光储离心机系统及用电设备的制作方法

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种光储离心机系统及用电设备。


背景技术：

2.光储离心机系统接入有储能电池，主要功能为在电网掉后，光储离心机能够通过储能放电保障机组继续运行。例如，现有技术中可以将光储离心机系统应用在空调中，当电网掉电时，利用储存的电能保证空调能够继续运行。
3.但是，目前的光储离心机系统功能非常单一，仅有以上所指出的为所在用电设备供电的功能。


技术实现要素：

4.本技术提供一种光储离心机系统及用电设备，以解决目前的光储离心机系统功能非常单一的问题。
5.本技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供一种光储离心机系统，其应用于用电设备中，用于在交流电网通电时储存电能，且在交流电网掉电时基于储存的电能为所述用电设备或外部负载供电，所述系统包括：
7.整流模块、逆变模块、储能模块、滤波模块、第一切换开关和第二切换开关；其中，所述第一切换开关和所述第二切换开关均包括一个输入端和两个输出端；
8.所述整流模块的输入端连接交流电网，输出端与所述逆变模块的输入端相连接，用于将交流电转换为直流电；
9.所述逆变模块的输出端与所述第一切换开关的输入端相连接，控制端输入控制信号，用于根据输入的控制信号输出直流电或交流电；
10.所述储能模块与所述整流模块的出端相连接，用于储存所述整流模块输出的直流电，以及将储存的直流电向所述逆变模块输出；
11.所述第一切换开关的第一输出端与所述用电设备的电机负载相连接，第二输出端与所述滤波模块的一端相连接，且所述第一切换开关能够切换为仅第一输出端与输入端导通，或仅第二输出端与输入端导通；
12.所述滤波模块的另一端与所述第二切换开关的输入端相连接，且所述第二切换开关能够切换为仅第一输出端与输入端导通，用于为外部的直流负载供电，或切换为仅第二输出端与输入端导通，用于为外部的交流负载供电。
13.可选的，所述整流模块包括：
14.由igbt和与igbt并联的续流二极管组成的第一igbt模块、第二igbt模块、第三igbt模块、第四igbt模块、第五igbt模块和第六igbt模块；其中，
15.所述第一igbt模块的第一端与所述第二igbt模块的第二端均与交流电网的a相端相连接；
16.所述第三igbt模块的第一端与所述第四igbt模块的第二端均与交流电网的b相端相连接；
17.所述第五igbt模块的第一端与所述第六igbt模块的第二端均与交流电网的c相端相连接；
18.所述第一igbt模块的第二端、所述第三igbt模块的第二端和所述第五igbt模块的第二端均与所述储能模块的正极端相连接；
19.所述第二igbt模块的第一端、所述第四igbt模块的第一端和所述第六igbt模块的第一端均与所述储能模块的负极端相连接。
20.可选的，所述逆变模块包括：
21.由igbt和与igbt并联的续流二极管组成的第七igbt模块、第八igbt模块、第九igbt模块、第十igbt模块、第十一igbt模块和第十二igbt模块；其中，
22.所述第七igbt模块的第一端与所述第八igbt模块的第二端相连接作为a相输出端；
23.所述第九igbt模块的第一端与所述第十igbt模块的第二端相连接作为b相输出端；
24.所述第十一igbt模块的第一端与所述第十二igbt模块的第二端相连接作为c相输出端；
25.所述第七igbt模块的第二端、所述第九igbt模块的第二端和所述第十一igbt模块的第二端均与所述储能模块的正极端相连接；
26.所述第八igbt模块的第一端、所述第十igbt模块的第一端和所述第十二igbt模块的第一端均与所述储能模块的负极端相连接。
27.可选的，所述系统还包括母线电容；所述母线电容的一端与所述储能模块的正极端相连接，另一端与所述储能模块的负极端相连接。
28.可选的，所述储能模块包括储能电池。
29.可选的，所述滤波模块为lc滤波模块。
30.可选的，所述lc滤波模块包括：
31.第四电感、第五电感、第六电感、第二电容、第三电容和第四电容；其中，
32.所述第四电感、所述第五电感和所述第六电感分别串联在a相输出端、b相输出端和c相输出端上；
33.所述第二电容的一端与所述第四电感的一端相连接，另一端接地；
34.所述第三电容的一端与所述第五电感的一端相连接，另一端接地；
35.所述第四电容的一端与所述第六电感的一端相连接，另一端接地。
36.可选的，所述系统还包括控制模块；
37.所述控制模块与所述逆变模块的控制端相连接，用于输出控制信号。
38.第二方面，本技术实施例还提供一种用电设备，其设置有如第一方面任一项所述的光储离心机系统。
39.可选的，所述用电设备为空调。
40.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
41.本技术的实施例提供的技术方案中，在现有光储离心机系统的基础上，增加滤波
模块、第一切换开关和第二切换开关，从而可以基于第一切换开关选择利用光储离心机系统为用电设备自身供电或将光储离心机系统作为备用电源为外部的负载供电，当为外部的负载供电时，可以通过滤波模块进行滤波，并且可以基于第二切换开关选择为直流负载供电或者为交流负载供电。也即，通过切换开关的模式选择，拓展了光储离心机系统的应用功能，使得在电网断电情况下，通过模式切换能够实现用电设备的本身功能、交流电源和直流电源三种运行模式。
42.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
44.图1为现有的光储离心机系统的原理图；
45.图2为本技术实施例提供的光储离心机系统的原理图；
46.图3为本技术实施例提供的光储离心机系统的电气拓扑图；
47.图4为本技术实施例提供的光储离心机系统的电机控制实现图；
48.图5为本技术实施例提供的光储离心机系统的交流电源输出控制实现图；
49.图6为本技术实施例提供的光储离心机系统的直流电源输出控制实现图；
50.图7为本技术实施例提供的光储离心机系统的直流电源降压输出原理图；
51.图8为本技术实施例提供的光储离心机系统的直流电源升压输出原理图。
具体实施方式
52.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
53.为了使本技术的技术方案更容易理解，首先对现有技术中的光储离心机系统进行简单说明。
54.参照图1，图1为现有的光储离心机系统的原理图。如图1所示，现有光储离心机系统主要包括整流模块1、逆变模块2和储能模块3，其中，整流模块1连接交流电网，对交流电进行整流得到直流电，得到的直流电一部分被储能模块3存储，另一部分经逆变模块2再次逆变为交流电后为用电设备的电机负载供电，以实现用电设备的功能(比如用电设备可以为空调)，而当电网掉电后，由于整流模块1不再有输入，因此也没有输出，此时储能模块3存储出的直流电能开始输出，经逆变模块2逆变为交流电后为用电设备的电机负载供电，从而使用电设备继续运行。
55.但是，实际应用中，当电网掉电后，用户对用电设备本身的使用需求可能会降低，也即不会利用储能模块3存储的电能继续使用电设备保持运行。这种情况下，储能模块3存储的电能不能为用户提供更多功能，也就是说，其功能非常单一。
56.基于上述问题，本技术提供一种改进后的光储离心机系统以及包含其的用电设
备，以对其功能进行扩展。以下通过实施例进行详细说明。
57.实施例
58.参照图2，图2为本技术实施例提供的光储离心机系统的原理图。该光储离心机系统同样应用于用电设备中，在交流电网通电时储存电能，且在交流电网掉电时基于储存的电能为所述用电设备或外部负载供电。
59.如图2所示，本技术实施例提供的改进后的光储离心机系统包括：
60.整流模块1、逆变模块2、储能模块3、滤波模块4、第一切换开关5和第二切换开关6；其中，第一切换开关5和第二切换开关6均包括一个输入端和两个输出端；整流模块1、逆变模块2和储能模块3与现有的光储离心机系统的相同模块类似，也即，整流模块1的输入端连接交流电网，输出端与逆变模块2的输入端相连接，用于将交流电转换为直流电；逆变模块2用于将直流电转换为交流电；储能模块3与整流模块1的出端相连接，用于储存整流模块1输出的直流电，以及将储存的直流电向逆变模块2输出；
61.在此基础上，逆变模块2的输出端与第一切换开关5的输入端相连接，控制端(图中未示出)输入控制信号，用于根据输入的控制信号输出直流电或交流电；第一切换开关5的第一输出端与用电设备的电机负载相连接，第二输出端与滤波模块4的一端相连接，且第一切换开关5能够切换为仅第一输出端与输入端导通，或仅第二输出端与输入端导通；滤波模块4的另一端与第二切换开关6的输入端相连接，且第二切换开关6能够切换为仅第一输出端与输入端导通，用于为外部的直流负载供电，或切换为仅第二输出端与输入端导通，用于为外部的交流负载供电。
62.如此，在电网掉电后，当第一切换开关5切换为仅第一输出端与输入端导通时，储能模块3通过逆变模块2继续为用电设备的电机负载供电，此时与现有光储离心机系统的作用完全一致；而当第一切换开关5切换为仅第二输出端与输入端导通，且第二切换开关6切换为仅第一输出端与输入端导通时，逆变模块2根据控制信号不对储能模块3释放的直流电进行逆变，而是直接输出直流电，从而为外部连接的直流负载供电，此时光储离心机系统作为直流备用电源使用；而当第一切换开关5切换为仅第二输出端与输入端导通，且第二切换开关6切换为仅第二输出端与输入端导通时，逆变模块2根据控制信号对储能模块3释放的直流电进行逆变，得到交流电，从而为外部连接的交流负载供电，此时光储离心机系统作为交流备用电源使用。其中，滤波模块4的作用是，在光储离心机系统作为备用电源使用时对其输出进行滤波，以保证电源输出的稳定性。
63.可见，上述技术方案中，在现有光储离心机系统的基础上，增加滤波模块、第一切换开关和第二切换开关，从而可以基于第一切换开关选择利用光储离心机系统为用电设备自身供电或将光储离心机系统作为备用电源为外部的负载供电，当为外部的负载供电时，可以通过滤波模块进行滤波，并且可以基于第二切换开关选择为直流负载供电或者为交流负载供电。也即，通过切换开关的模式选择，拓展了光储离心机系统的应用功能，使得在电网断电情况下，通过模式切换能够实现用电设备的本身功能、交流电源和直流电源三种运行模式。
64.为了使本技术的技术方案更清楚，以下通过一个具体实施例进行进一步说明。
65.参照图3，图3为本技术实施例提供的光储离心机系统的电气拓扑图。
66.如图3所示，整流模块1包括：由igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘
栅双极型晶体管)和与igbt并联的续流二极管组成的第一igbt模块q1、第二igbt模块q2、第三igbt模块q3、第四igbt模块q4、第五igbt模块q5和第六igbt模块q6；其中，
67.第一igbt模块q1的第一端(发射极e)与第二igbt模块q2的第二端(集电极c)均与交流电网的a相端相连接；
68.第三igbt模块q3的第一端与第四igbt模块q4的第二端均与交流电网的b相端相连接；
69.第五igbt模块q5的第一端与第六igbt模块q6的第二端均与交流电网的c相端相连接；
70.第一igbt模块q1的第二端、第三igbt模块q3的第二端和第五igbt模块q5的第二端均与储能模块3的正极端相连接；
71.第二igbt模块q2的第一端、第四igbt模块q4的第一端和第六igbt模块q6的第一端均与储能模块3的负极端相连接。
72.在此基础上，逆变模块2包括：由igbt和与igbt并联的续流二极管组成的第七igbt模块q7、第八igbt模块q8、第九igbt模块q9、第十igbt模块q10、第十一igbt模块q11和第十二igbt模块q12；其中，
73.第七igbt模块q7的第一端与第八igbt模块q8的第二端相连接作为a相输出端；
74.第九igbt模块q9的第一端与第十igbt模块q10的第二端相连接作为b相输出端；
75.第十一igbt模块q11的第一端与第十二igbt模块q12的第二端相连接作为c相输出端；
76.第七igbt模块q7的第二端、第九igbt模块q9的第二端和第十一igbt模块q11的第二端均与储能模块3的正极端相连接；
77.第八igbt模块q8的第一端、第十igbt模块q10的第一端和第十二igbt模块q12的第一端均与储能模块3的负极端相连接。
78.需要说明的是，以上所给出的整流模块1和逆变模块2的电路拓扑图仅是示例性的，而不能看作对本技术的限制，也就是说，光储离心机系统中也可以采用其他电路结构的整流模块1和逆变模块2，只要能够实现相应的功能即可。
79.此外，在实际应用中，如图3所示，还可以在整流模块1的各输入端上均串联一个电感(也即第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3)，从而通过电感对输入整流模块1的交流电源进行滤波，使输入的交流电源更稳定。
80.并且，一些实施例中，在具体应用时，电路系统中还包括母线电容，也即图3中的第一电容c1；该母线电容的一端与储能模块3的正极端相连接，另一端与储能模块3的负极端相连接。一方面，整流模块1为逆变模块2提供直流电源时，通过母线电容c1可以进行滤波；另一方面，当储能模块3为逆变模块2提供直流电源时，由于储能模块3的电压较高，通过母线电容c1可以进行降压，并且，在实际应用中，当使用单个电容不能满足耐压值要求时，可以采用多个电容串联以提高耐压值。此外，在具体应用时，储能模块3包括储能电池。
81.此外，在具体应用时，滤波模块4可以采用lc滤波模块，也即由电感和电容组成的无源滤波模块。更具体的，如图3所示，lc滤波模块包括：
82.第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；其中，第四电感l4、第五电感l5和第六电感l6分别串联在a相输出端、b相输出端和c相输出端
上；第二电容c2的一端与第四电感l4的一端相连接，另一端接地；第三电容c3的一端与第五电感l5的一端相连接，另一端接地；第四电容c4的一端与第六电感l6的一端相连接，另一端接地。
83.具体的，第四电感l4与第二电容c2组成第一lc滤波子模块，用于对a相输出端输出的电源进行滤波，第五电感l5与第三电容c3组成第二lc滤波子模块，用于对b相输出端输出的电源进行滤波，第六电感l6与第三电容c3组成第三lc滤波子模块，用于对c相输出端输出的电源进行滤波。
84.此外，如图3所示，第一切换开关5为单刀双掷开关，具体可以通过继电器或其它可行方式实现，第二切换开关6与第一切换开关5相同，因此图3未将其示出。
85.进一步的，在上述方案的基础上，实际应用时，为了对逆变模块2、第一切换开关5和第二切换开关6进行控制，光储离心机系统还包括控制模块(未图示)，例如控制器等，控制模块与逆变模块2的控制端相连接，用于输出控制信号，当逆变模块2基于igbt模块实现时，控制模块向各igbt的控制端(门极g)输出控制信号，从而控制各igbt的通断。并且，当第一切换开关5和第二切换开关6采用继电器时，控制模块连接至继电器的线圈，以控制继电器常开端与常闭端的动作。
86.当将上述实施例提供的光储离心机系统应用于用电设备，例如空调中时，通过切换开关的模式选择，拓展了光储离心机系统的应用功能，使得在电网断电情况下，通过模式切换能够实现用电设备的本身功能(例如空调功能)、交流电源和直流电源三种运行模式。
87.此外，为了便于理解，以用电设备为空调为例，对以上三种运行模式的实现过程进行说明。
88.在具体实施时，需要用户在上位机类似于触摸屏装置上进行模式选择。
89.当选择为空调模式时(也即，使用用电设备本身的功能时)，参照图4，电机控制模式以电机的运行频率为控制目标，通过设定输出目标和估算的运行频率的差值通过pi调节器(proportional integral controller，比例积分控制器)输出后，作为参考电流环的给定值，再与电机输入端电流的差值通过电流pi调节器后作为调制波和载波比较后产生控制脉冲，实现功能控制。
90.当选择为交流电源模式时，交流电源控制模式以电源输出端电压vabc(三相电压)为控制目标，通过设定输出目标和反馈的vabc的差值通过pi调节器输出后，作为参考电流环的给定值，再与输出端电流的差值通过电流pi调节器后作为调制波和载波比较后产生控制脉冲，实现功能控制。
91.当选择为直流电源模式时，直流电流控制模式以直流输出的电压为控制目标，通过设定输出目标和反馈的直流电压差值通过pi调节器输出后，作为参考电流环的给定值，再与电机输入端电流的差值通过电流pi调节器后作为调制波和载波比较后产生控制脉冲，实现功能控制。
92.其中，直流电源输出有降压模式和升压模式两种：
93.降压模式采用图7所示的buck原理图，具体为：两个串联的igbt模块为一组(例如图7示出的第七igbt模块q7和第八igbt模块q8为一组，第九igbt模块q9和第十igbt模块q10为一组，图7未示出的第十一igbt模块q11和第十二igbt模块q12为一组)，每组igbt模块中，集电极c与储能模块3的正极相连接的igbt在控制器的控制下常闭(图7中以灰色表示常闭，
也即第八igbt模块q8中的igbt与第十igbt模块q10中的igbt常闭)，此时该igbt模块作为二极管使用；如此，即可得到降压后的直流电源；
94.升压模式采用图8的boost原理图，其具体原理与图7所示的降压模式类似，但在控制器的控制下常闭的igbt与图7相反；如此，即可得到升压后的直流电源。
95.通过上述原理，即可实现用电设备的本身功能(例如空调功能)、交流电源和直流电源三种运行模式的切换，从而满足用户的不同使用需求。
96.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
97.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
98.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
99.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。