CN101741133A - 具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源 - Google Patents

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Abstract

具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,涉及电能变换领域,它解决现有使用不间断电源的谐波污染大且不能长期持续运行的缺点。其组成包括,储能电容、第一二极管、第二二极管、控制组件和充放电控制单元,还包括功率因数校正电路和太阳能电池组件,功率因数校正电路的输出端与第一二极管的阳极端连接,第一二极管的阴极端同时与储能电容的一端、第二二极管的阴极端、充放电控制单元的输出端和控制组件的输入端连接,第二二极管阳极端与太阳能电池组件的输出端连接,储能电容的另一端同时与功率因数校正电路的输入端、充放电控制单元的输入端、太阳能电池组件的输入端和控制组件的输出端连接。本发明广泛应用于电能变换领域。

Description

具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源
技术领域
本发明涉及电能变换领域。
背景技术
不间断电源(Uninterrupted Power Supply)简称UPS,是一种在主供电电源失电时能够提供短时持续电能供应的一种电源。在各行业、各领域,尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电设备,具有重要的实用价值。UPS电源主要分为备用式,在线式和备用互动式几种,其中在线式实现方案输出电压不受网侧电压质量影响,输出电压质量较高等特点在实际系统中得到了越来越广泛的应用。我国的UPS技术及其相关产品的自主设计、制造能力与美国和欧洲相比还处于较落后的水平。对于UPS复杂的控制及保护电路技术的掌握程度和设计水平,还未达到能自主灵活设计的程度,而且现在的UPS还存在体积笨重,功能单一,谐波污染大等问题。
目前,石油、煤炭等传统能源储量正在加速枯竭,价格日益飙升,另外煤炭的巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。而与此同时随着科技的不断进步,太阳能作为一种清洁、高效、永不衰竭的新能源其利用成本已经越来越低。在常规能源的有限性和环境压力日益增加的现实情况下,我国政府已经将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。
发明内容
本发明为解决现有使用不间断电源的谐波污染大且不能长期持续运行的缺点,提供一种具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源。
具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源包括:储能电容、第一二极管、第二二极管、控制组件和充放电控制单元,它还包括功率因数校正电路和太阳能电池组件,所述功率因数校正电路的输出端与第一二极管的阳极端连接,所述第一二极管的阴极端同时与储能电容的一端、第二二极管的阴极端、充放电控制单元的输出端和控制组件的输入端连接,所述第二二极管阳极端与太阳能电池组件的输出端连接,储能电容的另一端同时与功率因数校正电路的输入端、充放电控制单元的输入端、太阳能电池组件的输入端和控制组件的输出端连接;所述功率因数校正电路的交流电压输入端为交流电网的输入端,所述控制组件的负载输出端为负载电流输出端。
本发明的有益效果:本发明将太阳能发电技术与UPS电源技术相结合,采用光伏电和网电混合式的供电方式;充分利用太阳能电池产生的电能,将电网能量作为补充电源,实现了UPS电源的长期持续运行。本发明采用功率因数校正电路对交流电网输入电流进行控制,降低装置对交流电网的谐波和无功污染。
附图说明
图1为本发明的装置结构图,图2为充放电控制电路中双向变换器电路图,图3为直流-交流变换器控制原理图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述的具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源包括储能电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、控制组件3和蓄电池充放电单元4,它还包括功率因数校正电路1和太阳能电池组件2,所述功率因数校正电路1的输出端与第一二极管D1的阳极端连接,所述第一二极管D1的阴极端同时与储能电容C1的一端、第二二极管D2的阴极端、蓄电池充放电单元4的输出端和控制组件3的输入端连接,所述第二二极管D2阳极端与太阳能电池组件2的输出端连接,储能电容C1的另一端同时与功率因数校正电路1的输入端、蓄电池充放电单元4的输入端、太阳能电池组件2的输入端和控制组件3的输出端连接;所述功率因数校正电路1的交流电压输入端为交流电网的输入端,并与交流电网的输出端连接,所述控制组件3的负载输出端为负载电流输出端,并与负载连接。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,所述太阳能电池组件2由太阳能电池2-1和升压电路2-2组成,所述太阳能电池2-1的输出端与升压电路2-2的太阳能电池输入端连接,所述升压电路2-2的太阳能电池输出端与太阳能电池2-1的输入端连接,所述升压电路2-2的向外供电输入输出为太阳能电池组件2的输入输出端。
本实施方式所述的升压电路2-2采用直流输出电压的单环结构,所述升压电路2-2用于对太阳能电池2-1输出的电压进行升压控制。
具体实施方式三:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式与实施方式一的不同之处在于,所述蓄电池充放电单元4由蓄电池4-2和充放电控制电路4-1组成,所述蓄电池4-2的输出端与充放电控制电路4-1的电池输入端连接,所述充放电控制电路4-1的电池输出端与蓄电池4-2的输入端连接,所述充放电控制电路4-1的供电输入输出端为蓄电池充放电单元4的输入输出端。
本实施方式所述的充放电控制电路4-1由电感L、两个场效应晶体管、第三二极管T1、第四二极管T2和电容C3组成,所述电感的一端同时与第一晶体管Q1的源极S、第三二极管T1的阳极端、第二晶体管Q2的漏极D和第四二极管T2的阴极端连接,第三二极管T1的阴极端同时与第一晶体管Q1的漏极D和电容C3的一端连接,第四二极管T2的阳极端同时与第二晶体管Q2的源极S、电容C3的另一端和蓄电池4-2的输入端连接,所述蓄电池4-2的输出端与电感L的另一端连接。
本实施方式所述的充放电控制电路4-1采用双向变换器,可实现两种工作模式,分别为升压模式和降压模式,所述降压模式用于实现蓄电池4-2的充电控制,升压模式用于对蓄电池4-2输出电能;所述蓄电池4-2用于存储电能。
具体实施方式四:本实施方式与实施方式一的不同之处在于,所述功率因数校正电路1采用BOOST升压电路。
具体实施方式五:本实施方式与实施方式二的不同之处在于,所述升压电路2-2采用BOOST升压电路。
具体实施方式六:本实施方式与实施方式三的不同之处在于,所述充放电控制电路4-1采用双向变换器。
本发明的工作原理:
本发明通过设置各个控制电路的不同的直流电压给定值实现各个电源的自动切换;将升压电路2-2的输出工作电压设置为最高,功率因数校正电路1的输出工作电压稍低,充放电控制电路4-1的输出工作电压最低;所述太阳能电池组件2、功率因数校正电路1和蓄电池充放电单元4分别为负载提供电能,所述第一二极管D1用于防止电流反向为功率因数校正电路1充电,第二二极管D2用于防止电流反向流入太阳能电池组件2,所述储能电容4用于缓冲能量。
太阳光能充足时,升压电路2-2输出的电压最高,所述升压电路2-2输出电压大于功率因数校正电路1的工作电压,所述第一二极管D1反向截止,第二二极管D2导通,由太阳能电池组件2为负载提供电能,所述交流电网不输出能量;若蓄电池4-2的电压低于充放电控制电路4-1设定的电压值时,所述充放电控制电路4-1工作于降压模式,为蓄电池4-2充电。
太阳光能不足时,判断交流电网电压是否正常;如果是,所述交流电网电压高于升压电路2-2的工作电压,第一二极管D1导通,第二二极管D2反向截止,由交流电网为负载提供电能;若蓄电池4-2的电压低于充放电控制电路4-1设定的电压值时,所述充放电控制电路4-1工作于降压模式,为蓄电池4-2充电。
如果否,所述升压电路2-2的电压与功率因数校正电路1的工作电压均小于蓄电池充放电单元4的工作电压,则第一二极管D1和第二二极管D2均反向截止,所述蓄电池4-2的电压高于充放电控制电路4-1设定的电压值,充放电控制电路4-1工作于升压模式,蓄电池4-2进行放电,由蓄电池充放电控制单元4为负载供电,
当蓄电池4-2电压低于正常电压的欠压保护值时,系统停止工作,并发出欠压报警信号。
本实施方式所述控制组件的工作原理为:结合图3,所述控制单元3-3负责产生交流给定电压和采集交流输出电压,并与给定电压进行闭环调节;所述直流-交流逆变电路3-1中的调节器采用滞环比较方式,直接输出PWM信号,对所述PWM信号采用反相器取反后用于驱动功率器件,将直流-交流逆变电路3-1和控制单元3-3组成全桥式逆变器5作为主电路,所述主电路输出的交流电压经过滤波器3-2后提供给负载使用。
本发明将可再生能源发电技术与现有电能变换技术相结合开发出新型高效节能的电气产品,是解决能源问题的有效途径,实现UPS电源的高效节能运行,本发明把太阳能和不间断电源结合在一起,获得宽电压输入范围,采用功率因数校正电路对输入电流的幅值和相位进行控制,获得低谐波污染及高功率因数运行;实现了无污染的节能运行特性,通过对直流电压进行稳定控制,实现交流电压的宽范围输入,使整个装置的应用范围更广,增加对外部电网的适应性,从而提高了不间断电源的高效性、可用性与可靠性。

Claims (6)

1.具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,它包括储能电容(C1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、控制组件(3)和蓄电池充放电单元(4),其特征是,它还包括功率因数校正电路(1)和太阳能电池组件(2),所述功率因数校正电路(1)的输出端与第一二极管(D1)的阳极端连接,所述第一二极管(D1)的阴极端同时与储能电容(C1)的一端、第二二极管(D2)的阴极端、蓄电池充放电单元(4)的输出端和控制组件(3)的输入端连接,所述第二二极管(D2)阳极端与太阳能电池组件(2)的输出端连接,储能电容(C1)的另一端同时与功率因数校正电路(1)的输入端、蓄电池充放电单元(4)的输入端、太阳能电池组件(2)的输入端和控制组件(3)的输出端连接;所述功率因数校正电路(1)的交流电压输入端为交流电网输入端,所述控制组件(3)的负载输出端为负载电流输出端。
2.根据权利要求1所述的具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,其特征在于,所述太阳能电池组件(2)由太阳能电池(2-1)和升压电路(2-2)组成,所述太阳能电池(2-1)的输出端与升压电路(2-2)的太阳能电池输入端连接,所述升压电路(2-2)的太阳能电池输出端与太阳能电池(2-1)的输入端连接,所述升压电路(2-2)的向外供电输入输出为太阳能电池组件(2)的输入输出端。
3.根据权利要求1或2所述的具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,其特征在于,所述蓄电池充放电单元(4)由蓄电池(4-2)和充放电控制电路(4-1)组成,所述蓄电池(4-2)的输出端与充放电控制电路(4-1)的电池输入端连接,所述充放电控制电路(4-1)的电池输出端与蓄电池(4-2)的输入端连接,所述充放电控制电路(4-1)的供电输入输出端为蓄电池充放电单元(4)的输入输出端。
4.根据权利要求2所述的一种具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,其特征在于,所述升压电路(2-2)采用BOOST升压电路。
5.根据权利要求3所述的具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,其特征在于,所述充放电控制电路(41)采用双向变换器。
6.根据权利要求1所述的具有网侧功率因数校正功能的光网混合供电不间断电源,其特征在于,所述功率因数校正电路(1)采用BOOST升压电路。
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