一种能量路由器及其供电支路切换方法与流程

本发明涉及光伏储能，具体地说，涉及一种能量路由器及其供电支路切换方法。

背景技术：

1、随着全球二氧化碳排放数据继续攀升，新能源的推广和使用也越来越广泛。目前，针对户用储能的解决方案，存在传统的家庭户用储能系统和即插即用的小型光储系统。其中，家庭户用储能系统主要应用于有屋顶的单户房子，组成部件一般有光伏组件、逆变器和储能电池；小型光储系统主要应用于阳台，利用阳台的空间装配光伏板。

2、目前的大型光储系统一般会配备有逆变器、光伏板、储能电池、系统云平台等装置，其中，光伏板是一种能够将太阳光转化为电能的设备，也称太阳能电池板；逆变器一般由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，能够用于实现直流电与交流电间的转换；储能电池可以储存和释放直流电能；系统云平台能够实现多种数据的接收以及相关指令的下达。在光储系统中，光伏板处所转换的电能能够通过逆变器供给电网总线或供给主供电回路或存储于储能电池中，当然了，储能电池中的电能也能够通过逆变器供给电网总线或供给主供电回路。其中，光伏板直接连接逆变器，功率流为单向，能够将太阳能转换为直流电。其中，逆变器能够将光伏板处所转换的直流电通过dc/dc电路和/或dc/ac电路转换成所需的用电参数，同时逆变器能够基于dc/dc电路对储能电池的进行充电和放电管理；另外，逆变器的运行数据还能够上传至系统云平台，并且逆变器也能够执行系统云平台所下发的指令。其中，储能电池能够在所转换能源充足时能够进行电能存储，并能够在所转换能源不足时进行释放供电。其中，系统云平台主要是通过逆变器采集整个系统的运行数据，将这些数据能够转换成图形或者可供理解的数字，也可以下发指令到逆变器。

3、传统的解决方案都存在不同程度的局限性，例如：家庭户用储能系统对屋顶资源有极大的依耐性，没有办法针对如公寓等场景的每户安装与配电；小型光储系统受限于阳台面积，大多只能配置到2kw以下，没有办法满足实际的家庭用电需求，且在无用电需求时存在因电能闲置导致的浪费问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种能量路由器及其供电支路切换方法，其针对目前的光伏储能系统无法对电能进行精细化管理的问题，通过提供2个可切换的供电支路实现了光伏在多用户场景下的精细化管理。

2、根据本发明的一种能量路由器，其包括：

3、绿色能源输入端口，其用于接入绿色能源供电系统以形成绿色能源支路，并通过第一继电器组接入负载输出端口；

4、市电输入端口，其用于接入电网供电系统以形成电网支路，并通过第二继电器组接入负载输出端口；

5、负载输出端口，其用于接入用户的负载电路以形成负载支路，负载支路通过绿色能源支路和/或电网支路供电；其中，绿色能源支路和电网支路分别为2个不同的供电支路；以及

6、微控制器mcu，其用于对第一继电器组和第二继电器组的通断进行控制。

7、作为优选，在进行不同供电支路间的切换时，微控制器mcu基于所接收到的切换指令生成对应的动作指令以实现对第一继电器组和第二继电器组的通断控制；

8、其中，动作指令包括，

9、微控制器mcu在检测到市电输入端口和绿色能源输入端口的输入电压具有一致的相序与相位时所产生第一指令，第一指令用于控制所需切换至的对应供电支路处的第一继电器组或第二继电器组切换至通路状态；以及

10、微控制器mcu在检测到所需切换至的对应供电支路进入供电状态时产生的第二指令，第二指令用于控制所需切断的对应供电支路处的第二继电器组或第一继电器组切换至断路状态；

11、作为优选，，第一继电器组具有对应于每一相输入的多个第一继电器，第二继电器组具有对应于每一相输入的多个第二继电器；微控制器mcu用于基于过零点检测，实现所述多个第一继电器和所述多个第二继电器均于过零点处执行通、断动作。

12、作为优选，绿色能源输入端口及市电输入端口处均设有相应的相电压采样电路，相应的相电压采样电路用于实现绿色能源输入端口及市电输入端口处每一相输入的相电压采集；微控制器mcu基于相电压采样电路所采集的相电压数据，进行市电输入端口和绿色能源输入端口的输入电压是否具有一致的相序与相位的判断。

13、作为优选，所述多个第一继电器和所述多个第二继电器均基于独立的继电器控制电路进行通、断控制。

14、作为优选，绿色能源输入端口及市电输入端口处均设有过零检测电路，过零检测电路用于实现绿色能源输入端口及市电输入端口处每一相输入的过零点检测。

15、作为优选，过零检测电路包括，

16、基于第一运算放大器u1a构建的相电压采样电路，相电压采样电路基于第一基准电压值、单相火线的电压及零线的电压进行采样输出，相电压采样电路的采样输出为单相火线的电压及零线的电压的差值的设定倍数与第一基准电压值的之和；以及

17、基于第二运算放大器u2a构建的过零检测电路，过零检测电路用于对相电压采样电路的采样输出与第二基准电压值进行比较，并输出过零信号。

18、作为优选，负载输出端口处也设有相应的相电压采样电路，相应的相电压采样电路用于实现负载输出端口处每一相输入的相电压采集；

19、微控制器mcu用于下达自检指令以获取每一第一继电器和每一第二继电器的闭合动作时间及关断动作时间，微控制器mcu用于基于相应的相输入的电压周期、相应的闭合动作时间及相应的关断动作时间延迟下达动作指令。

20、作为优选，第一继电器组采用常开触点接入绿色能源输入端口与负载输出端口间，第一继电器组的继电器驱动电路由绿色能源供电系统供电。

21、作为优选，第二继电器组采用常闭触点接入市电输入端口与负载输出端口间。

22、作为优选，微控制器mcu在检测到负载输出端口异常时产生第三指令，第三指令能够用于保持第一继电器组及第二继电器组均处于断路状态。

23、根据本发明所提供的一种绿色能源共享系统，其包括任一上述的一种能量路由器。

24、根据本发明的用于任一上述的能量路由器的供电支路切换方法，其包括：

25、基于微控制器mcu所下达的自检指令，控制所述多个第一继电器和所述多个第二继电器均执行自检动作；

26、基于每个第一继电器和每个第二继电器的自检动作，获取每个第一继电器和每个第二继电器的动作时间，动作时间包括闭合动作时间和关断动作时间；

27、基于绿色能源输入端口及市电输入端口处的相电压采样电路，对绿色能源输入端口所输入电压的相序及相位进行检测；

28、微控制器mcu在检测到市电输入端口和绿色能源输入端口的输入电压具有一致的相序与相位且收到切换指令时，基于每一相的电压周期及对应第一继电器或第二继电器的动作时间下达相应的动作指令。

29、作为优选，基于微控制器mcu控制每个第一继电器和每个第二继电器多次执行自检动作，并以执行相应动作的平均时间作为相应动作的动作时间。

30、作为优选，绿色能源输入端口及市电输入端口处均设有过零检测电路，微控制器mcu在产生动作指令时基于如下步骤执行，

31、微控制器mcu在接收到切换指令后，通过过零检测电路检测绿色能源输入端口及市电输入端口的每一相的过零点；

32、微控制器mcu在检测到对应相的过零点后，获取该相输入的电压周期；

33、微控制器mcu基于该相输入的电压周期及对应第一继电器或第二继电器的动作时间确定动作指令的发送时间，并在发送时间到达时发送动作指令。

34、作为优选，所述基于绿色能源输入端口及市电输入端口处的相电压采样电路，对绿色能源输入端口所输入电压的相序及相位进行检测，包括，

35、基于绿色能源输入端口及市电输入端口处的相电压采样电路和过零检测电路，获取绿色能源输入端口及市电输入端口的每一相输出在相邻2个全周期过零点间的n个采样电压；

36、微控制器mcu基于所获取的n个采样电压获取每一相的电压均方根，将同一输入端口处的每一相的电压均方根进行比较，并在同一输入端口处的任一相的电压均方根与其余相的电压均方根的差值超出第一设定阈值时，判定该输入端口存在缺相；

37、在绿色能源输入端口及市电输入端口处不存在缺相时，基于软件锁相环获取绿色能源输入端口及市电输入端口的d轴分量和旋转相角；

38、微控制器mcu基于绿色能源输入端口及市电输入端口的d轴分量的正负判断绿色能源输入端口及市电输入端口的相序是否一致；其中，绿色能源输入端口及市电输入端口的d轴分量具有相同的正负值则绿色能源输入端口及市电输入端口的相序一致，反之则不一致；

39、微控制器mcu对绿色能源输入端口及市电输入端口的旋转相角的差值是否超出设定第二设定阈值进行判断，若未超出则绿色能源输入端口及市电输入端口的相位一致，反之则不一致。

40、本发明具有如下有益效果：

41、（1）能够实现绿色能源供电系统与电网供电系统对用户的负载电路的耦合供电，通过微控制器mcu依次发出的第一指令和第二指令对第一继电器组和第二继电器组的控制，能够实现该能量路由器的“0”中断切换工作状态的实现。即，能够实现在由电网供电系统切换至绿色能源供电系统供电的过程中，负载输出端口处的电能供应不会中断，从而实现了能源输入端口（即绿色能源输入端口和市电输入端口）的无中断智能切换；

42、（2）能够确保在进行供电支路切换时，所需切换至的供电支路不会存在缺相故障且与所需切断的供电支路能够一直的相序及相位；

43、（3）能够降低继电器通、断瞬间的飞弧影响，利于提升继电器的使用寿命；

44、（4）在绿色能源供电系统无电能输出时，第一继电器组能够自然地保持断路状态，从而实现了本公开的一种能量路由器的“0”损耗工作状态，保证了电网供电系统单独供电时的高效供电；

45、（5）在检测到用户的负载电路存在例如过载、过流以及短路等异常工况时，能够切换至旁开工作状态，通过主动断开能源输入端口（即绿色能源输入端口和市电输入端口）与负载输出端口的电连接，能够保护用电设备安全。