CN102157952A - 恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，利用电能回馈控制技术把蓄电池中的能量回馈到电网，取代传统的发热方式放电方法，大大减少了能量损失并符合国家的节能减排政策。其技术方案为：装置包括：监控模块，其输入端通过电流检测线路连接蓄电池组，根据检测到的蓄电池电流计算实际放电电流；直流输入回路，包括一直流输入开关，其输入端连接蓄电池组；交流输出回路，包括一交流输出开关，其输出端连接电网；放电回馈模块，其输入端连接直流输入开关的输出端，其输出端连接交流输出开关的输入端，借助有源逆变将蓄电池组放出的直流电变换为正弦波交流电后回馈到电网。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池并网回馈放电的装置，尤其涉及利用正弦波并网回馈控制技术把蓄电池的放电能量回馈到电网的装置。
背景技术
蓄电池是实现UPS不间断供电的重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度，然而蓄电池又是整个UPS系统的中平均无故障时间最短的一种器件。从大量的运行实例来看，对蓄电池的使用维护不当，将导致蓄电池组在短期使用后容量大大低于标称容量，造成UPS不间断供电时间明显缩短。对蓄电池定期进行均衡充放电维护，是延长蓄电池使用寿命及保证蓄电池正常工作的必不可少的手段之一。
目前，大容量蓄电池的放电维护通常采用终端负载放电方式。终端负载放电一般是终端负载采用电阻的形式，蓄电池通过电阻消耗电能达到放电的目的。早期的电阻放电装置由电阻丝或水电阻构成，通过开关的通断来人工调整放电电流的大小。串接负载电阻放电把蓄电池存储的电能耗散在大功率电阻的发热中，因此，每进行一次维护工作须消耗大量的电能，并且要及时监视蓄电池电压的变化，以防过放的发生，其放电电流控制也不方便；电阻放电装置技术含量低、结构简单、工作可靠，应用较为广泛。其缺点是无法做到恒流放电，不能准确测量蓄电池的容量；容易造成蓄电池过放电，导致蓄电池寿命降低；电阻放电产生大量热量，放电环境恶劣；电阻体积庞大，设备操作不方便；电阻耗能的放电方式消耗了大量电能，不利于节能环保。
对电阻放电方式的改进主要从几个方面进行，一是放电控制系统方面，主要体改善了放电电流的调节范围，稳流精度等；二是放电电阻的改进，采用高效能电阻，体积更小搬运操作方便，避免电阻过热发红等现象；三是监控操作界面的完善，采用大屏幕液晶全中文显示，友好的菜单式人机操作界面，完成对装置运行参数和工作状态的监控。但是从节能角度看，电阻放电仍旧是能量的浪费。
传统的放电方法总结有以下的缺点：
(1)能量浪费。电池放电的能量转化为热能在电阻上消耗掉，没有能够有效地对放电能量加以利用。
(2)电阻发热处理繁琐。电阻在放电过程中严重发热，处理比较繁琐。
(3)放电精度不高。电池的放电电流是采用继电器加以控制，电流的控制是有级调节，影响放电精度。
(4)蓄电池组脱离系统，容易造成因市电UPS中断输出，增大了系统断电风险。
(5)缺少保护措施。需要时刻监视蓄电池电压的变化，以防过放电发生。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，利用电能回馈控制技术把蓄电池中的能量回馈到电网，取代传统的发热方式放电方法，大大减少了能量损失并符合国家的节能减排政策。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，装置的输入端连接蓄电池组，装置的输出端连接电网，包括：
监控模块，其输入端通过电流检测线路连接该蓄电池组，根据检测到的蓄电池电流计算实际放电电流；
直流输入回路，包括一直流输入开关，其输入端连接该蓄电池组；
交流输出回路，包括一交流输出开关，其输出端连接该电网；
放电回馈模块，其输入端连接该直流输入开关的输出端，其输出端连接该交流输出开关的输入端，借助有源逆变将该蓄电池组放出的直流电变换为正弦波交流电后回馈到该电网。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该监控模块将设定的放电电流设定值和检测到的蓄电池电流的差值作为实际放电电流的值。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该监控模块包括：
存储单元，记录放电过程中的放电电压、放电电流、放电时间和放电容量的数据；
设置单元，设置蓄电池终止电压、放电电流、放电容量或放电时间的放电条件；
通讯单元，与外部的计算机建立通信连接，用于接收外部的计算机传来的数据以及将存储数据传输至外部的计算机。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该电流检测线路是基于霍尔电流传感器技术的直流电流检测线路。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该直流输入回路和该交流输出回路还包括输入输出接插件和内部到该放电回馈模块的连线。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该放电回馈模块由多个放电回馈电路并联而成，其中每一该放电回馈电路包括：
主电路部分，进一步包括：
输入电磁干扰电路，连接该直流输入开关的输出端，用于防止蓄电池组的直流侧对该放电回馈模块以及该放电回馈模块对直流侧的高频干扰；
DC/DC变换器，连接该输入电磁干扰电路的输出端，将输入的直流电变换为高频交流脉冲，再经隔离升压后整流输出到直流母线；
DC/AC变换器，连接该DC/DC变换器的输出端，将整流输出后的直流电转换成交流电；
输出电磁干扰电路，连接该DC/AC变换器的输出端，接收到的交流电借助LC滤波得到正弦波交流电后输出至该电网；
控制电路部分，进一步包括：
检测采样电路，对该输出电磁干扰电路输出的电压电流数据进行检测采样；
主控器，连接该检测采样电路，实现放电回馈中各个过程的调整控制；
数据接口，连接该主控器，实现该放电回馈模块与该监控模块之间的数据通讯；
保护单元，连接该主控器，实现该控制电路部分与该主电路部分的连接接口的保护。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该DC/DC变换器进一步包括：
全桥绝缘栅极型功率管电路，将输入的直流电变换为高频交流脉冲；
高频变压器，连接该全桥绝缘栅极型功率管电路，将高频交流脉冲升压后整流输出到直流母线。
根据本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的一实施例，该DC/AC变换器和该控制电路部分通过正弦脉冲宽度调制技术实现对该放电回馈模块的输出电压的控制。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的技术方案通过蓄电池电路检测线路测得的蓄电池电流送入监控模块，由监控模块根据UPS消耗的蓄电池电流自动计算实际需要的放电电流，再通过放电回馈模块分别独立输出与电网完全一致的正弦波电流实现蓄电池在线恒流放电以及并网回馈放电。整个放电过程由监控模块通过内部总线监视并控制各模块运行参数。对比现有技术的发热方式放电方法，本发明可以实现蓄电池的恒流放电并通过将放电的能量回馈的电网的方式大大减少了放电过程中的能量损失。
附图说明
图1是本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的实施例的原理图。
图2是本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置中放电回馈模块的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1示出了本发明的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置的实施例的原理。请参见图1，本实施例的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置包括监控模块11、包括直流输入开关13的直流输入回路、包括交流输出开关14的交流输出回路、放电回馈模块。放电回馈模块是由多个放电回馈电路并联而成的，其数量不受限制，在本实施例中是由3个放电回馈电路(A相回馈电路12a、B相回馈电路12b和C相回馈电路12c)并联而成。
这些模块之间的连接关系如下：监控模块11的输入端通过电路检测线路连接到蓄电池组20，蓄电池组20连接UPS 21。直流输入开关13的输入端连接蓄电池组20。交流输出开关14的输出端连接电网30。A相回馈电路12a、B相回馈电路12b和C相回馈电路12c并联连接在一起，其输入端连接直流输入开关13的输出端，其输出端连接交流输出开关14的输入端。
电流检测线路是基于霍尔电流传感器技术的直流电流检测线路，这是一种精密的电流检测技术，采用一次单匝穿心、开口钳式设计，电流检测数据采用标准输出。电流检测线路检测蓄电池电流，并直接接入监控模块11。
监控模块11接收到蓄电池电流后，将预先设定的放电电流设定值和蓄电池电流的差值作为实际放电电流的值。监控模块11中还包括了存储单元、设置单元和通讯单元，其接口有通讯接口、存储接口和电源接口。其中存储单元记录了放电过程中的数据，例如放电电压、放电电流、放电时间和放电容量等。设置单元设置蓄电池终止电压、放电电流、放电容量或放电时间的放电条件等。通讯单元则与外部的计算机建立通信连接，用于接收外部的计算机传来的数据以及将存储数据传输至外部的计算机。
直流输入开关13直接从蓄电池组20中获得蓄电池放出的直流电，送入放电回馈模块中。直流输入回路除了直流输入开关13之外，还包括输入接插件以及内部的到放电回馈模块的连线。总的来说，放电回馈模块是借助有源逆变技术将蓄电池组20放出的直流电变换为正弦波交流电后回馈到电网30中。
由于放开回馈模块是由多个放电回馈电路并联成的，每个放电回馈电路完成的功能都相同，因此以下仅就一个放电回馈电路(例如A相回馈电路12a)进行描述。
请同时参见图2，放电回馈电路包括主电路部分和控制电路部分这两大部分，其中主电路部分由输入EMI(电磁干扰，Electro Magnet ic Interference)电路120、DC/DC变换器121、DC/AC变换器122、输出EMI电路123依次连接，其中输入EMI电路120连接直流输入开关13的输出端，输出EMI电路123连接交流输出开关14的输入端。控制电路部分由检测采样电路127、主控器125、数据接口126和保护单元124构成，其中检测采样电路127连接输出EMI电路123的输出端，主控器125的输入端连接检测采样电路127的输出端，输出端分别连接保护单元124和数据接口126的输入端，保护单元124的输出端分别连接DC/DC变换器121和DC/AC变换器122。
在主电路部分中，输入EMI电路120用于防止蓄电池组20的直流侧对放电回馈模块以及放电回馈模块对直流侧的高频干扰。DC/DC变换器121进一步包括全桥IGBT(绝缘栅极型功率管，Insulated Gate Bipolar Transistor)电路和与全桥IGBT电路连接的高频变压器，全桥IGBT电路将输入的直流电变换为高频交流脉冲，高频变压器将这种高频交流脉冲升压后整流输出到直流母线。采用高频变压器取代传统的逆变技术中的工频变压器，大大减少逆变模块的体积和重量，显著提高了逆变特性，克服了传统逆变技术的缺点。DC/AC变换器122将整流输出后的直流电转换成交流电。输出EMI电路123借助LC滤波将接收到的交流电转变为正弦波交流电后通过交流输出开关14输出至电网30。这种LC滤波涉及到并网电流波形的脉冲幅度和跟踪正弦电流幅值的范围，功能上需要满足设计指标的低失真、低谐波、高品质的正弦输出电流波形。交流输出回路除了交流输出开关14之外，还包括输出接插件以及内部的到放电回馈模块的连线。
在控制电路部分中，检测采样电路127对输出EMI电路123输出的电压电流数据进行检测采样。主控器125则实现放电回馈中各个过程的调整控制。放电回馈模块的输出电压的控制是由DC/AC变换器122和控制电路部分通过正弦脉冲宽度调制SPWM(正弦脉冲宽度调制，Sinusoidal Pulse Width Modulation)技术来实现的。逆变器的开关频率高达20kHz，只需要很小的滤波器就可以将输出电压中的谐波滤除，使放电回馈模块输出电压波形十分接近电网标准正弦波。数据接口126实现放电回馈模块与监控模块11之间的数据通讯。保护单元124实现控制电路部分与主电路部分的连接接口的保护。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (8)
1.一种恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，装置的输入端连接蓄电池组，装置的输出端连接电网，包括：
监控模块，其输入端通过电流检测线路连接该蓄电池组，根据检测到的蓄电池电流计算实际放电电流；
直流输入回路，包括一直流输入开关，其输入端连接该蓄电池组；
交流输出回路，包括一交流输出开关，其输出端连接该电网；
放电回馈模块，其输入端连接该直流输入开关的输出端，其输出端连接该交流输出开关的输入端，借助有源逆变将该蓄电池组放出的直流电变换为正弦波交流电后回馈到该电网。
2.根据权利要求1所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该监控模块将设定的放电电流设定值和检测到的蓄电池电流的差值作为实际放电电流的值。
3.根据权利要求2所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该监控模块包括：
存储单元，记录放电过程中的放电电压、放电电流、放电时间和放电容量的数据；
设置单元，设置蓄电池终止电压、放电电流、放电容量或放电时间的放电条件；
通讯单元，与外部的计算机建立通信连接，用于接收外部的计算机传来的数据以及将存储数据传输至外部的计算机。
4.根据权利要求1所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该电流检测线路是基于霍尔电流传感器技术的直流电流检测线路。
5.根据权利要求1所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该直流输入回路和该交流输出回路还包括输入输出接插件和内部到该放电回馈模块的连线。
6.根据权利要求1所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该放电回馈模块由多个放电回馈电路并联而成，其中每一该放电回馈电路包括：
主电路部分，进一步包括：
输入电磁干扰电路，连接该直流输入开关的输出端，用于防止蓄电池组的直流侧对该放电回馈模块以及该放电回馈模块对直流侧的高频干扰；
DC/DC变换器，连接该输入电磁干扰电路的输出端，将输入的直流电变换为高频交流脉冲，再经隔离升压后整流输出到直流母线；
DC/AC变换器，连接该DC/DC变换器的输出端，将整流输出后的直流电转换成交流电；
输出电磁干扰电路，连接该DC/AC变换器的输出端，接收到的交流电借助LC滤波得到正弦波交流电后输出至该电网；
控制电路部分，进一步包括：
检测采样电路，对该输出电磁干扰电路输出的电压电流数据进行检测采样；
主控器，连接该检测采样电路，实现放电回馈中各个过程的调整控制；
数据接口，连接该主控器，实现该放电回馈模块与该监控模块之间的数据通讯；
保护单元，连接该主控器，实现该控制电路部分与该主电路部分的连接接口的保护。
7.根据权利要求6所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该DC/DC变换器进一步包括：
全桥绝缘栅极型功率管电路，将输入的直流电变换为高频交流脉冲；
高频变压器，连接该全桥绝缘栅极型功率管电路，将高频交流脉冲升压后整流输出到直流母线。
8.根据权利要求6所述的恒流多回路回馈电网蓄电池智能放电节能装置，其特征在于，该DC/AC变换器和该控制电路部分通过正弦脉冲宽度调制技术实现对该放电回馈模块的输出电压的控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110817 |