專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及到不間斷電源系統(tǒng)，特別涉及一種無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電源系統(tǒng)的供電質(zhì)量、供電效率、供電可靠性等方面提出了更高的要求，不間斷電源系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能成為解決上述問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作方式不同可以將不間斷電源系統(tǒng)分為后備式、在線(xiàn)交互動(dòng)式以及雙變換式三種，目前最主流最先進(jìn)的是雙變換式不間斷電源系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由整流器、充電器、放電器以及逆變器等組成。當(dāng)市電正常時(shí)，市電一方面通過(guò)整流器、逆變器給負(fù)載供電，另一方面通過(guò)充電器給蓄電池組充電；當(dāng)市電中斷或者異常時(shí)，蓄電池組通過(guò)放電器、逆變器給負(fù)載供電；當(dāng)不間斷電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切到旁路狀態(tài)，由市電直接給負(fù)載供電。傳統(tǒng)不間斷電源系統(tǒng)的整流器多采用二極管不控整流或者晶閘管相控整流，但是這種方式下，功率因數(shù)一般只有0. 6-0. 7左右，諧波污染也很?chē)?yán)重?，F(xiàn)在用得比較多的是功率因數(shù)校正整流電路，這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，并且具有較高的功率因數(shù)和較低的諧波含量，但是通常這種電路的電流諧波含量THD會(huì)達(dá)到10%左右。目前，上述的不間斷電源系統(tǒng)主要是通過(guò)分開(kāi)的充電器和放電器組成的電池管理環(huán)節(jié)來(lái)分別完成蓄電池組的充電和放電過(guò)程。就單個(gè)電路本身而言管理起來(lái)簡(jiǎn)單，但是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，增加了系統(tǒng)的模塊數(shù)量和控制難度。同時(shí)，該模式下，電池管理環(huán)節(jié)與電網(wǎng)是不隔離的，這將導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，干擾到電池的通路，不利于蓄電池組的安全可靠運(yùn)行。從功能上看，市場(chǎng)上的不間斷電源系統(tǒng)也都是從電網(wǎng)吸收電能來(lái)給負(fù)載和蓄電池組供電，無(wú)法實(shí)現(xiàn)蓄電池組到電網(wǎng)的饋電，這不利于蓄電池組的使用，也會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。采用多個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元并聯(lián)，是提高不間斷電源系統(tǒng)容量的一種常用方法，但是目前普遍是對(duì)最終輸出側(cè)的電壓進(jìn)行控制，這樣會(huì)使得各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元的控制器對(duì)電壓控制形成競(jìng)爭(zhēng)，并且當(dāng)控制存在較小誤差時(shí)也會(huì)導(dǎo)致很大的環(huán)流。另外從控制方法上看，目前不間斷電源系統(tǒng)的并聯(lián)控制中往往是采用對(duì)平均有功和無(wú)功功率的檢測(cè)來(lái)控制電壓相位和幅值的變化。而由于傳統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率都是以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，計(jì)算功率至少需要一個(gè)工頻周期，這嚴(yán)重制約了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，提出一種無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)，使不間斷電源系統(tǒng)可以和電網(wǎng)進(jìn)行能量的雙向流動(dòng)，并且相對(duì)電網(wǎng)是一個(gè)綠色負(fù)載，同時(shí)提高并聯(lián)系統(tǒng)的效率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下一種無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，主要由兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的相同不間斷電源系統(tǒng)單元組成，每個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元包括四個(gè)單相全橋變換器 H1 H4,三個(gè)工頻電感Ls、Lp L2, —個(gè)高頻電感L，一個(gè)直流濾波電容C1, 一個(gè)交流濾波電容 C2，一個(gè)隔離變壓器T，兩個(gè)雙向晶閘管KpK2,—個(gè)空氣開(kāi)關(guān)B及一個(gè)蓄電池組Vb ；每個(gè)不間斷系統(tǒng)單元的輸入側(cè)通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)B與電網(wǎng)相連，第一工頻電感Ls串聯(lián)在空氣開(kāi)關(guān)B和第一全橋變換器H1之間，直流濾波電容C1并聯(lián)在第一全橋變換器H1和第二全橋變換器H2之間，第二、第三工頻電感LpL2和交流濾波電容C2組成T型濾波器連接在第二全橋變換器H2 的輸出側(cè)，第三全橋變換器H3通過(guò)直流母線(xiàn)DC_BUS與第一和第二全橋變換器H” H2相連， 第三和第四全橋變換器H3、H4通過(guò)隔離變壓器T相連，蓄電池組Vb連接在第二全橋變換器 H2的輸出側(cè)；直流母線(xiàn)DC_BUS與蓄電池組Vb之間通過(guò)第三全橋變換器H3、高頻電感L、隔離變壓器T及第四全橋變換器H4進(jìn)行電能變換；各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元通過(guò)第二、第三工頻電感LpL2和交流濾波電容C2后進(jìn)行并聯(lián)，再通過(guò)兩個(gè)雙向晶閘管KpK2與電網(wǎng)相連。所述的無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的供電方法不僅能從電網(wǎng)或蓄電池組Vb吸收電能給負(fù)載供電，還能將蓄電池組Vb中多余的電能回饋給電網(wǎng)。采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果在于1)將傳統(tǒng)不間斷電源系統(tǒng)中的整流器改進(jìn)為一個(gè)全橋的PWM整流器，減小了輸入電流畸變，克服了功率因數(shù)校正電路諧波含量過(guò)高的缺點(diǎn)，同時(shí)保證PWM整流器既能從電網(wǎng)吸收電能給蓄電池充電和對(duì)負(fù)載供電，又可以將蓄電池中的能量回饋給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)和不間斷電源系統(tǒng)間能量的雙向流動(dòng)，使不間斷電源系統(tǒng)真正成為一個(gè)綠色負(fù)載，具有重要的工程意義。2)將充電器和放電器用一個(gè)隔離雙向DC/DC電路代替，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了蓄電池組和電網(wǎng)的完全隔離，使蓄電池組具有很高的安全性和可靠性，并且能夠在充電狀態(tài)和放電狀態(tài)之間無(wú)延時(shí)切換，確保負(fù)載不斷電，與PWM整流電路相配合，完成了蓄電池組并網(wǎng)饋電的功能，為不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)提供了有力保證。3)將單個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元的輸出濾波器設(shè)計(jì)為一個(gè)T型濾波器，避免了各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元的電壓控制器之間的競(jìng)爭(zhēng)，保證了負(fù)載電壓的穩(wěn)定性，減小了各單元間的環(huán)流電流，提高了系統(tǒng)效率；同時(shí)應(yīng)用瞬時(shí)無(wú)功理論計(jì)算并聯(lián)單元輸出的功率，克服了傳統(tǒng)平均功率理論基于工頻周期計(jì)算功率的局限性，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，使不間斷電源系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行。

圖1是傳統(tǒng)雙變換式不間斷電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型的不間斷電源系統(tǒng)單元在市電正常時(shí)的供電模式下工作波形。圖4是本實(shí)用新型的不間斷電源系統(tǒng)單元在市電異常時(shí)的供電模式下工作波形。圖5是本實(shí)用新型的不間斷電源系統(tǒng)單元在市電正常時(shí)的饋電模式下工作波形。圖6是本實(shí)用新型的兩個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元在市電異常時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行過(guò)程中的工作波形。
具體實(shí)施方式
[0021]下面結(jié)合本實(shí)用新型的技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。本實(shí)用新型的無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。該不間斷電源系統(tǒng)主要由兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的相同不間斷電源系統(tǒng)單元組成，每個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元包括四個(gè)單相全橋變換器H1 H4,三個(gè)工頻電感Ls、Li、L2，一個(gè)高頻電感L，一個(gè)直流濾波電容C1，一個(gè)交流濾波電容C2，一個(gè)隔離變壓器T，兩個(gè)雙向晶閘管！^、!^，一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)B及一個(gè)蓄電池組Vb ；每個(gè)不間斷系統(tǒng)單元的輸入側(cè)通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)B與電網(wǎng)相連，第一工頻電感Ls串聯(lián)在空氣開(kāi)關(guān)B和第一全橋變換器H1之間，直流濾波電容C1并聯(lián)在第一全橋變換器H1和第二全橋變換器吐之間，第二、第三工頻電感LpL2和交流濾波電容C2組成T 型濾波器連接在第二全橋變換器吐的輸出側(cè)，第三全橋變換器H3通過(guò)直流母線(xiàn)DC_BUS與第一和第二全橋變換器Hp H2相連，第三和第四全橋變換器H3、H4通過(guò)隔離變壓器T相連， 蓄電池組Vb連接在第二全橋變換器吐的輸出側(cè)；直流母線(xiàn)DC_BUS與蓄電池組Vb之間通過(guò)第三全橋變換器H3、高頻電感L、隔離變壓器T及第四全橋變換器H4進(jìn)行電能變換；各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元通過(guò)第二、第三工頻電感LpL2和交流濾波電容C2后進(jìn)行并聯(lián)，再通過(guò)兩個(gè)雙向晶閘管I、K2與電網(wǎng)相連。所述的無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)的供電方法不僅能從電網(wǎng)或蓄電池組Vb吸收電能給負(fù)載供電，還能將蓄電池組Vb中多余的電能回饋給電網(wǎng)。所述的采用兩個(gè)或多個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元并聯(lián)給負(fù)載供電中，各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元可通過(guò)控制交流濾波電容C2兩端的電壓來(lái)避免各個(gè)系統(tǒng)單元控制器對(duì)電壓控制
的競(jìng)爭(zhēng)。所述的交流濾波電容C2兩端的電壓幅值參考信號(hào)可通過(guò)對(duì)各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元輸出的瞬時(shí)無(wú)功功率進(jìn)行檢測(cè)與綜合得到的，相位參考信號(hào)是通過(guò)對(duì)各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元輸出的瞬時(shí)有功功率進(jìn)行檢測(cè)與綜合得到的。本實(shí)用新型的系統(tǒng)實(shí)施例中由兩個(gè)并聯(lián)的相同不間斷電源系統(tǒng)單元組成，每個(gè)單元中取第一工頻電感Ls為5mH，第二工頻電感L1為lmH，第三工頻電感L2為lmH，高頻電感 L為0. 3mH,直流濾波電容C1為2200uF，交流濾波電容C2為40uF，隔離變壓器器T變比為 400/200，第一至第四全橋變換器的開(kāi)關(guān)頻率均為10kHz，蓄電池組VB的電壓為192V。本實(shí)施例的供電方法包括以下步驟當(dāng)用戶(hù)發(fā)出供電模式指令后，不間斷電源系統(tǒng)獲取負(fù)載電路的電壓、電流反饋信號(hào)，根據(jù)反饋信號(hào)計(jì)算出負(fù)載功率，判斷負(fù)荷是否過(guò)載；如果過(guò)載，則增加投入的不間斷電源系統(tǒng)單元數(shù)量，直至滿(mǎn)足負(fù)載要求。然后不間斷電源系統(tǒng)獲取市電的電壓反饋信號(hào)，判斷市電是否正常，若市電正常，則電網(wǎng)通過(guò)第一工頻電感Ls、第一全橋變換器H1、直流濾波電容C1、第二全橋變換器H2、第二工頻電感L1、交流濾波電容C2和第三工頻電感L2以功率因數(shù)為1給負(fù)載提供電能，同時(shí)通過(guò)第一全橋變換器H1、直流濾波電容C1、第三全橋變換器H3、 高頻電感L、隔離變壓器Τ、第四全橋變換器扎給蓄電池組Vb充電。如圖3所示是市電正常時(shí)，電網(wǎng)輸入系統(tǒng)的電壓電流波形，其中Us為電網(wǎng)電壓，is為電網(wǎng)電流，從圖中可以看出，供電模式時(shí)電網(wǎng)電壓與輸入電流同相位。若市電不正常，則蓄電池組Vb依次通過(guò)第四全橋變換器H4、隔離變壓器T、高頻電感L、第三全橋變換器H3、直流濾波電容C1、第二全橋變換器H2、第二工頻電感L1、交流濾波電容C2和第三工頻電感L2給負(fù)載供電。如圖4所示是市電異常時(shí)，蓄電池組輸入系統(tǒng)的電壓電流波形。當(dāng)用戶(hù)發(fā)出饋電模式指令后，不間斷電源系統(tǒng)獲取市電的電壓反饋信號(hào)，判斷市電是否正常，若市電正常，則蓄電池組Vb依次通過(guò)第四全橋變換器H4、隔離變壓器T、高頻電感L、第三全橋變換器H3、直流濾波電容(^、第一全橋變換器H1、第一工頻電感Ls以功率因數(shù)為-1給電網(wǎng)饋電，如圖5所示是此種狀態(tài)下的電網(wǎng)的電壓電流波形，從圖中可以看出，饋電模式時(shí)，輸入電流變換為與電壓反相位，并且電流波形畸變小，使不間斷電源系統(tǒng)真正成為一個(gè)綠色負(fù)載。若市電不正常，則各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元的蓄電池組Vb作為分布式電源，依次通過(guò)第四全橋變換器H4、隔離變壓器T、高頻電感L、第三全橋變換器氏、直流濾波電容(^、第一全橋變換器H1、第一工頻電感Ls后重新并聯(lián)組成局部微型電網(wǎng)，給連接在電網(wǎng)上的其他負(fù)載供電。其中，重新并聯(lián)組成局部微型電網(wǎng)是通過(guò)系統(tǒng)本身生成符合電網(wǎng)規(guī)范的電壓幅值與相位參考信號(hào)，從而控制各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元產(chǎn)生相同的電壓信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)得到的，并聯(lián)供電中通過(guò)控制交流濾波電容C2兩端的電壓來(lái)避免各個(gè)系統(tǒng)單元控制器對(duì)電壓控制的競(jìng)爭(zhēng)，并且交流濾波電容C2兩端的電壓幅值參考信號(hào)是通過(guò)對(duì)各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元輸出的瞬時(shí)無(wú)功功率進(jìn)行檢測(cè)與綜合得到的，相位參考信號(hào)是通過(guò)對(duì)各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元輸出的瞬時(shí)有功功率進(jìn)行檢測(cè)與綜合得到的。圖6所示是兩個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元在并聯(lián)運(yùn)行過(guò)程中的工作波形，其中ih為兩個(gè)系統(tǒng)單元輸出側(cè)的電流環(huán)流，I1和i2分別為兩個(gè)系統(tǒng)單元輸出側(cè)的電流，在0. ^時(shí)使兩系統(tǒng)單元的輸出電壓有效值差為4V，相角差為 1°。從圖中可以看出，突加電壓有效值和相角差擾動(dòng)之后，系統(tǒng)在0. 后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)， 電壓差被兩個(gè)系統(tǒng)單元平均承擔(dān)，穩(wěn)定時(shí)環(huán)流基本為零，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求1. 一種無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)主要由兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的相同不間斷電源系統(tǒng)單元組成，每個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元包括四個(gè)單相全橋變換器(H1 H4)、三個(gè)工頻電感(Ls、Li、L2)、一個(gè)高頻電感(L)、一個(gè)直流濾波電容(C1)、一個(gè)交流濾波電容(C2)、一個(gè)隔離變壓器(T)、兩個(gè)雙向晶閘管軋、1(2)、一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)⑶及一個(gè)蓄電池組(Vb)；每個(gè)不間斷系統(tǒng)單元的輸入側(cè)通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(B)與電網(wǎng)相連，第一工頻電感(Ls)串聯(lián)在空氣開(kāi)關(guān)⑶和第一全橋變換器(H1)之間，直流濾波電容(C1)并聯(lián)在第一全橋變換器(H1)和第二全橋變換器(H2)之間，第二、第三工頻電感(Lp L2)和交流濾波電容(C2)組成T型濾波器連接在第二全橋變換器(H2)的輸出側(cè)，第三全橋變換器(H3)通過(guò)直流母線(xiàn)(DC BUS)與第一和第二全橋變換器(HpH2)相連，第三和第四全橋變換器(H3、 H4)通過(guò)隔離變壓器(T)相連，蓄電池組(Vb)連接在第二全橋變換器(H2)的輸出側(cè)；直流母線(xiàn)(DC_BUS)與蓄電池組(Vb)之間通過(guò)第三全橋變換器(H3)、高頻電感(L)、隔離變壓器⑴ 及第四全橋變換器(H4)進(jìn)行電能變換；各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元通過(guò)第二、第三工頻電感 (LpL2)和交流濾波電容(C2)后進(jìn)行并聯(lián)，再通過(guò)兩個(gè)雙向晶閘管(KpK2)與電網(wǎng)相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)主從自均流并網(wǎng)并聯(lián)不間斷電源系統(tǒng)，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域；主要由兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的相同不間斷電源系統(tǒng)單元組成，每個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元包括四個(gè)單相全橋變換器(H1～H4)、三個(gè)工頻電感(LS、L1、L2)、一個(gè)高頻電感(L)、一個(gè)直流濾波電容(C1)、一個(gè)交流濾波電容(C2)、一個(gè)隔離變壓器(T)、兩個(gè)雙向晶閘管(K1、K2)、一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)(B)及一個(gè)蓄電池組(VB)；每個(gè)不間斷系統(tǒng)單元的輸入側(cè)通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)(B)與電網(wǎng)相連，各個(gè)不間斷電源系統(tǒng)單元通過(guò)第二、第三工頻電感(L1、L2)和交流濾波電容(C2)后進(jìn)行并聯(lián)，再通過(guò)兩個(gè)雙向晶閘管(K1、K2)與電網(wǎng)相連。本實(shí)用新型可以使不間斷電源和電網(wǎng)進(jìn)行能量的雙向流動(dòng)，并且相對(duì)電網(wǎng)是一個(gè)綠色負(fù)載，同時(shí)提高并聯(lián)系統(tǒng)的效率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202172283SQ201120084168
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者于慶廣, 王昊, 趙彪 申請(qǐng)人:北京華廣元光電技術(shù)有限公司, 清華大學(xué)