所述的电力电子设备的辅助供电方法，其特征在于，所述DC/AC逆变器将接收的电能逆变稳压后以输出至辅助电源板。
7.根据权利要求5所述的电力电子设备的辅助供电方法，其特征在于，所述DC/AC逆变器将接收的电能逆变稳压后以输出至交流接触器。
8.根据权利要求5所述的电力电子设备的辅助供电方法，其特征在于，所述电力电子设备为风力发电变流器或太阳能发电逆变器。
全文摘要
本发明公开了一种电力电子设备的辅助供电系统，包括电网、接入电网的网侧变换器和直流母线电容，直流母线电容的两端与从网侧变换器输出的直流母线连接；辅助供电系统还包括DC/AC逆变器，其输入端分别与所述直流母线两极连接。本发明还提供了一种电力电子设备的辅助供电方法，包括网侧变换器将电网输出的三相交流电转换为直流电后从直流母线输出；电网正常工作时，通过直流母线对直流母线电容充电，DC/AC逆变器从直流母线取电，逆变稳压后输出供电；电网断开时，直流母线电容对DC/AC逆变器放电，DC/AC逆变器将接收的电能逆变稳压后输出供电。因为省去了变压器和UPS，降低了成本且提高了整机的可靠性和利用率。
文档编号H02J15/00GK102522808SQ20111041416
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者周党生, 宋建波, 曾建友, 盛小军 申请人:深圳市禾望电气有限公司