一種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源的制作方法
【專利摘要】一種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，包括第一套UPS，設(shè)有依次連接的第二EMI濾波器、雙向AC/DC變換器、第二DC/AC逆變器、三極雙位選擇開(kāi)關(guān)，以及雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)。第二EMI濾波器、雙向AC/DC變換器、第二DC/AC逆變器與光伏陣列、DC/DC變換器以及儲(chǔ)能電池組成第二套UPS，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)均由能量管理系統(tǒng)控制選通斷，分別相應(yīng)進(jìn)入正常工作、第一、二、三種故障工作模式。組成簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，只要對(duì)現(xiàn)有的在線式UPS進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)充，增加一套共用儲(chǔ)能電池的UPS以及旁路支路，就可以顯著提高供電可靠性，在市電網(wǎng)檢修或發(fā)生故障，且逆變器也發(fā)生故障時(shí)，能夠維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及不間斷電源，特別是涉及一種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源。 -種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源
【背景技術(shù)】
[0002] 不間斷電源（Uninterruptible Power Supply,縮略詞為UPS)在市電網(wǎng)正常時(shí)將 市電穩(wěn)壓后供負(fù)載使用，此時(shí)的UPS實(shí)際是一臺(tái)同時(shí)向機(jī)內(nèi)儲(chǔ)能電池充電的交流市電穩(wěn)壓 器，在市電網(wǎng)檢修或發(fā)生故障導(dǎo)致市電中斷時(shí)，UPS立即將機(jī)內(nèi)儲(chǔ)能電池的電能通過(guò)逆變器 繼續(xù)對(duì)負(fù)載供電，從而實(shí)現(xiàn)不間斷供電。現(xiàn)有比較常見(jiàn)的UPS分為在線式和后備式兩種，在 市電網(wǎng)檢修或發(fā)生故障且逆變器也發(fā)生故障時(shí)，都會(huì)中斷對(duì)負(fù)載供電。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種改進(jìn)供電可靠 性的不間斷電源。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以解決。
[0005] 這種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，包括與市電網(wǎng)連接的并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)，以及與所 述并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)連接的第一套UPS，所述并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)由能量管理系統(tǒng)控制通斷，市電網(wǎng)正常供 電時(shí)控制接通，市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)控制斷開(kāi)。
[0006] 所述第一套UPS包括： 依次連接的第一電磁干擾（Electromagnetic Interference ,縮略詞為EMI)濾波器、 交流/直流（Alternate Current / Direct Current,縮略詞為AC/DC)整流器、直流母線、 輸入端與所述直流母線連接的第一直流/交流（Direct Current / Alternate Current,縮 略詞為DC/AC)逆變器、光伏陣列、輸入端與所述光伏陣列連接而輸出端與所述直流母線連 接的直流/直流（Direct Current / Direct Current,縮略詞為DC/DC)變換器、與所述直 流母線連接的雙向DC/DC變換器，以及與所述雙向DC/DC變換器連接的儲(chǔ)能電池，所述第一 EMI濾波器的輸入端與市電連接，所述AC/DC整流器的輸出端與所述直流母線連接，所述直 流母線與直流負(fù)載連接。
[0007] 這種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源的特點(diǎn)是： 設(shè)有依次連接的第二EMI濾波器、雙向交流/直流（Alternate Current / Direct Current，縮略詞為AC/DC)變換器、第二DC/AC逆變器、三極雙位選擇開(kāi)關(guān)，以及雙極一位靜 態(tài)開(kāi)關(guān)，所述第二EMI濾波器、雙向AC/DC變換器、第二DC/AC逆變器與所述光伏陣列、所 述DC/DC變換器，以及所述儲(chǔ)能電池組成第二套UPS，所述第二EMI濾波器與所述并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi) 關(guān)和所述第一 EMI濾波器分別連接，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第一極的一接點(diǎn)與所述第一 DC/AC逆變器連接，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第一極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載連接；所述三 極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第二極的一接點(diǎn)與所述第二DC/AC逆變器連接，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān) 的第二極的另一接點(diǎn)與所述雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第一極的一接點(diǎn)連接，所述雙極一位靜 態(tài)開(kāi)關(guān)的第一極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載連接，所述雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第二極的一接點(diǎn)與 所述第二EMI濾波器的輸出端和所述雙向AC/DC變換器的一輸出端連接，所述雙極一位靜 態(tài)開(kāi)關(guān)的第二極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載連接，所述雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)用于和所述第二EMI 濾波器在市電與交流負(fù)載之間組成旁路支路，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān) 均由能量管理系統(tǒng)控制選通斷，使改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源分別相應(yīng)進(jìn)入正常工作模 式、第一種故障工作模式、第二種故障工作模式和第三種故障工作模式。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。
[0009] 所述正常工作模式即市電網(wǎng)正常供電，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述能量管理系統(tǒng)控制下接 通，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS連接，由所述能量管理系統(tǒng)控制三極雙位選擇開(kāi) 關(guān)的第一極和第二極均關(guān)，還控制雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第一極關(guān)斷，第二極導(dǎo)通，市電網(wǎng)通 過(guò)第二EMI濾波器、旁路支路和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)第二極對(duì)交流負(fù)載供電，避免通過(guò)雙向 AC/DC變換器、第一 DC/AC逆變器或/和第二DC/AC逆變器，以減少能量損耗，提高供電效 率，所述能量控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)能電池的電量，確定其否啟動(dòng)所述雙向DC/DC變換器對(duì) 所述儲(chǔ)能電池充電，所述儲(chǔ)能電池的電量充滿后，所述雙向DC/DC變換器停止工作，所述儲(chǔ) 能電池處于待機(jī)狀態(tài)，所述光伏陣列發(fā)電通過(guò)DC/DC變換器和直流母線直接對(duì)直流負(fù)載供 電，所述光伏陣列發(fā)電對(duì)直流負(fù)載供電有余，剩余能量通過(guò)雙向AC/DC變換器、旁路支路和 雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)第二極對(duì)交流負(fù)載供電，所述光伏陣列發(fā)電對(duì)直流負(fù)載供電不足，則由 市電網(wǎng)通過(guò)第二EMI濾波器和雙向AC/DC變換器對(duì)直流負(fù)載供電。
[0010] 所述第一種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變 器正常工作，市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述能量 管理系統(tǒng)控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)在所 述能量管理系統(tǒng)控制下無(wú)縫切換，選擇以電流源形式掛接在直流母線上的光伏陣列與處于 待機(jī)狀態(tài)的所述儲(chǔ)能電池共同開(kāi)始工作，通過(guò)所述雙向AC/DC變換器、旁路支路和所述雙 極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電，所述儲(chǔ)能電池放電以穩(wěn)定直流母線電壓，由 直流母線直接對(duì)直流負(fù)載供電，市電網(wǎng)檢修結(jié)束或者市電網(wǎng)的故障消除后，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在 所述能量管理系統(tǒng)的控制下閉合，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS接通，所述市電網(wǎng) 通過(guò)AC/DC整流器變換為直流電、光伏陣列通過(guò)DC/DC變換器變換為直流電，分別對(duì)直流 負(fù)載供電，還為所述儲(chǔ)能電池充電，所述儲(chǔ)能電池在電量充滿后處于待機(jī)狀態(tài)，改進(jìn)供電可 靠性的不間斷電源進(jìn)入正常工作模式。
[0011] 所述第二種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變 器發(fā)生故障，市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障，且在第一套UPS側(cè)安裝 的電壓互感器檢測(cè)出第一套UPS的第一 DC/AC逆變器也發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述能量 管理系統(tǒng)控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，所述雙向DC/DC變換器開(kāi) 始工作，使得處于待機(jī)狀態(tài)的所述儲(chǔ)能電池放電，以穩(wěn)定直流母線電壓，由直流母線直接對(duì) 直流負(fù)載供電，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)在所述能量管理系統(tǒng)控制下無(wú)縫切換選擇由第二套 UPS的第二DC/AC逆變器將所述儲(chǔ)能電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟娋S持對(duì)交流負(fù)載不間斷供 電，確保包括服務(wù)器、電腦的交流負(fù)載不會(huì)停機(jī)，第一 DC/AC逆變器的故障消除恢復(fù)而市電 檢修未完成或故障未消除，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源轉(zhuǎn)換為第一種故障工作模式，市 電網(wǎng)的故障消除后，不論所述第一 DC/AC逆變器是否恢復(fù)正常，改進(jìn)供電可靠性的不間斷 電源轉(zhuǎn)換為正常工作模式。
[0012] 所述第三種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變 器和第二DC/AC逆變器都發(fā)生故障，在市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障 事故，且在第一套UPS側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出第一套UPS的第一 DC/AC逆變器和在第 二套UPS側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出第二套UPS的第二DC/AC逆變器也發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn) 開(kāi)關(guān)在所述能量管理系統(tǒng)控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，所述雙 向DC/DC變換器開(kāi)始工作，使得處于待機(jī)狀態(tài)的所述儲(chǔ)能電池放電，以穩(wěn)定直流母線電壓， 由直流母線直接對(duì)直流負(fù)載供電，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第一極和第二極在所述能量管 理系統(tǒng)控制下均關(guān)斷，雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第二極在所述能量管理系統(tǒng)控制下接通，所述 儲(chǔ)能電池通過(guò)所述雙向AC/DC變換器將直流電變換為交流電維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電， 確保包括服務(wù)器、電腦的交流負(fù)載不會(huì)停機(jī)，第一 DC/AC逆變器的故障消除而市電網(wǎng)檢修 未完成或故障未消除，不論所述第二DC/AC逆變器是否恢復(fù)正常，改進(jìn)供電可靠性的不間 斷電源轉(zhuǎn)換為第一種故障工作模式，第二DC/AC逆變器的故障消除而市電網(wǎng)檢修未完成或 故障未消除且第一 DC/AC逆變器故障未消除，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源轉(zhuǎn)換為第二種 故障工作模式，市電網(wǎng)的故障消除后，不論所述第一 DC/AC逆變器和第二DC/AC逆變器是否 恢復(fù)正常，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源轉(zhuǎn)換為正常工作模式。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下再進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。
[0014] 所述第一 EMI濾波器，是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器，用于保 持第一套UPS內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，以及防止市電交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入第一套 UPS。
[0015] 所述第二EMI濾波器，是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器，用于保 持第二套UPS內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，以及防止市電交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入第二套 UPS。
[0016] 所述AC/DC整流器是三相橋式全控整流器，包括三個(gè)橋臂支路上的六個(gè)晶閘管， 所述AC/DC整流器的三個(gè)交流電壓輸入端通過(guò)第一 EMI濾波器、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)與市電網(wǎng)的三 相交流電壓輸出端連接，所述AC/DC整流器的直流電壓輸出端與直流母線連接，所述AC/DC 整流器用于在市電正常供電時(shí)將市電的工頻交流電變換為直流電，以電流源的形式掛接在 直流母線上，對(duì)直流負(fù)載供電，還為儲(chǔ)能電池提供充電的能量。
[0017] 所述第一 DC/AC逆變器是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反 并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管，所述第一 DC/AC逆變器的輸入端與直流母線連 接，所述第一 DC/AC逆變器的三個(gè)交流電壓輸出端與三極雙位選擇開(kāi)關(guān)第一位連接，設(shè)定 三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通順序，三個(gè)交流電壓 輸出端輸出一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相交流電，所述第一 DC/AC逆變 器用于將直流母線的直流電變換成交流電，包括在市電網(wǎng)正常供電時(shí)將所述AC/DC整流器 輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)交流負(fù)載供電。
[0018] 所述第二DC/AC逆變器是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反 并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管，所述第二DC/AC逆變器的輸入端與直流母線連 接，所述第二DC/AC逆變器的三個(gè)交流電壓輸出端與三極雙位選擇開(kāi)關(guān)第二位連接，設(shè)定 三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通順序，三個(gè)交流電壓 輸出端輸出一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相交流電，所述第二DC/AC逆變 器用于將直流母線的直流電變換成交流電，包括在市電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)將所述儲(chǔ)能電池輸出 的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)交流負(fù)載供電。
[0019] 所述光伏陣列是多個(gè)光伏電池的串并聯(lián)組件，光伏電池的數(shù)量由系統(tǒng)所需安裝容 量與單個(gè)光伏電池板峰值功率所決定，串聯(lián)個(gè)數(shù)由單個(gè)光伏電池板輸出電壓、最大可承受 電壓及所連接變流器電壓輸入范圍所決定，并聯(lián)個(gè)數(shù)由單個(gè)光伏電池板輸出電流范圍，匯 流母線所能承受電流范圍以及系統(tǒng)功率和串聯(lián)光伏電池板個(gè)數(shù)所決定，所述光伏陣列用于 通過(guò)與其連接的DC/DC變換器以電流源的形式掛接在直流母線上，與市電網(wǎng)共同為儲(chǔ)能電 池提供充電的能量，還與市電網(wǎng)共同為交流負(fù)載和直流負(fù)載供電。
[0020] 所述DC/DC變換器，是具有最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking,縮 略詞為MPPT)功能的DC/DC變換器，由boost升壓電路、單片機(jī)、PWM脈沖發(fā)生電路和開(kāi)關(guān) 管組成，其輸入電壓、輸出電壓和輸入電流、輸出電流測(cè)量結(jié)果通過(guò)單片機(jī)的分析運(yùn)算，由 單片機(jī)控制脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，縮略詞為PWM)發(fā)生電路輸出PWM脈 沖，調(diào)節(jié)所述DC/DC變換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的占空比，以控制所述光伏陣列的輸出電流，穩(wěn)定所 述光伏陣列的輸出電壓，所述DC/DC變換器用于穩(wěn)定所述光伏陣列的輸出電壓，且保證光 伏陣列輸出最大功率。
[0021] 所述雙向DC/DC變換器，包括其組成與參數(shù)相同的一次繞組和二次繞組的隔離高 頻變壓器，以及分別與所述一次繞組、二次繞組相連接的一次高頻整流/逆變單元、二次高 頻整流/逆變單元，所述一次高頻整流/逆變單元的正向DC/DC變換的輸入端也是反向DC/ DC變換的輸出端，分別與所述儲(chǔ)能電池和所述能量管理系統(tǒng)相連接，所述一次高頻整流/ 逆變單元的正向DC/DC變換的輸出端也是反向DC/DC變換的輸入端，與所述直流母線相連 接，所述雙向DC/DC變換器用于傳遞雙向能量。
[0022] 所述雙向DC/DC變換器中的一次高頻整流/逆變單元，是全橋式高頻整流/逆 變電路，包括兩個(gè)橋臂上的四個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的IGBT開(kāi)關(guān)管 S1~S4組成的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)，由能量管理系統(tǒng)控制更改雙向DC/DC變換器中的一次高頻 整流/逆變單元的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通順序，實(shí)現(xiàn)正向DC/DC變換和反向DC/DC變換工 作之間的切換。
[0023] 所述雙向DC/DC變換器中的二次高頻整流/逆變單元，其組成與參數(shù)與一次高頻 整流/逆變單元完全相同，也是全橋式高頻整流/逆變電路，包括兩個(gè)橋臂上的四個(gè)各自有 反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的IGBT開(kāi)關(guān)管S5~S8組成的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)，由能量管 理系統(tǒng)控制更改雙向DC/DC變換器中的二次高頻整流/逆變單元的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通 順序，實(shí)現(xiàn)正向DC/DC變換和反向DC/DC變換工作之間的切換。
[0024] 所述雙向DC/DC變換器的運(yùn)行模式包括停止模式、充電模式、放電模式和穩(wěn)壓模 式，由所述能量管理系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊與保護(hù)控制和告警模塊根據(jù)市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓 互感器檢測(cè)的市電網(wǎng)電壓判定的市電網(wǎng)正常供電或發(fā)生故障的結(jié)果，控制所述雙向DC/DC 變換器運(yùn)行模式之間的切換，在正常工作模式下，所述雙向DC/DC變換器由所述能量管理 系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊控制運(yùn)行模式為充電模式和放電模式，在充電模式設(shè)置充電電流值和 浮充電壓值，對(duì)所述儲(chǔ)能電池進(jìn)行恒流/恒壓充電，在放電模式設(shè)置放電電流值和放電功 率值，對(duì)所述儲(chǔ)能電池進(jìn)行恒流/恒功率放電；在第一、二、三種故障工作模式下，所述雙向 DC/DC變換器由所述能量管理系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊控制運(yùn)行模式為穩(wěn)壓模式，所述儲(chǔ)能電 池的輸出保持直流母線電壓恒定，且經(jīng)逆變后為交流負(fù)載應(yīng)急供電。
[0025] 所述雙向AC/DC變換器，是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有 反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管，所述雙向AC/DC變換器的正向AC/DC變換的 三個(gè)交流電壓輸入端，也是反向AC/DC變換的直流電壓輸出端，三個(gè)交流電壓輸入端通過(guò) 并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)與市電網(wǎng)的三相交流電壓輸出端連接，直流電壓輸出端通過(guò)旁路支路和雙極一 位靜態(tài)開(kāi)關(guān)與交流負(fù)載連接，所述雙向AC/DC變換器的直流電壓輸出端與直流母線連接， 由所述能量管理系統(tǒng)控制更改三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi) 關(guān)管的開(kāi)通順序，實(shí)現(xiàn)在整流和逆變工作模式之間的切換，所述雙向AC/DC變換器在正常 工作模式且所述儲(chǔ)能電池未充滿時(shí)用于將交流電變換為直流電，為所述儲(chǔ)能電池提供充電 的能量，在第一種故障工作模式下，將所述儲(chǔ)能電池輸出的直流電變換為交流電，維持對(duì)交 流負(fù)載不間斷供電。
[0026] 所述儲(chǔ)能電池是磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池，是使用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電 池，所述儲(chǔ)能電池用于對(duì)直流負(fù)載供電，以及在市電發(fā)生故障時(shí)維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供 電。
[0027] 所述能量管理系統(tǒng)的保護(hù)控制模塊在第一、二、三種故障工作模式下對(duì)市電網(wǎng)、儲(chǔ) 能電池以及雙向DC/DC變換器進(jìn)行保護(hù)。
[0028] 所述對(duì)市電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，包括及時(shí)與市電網(wǎng)斷開(kāi)，防止故障影響范圍擴(kuò)大。
[0029] 所述對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行保護(hù)，包括對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行過(guò)欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保 護(hù)，以及直流過(guò)欠壓保護(hù)、直流過(guò)流保護(hù)、直流極性反接保護(hù)、交流過(guò)流保護(hù)、交流過(guò)欠頻保 護(hù)、交流過(guò)欠壓保護(hù)和交流過(guò)欠頻保護(hù)。
[0030] 所述對(duì)雙向DC/DC變換器進(jìn)行保護(hù)，包括直流過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)和直流欠 壓保護(hù)。
[0031] 所述直流負(fù)載為通信負(fù)載。
[0032] 所述交流負(fù)載包括服務(wù)器、電腦、公共照明負(fù)載、辦公照明負(fù)載和空調(diào)負(fù)載。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是： 本發(fā)明的UPS組成簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，只要對(duì)現(xiàn)有的在線式UPS進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)充，增加 一套共用儲(chǔ)能電池的UPS以及旁路支路，就可以顯著提高供電可靠性，在市電網(wǎng)檢修或發(fā) 生故障，且逆變器也發(fā)生故障時(shí)，能夠維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電，是名副其實(shí)的不間斷電 源。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的組成方框圖； 圖2是圖1中的AC/DC整流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 圖3是圖1中的第一 DC/AC逆變器和第二DC/AC逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 圖4是圖1中的雙向DC/DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 圖5是圖1中的雙向AC/DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0036] -種如圖1飛所示的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，包括與市電網(wǎng)連接的并網(wǎng)點(diǎn) 開(kāi)關(guān)1，以及與并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1連接的第一套UPS，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1由能量管理系統(tǒng)16控制通斷， 市電網(wǎng)正常供電時(shí)控制接通，市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)控制斷開(kāi)。
[0037] 第一套UPS包括： 依次連接的第一 EMI濾波器2、AC/DC整流器3、直流母線、輸入端與直流母線連接的第 一 DC/AC逆變器4、光伏陣列5、輸入端與光伏陣列5連接而輸出端與直流母線連接的DC/ DC變換器6、與直流母線連接的雙向DC/DC變換器8,以及與雙向DC/DC變換器8連接的儲(chǔ) 能電池7,第一 EMI濾波器2的輸入端與市電連接，AC/DC整流器3的輸出端與直流母線連 接，直流母線與直流負(fù)載9連接。
[0038] 設(shè)有依次連接的第二EMI濾波器11、雙向AC/DC變換器12、第二DC/AC逆變器13、 三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14,以及雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15,第二EMI濾波器11、雙向AC/DC變換器 12、第二DC/AC逆變器13與光伏陣列5、DC/DC變換器6,以及儲(chǔ)能電池7組成第二套UPS， 第二EMI濾波器11與并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1和第一 EMI濾波器2分別連接，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14 的第一極14-1的一接點(diǎn)與第一 DC/AC逆變器4連接，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14的第一極14-1 的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載10連接；三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的14第二極14-2的一接點(diǎn)與第二DC/ AC逆變器13連接，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14的第二極14-2的另一接點(diǎn)與雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān) 15的第一極的一接點(diǎn)連接，雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15的第一極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載10連接， 雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15的第二極的一接點(diǎn)與第二EMI濾波器11的輸出端和雙向AC/DC變換 器12的一輸出端連接，雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15的第二極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載10連接，雙 極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15用于和第二EMI濾波器11在市電與交流負(fù)載10之間組成旁路支路，三 極雙位選擇開(kāi)關(guān)14和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15均由能量管理系統(tǒng)16控制選通斷，使本具體實(shí) 施方式分別相應(yīng)進(jìn)入正常工作模式、第一種故障工作模式、第二種故障工作模式和第三種 故障工作模式。
[0039] 正常工作模式即市電網(wǎng)正常供電，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1在能量管理系統(tǒng)16控制下接通， 市電網(wǎng)與第一套UPS、第二套UPS連接，由能量管理系統(tǒng)16控制三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14的第 一極14-1和第二極14-2均關(guān)，還控制雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15的第一極關(guān)斷，第二極導(dǎo)通，市 電網(wǎng)通過(guò)第二EMI濾波器11、旁路支路和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15第二極對(duì)交流負(fù)載10供電， 避免通過(guò)雙向AC/DC變換器12、第一 DC/AC逆變器4或/和第二DC/AC逆變器13,以減少 能量損耗，提高供電效率，能量控制系統(tǒng)16通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)能電池7的電量，確定其否啟動(dòng)雙向 DC/DC變換器8對(duì)儲(chǔ)能電池7充電，儲(chǔ)能電池7的電量充滿后，雙向DC/DC變換器8停止工 作，儲(chǔ)能電池7處于待機(jī)狀態(tài)，光伏陣列5發(fā)電通過(guò)DC/DC變換器6和直流母線直接對(duì)直流 負(fù)載9供電，光伏陣列5發(fā)電對(duì)直流負(fù)載9供電有余，剩余能量通過(guò)雙向AC/DC變換器12、 旁路支路和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15第二極對(duì)交流負(fù)載10供電，光伏陣列5發(fā)電對(duì)直流負(fù)載9 供電不足，則由市電網(wǎng)通過(guò)第二EMI濾波器11和雙向AC/DC變換器12對(duì)直流負(fù)載9供電。
[0040] 第一種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變器4正 常工作，市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1在能量管理系 統(tǒng)16控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14在能量管理 系統(tǒng)16控制下無(wú)縫切換，選擇以電流源形式掛接在直流母線上的光伏陣列5與處于待機(jī)狀 態(tài)的儲(chǔ)能電池7共同開(kāi)始工作，通過(guò)雙向AC/DC變換器12、旁路支路和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān) 15維持對(duì)交流負(fù)載10不間斷供電，儲(chǔ)能電池7放電以穩(wěn)定直流母線電壓，由直流母線直接 對(duì)直流負(fù)載9供電，市電網(wǎng)檢修結(jié)束或者市電網(wǎng)的故障消除后，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1在能量管理系 統(tǒng)16的控制下閉合，市電網(wǎng)與第一套UPS、第二套UPS接通，市電網(wǎng)通過(guò)AC/DC整流器3變 換為直流電、光伏陣列5通過(guò)DC/DC變換器6變換為直流電，分別對(duì)直流負(fù)載9供電，還為 儲(chǔ)能電池7充電，儲(chǔ)能電池7在電量充滿后處于待機(jī)狀態(tài)，本【具體實(shí)施方式】進(jìn)入正常工作模 式。
[0041] 第二種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變器4發(fā) 生故障，市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障，且在第一套UPS側(cè)安裝的電 壓互感器檢測(cè)出第一套UPS的第一 DC/AC逆變器4也發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1在能量管理 系統(tǒng)16控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，雙向DC/DC變換器8開(kāi)始工作， 使得處于待機(jī)狀態(tài)的儲(chǔ)能電池7放電，以穩(wěn)定直流母線電壓，由直流母線直接對(duì)直流負(fù)載9 供電，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14在能量管理系統(tǒng)16控制下無(wú)縫切換選擇由第二套UPS的第二 DC/AC逆變器13將儲(chǔ)能電池7的直流電逆變?yōu)榻涣麟娋S持對(duì)交流負(fù)載10不間斷供電，確保 包括服務(wù)器、電腦的交流負(fù)載不會(huì)停機(jī)，第一 DC/AC逆變器4的故障消除恢復(fù)而市電檢修未 完成或故障未消除，本【具體實(shí)施方式】轉(zhuǎn)換為第一種故障工作模式，市電網(wǎng)的故障消除后，不 論第一 DC/AC逆變器4是否恢復(fù)正常，本【具體實(shí)施方式】轉(zhuǎn)換為正常工作模式。
[0042] 第三種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變器4和 第二DC/AC逆變器13都發(fā)生故障，在市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障事 故，且在第一套UPS側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出第一套UPS的第一 DC/AC逆變器4和在第 二套UPS側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出第二套UPS的第二DC/AC逆變器13也發(fā)生故障，并網(wǎng) 點(diǎn)開(kāi)關(guān)1在能量管理系統(tǒng)16控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，雙向DC/ DC變換器8開(kāi)始工作，使得處于待機(jī)狀態(tài)的儲(chǔ)能電池7放電，以穩(wěn)定直流母線電壓，由直流 母線直接對(duì)直流負(fù)載9供電，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14的第一極14-1和第二極14-2在能量管 理系統(tǒng)16控制下均關(guān)斷，雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15的第二極在能量管理系統(tǒng)16控制下接通， 儲(chǔ)能電池7通過(guò)雙向AC/DC變換器12將直流電變換為交流電維持對(duì)交流負(fù)載10不間斷供 電，確保包括服務(wù)器、電腦的交流負(fù)載不會(huì)停機(jī)，第一 DC/AC逆變器4的故障消除而市電網(wǎng) 檢修未完成或故障未消除，不論第二DC/AC逆變器13是否恢復(fù)正常，本【具體實(shí)施方式】轉(zhuǎn)換 為第一種故障工作模式，第二DC/AC逆變器13的故障消除而市電網(wǎng)檢修未完成或故障未消 除且第一 DC/AC逆變器4故障未消除，本【具體實(shí)施方式】轉(zhuǎn)換為第二種故障工作模式，市電網(wǎng) 的故障消除后，不論第一 DC/AC逆變器4和第二DC/AC逆變器13是否恢復(fù)正常，本具體實(shí) 施方式轉(zhuǎn)換為正常工作模式。
[0043] 第一 EMI濾波器2是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器，用于保持第 一套UPS內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，以及防止市電交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入第一套UPS。
[0044] 第二EMI濾波器11是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器，用于保持第 二套UPS內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，以及防止市電交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入第二套UPS。
[0045] AC/DC整流器3是三相橋式全控整流器，包括三個(gè)橋臂支路上的六個(gè)晶閘管 VT1?VT6，AC/DC整流器3的三個(gè)交流電壓輸入端通過(guò)第一 EMI濾波器2、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1與 市電網(wǎng)的三相交流電壓輸出端連接，AC/DC整流器3的直流電壓輸出端與直流母線連接， 其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，AC/DC整流器3用于在市電正常供電時(shí)將市電的工頻交流 電變換為直流電，以電流源的形式掛接在直流母線上，對(duì)直流負(fù)載9供電，還為儲(chǔ)能電池7 提供充電的能量。
[0046] 第一 DC/AC逆變器4是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反并 聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管VDa~VDc，以及VD'分時(shí)a~VT6說(shuō)明：a~VD' c，第 一 DC/AC逆變器4的輸入端與直流母線連接，第一 DC/AC逆變器4的三個(gè)交流電壓輸出端 與三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14的第一位14-1連接，設(shè)定三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體 內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管VDa?VDc、VD'分時(shí)εΓνΤ6說(shuō)明：a?VD' c的開(kāi)通順序，三個(gè)交流電 壓輸出端輸出一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相交流電，第一DC/AC逆變器4 用于將直流母線的直流電變換成交流電，包括在市電網(wǎng)正常供電時(shí)將AC/DC整流器3輸出 的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)交流負(fù)載10供電，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0047] 第二DC/AC逆變器13是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反并 聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管VDa~VDc，以及VD'分時(shí)a~VT6說(shuō)明：a~VD' c，第 二DC/AC逆變器13的輸入端與直流母線連接，第二DC/AC逆變器13的三個(gè)交流電壓輸出 端與三極雙位選擇開(kāi)關(guān)14第二位14-2連接，設(shè)定三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體 內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管VDa?VDc、VD'分時(shí)εΓνΤ6說(shuō)明：a?VD' c的開(kāi)通順序，三個(gè)交流電 壓輸出端輸出一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相交流電，第二DC/AC逆變器 13用于將直流母線的直流電變換成交流電，包括在市電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)將儲(chǔ)能電池7輸出的 直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)交流負(fù)載10供電，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0048] 光伏陣列5是多個(gè)光伏電池的串并聯(lián)組件，光伏電池5的數(shù)量由系統(tǒng)所需安裝容 量與單個(gè)光伏電池板峰值功率所決定，串聯(lián)個(gè)數(shù)由單個(gè)光伏電池板輸出電壓、最大可承受 電壓及所連接變流器電壓輸入范圍所決定，并聯(lián)個(gè)數(shù)由單個(gè)光伏電池板輸出電流范圍，匯 流母線所能承受電流范圍以及系統(tǒng)功率和串聯(lián)光伏電池板個(gè)數(shù)所決定，光伏陣列5用于通 過(guò)與其連接的DC/DC變換器6以電流源的形式掛接在直流母線上，與市電網(wǎng)共同為儲(chǔ)能電 池7提供充電的能量，還與市電網(wǎng)共同為交流負(fù)載10和直流負(fù)載9供電。
[0049] DC/DC變換器6,是具有MPPT功能的DC/DC變換器，由boost升壓電路、單片機(jī)、PWM 脈沖發(fā)生電路和開(kāi)關(guān)管組成，其輸入電壓、輸出電壓和輸入電流、輸出電流測(cè)量結(jié)果通過(guò)單 片機(jī)的分析運(yùn)算，由單片機(jī)控制PWM發(fā)生電路輸出PWM脈沖，調(diào)節(jié)DC/DC變換器6內(nèi)部開(kāi)關(guān) 管的占空比，以控制光伏陣列5的輸出電流，穩(wěn)定光伏陣列5的輸出電壓，DC/DC變換器6 用于穩(wěn)定光伏陣列5的輸出電壓，且保證光伏陣列5輸出最大功率。
[0050] 雙向DC/DC變換器8,包括其組成與參數(shù)相同的一次繞組和二次繞組的隔離高頻 變壓器，以及分別與所述一次繞組、二次繞組相連接的一次高頻整流/逆變單元、二次高頻 整流/逆變單元，一次高頻整流/逆變單元的正向DC/DC變換的輸入端也是反向DC/DC變 換的輸出端，分別與儲(chǔ)能電池7和能量管理系統(tǒng)16相連接，一次高頻整流/逆變單元的正 向DC/DC變換的輸出端也是反向DC/DC變換的輸入端，與直流母線相連接，雙向DC/DC變換 器8用于傳遞雙向能量， 雙向DC/DC變換器8中的一次高頻整流/逆變單元，是全橋式高頻整流/逆變電路，包 括兩個(gè)橋臂上的四個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的IGBT開(kāi)關(guān)管S1~S4組成 的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)，雙向DC/DC變換器5中的二次高頻整流/逆變單元，其組成與參數(shù)與一 次高頻整流/逆變單元完全相同，也是全橋式高頻整流/逆變電路，包括兩個(gè)橋臂上的四個(gè) 各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的IGBT開(kāi)關(guān)管S5~S8組成的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)，由 能量管理系統(tǒng)16控制更改雙向DC/DC變換器8中的一次高頻整流/逆變單元和二次高頻 整流/逆變單元的四組共八個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通順序，實(shí)現(xiàn)正向DC/DC變換和反向DC/DC變換工 作之間的切換。
[0051] 雙向DC/DC變換器8的運(yùn)行模式包括停止模式、充電模式、放電模式和穩(wěn)壓模式， 由能量管理系統(tǒng)16的人機(jī)交互模塊與保護(hù)控制和告警模塊根據(jù)市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感 器檢測(cè)的市電網(wǎng)電壓判定的市電網(wǎng)正常供電或發(fā)生故障的結(jié)果，控制雙向DC/DC變換器8 運(yùn)行模式之間的切換，在正常工作模式下，雙向DC/DC變換器8由能量管理系統(tǒng)16的人機(jī) 交互模塊控制運(yùn)行模式為充電模式和放電模式，在充電模式設(shè)置充電電流值和浮充電壓 值，對(duì)儲(chǔ)能電池7進(jìn)行恒流/恒壓充電，在放電模式設(shè)置放電電流值和放電功率值，對(duì)儲(chǔ)能 電池7進(jìn)行恒流/恒功率放電；在第一、二、三種故障工作模式下，雙向DC/DC變換器8由能 量管理系統(tǒng)16的人機(jī)交互模塊控制運(yùn)行模式為穩(wěn)壓模式，儲(chǔ)能電池7的輸出保持直流母線 電壓恒定，且經(jīng)逆變后為交流負(fù)載10應(yīng)急供電，雙向DC/DC變換器8的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如 圖4所示。
[0052] 雙向AC/DC變換器12,是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反 并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管T1~T6,雙向AC/DC變換器12的正向AC/DC變換 的三個(gè)交流電壓輸入端，也是反向AC/DC變換的直流電壓輸出端，三個(gè)交流電壓輸入端通 過(guò)并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)1與市電網(wǎng)的三相交流電壓輸出端連接，直流電壓輸出端通過(guò)旁路支路和雙 極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)15與交流負(fù)載10連接，雙向AC/DC變換器12的直流電壓輸出端與直流母 線連接，由能量管理系統(tǒng)16控制更改三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極 管的開(kāi)關(guān)管Τ1~Τ6的開(kāi)通順序，實(shí)現(xiàn)在整流和逆變工作模式之間的切換，雙向AC/DC變換器 12在正常工作模式且儲(chǔ)能電池7未充滿時(shí)用于將交流電變換為直流電，為儲(chǔ)能電池7提供 充電的能量，在第一種故障工作模式下，將儲(chǔ)能電池7輸出的直流電變換為交流電，維持對(duì) 交流負(fù)載10不間斷供電，雙向AC/DC變換器12的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。
[0053] 儲(chǔ)能電池7是磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池，是使用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池， 儲(chǔ)能電池7用于對(duì)直流負(fù)載9供電，以及在市電發(fā)生故障時(shí)維持對(duì)交流負(fù)載10不間斷供 電。
[0054] 能量管理系統(tǒng)16的保護(hù)控制模塊在第一、二、三種故障工作模式下對(duì)市電網(wǎng)、儲(chǔ) 能電池7以及雙向DC/DC變換器8進(jìn)行保護(hù)。
[0055] 對(duì)市電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，包括及時(shí)與市電網(wǎng)斷開(kāi)，防止故障影響范圍擴(kuò)大。
[0056] 對(duì)儲(chǔ)能電池7進(jìn)行保護(hù)，包括對(duì)儲(chǔ)能電池7進(jìn)行過(guò)欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保 護(hù)，以及直流過(guò)欠壓保護(hù)、直流過(guò)流保護(hù)、直流極性反接保護(hù)、交流過(guò)流保護(hù)、交流過(guò)欠頻保 護(hù)、交流過(guò)欠壓保護(hù)和交流過(guò)欠頻保護(hù)。
[0057] 對(duì)雙向DC/DC變換器8進(jìn)行保護(hù)，包括直流過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)和直流欠壓保 護(hù)。
[0058] 直流負(fù)載9為通信負(fù)載。
[0059] 交流負(fù)載10包括服務(wù)器、電腦、公共照明負(fù)載、辦公照明負(fù)載和空調(diào)負(fù)載。
[0060] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng) 視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，包括與市電網(wǎng)連接的并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)，以及與所述 并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)連接的第一套UPS，所述并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)由能量管理系統(tǒng)控制通斷，市電網(wǎng)正常供電 時(shí)控制接通，市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)控制斷開(kāi)，所述第一套UPS包括：依次連接 的第一電磁干擾EMI濾波器、交流/直流AC/DC整流器、直流母線、輸入端與所述直流母線 連接的第一直流/交流DC/AC逆變器、光伏陣列、輸入端與所述光伏陣列連接而輸出端與所 述直流母線連接的直流/直流DC/DC變換器、與所述直流母線連接的雙向DC/DC變換器，以 及與所述雙向DC/DC變換器連接的儲(chǔ)能電池，所述第一 EMI濾波器的輸入端與市電連接，所 述AC/DC整流器的輸出端與所述直流母線連接，所述直流母線與直流負(fù)載連接，其特征在 于： 設(shè)有依次連接的第二EMI濾波器、雙向交流/直流AC/DC變換器、第二DC/AC逆變器、 三極雙位選擇開(kāi)關(guān)，以及雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)，所述第二EMI濾波器、雙向AC/DC變換器、第二 DC/AC逆變器與所述光伏陣列、所述DC/DC變換器，以及所述儲(chǔ)能電池組成第二套UPS，所述 第二EMI濾波器與所述并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)和所述第一 EMI濾波器分別連接，所述三極雙位選擇開(kāi) 關(guān)的第一極的一接點(diǎn)與所述第一 DC/AC逆變器連接，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第一極的另 一接點(diǎn)與交流負(fù)載連接；所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第二極的一接點(diǎn)與所述第二DC/AC逆變 器連接，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第二極的另一接點(diǎn)與所述雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第一極的 一接點(diǎn)連接，所述雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第一極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載連接，所述雙極一位 靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第二極的一接點(diǎn)與所述第二EMI濾波器的輸出端和所述雙向AC/DC變換器的一 輸出端連接，所述雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第二極的另一接點(diǎn)與交流負(fù)載連接，所述雙極一位 靜態(tài)開(kāi)關(guān)用于和所述第二EMI濾波器在市電與交流負(fù)載之間組成旁路支路，所述三極雙位 選擇開(kāi)關(guān)和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)均由能量管理系統(tǒng)控制選通斷，使改進(jìn)供電可靠性的不間斷 電源分別相應(yīng)進(jìn)入正常工作模式、第一種故障工作模式、第二種故障工作模式和第三種故 障工作模式。
2. 如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述正常工作模式即市電網(wǎng)正常供電，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述能量管理系統(tǒng)控制下接通， 市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS連接，由所述能量管理系統(tǒng)控制三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的 第一極和第二極均關(guān)，還控制雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第一極關(guān)斷，第二極導(dǎo)通，市電網(wǎng)通過(guò)第 二EMI濾波器、旁路支路和雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)第二極對(duì)交流負(fù)載供電，避免通過(guò)雙向AC/DC 變換器、第一 DC/AC逆變器或/和第二DC/AC逆變器，以減少能量損耗，提高供電效率，所述 能量控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)能電池的電量，確定其否啟動(dòng)所述雙向DC/DC變換器對(duì)所述儲(chǔ)能 電池充電，所述儲(chǔ)能電池的電量充滿后，所述雙向DC/DC變換器停止工作，所述儲(chǔ)能電池處 于待機(jī)狀態(tài)，所述光伏陣列發(fā)電通過(guò)DC/DC變換器和直流母線直接對(duì)直流負(fù)載供電，所述 光伏陣列發(fā)電對(duì)直流負(fù)載供電有余，剩余能量通過(guò)雙向AC/DC變換器、旁路支路和雙極一 位靜態(tài)開(kāi)關(guān)第二極對(duì)交流負(fù)載供電，所述光伏陣列發(fā)電對(duì)直流負(fù)載供電不足，則由市電網(wǎng) 通過(guò)第二EMI濾波器和雙向AC/DC變換器對(duì)直流負(fù)載供電。
3. 如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述第一種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變器正 常工作，市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述能量管理 系統(tǒng)控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，三極雙位選擇開(kāi)關(guān)在所述能 量管理系統(tǒng)控制下無(wú)縫切換，選擇以電流源形式掛接在直流母線上的光伏陣列與處于待機(jī) 狀態(tài)的所述儲(chǔ)能電池共同開(kāi)始工作，通過(guò)所述雙向AC/DC變換器、旁路支路和所述雙極一 位靜態(tài)開(kāi)關(guān)維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電，所述儲(chǔ)能電池放電以穩(wěn)定直流母線電壓，由直流 母線直接對(duì)直流負(fù)載供電，市電網(wǎng)檢修結(jié)束或者市電網(wǎng)的故障消除后，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述 能量管理系統(tǒng)的控制下閉合，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS接通，所述市電網(wǎng)通過(guò) AC/DC整流器變換為直流電、光伏陣列通過(guò)DC/DC變換器變換為直流電，分別對(duì)直流負(fù)載供 電，還為所述儲(chǔ)能電池充電，所述儲(chǔ)能電池在電量充滿后處于待機(jī)狀態(tài)，改進(jìn)供電可靠性的 不間斷電源進(jìn)入正常工作模式。
4. 如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述第二種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變器發(fā) 生故障，市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障，且在第一套UPS側(cè)安裝的電 壓互感器檢測(cè)出第一套UPS的第一 DC/AC逆變器也發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)在所述能量管理 系統(tǒng)控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，所述雙向DC/DC變換器開(kāi)始工 作，使得處于待機(jī)狀態(tài)的所述儲(chǔ)能電池放電，以穩(wěn)定直流母線電壓，由直流母線直接對(duì)直流 負(fù)載供電，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)在所述能量管理系統(tǒng)控制下無(wú)縫切換選擇由第二套UPS 的第二DC/AC逆變器將所述儲(chǔ)能電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟娋S持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電， 確保包括服務(wù)器、電腦的交流負(fù)載不會(huì)停機(jī)，第一 DC/AC逆變器的故障消除恢復(fù)而市電檢 修未完成或故障未消除，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源轉(zhuǎn)換為第一種故障工作模式，市電 網(wǎng)的故障消除后，不論所述第一 DC/AC逆變器是否恢復(fù)正常，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電 源轉(zhuǎn)換為正常工作模式。
5. 如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述第三種故障工作模式即市電網(wǎng)檢修或者市電網(wǎng)發(fā)生故障且第一 DC/AC逆變器和 第二DC/AC逆變器都發(fā)生故障，在市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出市電網(wǎng)發(fā)生故障事 故，且在第一套UPS側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出第一套UPS的第一 DC/AC逆變器和在第二 套UPS側(cè)安裝的電壓互感器檢測(cè)出第二套UPS的第二DC/AC逆變器也發(fā)生故障，并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi) 關(guān)在所述能量管理系統(tǒng)控制下斷開(kāi)，市電網(wǎng)與所述第一套UPS、第二套UPS斷開(kāi)，所述雙向 DC/DC變換器開(kāi)始工作，使得處于待機(jī)狀態(tài)的所述儲(chǔ)能電池放電，以穩(wěn)定直流母線電壓，由 直流母線直接對(duì)直流負(fù)載供電，所述三極雙位選擇開(kāi)關(guān)的第一極和第二極在所述能量管理 系統(tǒng)控制下均關(guān)斷，雙極一位靜態(tài)開(kāi)關(guān)的第二極在所述能量管理系統(tǒng)控制下接通，所述儲(chǔ) 能電池通過(guò)所述雙向AC/DC變換器將直流電變換為交流電維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電，確 保包括服務(wù)器、電腦的交流負(fù)載不會(huì)停機(jī)，第一 DC/AC逆變器的故障消除而市電網(wǎng)檢修未 完成或故障未消除，不論所述第二DC/AC逆變器是否恢復(fù)正常，改進(jìn)供電可靠性的不間斷 電源轉(zhuǎn)換為第一種故障工作模式，第二DC/AC逆變器的故障消除而市電網(wǎng)檢修未完成或故 障未消除且第一 DC/AC逆變器故障未消除，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源轉(zhuǎn)換為第二種故 障工作模式，市電網(wǎng)的故障消除后，不論所述第一 DC/AC逆變器和第二DC/AC逆變器是否恢 復(fù)正常，改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源轉(zhuǎn)換為正常工作模式。
6. 如權(quán)利要求2至5中任意一項(xiàng)的所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在 于： 所述第一 EMI濾波器，是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器，用于保持第 一套UPS內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，以及防止市電交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入第一套UPS ; 所述第二EMI濾波器，是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器，用于保持第 二套UPS內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，以及防止市電交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入第二套UPS ; 所述AC/DC整流器是三相橋式全控整流器，包括三個(gè)橋臂支路上的六個(gè)晶閘管，所述 AC/DC整流器的三個(gè)交流電壓輸入端通過(guò)第一 EMI濾波器、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)與市電網(wǎng)的三相交 流電壓輸出端連接，所述AC/DC整流器的直流電壓輸出端與直流母線連接，所述AC/DC整流 器用于在市電正常供電時(shí)將市電的工頻交流電變換為直流電，以電流源的形式掛接在直流 母線上，對(duì)直流負(fù)載供電，還為儲(chǔ)能電池提供充電的能量； 所述第一 DC/AC逆變器是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反并聯(lián) 二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管，所述第一 DC/AC逆變器的輸入端與直流母線連接， 所述第一 DC/AC逆變器的三個(gè)交流電壓輸出端與三極雙位選擇開(kāi)關(guān)第一位連接，設(shè)定三組 共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通順序，三個(gè)交流電壓輸出 端輸出一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相交流電，所述第一 DC/AC逆變器用 于將直流母線的直流電變換成交流電，包括在市電網(wǎng)正常供電時(shí)將所述AC/DC整流器輸出 的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)交流負(fù)載供電； 所述第二DC/AC逆變器是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反并聯(lián) 二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管，所述第二DC/AC逆變器的輸入端與直流母線連接， 所述第二DC/AC逆變器的三個(gè)交流電壓輸出端與三極雙位選擇開(kāi)關(guān)第二位連接，設(shè)定三組 共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通順序，三個(gè)交流電壓輸出 端輸出一組幅值相等、頻率相等、相位相差120°的三相交流電，所述第二DC/AC逆變器用 于將直流母線的直流電變換成交流電，包括在市電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)將所述儲(chǔ)能電池輸出的直 流電轉(zhuǎn)換為交流電，對(duì)交流負(fù)載供電。
7. 如權(quán)利要求6所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述光伏陣列是多個(gè)光伏電池的串并聯(lián)組件，光伏電池的數(shù)量由系統(tǒng)所需安裝容量與 單個(gè)光伏電池板峰值功率所決定，串聯(lián)個(gè)數(shù)由單個(gè)光伏電池板輸出電壓、最大可承受電壓 及所連接變流器電壓輸入范圍所決定，并聯(lián)個(gè)數(shù)由單個(gè)光伏電池板輸出電流范圍，匯流母 線所能承受電流范圍以及系統(tǒng)功率和串聯(lián)光伏電池板個(gè)數(shù)所決定，所述光伏陣列用于通過(guò) 與其連接的DC/DC變換器以電流源的形式掛接在直流母線上，與市電網(wǎng)共同為儲(chǔ)能電池提 供充電的能量，還與市電網(wǎng)共同為交流負(fù)載和直流負(fù)載供電； 所述DC/DC變換器，是具有最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT功能的DC/DC變換器，由boost升壓 電路、單片機(jī)、PWM脈沖發(fā)生電路和開(kāi)關(guān)管組成，其輸入電壓、輸出電壓和輸入電流、輸出電 流測(cè)量結(jié)果通過(guò)單片機(jī)的分析運(yùn)算，由單片機(jī)控制脈沖寬度調(diào)制PWM發(fā)生電路輸出PWM脈 沖，調(diào)節(jié)所述DC/DC變換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的占空比，以控制所述光伏陣列的輸出電流，穩(wěn)定所 述光伏陣列的輸出電壓，所述DC/DC變換器用于穩(wěn)定所述光伏陣列的輸出電壓，且保證光 伏陣列輸出最大功率。
8. 如權(quán)利要求7所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述雙向DC/DC變換器，包括其組成與參數(shù)相同的一次繞組和二次繞組的隔離高頻變 壓器，以及分別與所述一次繞組、二次繞組相連接的一次高頻整流/逆變單元、二次高頻整 流/逆變單元，所述一次高頻整流/逆變單元的正向DC/DC變換的輸入端也是反向DC/DC 變換的輸出端，分別與所述儲(chǔ)能電池和所述能量管理系統(tǒng)相連接，所述一次高頻整流/逆 變單元的正向DC/DC變換的輸出端也是反向DC/DC變換的輸入端，與所述直流母線相連接， 所述雙向DC/DC變換器用于傳遞雙向能量； 所述雙向DC/DC變換器中的一次高頻整流/逆變單元，是全橋式高頻整流/逆變電路， 包括兩個(gè)橋臂上的四個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的IGBT開(kāi)關(guān)管S1~S4組 成的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)，由能量管理系統(tǒng)控制更改雙向DC/DC變換器中的一次高頻整流/逆 變單元的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通順序，實(shí)現(xiàn)正向DC/DC變換和反向DC/DC變換工作之間的 切換； 所述雙向DC/DC變換器中的二次高頻整流/逆變單元，其組成與參數(shù)與一次高頻整流 /逆變單元完全相同，也是全橋式高頻整流/逆變電路，包括兩個(gè)橋臂上的四個(gè)各自有反并 聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的IGBT開(kāi)關(guān)管S5~S8組成的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)，由能量管理系 統(tǒng)控制更改雙向DC/DC變換器中的二次高頻整流/逆變單元的兩組共四個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通順 序，實(shí)現(xiàn)正向DC/DC變換和反向DC/DC變換工作之間的切換； 所述雙向DC/DC變換器的運(yùn)行模式包括停止模式、充電模式、放電模式和穩(wěn)壓模式，由 所述能量管理系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊與保護(hù)控制和告警模塊根據(jù)市電網(wǎng)側(cè)安裝的電壓互感 器檢測(cè)的市電網(wǎng)電壓判定的市電網(wǎng)正常供電或發(fā)生故障的結(jié)果，控制所述雙向DC/DC變換 器運(yùn)行模式之間的切換，在正常工作模式下，所述雙向DC/DC變換器由所述能量管理系統(tǒng) 的人機(jī)交互模塊控制運(yùn)行模式為充電模式和放電模式，在充電模式設(shè)置充電電流值和浮充 電壓值，對(duì)所述儲(chǔ)能電池進(jìn)行恒流/恒壓充電，在放電模式設(shè)置放電電流值和放電功率值， 對(duì)所述儲(chǔ)能電池進(jìn)行恒流/恒功率放電；在第一、二、三種故障工作模式下，所述雙向DC/DC 變換器由所述能量管理系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊控制運(yùn)行模式為穩(wěn)壓模式，所述儲(chǔ)能電池的輸 出保持直流母線電壓恒定，且經(jīng)逆變后為交流負(fù)載應(yīng)急供電。
9. 如權(quán)利要求8所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述雙向AC/DC變換器，是三相橋式全控逆變器，包括三個(gè)橋臂上的六個(gè)各自有反并 聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管，所述雙向AC/DC變換器的正向AC/DC變換的三個(gè) 交流電壓輸入端，也是反向AC/DC變換的直流電壓輸出端，三個(gè)交流電壓輸入端通過(guò)并網(wǎng) 點(diǎn)開(kāi)關(guān)與市電網(wǎng)的三相交流電壓輸出端連接，直流電壓輸出端通過(guò)旁路支路和雙極一位靜 態(tài)開(kāi)關(guān)與交流負(fù)載連接，所述雙向AC/DC變換器的直流電壓輸出端與直流母線連接，由所 述能量管理系統(tǒng)控制更改三組共六個(gè)各自有反并聯(lián)二極管或管體內(nèi)寄生二極管的開(kāi)關(guān)管 的開(kāi)通順序，實(shí)現(xiàn)在整流和逆變工作模式之間的切換，所述雙向AC/DC變換器在正常工作 模式且所述儲(chǔ)能電池未充滿時(shí)用于將交流電變換為直流電，為所述儲(chǔ)能電池提供充電的能 量，在第一種故障工作模式下，將所述儲(chǔ)能電池輸出的直流電變換為交流電，維持對(duì)交流負(fù) 載不間斷供電。
10. 如權(quán)利要求9所述的改進(jìn)供電可靠性的不間斷電源，其特征在于： 所述儲(chǔ)能電池是磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池，是使用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，所 述儲(chǔ)能電池用于對(duì)直流負(fù)載供電，以及在市電發(fā)生故障時(shí)維持對(duì)交流負(fù)載不間斷供電； 所述能量管理系統(tǒng)的保護(hù)控制模塊在第一、二、三種故障工作模式下對(duì)市電網(wǎng)、儲(chǔ)能電 池以及雙向DC/DC變換器進(jìn)行保護(hù)； 所述對(duì)市電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，包括及時(shí)與市電網(wǎng)斷開(kāi)，防止故障影響范圍擴(kuò)大； 所述對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行保護(hù)，包括對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行過(guò)欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)，以 及直流過(guò)欠壓保護(hù)、直流過(guò)流保護(hù)、直流極性反接保護(hù)、交流過(guò)流保護(hù)、交流過(guò)欠頻保護(hù)、交 流過(guò)欠壓保護(hù)和交流過(guò)欠頻保護(hù)； 所述對(duì)雙向DC/DC變換器進(jìn)行保護(hù)，包括直流過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)和直流欠壓保 護(hù)。
【文檔編號(hào)】H02J9/06GK104065157SQ201410250367
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】秦毅 申請(qǐng)人:深圳微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室有限公司