一种备电系统及其启动控制方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种备电系统及其启动控制方法。

背景技术：

1、全屋备电系统主要由逆变器和并离网控制器构成，可由光伏组件、储能装置和电网等多种方式提供电源，实现家庭负载的稳定供电。由于备电系统包含逆变器和并离网控制器等多个电力电子设备，各电力电子设备之间需要协调配合才能使备电系统快速启动，并平稳运行，以给家庭负载供电。为了实现备电系统快速给负载提供持续稳定的供电，就需要在不同电源供应条件下，备电系统均能快速启动，以给家庭负载供电。

技术实现思路

1、本技术提供的一种备电系统及其启动控制方法，用以实现备电系统的快速启动，以给家庭负载供电。

2、第一方面，本技术提供了一种备电系统，包括：逆变器和并离网控制器；并离网控制器包括：第一开关电路和第一控制电路，逆变器包括：第二控制电路。第一开关电路的网侧与电网连接，第一开关电路的逆变侧与逆变器的交流侧连接，逆变器的直流侧用于与直流源连接，第一控制电路与第二控制电路连接。第一控制电路用于：在并离网控制器下电时，向第二控制电路提供低电平信号；在并离网控制器上电时，检测电网的电压是否小于等于欠压保护电压值且逆变侧的电压是否大于等于最小离网输出电压值。欠压保护电压值一般设置为一级欠压保护点的电压值，例如可以设置为0.7un，un为电网电压额定值。只有电网电压大于欠压保护电压值时，并离网控制器才能并网运行，一旦电网电压小于欠压保护电压值，并离网控制器无法并网运行，只能切换至离网模式。最小离网输出电压值为逆变器在离网运行时输出的最小电压值，例如可以选取50v。在并离网控制器的逆变侧的电压大于等于最小离网输出电压值时，说明逆变器完成离网启动并离网运行。若电网的电压大于欠压保护电压值且逆变侧的电压小于最小离网输出电压值，闭合第一开关电路，向第二控制电路提供高电平信号；若电网的电压小于等于欠压保护电压值或逆变侧的电压大于等于最小离网输出电压值，断开第一开关电路，向第二控制电路提供低电平信号。第二控制电路用于：在逆变器上电时，检测直流侧的电压是否满足逆变器启动电压值，逆变器启动电压值为逆变器可以启动的直流侧最小电压值，例如可以选取120v，若直流侧的电压大于逆变器启动电压值，说明逆变器满足启动条件。若直流侧的电压大于逆变器启动电压值、交流侧的电压小于最小离网输出电压值且收到低电平信号，控制逆变器离网运行；若直流侧的电压大于逆变器启动电压值、交流侧的电压大于等于最小离网输出电压值且收到高电平信号，控制逆变器并网运行。

3、在本技术的备电系统中，对逆变器和并离网控制器设置相应的并离网启动条件，在各自满足相应启动条件时，逆变器和并离网控制器可以单独进行并网或离网启动，以实现快速给备电负载供电。

4、具体地，在本技术的备电系统中，由于第一控制电路可以在并离网控制器下电即未通电（断电）时，即在并离网控制器的逆变侧和网侧均未供电时，向第二控制电路提供低电平信号作为离网信号，可以使逆变器当直流侧的电压满足逆变器启动电压值条件时，优先进行离网黑启动，启动完成后离网运行输出交流电压，快速给备电负载供电。逆变器无需等待并离网控制器或系统控制器上电工作后发送的用于指示并网或离网黑启动的控制信号再进行启动程序，本技术的启动方式可以使逆变器在上电后直流侧的电压满足条件即可离网启动，启动速度快，可以快速给备电负载供电。并且，逆变器离网运行后给并离网控制器供电，使并离网控制器进行离网启动，保持提供低电平信号作为离网信号并断开第一开关电路，使备电系统离网运行。若逆变器离网启动输出交流电压之前，检测到逆变器的交流侧的电压满足最小离网输出电压值条件且收到高电平信号作为并网信号，说明并离网控制器已经启动运行给备电负载供电，则逆变器可以直接切换为并网启动。

5、具体地，在本技术的备电系统中，当电网的电压满足欠压保护电压值条件时，并离网控制器可以直接并网启动至并网运行，闭合第一开关电路并发送高电平信号作为并网信号，快速给备电负载供电，同时为逆变器的交流侧提供电压。此时，若逆变器的直流侧的电压满足逆变器启动电压值条件，则逆变器启动至并网运行，备电系统并网运行。若并离网控制器并网启动过程中，在并离网控制器闭合第一开关电路之前，检测到逆变侧的电压满足最小离网输出电压值条件，说明逆变器已经启动运行给备电负载供电，则并离网控制器可以切换为离网启动，后续在电网的电压满足并网条件时，可进行离网切并网运行。

6、在本技术一些实施例中，第一控制电路包括：第一控制芯片和信号发生电路。信号发生电路包括：第二开关电路和第一电阻，第二开关电路和第一电阻串联在接地端口和信号输出端口之间，第二开关电路默认为闭合状态。在并离网控制器中的第一开关电路断开时，说明并离网控制器离网运行，第一控制芯片需要闭合第二开关电路，使信号输出端口输出低电平信号，表示离网。在并离网控制器中的第一开关电路闭合时，说明并离网控制器并网运行，第一控制芯片需要断开第二开关电路，使信号输出端口输出高电平信号，表示并网。

7、在本技术一些实施例中，第二控制电路包括：第二控制芯片和信号检测电路。信号检测电路包括：光耦、第二电阻、第一供电电源和第二供电电源，光耦的第一端与第一供电电源连接，光耦的第二端与信号输入端口连接，信号检测电路的信号输入端口与信号发生电路的信号输出端口连接，光耦的第三端与第二供电电源连接，光耦的第四端与第二控制芯片的输入端连接，第二电阻串联在第二控制芯片的输入端和接地端之间。在并离网控制器中的第一开关电路断开时，说明并离网控制器离网运行，第一控制芯片需要闭合第二开关电路，使信号输出端口输出低电平信号，表示离网；此时，信号检测电路中的光耦导通，第二控制芯片的输入端接收到一个高电平信号，表示并离网控制指令为离网，则逆变器进行离网启动，控制逆变器离网运行。在并离网控制器中的第一开关电路闭合时，说明并离网控制器并网运行，第一控制芯片需要断开第二开关电路，信号检测电路中的光耦断开，使信号输出端口输出高电平信号，表示并网；此时，第二控制芯片的输入端接收到一个低电平信号，表示并离网控制指令为并网，则逆变器进行并网启动，控制逆变器并网运行。

8、上述电路结构可以在硬件上实现第一控制电路在并离网控制器未上电时默认提供低电平信号作为离网信号，以便第二控制电路根据离网信号控制逆变器进行离网启动，逆变器离网运行处于电压源模式，优先给备电负载供电。

9、在本技术中，备电系统同时存在电网和直流源两种电源，此时，电网的电压大于欠压保护电压值且逆变器的直流侧的电压大于逆变器启动电压值，则并离网控制器和逆变器各自按照本技术提供的上述条件执行各自的启动流程，在启动过程中，逆变器可以根据交流侧的电压变化及并离网信号变化，决定是否切换启动方式，并离网控制器可以根据逆变侧的电压变化，决定是否切换启动方式，使备电系统在启动过程中可适配供电的变化调整启动方式，优先保障备电负载供电。

10、在本技术一些实施例中，若电网的电压大于欠压保护电压值且直流侧的电压大于逆变器启动电压值；第一控制电路还用于：在并离网控制器上电时，控制并离网控制器并网启动，若逆变侧的电压小于最小离网输出电压值，闭合第一开关电路，向第二控制电路发送高电平信号，以使第二控制电路在直流侧的电压大于逆变器启动电压值时，控制逆变器并网运行；若逆变侧的电压大于等于最小离网输出电压值，断开第一开关电路，向第二控制电路发送低电平信号。

11、在并离网控制器上电时，在第一控制电路检测到电网的电压满足欠压保护电压值条件时，并离网控制器并网启动，在闭合第一开关电路之前，检测逆变侧的电压是否满足最小离网输出电压值条件。若逆变侧的电压小于最小离网输出电压值，说明逆变器未完成离网启动且离网运行向备电负载供电，因此，第一控制电路闭合第一开关电路，并向第二控制电路发送高电平信号作为并网信号，并离网控制器并网运行，给备电负载和逆变器的交流侧供电，以使逆变器的第二控制电路在直流侧的电压大于逆变器启动电压值时，控制逆变器并网运行，至此备电系统并网运行。若逆变侧的电压大于等于最小离网输出电压值，说明此时逆变器已完成离网启动且离网运行向备电负载供电，则第一控制电路无需闭合第一开关电路，保持第一开关电路断开，并保持向第二控制电路提供低电平信号作为离网信号，并离网控制器离网运行，至此备电系统离网运行。

12、在本技术一些实施例中，若电网的电压大于欠压保护电压值且直流侧的电压大于逆变器启动电压值；第二控制电路还用于：在逆变器上电时收到低电平信号，控制逆变器离网启动，若交流侧的电压小于最小离网输出电压值且收到低电平信号，控制逆变器离网运行；若交流侧的电压大于等于最小离网输出电压值且收到高电平信号，控制逆变器并网运行。

13、在逆变器上电时，第二控制电路直接收到低电平信号作为离网信号，在第二控制电路检测到直流侧的电压满足逆变器启动电压值条件时，逆变器离网启动，并检测交流侧的电压是否大于等于最小离网输出电压值且是否收到高电平信号作为并网信号。在逆变器离网启动输出交流电压之前，若交流侧的电压大于等于最小离网输出电压值且收到高电平信号，说明并离网控制器已完成并网启动且并网运行向备电负载供电，则控制逆变器切换至并网运行，至此备电系统并网运行。在逆变器离网启动完成后，逆变器离网运行给负载和并离网控制器的逆变侧供电，并离网控制器离网运行，至此备电系统离网运行。

14、在本技术一些实施例中，若电网的电压大于欠压保护电压值且直流侧的电压小于等于逆变器启动电压值，第一控制电路还用于：在并离网控制器上电时，闭合第一开关电路，向第二控制电路发送高电平信号。备电系统仅由电网供电时，在并离网控制器上电时，在并离网控制器的第一控制电路检测到电网的电压满足欠压保护电压值条件时，执行网侧启动，闭合第一开关电路并网运行给备电负载和逆变器的交流侧供电。并且，第一控制电路向第二控制电路发送高电平信号作为并网信号，以便后续在逆变器的直流侧的电压满足逆变器启动电压值时，第二控制电路控制逆变器并网运行。

15、在本技术一些实施例中，若直流侧的电压大于逆变器启动电压值且电网的电压小于等于欠压保护电压值，第二控制电路还用于：在逆变器上电时，控制逆变器离网运行。备电系统仅由直流源供电，在逆变器上电时，逆变器的第二控制电路直接收到低电平信号作为离网信号，在第二控制电路检测到直流侧的电压满足逆变器启动电压值条件时，执行逆变器离网启动，控制逆变器离网运行给备电负载和并离网控制器的逆变侧供电。

16、在本技术一些实施例中，还包括：功率线缆和信号线缆。功率线缆用于连接第一开关电路的逆变侧与逆变器的交流侧，信号线缆用于连接第一控制电路与第二控制电路。信号线缆独立于功率线缆，有利于提高信号传输的可靠性。信号线缆用来实现并离网控制信号的传递，并且传递离网信号时可以不依赖于并离网控制器的电源状态，具体地，第一控制电路可以在并离网控制器未上电即下电时，向第二控制电路提供低电平信号作为离网信号，以便第二控制电路根据离网信号控制逆变器进行离网启动，逆变器离网运行处于电压源模式，优先给备电负载供电。

17、在本技术一些实施例中，并离网控制器包括：第一取电端口，第二取电端口，逆变侧端口和网侧端口；第一取电端口用于与备电负载连接，第二取电端口用于与非备电负载连接，逆变侧端口与逆变器的交流侧连接，网侧端口用于与电网连接。第一开关电路包括：串联的第一继电器和第二继电器；第一继电器分别与第一取电端口和逆变侧端口连接，第二继电器分别与第二取电端口和网侧端口连接，使备电负载可以通过电网或逆变器供电，非备电负载通过电网供电。

18、第二方面，本技术提供了一种备电系统的启动控制方法，包括：

19、在并离网控制器下电时，向逆变器的第二控制电路提供低电平信号。

20、在并离网控制器上电时，若电网的电压大于欠压保护电压值且逆变侧的电压小于最小离网输出电压值，闭合并离网控制器内的第一开关电路，向第二控制电路发送高电平信号；若电网的电压小于等于欠压保护电压值或逆变侧的电压大于等于最小离网输出电压值，断开第一开关电路，向第二控制电路发送低电平信号。

21、在逆变器上电时，若直流侧的电压大于逆变器启动电压值、交流侧的电压小于最小离网输出电压值且收到低电平信号，控制逆变器离网运行；若直流侧的电压大于逆变器启动电压值、交流侧的电压大于等于最小离网输出电压值且收到高电平信号，控制逆变器并网运行。

22、在本技术一些实施例中，还包括：

23、若电网的电压大于欠压保护电压值且直流侧的电压大于逆变器启动电压值，在并离网控制器上电时，控制并离网控制器并网启动，若逆变侧的电压小于最小离网输出电压值，闭合第一开关电路，向第二控制电路发送高电平信号，以使第二控制电路在直流侧的电压大于逆变器启动电压值时，控制逆变器并网运行；若逆变侧的电压大于等于最小离网输出电压值，断开第一开关电路，向第二控制电路发送低电平信号。

24、在本技术一些实施例中，还包括：

25、若电网的电压大于欠压保护电压值且直流侧的电压大于逆变器启动电压值，在逆变器上电时收到低电平信号，控制逆变器离网启动，若交流侧的电压小于最小离网输出电压值且收到低电平信号，控制逆变器离网运行；若交流侧的电压大于等于最小离网输出电压值且收到高电平信号，控制逆变器并网运行。

26、在本技术一些实施例中，还包括：

27、若电网的电压大于欠压保护电压值且直流侧的电压小于等于逆变器启动电压值，在并离网控制器上电时，闭合第一开关电路，向第二控制电路发送高电平信号。

28、在本技术一些实施例中，还包括：

29、若直流侧的电压大于逆变器启动电压值且电网的电压小于等于欠压保护电压值，在逆变器上电时，控制逆变器离网运行。