本申請涉及一種配電系統(tǒng)，尤其涉及一種多電源的配電系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)負載供電通常來自于單一電源供電，這一單一電源通常由電網(wǎng)或獨立發(fā)電設(shè)備構(gòu)成。圖1所示為傳統(tǒng)的負載單電源供電配電方式。如圖1所示，電源Grid可以代表電網(wǎng)或獨立發(fā)電設(shè)備。電源Grid與開關(guān)K1及負載Load串聯(lián)設(shè)置。這一設(shè)置方式的缺陷在于單一電源無法應對突然的斷電。

因此，對一些比較重要的負載，通常會有兩路獨立的電源供電，一路正常供電，另一路作為備份。圖2所示為傳統(tǒng)的負載雙電源供電配電方式。然而，由于兩路獨立的電源Grid1和Grid2不受本地控制，其幅值、頻率或相位都可能不同，所以無法同時供電，并且在兩路電源切換過程中會出現(xiàn)供電中斷。對于更加敏感和重要的負載，通常會采用不停電電源(UPS)的供電方式，圖3所示為傳統(tǒng)的在線式UPS供電方式。如圖3所示，該配電方式中負載可由兩路獨立的電源，即電網(wǎng)Grid或不停電電源UPS供電。在線式UPS雖實現(xiàn)了兩路獨立電源(Grid，UPS)分別對負載Load的供電，但兩路獨立電源并不能同時給負載供電，且兩路獨立電源(Grid，UPS)之間不易實現(xiàn)能量的雙向流動。

圖4所示為另一種在線互動式UPS配電方式。如圖4所示，該配電方式中負載可由兩路獨立的電源，即Grid或UPS供電。在線互動式UPS實現(xiàn)了兩路獨立電源(Grid，UPS)分別對負載Load的供電，在任一電源故障時，仍能維持負載Load供電；在切換的過渡狀態(tài)，或電網(wǎng)Grid短暫擾動時，兩路獨立電源可短暫的同時給負載供電，但兩路獨立電源(Grid，UPS)之間不能實現(xiàn)能量的雙向流動。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，需要提出一種新的配電系統(tǒng)，以解決上 述的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請的主要目的是提出一種多電源和負載之間配電連接的配電系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，通過這種配電系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，或有助于：在任意一個電源故障狀態(tài)下仍維持負載供電；負載供電可在兩個電源之間平滑切換；可以靈活選擇負載由任一電源供電，或由兩個電源同時供電，且負載在兩個電源之間汲取能量的比例可根據(jù)需要調(diào)節(jié)；可以實現(xiàn)兩個電源之間能量的雙向傳遞。從而實現(xiàn)用戶的經(jīng)濟利益最大化，提高用戶的用電質(zhì)量。同時，該獨特的配電連接或可不需對既有的負載與電源之間的配電連接系統(tǒng)做構(gòu)造性的變更。

為實現(xiàn)這一目的，本申請一實施例提出一種配電系統(tǒng)，所述配電系統(tǒng)與第一電源、第二電源及能量存儲單元連接，所述配電系統(tǒng)包括：

選擇開關(guān)，具有動端和第一不動端，所述動端連接于負載并選擇性地電性連接于所述第一不動端；

第一變換器，具有第一端和第二端，所述第一變換器的第一端電性連接于所述第二電源；

第二變換器，具有第一端和第二端，所述第二變換器的第一端電性連接于所述第一變換器的第二端，并且電性連接于所述能量存儲單元；

第一開關(guān)，具有第一端和第二端，所述第一開關(guān)的第一端電性連接至所述第二變換器的第二端，所述第一開關(guān)的第二端電性連接至所述選擇開關(guān)的第一不動端；

第二開關(guān)，具有第一端和第二端，所述第二開關(guān)的第一端電性連接至所述第一開關(guān)的第二端，所述第二開關(guān)的第二端電性連接至所述第一電源。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述選擇開關(guān)還包括第二不動端，所述選擇開關(guān)的所述動端選擇性地電性連接于所述第二不動端，所述第一電源電性連接于所述第二不動端。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述配電系統(tǒng)還包括第三變換器，所述第三變換器具有第一端和第二端，所述第三變換器的第一端連接所述能量存儲單元，所述第三變換器的第二端連接所述第二變換器的第一端。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述配電系統(tǒng)還包括第三開關(guān)，所述 第三開關(guān)電性連接于所述第二開關(guān)和所述第一電源。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，在第二工作狀態(tài)下，所述第一開關(guān)斷開，或所述第二開關(guān)斷開，或第一開關(guān)與所述第二開關(guān)均斷開；所述選擇開關(guān)的所述動端連接所述第二不動端，所述第一電源通過所述第二不動端與所述負載連接。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述第一變換器為DC/DC變流器或AC/DC變流器；所述選擇開關(guān)為單刀三擲、雙刀三擲、三刀三擲開關(guān)、單刀雙擲、雙刀雙擲或三刀雙擲開關(guān)；所述第二變換器為單相逆變器、三相逆變器、H5逆變器、H6逆變器、兩電平逆變器或三電平逆變器；所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)為繼電器或接觸點；所述第一電源為電網(wǎng)、UPS或柴油發(fā)電機；所述第二電源為可再生能源；所述能量存儲裝置為蓄電池或超級電容。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述選擇開關(guān)還包括第三不動端。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述配電系統(tǒng)還包括電線，以實現(xiàn)電性連接，所述電線為直流母線、交流單相兩線、單相三線、三相三線或三相四線。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述配電系統(tǒng)還包括：

第三變換器，具有第一端和第二端，所述第三變換器的第一端連接所述能量存儲單元，所述第三變換器的第二端連接所述第二變換器的第一端；

第三開關(guān)，與所述第二開關(guān)串聯(lián)設(shè)置，所述第三開關(guān)具有第一端和第二端，所述第二開關(guān)的第二端電性連接至所述第三開關(guān)的第一端；所述第三開關(guān)的第二端電性連接至所述第一電源，使所述第二開關(guān)的所述第二端通過所述第三開關(guān)電性連接至所述第一電源；

其中，所述第一變換器、所述第二變換器、所述第三變換器、所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)集成為功率變換模組。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，所述選擇開關(guān)還包括第二不動端，所述選擇開關(guān)的所述動端選擇性地電性連接于所述第二不動端，所述第一電源電性連接于所述第二不動端。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，在第一工作狀態(tài)下，所述第二開關(guān)斷開，所述第一開關(guān)閉合，所述動端電性連接于所述第一不動端，所述第二電 源通過所述第一開關(guān)與所述負載連接。

在本申請配電系統(tǒng)的一實施例中，在第二工作狀態(tài)下，所述第一開關(guān)斷開，所述第二開關(guān)閉合，所述動端電性連接于所述第一不動端，所述第一電源通過所述第二開關(guān)為所述負載提供動力。

本申請一實施例還提出一種電氣系統(tǒng)，包括：

上述的配電系統(tǒng)；以及

測量模組，電性連接于所述第一電源和所述配電系統(tǒng)，用于測量電氣信息。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中，并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

圖1所示為傳統(tǒng)的負載單電源供電配電方式。

圖2所示為傳統(tǒng)的負載雙電源供電配電方式。

圖3所示為傳統(tǒng)的在線式UPS供電方式。

圖4所示為另一種在線互動式UPS配電方式。

圖5所示為本申請一實施例由多電源通過選擇開關(guān)與負載連接的配電系統(tǒng)。

圖6所示為本申請另一實施例由多電源通過選擇開關(guān)與負載連接的配電系統(tǒng)。

圖7和圖8為傳統(tǒng)家庭的兩種配電連接方式。

圖9為本申請在家庭/工業(yè)中應用的第一實施例。

圖10和圖11所示為本申請在單相三線系統(tǒng)的家庭中應用的第二和第三實施例。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的 要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本申請相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本申請的一些方面相一致的設(shè)備和方法的部分例子。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里的公開后，將容易想到本申請的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本公開的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本申請的一般性原理并包括本申請未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本申請的真正范圍和精神由權(quán)利要求指出。本文所述選擇開關(guān)，可以是能實現(xiàn)選擇功能的開關(guān)、開關(guān)組合或裝置系統(tǒng)等，既可以是例如斷路器、繼電器、手閘等，也可以是例如包含有控制芯片的集成裝置等，本申請并不以此為限；本文所述選擇開關(guān)的不動端可以是指選擇開關(guān)連接于供電側(cè)或儲能側(cè)的一端，所述選擇開關(guān)的動端可以是指選擇開關(guān)連接于用電側(cè)的一端，所述“動”或“不動”謹為形象化的示意，不構(gòu)成所述端具體動作的限制。本文所述“連接”或“電性連接”既可以是直接連接，又可以是間接連接，既可以是機械接觸連接，又可以是非機械接觸連接，本申請并不以此為限。

圖5所示為本申請一實施例由多電源通過選擇開關(guān)與負載連接的配電系統(tǒng)。其中，單向或雙向箭頭表示能量可以流動的方向，但本申請并不以此為限。如圖5所示，該配電系統(tǒng)與第一電源11、第二電源12及能量存儲單元13連接，為負載L提供能源。該配電系統(tǒng)包括第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3、選擇開關(guān)K、第一變換器21、第二變換器22和第三變換器23。在一實施例中，第三開關(guān)S3可以省去，本申請并不以此為限。

特別需要注意的是，圖5僅是示意性的圖示，僅為了描述本申請的技術(shù)方案，而非具體的線路連接圖。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在圖5公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上能夠明確具體的連線方式。此外，第一變換器21、第二變換器22和第三變換器23也是示意性的圖示，僅為了描述本申請的技術(shù)方案，無意限制這些變換器的具體的結(jié)構(gòu)和相互之間的連接方式。

在本實施例中，第一電源11以電網(wǎng)(Grid)為例進行說明，第二電源12以太陽能電池板(PV panel)為例進行說明，能量存儲單元13以蓄電池為例進行說明。值得注意的是以上僅為舉例說明，并不特別限制。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應當可以在不違背本申請的精神的前提下作出任何修改和改變，例如，第一電源11也可以為任意的獨立電源等，例如為電網(wǎng)、UPS、柴油發(fā)電機等穩(wěn)定的獨立電源或者其組合等；第二電源12可以為新能源等，例如為太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池等，或者其組合等；能量存儲單元13例如為各類蓄電池、超級電容、飛輪等，或者其組合等，本申請并不以此為限。

選擇開關(guān)K在本實施例中以三擲開關(guān)為例進行說明，其具有動端Kd、第一不動端K1、第二不動端K2、和第三不動端K3，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3均可以為雙向開關(guān)，但是本申請并不以此為限，如在一實施例中，第二不動端K2和第三不動端K3可以省去，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3亦可以是其他類型的開關(guān)等。

第一電源11和第二電源12可以構(gòu)成兩個獨立電源，為負載L供電。負載L通過選擇開關(guān)K與第一電源11及第二電源12連接。選擇開關(guān)K的動端Kd連接于負載L并能夠選擇性地電性連接于所述第一不動端K1或所述第二不動端K2。第一電源11具有輸出端，其輸出端電性連接于第二不動端K2。第二電源12的輸出端可電性連接于第一變換器21的第一端，第一變換器21的第二端可電性連接于第二變換器22的第一端，第二變換器22的第二端可電性連接于第一開關(guān)S1的第一端。能量存儲單元13既可以直接連接于第二變換器22的第一端，亦可以通過第三變換器23連接于第二變換器22的第一端，本申請并不以此為限。第一開關(guān)S1的第二端可電性連接至第二開關(guān)S2的第一端，第二開關(guān)S2的第二端既可直接連接于第一電源11，亦可通過第三開關(guān)S3或其他元器件連接于第一電源11，本申請并不以此為限。此外，第一開關(guān)S1的第二端還可連接至選擇開關(guān)K的第一不動端K1。

第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3串聯(lián)的目的是實現(xiàn)并網(wǎng)開關(guān)的冗余功能，即使其中一個開關(guān)失效，另一個開關(guān)仍能實現(xiàn)關(guān)斷功能。因此，在其他實施例中，也可以不設(shè)置第三開關(guān)S3，而將第二開關(guān)S2的第二端直接連接至第一電源11的輸出端，本申請并不特別限定。

另外，在其他實施例中，當能量存儲單元13提供的能源能夠直接使用于電路時，也可以不設(shè)置第三變換器23，而使能量存儲單元13直接與第二變換器22的第一端連接，本申請同樣并不特別限定。

圖6所示為本申請另一實施例由雙電源通過選擇開關(guān)與負載連接的配電 系統(tǒng)。其中單向或雙向箭頭表示一實施例中能量可以流動的方向。如圖6所示，在本實施例中，第一變換器21、第二變換器22、第三變換器23、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3可以集成為一個功率變換模組。

以下對本申請的配電系統(tǒng)的一種工作模式進行說明，但本申請并不以此為限。

在該工作模式的第一種情況即一正常工作狀態(tài)下，第一電源11和第二電源12均正常輸出能源，選擇開關(guān)K的動端Kd與第一不動端K1電性連接，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3均閉合，第一電源11和第二電源12通過選擇開關(guān)K的第一不動端K1給負載L供電，第一電源11和第二電源12之間能量可以雙向傳遞。其中，第三開關(guān)S3可以省去。利用上述功率變換模組可以控制負載L在第一電源11和第二電源12中汲取能量的比例，從而實現(xiàn)負載用電的經(jīng)濟利益最大化。鑒于利用功率變換模組調(diào)節(jié)第一電源11和第二電源12中汲取能量的比例已是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)，在此并不詳細說明。

在該工作模式的第二種情況即一第一工作狀態(tài)下，第二電源12正常工作，而第一電源11不輸出能源(包括但不限于發(fā)生故障、斷電，不需要輸出或者無法輸出能源等)時，功率變換模組可以根據(jù)需要，例如并網(wǎng)規(guī)則的要求(孤島或低壓穿越)斷開第二開關(guān)S2和/或第三開關(guān)S3，從而切斷不輸出能源的第一電源11對負載L的影響，第二電源12通過第一開關(guān)S1繼續(xù)為負載L提供穩(wěn)定的供電；當?shù)谝浑娫?1可以輸出能源時，功率變換模組可以通過檢測到第一電源11恢復到設(shè)定閾值，再重新閉合第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3，恢復兩路獨立電源對負載L的供電，但本申請并不以此為限。其中，第三開關(guān)S3可以省去。

在該工作模式的第三種情況即一第二工作狀態(tài)下，第一電源11正常工作，而第二電源12不輸出能源(包括但不限于發(fā)生故障、斷電，不需要輸出或者無法輸出能源)時，第一開關(guān)S1打開，第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3閉合，從而切斷不輸出能源的第二電源12對負載L的影響，第一電源11通過第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3繼續(xù)為負載L提供穩(wěn)定的供電；當?shù)诙娫?2可以輸出能源時，可以重新閉合第一開關(guān)S1，恢復兩路獨立電源對負載L的供電?；蛘撸?shù)诙娫?2不輸出能源，第一電源11正常時，也可以使第 二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3打開，選擇開關(guān)K的動端Kd電性連接第二不動端K2，則第一電源11可以通過選擇開關(guān)K繼續(xù)為負載L提供穩(wěn)定的供電；當?shù)诙娫?2可以輸出能源時，重新閉合第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3，并可將選擇開關(guān)K的動端Kd重新電性連接第一不動端K1，恢復兩路獨立電源對負載L的供電。其中，第三開關(guān)S3可以省去。

當?shù)谝浑娫?1和第二電源12均不正常時，或需要停電維護時，選擇開關(guān)K的動端Kd既不與第一不動端K1電性連接，又不與第二不動端K2電性連接，將負載L與兩路不輸出能源的電源11、12的連接斷開。此時，可以設(shè)置一第三不動端K3供動端Kd掛靠，但本申請并不以此為限。

能量存儲單元13可以在第一電源11和/或第二電源12正常工作時從第一電源11和/或第二電源12汲取能量，或可以與第一電源11和/或第二電源12共同提供穩(wěn)定的能量輸出，或可以反饋能量給第一電源11，或單獨提供穩(wěn)定的能量輸出，本申請并不以此為限。例如，如圖6中雙向箭頭所示，能量可以從第一電源11流出，經(jīng)過第三開關(guān)S3、第二開關(guān)S2、第一開關(guān)S1、第二變換器22、第三變換器23流入到能量存儲單元13，也可以沿著相反方向流動。

在一實施例中，選擇開關(guān)K包括各種類型的開關(guān)，例如單刀三擲、雙刀三擲、或三刀三擲開關(guān)等，視電氣接線而定；也可以為單刀雙擲、雙刀雙擲、或三刀雙擲開關(guān)等。此外，第一變換器21可以是DC/DC變流器，或AC/DC變流器等，可以根據(jù)可再生能源類型不同選擇使用；第二變換器22可以是各種類型逆變器，包括但不限于單相逆變器、三相逆變器、H5逆變器、H6逆變器、兩電平逆變器、三電平逆變器等；第三變換器23可以是DC/DC變流器，或AC/DC變流器等，根據(jù)能量存儲單元13的不同選擇使用；但本申請并不以此為限。

在本申請中，負載L可以是各種工業(yè)或民用負載等。并且圖5和圖6所示僅為電氣連接的單線圖，實際應用中，這些連線例如可以是直流母線(正，負，零)、交流單相兩線(L、N)、單相三線(L1、L2、N)、三相三線(R、S、T)、三相四線(R、S、T、N)等。

本申請前述的配電系統(tǒng)可以應用于工業(yè)場合或家庭用戶，在此將以單相三線系統(tǒng)的家庭應用為例進行說明，其他系統(tǒng)類似，不再一一贅述。圖7和 圖8為傳統(tǒng)家庭的兩種配電連接方式。如圖7所示，第一電源11(例如市電)經(jīng)過入戶電表31進入室內(nèi)后，接電力公司的容量限定斷路器33，再經(jīng)過家中的漏電保護斷路器34，最終接家中的用電負荷L；需要說明的是，電力公司的容量限定斷路器33并不總是接在用戶室內(nèi)，亦有可能接于室外，亦有可能沒有，如圖8所示即為接在室外的情況。這兩種接線方式，對用戶室內(nèi)接線而言，沒有本質(zhì)不同，可均只需接單相三線系統(tǒng)的三根功率線(L1、L2、N)入室內(nèi)，不涉及室內(nèi)配電連接系統(tǒng)的構(gòu)造性變更，但本申請并不以此為限。

圖9為本申請在單相三線系統(tǒng)的家庭中應用的第一實施例。如圖9所示，為了提高用戶的供電可靠性和供電質(zhì)量，提高用戶電能使用的經(jīng)濟效益，以及節(jié)能環(huán)保，可以將第二電源12、第三電源13以及功率變換模組(例如包含上述的第一變換器21、第二變換器22、第三變換器23、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3)通過本申請所述的配電接線方式接入家庭用戶，很顯然，采用本申請所述的配電接線方式可以無需對家庭內(nèi)部原有配電連接系統(tǒng)做構(gòu)造性的變更，即，只將圖9中虛線框內(nèi)的部分插入在電力公司的容量限定斷路器33和漏電保護斷路器34之間，而室內(nèi)部分與圖8完全相同，對于單相三線系統(tǒng)來說，仍然只是三根進線入戶，非常易于對既有家庭供電進行配電系統(tǒng)升級，但本申請并不以此為限。當然，由于第二電源12、能量存儲單元13、功率變換模組的接入，第一電源11側(cè)的能量可以雙向流動，因此，視計費方式需要，計量電表在一實施例中為雙向計費電表，如圖9所示的，將計費電表可以為第一電表31和/或第二電表32，或其它計費方式，本申請并不以此為限。此外，功率變換模組(例如包含上述的第一變換器21、第二變換器22、第三變換器23、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3)在該電氣系統(tǒng)中的位置亦可以多樣選擇，本申請并不以此為限。

圖10和圖11所示為本申請在單相三線系統(tǒng)的家庭中應用的第二和第三實施例。在一些國家的政策法規(guī)中規(guī)定，光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)時，必須在其與電網(wǎng)之間串接光伏連接斷路器，對圖9所示的應用，光伏連接斷路器36可以選擇接在如圖10所示的電力公司限流器和選擇開關(guān)的第二不動端K2之間(即圖10的光伏連接斷路器36的位置)，或圖11所示的第三開關(guān)S3 和選擇開關(guān)的第二不動端K2之間(即圖11的光伏連接斷路器36位置)等。另外需要說明的是，在功率變換模組內(nèi)部，第二開關(guān)S2的兩端可以并聯(lián)快速開關(guān)，如可控硅整流器(SCR)等，以加速第二開關(guān)S2的開關(guān)速度，更有利于兩個電源之間的平滑切換控制，但本申請并不以此為限。

本申請還提出一種電氣系統(tǒng)，包括上述的配電系統(tǒng)和第一測量模組，該第一測量模組可以是前述的入戶電表31等裝置，與第一電源11及上述的配電系統(tǒng)相連，用于測量電氣信息，該電氣信息可以為電流、電壓、阻抗、功率等。

應當理解的是，本申請并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本申請的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。