專利名稱：一種新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種與交流電力電網(wǎng)直接連接的應(yīng)急電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
應(yīng)急電源系統(tǒng)(EPS)可以在電網(wǎng)斷電時(shí)提供應(yīng)急電源，同時(shí)也可以改善用電條件。現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)急電源系統(tǒng)多種多樣，圖1所示的是一種應(yīng)急電源系統(tǒng)的電路圖，從圖1中可以明顯的看出現(xiàn)有應(yīng)急電源系統(tǒng)存在的不足，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蓄電池的充電和逆變分別采用兩套不同的電路，而且充電電路和逆變電路的電流流向都是單方向的；控制電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高；沒(méi)有采用功率因數(shù)校正技術(shù)和有源濾波技術(shù)，系統(tǒng)給蓄電池充放電時(shí)，對(duì)電網(wǎng)有污染；在市電正常時(shí)，系統(tǒng)不具備蓄電池的在線放電功能，無(wú)法提供蓄電池的在線測(cè)試；蓄電池沒(méi)有采用較科學(xué)的管理模式；使用了體積龐大的工頻變壓器，增加了由變壓器帶來(lái)的損耗。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，該電源系統(tǒng)在電網(wǎng)正常時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的在線充放電，同時(shí)校正充放電電流的功率因素，也可以補(bǔ)償負(fù)載的諧波電流，改善交流輸入端的功率因素，改善電網(wǎng)質(zhì)量；電網(wǎng)斷電時(shí)，給負(fù)載提供理想的交流電，該系統(tǒng)有較強(qiáng)的控制功能，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低、控制精度高、功能強(qiáng)大，省去了體積龐大的工頻變壓器，減少了由變壓器帶來(lái)的損耗，提高了系統(tǒng)的整機(jī)變換效率。
本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案一種新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，由主電路和控制電路連接構(gòu)成，主電路的交流端1連接交流電源的電力電網(wǎng)電路，交流端3連接負(fù)載Z，控制電路由控制器13連接驅(qū)動(dòng)裝置12構(gòu)成，蓄電池11是主電路的備用電源，主電路的AC/DC雙向變換器6的電路結(jié)構(gòu)是由多個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的功率橋路，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，功率開(kāi)關(guān)元件分別并聯(lián)連接有反向二極管，AC/DC雙向變換器6的輸出通過(guò)無(wú)源濾波器連接蓄電池11，雙向變換器6分為交流端和直流端，所述控制電路連接有電流電壓取樣元件，其電流電壓取樣元件由第一電流傳感器14、第二電流傳感器15、第一電壓傳感器16和第二電壓傳感器17構(gòu)成，第一電流傳感器14的輸出、第二電流傳感器15的輸出、第一電壓傳感器16的輸出、第二電壓傳感器17的輸出分別連接控制器13，第一電壓傳感器16的輸入與交流輸入端1并聯(lián)連接，第二電壓傳感器17的輸入與蓄電池11并聯(lián)連接，所述AC/DC雙向變換器6交流端的相電位端通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感5連接交流輸入端1，無(wú)源升降壓濾波器由電感5和電容4組成，電容4并聯(lián)連接在交流輸入端1和AC/DC雙向變換器6交流端的零電位端之間，無(wú)源升降壓濾波器和第一電壓傳感器16輸入的相電位端和交流輸入端1的連接是同一個(gè)電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A，第一電流傳感器14的輸入連接在交流輸入端1的電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A與交流端3之間的電力線路上，第二電流傳感器15的輸入連接在AC/DC雙向變換器6交流端與無(wú)源升降壓濾波器相連接的線路上，AC/DC雙向變換器6直流端通過(guò)串接無(wú)源濾波器并聯(lián)連接蓄電池11。
所述交流輸入電源可以是單相交流電源或三相交流電源。
所述AC/DC雙向變換器6是單相全橋功率橋路，由四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4構(gòu)成，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4分別并聯(lián)連接有反向二極管D1、D2、D3、D4，全橋交流的相電位端通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感L1連接交流輸入端1，電感L1連接交流輸入端1的節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)源升降壓濾波器的電容C1連接全橋的另一個(gè)輸入端并接交流電源零電位端。
所述AC/DC雙向變換器6是單相半橋功率橋路，由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2構(gòu)成，半橋功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2分別并聯(lián)連接有反向二極管D1、D2。
所述AC/DC雙向變換器6是三相全橋功率橋路，功率橋路由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4、S5、S6構(gòu)成，功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4、S5、S6的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4、S5、S6分別并聯(lián)連接有反向二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，全橋的三相交流端分別通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感L1、L2、L3連接三相交流電源的交流輸入端1的三相交流端子，其連接節(jié)點(diǎn)分別通過(guò)無(wú)源升降壓濾波器的電容C1、C2、C3和交流電源零電位端。
所述主電路的交流輸入端1與電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A之間通過(guò)第一切換裝置2的第一組觸點(diǎn)連接，第一切換裝置2的第二組觸點(diǎn)直接連接交流輸入端1和交流輸出端3，第一組觸點(diǎn)和第二組觸點(diǎn)呈開(kāi)/合狀態(tài)的反向邏輯關(guān)系，交流輸入端1連接在第一組觸點(diǎn)和第二組觸點(diǎn)的公共觸點(diǎn)上。
所述無(wú)源濾波器同蓄電池之間連接有第二切換裝置10，在必要時(shí)第二切換裝置10可以省去。
同理，用于系統(tǒng)故障維護(hù)的第一切換裝置2也可以省去。
所述無(wú)源濾波器可以是由一個(gè)電感和兩個(gè)電容連接而成的π濾波器，或是其它形式的濾波器。
蓄電池11通過(guò)雙向變換器6、電感5和電容4并聯(lián)連接在電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A點(diǎn)，交流輸入端1、交流輸出端3和應(yīng)急電源系統(tǒng)在A點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了功率平衡。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)有該應(yīng)急電源系統(tǒng)采用了一組功率橋路來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電和逆變功能，并由電壓和電流取樣回路連接控制器，控制器將處理后的結(jié)果傳送給驅(qū)動(dòng)裝置，控制功率橋開(kāi)關(guān)元件的通斷和電流電壓相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)充放電、逆變和調(diào)整功率因素以及電網(wǎng)無(wú)功和諧波補(bǔ)償功能的目的，整個(gè)控制過(guò)程形成了一種在線檢測(cè)和在線控制的有效應(yīng)變機(jī)制，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而有效。系統(tǒng)不再設(shè)計(jì)使用專用的充電電路，應(yīng)急電源系統(tǒng)可以在電網(wǎng)有電時(shí)，將蓄電池的電量逆變回電網(wǎng)，稱為在線放電，此功能有2項(xiàng)好處一是EPS作為后備式系統(tǒng)，平時(shí)不投入使用，加入此功能可以提供系統(tǒng)的在線定時(shí)測(cè)試，提前維護(hù)系統(tǒng)；二是可以在電網(wǎng)負(fù)載谷時(shí)將電能存儲(chǔ)，在電網(wǎng)負(fù)載峰時(shí)利用起來(lái)；應(yīng)急電源系統(tǒng)可以通過(guò)控制充放電電流使系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)接近1或-1，對(duì)電網(wǎng)不會(huì)造成污染；應(yīng)急電源系統(tǒng)還具有電網(wǎng)的無(wú)功和諧波補(bǔ)償功能，本實(shí)用新型電路中使用的電流和電壓取樣信號(hào)傳送給控制器時(shí)，控制器處理后，發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)電路，控制全橋電路開(kāi)關(guān)管的通斷，達(dá)到有源濾波和蓄電池充放電的目的，控制精度很高，圖15-18是調(diào)整后的波形圖，從電流和電壓的相位關(guān)系可以看出功率因素得到了調(diào)整；在線時(shí)，如果電網(wǎng)正常，可以將系統(tǒng)投入到電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功和諧波的治理；對(duì)用戶提供較大的附加值；應(yīng)急電源系統(tǒng)省去了體積龐大的工頻變壓器，減少了由變壓器帶來(lái)的損耗，提高了系統(tǒng)的整機(jī)變換效率；所述應(yīng)急電源系統(tǒng)通過(guò)根據(jù)蓄電池的特性曲線，有規(guī)律地控制蓄電池的充放電電流，可以科學(xué)地管理蓄電池，提高蓄電池的壽命。應(yīng)急電源系統(tǒng)所采用的電路拓?fù)溥m合中大型EPS系統(tǒng)，系統(tǒng)越大，該電路的優(yōu)點(diǎn)越突出。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型應(yīng)急電源系統(tǒng)提出以前，傳統(tǒng)應(yīng)急電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實(shí)用新型應(yīng)急電源系統(tǒng)的原理框圖。
圖3是本實(shí)用新型單相應(yīng)急電源系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是圖3單相全橋主電路的簡(jiǎn)化電路圖。
圖5是圖3中單相半橋主電路的簡(jiǎn)化電路圖。
圖6是圖2中三相全橋主電路的簡(jiǎn)化電路圖。
圖7是圖2中控制電路的原理框圖。
圖8是圖4中正半波充電工作回路。
圖9是圖4中負(fù)半波充電工作回路。
圖10是圖4中正半波放電工作回路。
圖11是圖4中負(fù)半波放電工作回路。
圖12是圖4中正半波逆變工作回路。
圖13是圖4中負(fù)半波逆變工作回路。
圖14是所述應(yīng)急電源系統(tǒng)作有源濾波時(shí)的工作電路。
圖15是蓄電池充電時(shí)交流輸入電壓與充電電流的波形圖。
圖16是蓄電池在線放電時(shí)交流輸入電壓與放電電流的波形圖。
圖17是所述應(yīng)急電源系統(tǒng)作有源濾波器使用時(shí)，電網(wǎng)輸入電流、非線性負(fù)載電流和應(yīng)急電源系統(tǒng)補(bǔ)償電流的波形圖。
圖18是蓄電池逆變時(shí)交流輸出電壓與輸出電流的波形圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖2，一種新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)由主電路和控制電路連接構(gòu)成，主電路的交流輸入端1連接交流輸入電源的電力電網(wǎng)電路，交流輸出端3連接負(fù)載Z，控制電路由控制器13連接驅(qū)動(dòng)裝置12構(gòu)成，蓄電池11是主電路的備用電源，主電路的AC/DC雙向變換器6的電路結(jié)構(gòu)是由多個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的功率橋路，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，功率開(kāi)關(guān)元件分別并聯(lián)連接有反向二極管，AC/DC雙向變換器6的輸出通過(guò)無(wú)源濾波器連接蓄電池11，所述控制電路連接有電流電壓取樣元件，其電流電壓取樣元件由第一電流傳感器14、第二電流傳感器15、第一電壓傳感器16和第二電壓傳感器17構(gòu)成，第一電流傳感器14的輸出、第二電流傳感器15的輸出、第一電壓傳感器16的輸出、第二電壓傳感器17的輸出分別連接控制器13，第一電壓傳感器16的輸入與交流輸入端1連接，第二電壓傳感器17的輸入與蓄電池11并聯(lián)連接，AC/DC雙向變換器6的交流端的相電位端通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感5連接交流輸入端1，無(wú)源升降壓濾波器由電感5和電容4組成，電容4并聯(lián)連接在交流輸入端1和AC/DC雙向變換器6交流端的零電位端之間，無(wú)源升降壓濾波器和第一電壓傳感器16輸入端的相電位端同交流輸入端1的連接是同一個(gè)電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A，第一電流傳感器14的輸出端連接在交流輸入端1的電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A與交流輸出端3之間的電力線路上，第二電流傳感器15的輸出端連接在AC/DC雙向變換器6的交流端與無(wú)源升降壓濾波器相連接的線路上，AC/DC雙向變換器6的直流端通過(guò)串接無(wú)源濾波器并聯(lián)連接蓄電池11。
參見(jiàn)圖3，交流輸入電源可以是單相交流電源，參見(jiàn)圖4，AC/DC雙向變換器6可以是單相全橋功率橋路，參見(jiàn)圖5，AC/DC雙向變換器6可以是單相半橋功率橋路；參見(jiàn)圖6，交流輸入電源可以是三相交流電源，AC/DC雙向變換器6是三相全橋功率橋路。
參見(jiàn)圖3，圖3是單相交流電源應(yīng)急電源系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例清楚的展示了AC/DC雙向變換器6同應(yīng)急電源系統(tǒng)的電流電壓取樣元件、無(wú)源濾波器、控制器、驅(qū)動(dòng)裝置、無(wú)源升降壓濾波器的連接關(guān)系，主電路的交流輸入端1與電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A之間通過(guò)第一切換裝置2的第一組觸點(diǎn)連接，第一切換裝置2的第二組觸點(diǎn)直接連接交流輸入端1和交流輸出端3，第一組觸點(diǎn)和第二組觸點(diǎn)呈開(kāi)/合狀態(tài)的反向邏輯關(guān)系，交流輸入端1連接在第一組觸點(diǎn)和第二組觸點(diǎn)的公共觸點(diǎn)上，第一切換裝置2用以控制應(yīng)急電源系統(tǒng)同電力電網(wǎng)和負(fù)載的電連接，在維護(hù)應(yīng)急電源系統(tǒng)時(shí)，旁路接通負(fù)載Z同交流輸入端1的電連接，無(wú)源濾波器同蓄電池之間連接有第二切換裝置10，第二切換裝置10用以控制蓄電池同應(yīng)急電源系統(tǒng)的電連接，無(wú)源濾波器由一個(gè)電感8和兩個(gè)電容7、9連接而形成π濾波器。
參見(jiàn)圖3、圖4，單相全橋功率橋路由四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4構(gòu)成，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4分別并聯(lián)連接有反向二極管D1、D2、D3、D4，全橋的交流端通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感L1連接交流輸入端1，電感L1連接交流輸入端1的節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)源升降壓濾波器的電容C1連接全橋的另一個(gè)交流端和交流電源零電位端。
參見(jiàn)圖5，單相半橋功率橋路由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2構(gòu)成，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2分別并聯(lián)連接有反向二極管D1、D2。
參見(jiàn)圖6，三相全橋功率橋路由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4、S5、S6構(gòu)成，功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4、S5、S6的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置12，六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件S1、S2、S3、S4、S5、S6分別并聯(lián)連接有反向二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，電橋的三相交流端分別通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感L1、L2、L3連接三相交流電源的交流輸入端1的三相輸入端子，其連接節(jié)點(diǎn)分別通過(guò)無(wú)源升降壓濾波器的電容C1、C2、C3接交流電源零電位端。
由附圖可見(jiàn)，蓄電池11通過(guò)雙向變換器6、電感5和電容4并聯(lián)連接在電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)A點(diǎn)，交流輸入端1、交流輸出端3和應(yīng)急電源系統(tǒng)在A點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了功率平衡。
參見(jiàn)圖2、圖3、圖7，應(yīng)急電源系統(tǒng)的充電回路的設(shè)計(jì)采用Boost升壓電路，放電回路采用Buck降壓電路，并結(jié)合有源功率因數(shù)校正技術(shù)和有源濾波技術(shù)。主電路采用功率橋路來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電和逆變功能，控制器的功能框圖如圖7所示，控制器可以采用模擬電路控制，也可采用數(shù)模混合或全數(shù)字電路控制。
以下結(jié)合附圖說(shuō)明單相應(yīng)急電源系統(tǒng)的工作過(guò)程。
參見(jiàn)圖8、圖9，充電電路的工作過(guò)程主要就是控制S3和S4兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，來(lái)實(shí)現(xiàn)給蓄電池升壓充電和功率因數(shù)校正的目的。當(dāng)輸入電壓為正時(shí)，充電線路如圖8所示。由L1、D1、D4及S3組成Boost升壓電路。充電電流流過(guò)路徑為L(zhǎng)1-D1-蓄電池-D4。當(dāng)輸入電壓為負(fù)時(shí)，充電線路如圖9所示。由L1、D2、D3及S4組成Boost升壓電路。充電電流流過(guò)路徑為D2-蓄電池-D3-L1。
參見(jiàn)圖10、圖11，放電電路的工作過(guò)程主要就是控制S1、S4和S2、S3四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，來(lái)實(shí)現(xiàn)給蓄電池在線放電和功率因數(shù)校正的目的。當(dāng)交流輸入電壓為正時(shí)，放電線路如圖10所示。由S1、L1、D3及S4組成Buck降壓電路，放電電流流過(guò)路徑為蓄電池-S1-L1-交流電網(wǎng)-S4-蓄電池。當(dāng)交流輸入電壓為負(fù)時(shí)，放電線路如圖11所示。由S2、L1、D4及S3組成Buck降壓電路，放電電流流過(guò)路徑為蓄電池-S2-L1-交流電網(wǎng)-S3-蓄電池。
參見(jiàn)圖12、圖13、圖18，逆變電路的工作過(guò)程主要就是控制S1、S4和S2、S3四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，來(lái)實(shí)現(xiàn)將蓄電池的直流電壓變換成高精度的交流電壓輸出給交流電負(fù)載。當(dāng)交流輸出電壓為正時(shí)，逆變線路如圖12所示。逆變電流流過(guò)路徑為蓄電池-S1-L1-交流電負(fù)載-S4-蓄電池。當(dāng)交流輸出電壓為負(fù)時(shí)，逆變線路如圖13所示。逆變電流流過(guò)路徑為蓄電池-S2-L1-交流電負(fù)載-S3-蓄電池。圖18是蓄電池逆變時(shí)交流輸出電壓與輸出電流的波形圖。
參見(jiàn)圖15、圖16，應(yīng)急電源系統(tǒng)的功率因數(shù)校正不采用乘法器，而是通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先把輸入電壓、電流和蓄電池的電壓檢測(cè)信號(hào)送到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后，單片機(jī)發(fā)出指令信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，控制全橋電路中功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷，達(dá)到功率因數(shù)校正和給蓄電池充放電的目的。功率因數(shù)校正的目標(biāo)一是使輸入電流與輸入電壓同相位；二是使輸入電流正弦化。在本系統(tǒng)中，為了達(dá)到這個(gè)目的，控制電路中給出了與輸入電壓同相位的正弦電流，即基準(zhǔn)電流?；鶞?zhǔn)電流與變換器輸入、電流進(jìn)行誤差的比例積分運(yùn)算，再與三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生SPWM波，控制相應(yīng)功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，從而達(dá)到功率因數(shù)校正和升壓充電的目的。結(jié)果送入邏輯電路，經(jīng)過(guò)一系列邏輯運(yùn)算后，給開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制全橋電路中開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。圖15是蓄電池充電時(shí)交流輸入電壓與充電電流的波形圖。圖16是蓄電池在線放電時(shí)交流輸入電壓與放電電流的波形圖。
參見(jiàn)圖14、圖17，應(yīng)急電源系統(tǒng)采用有源濾波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了非線性負(fù)載的諧波和無(wú)功電流的補(bǔ)償功能，使電網(wǎng)的輸入功率因數(shù)接近1。所述應(yīng)急電源系統(tǒng)作有源濾波時(shí)的工作電路如圖14所示，圖17是所述應(yīng)急電源系統(tǒng)作有源濾波器使用時(shí)，電網(wǎng)輸入電流、非線性負(fù)載電流和應(yīng)急電源系統(tǒng)補(bǔ)償電流的波形圖。
參見(jiàn)圖7，圖7是控制電路的功能框圖，應(yīng)急電源系統(tǒng)中控制電路的各種功能信號(hào)的綜合和運(yùn)算是通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)邏輯電路進(jìn)行各功能之間的切換。
權(quán)利要求1.一種新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，由主電路和控制電路連接構(gòu)成，主電路的交流輸入端(1)連接交流輸入電源的電力電網(wǎng)電路，交流輸出端(3)連接負(fù)載(Z)，控制電路由控制器(13)連接驅(qū)動(dòng)裝置(12)構(gòu)成，蓄電池(11)是主電路的備用電源，主電路的AC/DC雙向變換器(6)的電路結(jié)構(gòu)是由多個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的功率橋路，功率橋路中功率開(kāi)關(guān)元件的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置(12)，功率開(kāi)關(guān)元件分別并聯(lián)連接有反向二極管，AC/DC雙向變換器(6)的輸出通過(guò)無(wú)源濾波器連接蓄電池(11)，雙向變換器6分為交流端和直流端，其特征在于所述控制電路連接有電流電壓取樣元件，其電流電壓取樣元件由第一電流傳感器(14)、第二電流傳感器(15)、第一電壓傳感器(16)和第二電壓傳感器(17)構(gòu)成，第一電流傳感器(14)的輸出、第二電流傳感器(15)的輸出、第一電壓傳感器(16)的輸出、第二電壓傳感器(17)的輸出分別連接控制器(13)，第一電壓傳感器(16)的輸入與交流輸入端(1)連接，第二電壓傳感器(17)的輸入與蓄電池(11)并聯(lián)連接；所述AC/DC雙向變換器(6)的交流端的相電位端通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感(5)連接交流輸入端(1)，無(wú)源升降壓濾波器由電感(5)和電容(4)組成，電容(4)并聯(lián)連接在交流輸入端(1)和AC/DC雙向變換器(6)交流端的零電位端之間，無(wú)源升降壓濾波器和第一電壓傳感器(16)輸入端的相電位端同交流輸入端(1)的連接是同一個(gè)電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)(A)，第一電流傳感器(14)的輸入連接在交流輸入端(1)的電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)(A)與交流輸出端(3)之間的電力線路上，第二電流傳感器(15)的輸入連接在AC/DC雙向變換器(6)的交流端與無(wú)源升降壓濾波器相連接的線路上，AC/DC雙向變換器(6)的直流端通過(guò)串接無(wú)源濾波器并聯(lián)連接蓄電池(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述交流輸入電源是單相交流電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述交流輸入電源是三相交流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述AC/DC雙向變換器(6)是單相全橋功率橋路，由四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2、S3、S4)構(gòu)成，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2、S3、S4)的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置(12)，四個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2、S3、S4)分別并聯(lián)連接有反向二極管(D1、D2、D3、D4)，全橋的交流相電位端通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感(L1)連接交流輸入端(1)，電感(L1)連接交流輸入端(1)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)源升降壓濾波器的電容(C1)連接全橋的另一個(gè)輸入端并接交流電源零電位端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述AC/DC雙向變換器(6)是單相半橋功率橋路，由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2)構(gòu)成，功率橋路功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2)的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置(12)，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2)分別并聯(lián)連接有反向二極管(D1、D2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述AC/DC雙向變換器(6)是三相全橋功率橋路，功率橋路由六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2、S3、S4、S5、S6)構(gòu)成，功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2、S3、S4、S5、S6)的控制極連接驅(qū)動(dòng)裝置(12)，六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件(S1、S2、S3、S4、S5、S6)分別并聯(lián)連接有反向二極管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)，全橋的三相輸入端分別通過(guò)串接無(wú)源升降壓濾波器的電感(L1、L2、L3)連接三相交流電源的交流輸入端(1)的三相輸入端子，其連接節(jié)點(diǎn)分別通過(guò)無(wú)源升降壓濾波器的電容(C1、C2、C3)接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述主電路的交流輸入端(1)與電路拓?fù)涔?jié)點(diǎn)(A)之間通過(guò)第一切換裝置(2)的第一組觸點(diǎn)連接，第一切換裝置(2)的第二組觸點(diǎn)直接連接交流輸入端(1)和交流輸出端(3)，第一組觸點(diǎn)和第二組觸點(diǎn)呈開(kāi)/合狀態(tài)的反向邏輯關(guān)系，交流輸入端(1)連接在第一組觸點(diǎn)和第二組觸點(diǎn)的公共觸點(diǎn)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)源濾波器同蓄電池之間連接有第二切換裝置(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)源濾波器是由一個(gè)電感和兩個(gè)電容連接而成的π濾波器。
專利摘要一種新型多功能應(yīng)急電源系統(tǒng)，涉及一種與交流電網(wǎng)直接連接的應(yīng)急電源系統(tǒng)。該應(yīng)急電源連接在交流輸入端(1)和交流負(fù)載(Z)之間，由控制器、電流電壓取樣回路、無(wú)源升降壓濾波電路和AC/DC雙向變換器(6)組成，蓄電池(11)通過(guò)雙向變換器(6)并聯(lián)接入交流輸入端(1)，在控制器(13)的控制下實(shí)現(xiàn)如下功能電網(wǎng)正常時(shí)，雙向變換器實(shí)現(xiàn)蓄電池(11)的在線充放電；同時(shí)將充放電電流的功率因數(shù)校正為接近1或－1；在線充放電的同時(shí)，補(bǔ)償負(fù)載的諧波電流，使交流輸入端(1)的功率因數(shù)接近1；斷電時(shí)，雙向變換器(6)輸出高精度的交流電壓供給交流電負(fù)載(Z)；實(shí)現(xiàn)蓄電池11的科學(xué)管理。該電源具備有效的控制功能，可以較好的應(yīng)用在交流電網(wǎng)不間斷電源領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2652010SQ0327972
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者劉瑞東 申請(qǐng)人:北京動(dòng)力源科技股份有限公司