[发明专利]用于自动在替换能源和公共电网之间切换的转换开关

说明书

本申请要求2011年4月20日提交的美国临时申请第61/477,399号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

在此公开的主题涉及用于自动在主电源和次电源之间切换的转换开关。更具体地，公开了用于自动在替换能源(alternative energy source)和公共电网(utility grid)之间切换的转换开关。

背景技术

历史上，已知提供转换开关以在公共电网不正常工作的情况下将负载从公共电网自动转换到备用发电机(generator)。例如，监视公共电网上存在的电压，如果该电压落到预设值以下，则转换开关切换到备用电源，比如发电机。此外，自动转换开关可以在将负载连接到发动机之前向发电机提供信号以启动引擎，并等待直到发电机正常工作。

随着替换电源及其相关联的电力转换设施的发展，可能希望提供除了公共电网之外的电源作为主电源。可以选择诸如光生伏打阵列(photovoltaic array)或者风轮机的替换能源。但是，来自这样的替换源的电源是依赖于在给定时间存在的日光量或者风力而可变的。结果，替换的能源通常与能量存储设备组合使用。因为能量存储设备存储并提供DC电压，所以提供将DC电压转换为适于与负载连接的AC电压的变压器。

但是，传统的自动转换开关并不太适合于其中主要能源是替换能源并且次级能源是公共电网的应用。如上所述，典型的自动转换开关监视主要能源的电压电平，并且当该电压电平落到最小值以下时切换到次级源。但是，提供AC电压的变压器将尝试调整输出电压以维持标定AC电压，例如120VAC。如果替换能源不产生足够的电力来供应负载并且电池已经用尽，则变压器将经历故障状态并停机。需要人工介入来复位变压器，使自动转换开关的目的落空。此外，由于可变的能量产生，预期将需要比公共电网作为主要能源时更频繁地从替换能源切换到公共电网。

因此，希望提供适合于在替换能源作为主要能源并且公共电网作为次级源时使用的自动转换开关。

发明内容

在此公开的主题涉及配置用于连接到诸如风轮机、水轮机和太阳能电池板的非传统的、全部时间使用或间断使用的电源的自动转换开关。这些非传统电源的电力输出可以用于对DC电池组充电、直接对负载供电或者这些的组合。经由DC到AC变压器向AC负载提供电力。该转换开关被配置使得变压器得到的电力是主电源，并且公共电网得到的电力是备用电源。该转换开关在这两个电源在正常操作下都可用的假设下而工作。

当非传统电源不能维持满足负载需要的足够输出电力时，该转换开关将从变压器切换到公共电网。因为当电源不能产生提供给负载的所有电力时，DC电池补充电力，所以DC电池中剩余的能量提供非传统电源是否可以为负载提供足够的输出电力的指示。随着DC电池中的能量水平的降低，在电池的端子上呈现的DC电压通常也降低。通过检测电池组DC电压何时降到预设电平以下，该转换开关可以在变压器达到故障状态并停机之前切换电源。当负载电流超过变压器的额定值时但是在变压器达到故障状态并停机之前，该转换开关也将从变压器切换到公共电网。因此，超过变压器的额定值的临时负载情况将不会引起变压器的故障或者限制负载可用的电力。

根据本发明的一个实施例，一种用于选择性地将负载连接到作为主电源的替换能源和能量存储设备以及作为次电源的公共电网的开关包括：第一输入端，被配置为接收与能量存储设备中的能量水平对应的信号。至少一个致动器选择性地将主电源或次电源连接到该负载，以及电路产生作为能量存储设备中的能量水平的函数的、用于致动器选择性地将主电源或者次电源连接到该负载的控制信号。

根据本发明的另一方面，第二输入端被配置为接收与次电源的操作状态对应的信号，并且该电路还将致动器的控制信号产生为次电源的操作状态的函数。如果能量存储设备中的能量水平在预定阈值以下并且如果次电源的操作状态在预定范围内，则该电路产生的控制信号可以启动从主电源到次电源的转换。

根据本发明的另一方面，第三输入端被配置为接收与负载汲取的电流的量值对应的信号，并且所述电路还将该致动器的控制信号产生为负载汲取的电流的函数。如果次电源的操作状态在预定范围内并且如果能量存储设备中的能量水平在预定阈值以下或者负载汲取的电流的量值在预定阈值以上，则所述电路产生的控制信号可以启动从主电源到次电源的转换。