CN1025396C - 带有可逆逆变器的交流电源 - Google Patents

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Abstract

第一控制环路(10，11，13至19，21至25)在逆变器(8)给后备电源电池(7)充电时将其作为电流发生器来使用。另外两个控制环路(28至31，33至39)在逆变器(8)处于备用状态时补偿由负载吸收的电流的谐波和无功成份。

Description

此项发明涉及一种交流电源装置，其中包括装有以可逆方式工作的逆变器的后备电源。
现行的方法是给向负载供电的装置装上一个在主电源有故障的情况下能够临时顶替主电源（无论是单相或多相的）的后备电源。该后备电源使用一组电池提供的电力。该电池组向作为电压发生器双向工作的可逆逆变器供电。在干线电源有故障的情况下，负载用专门设置的静态接触器自动断开，而后由后备电源通过其逆变器向该负载提供交流电。逆变器以可逆方式获得能量，正是通过它当一切恢复正常而干线电源再度给负载供电时电池由干线电源来充电。
在这种装置中，一个相移电感通常连接在上述静态接触器和负载之间，以求在电池通过可逆逆变器充电时获得相位一致的逆变器电流和电压（美国专利4，673，825，美国专利4，238，691）。这种方法具有增加装置成本价格和当逆变器处于备用状态其功能只是作为电池充电电路时导致比较高的流经逆变器的电流的双重缺点。
本发明目的在于克服这些缺点。它涉及一种从干线电源向负载提供交流电的系统，该系统包括连接在干线电源与负载之间的中断装置，以及一个连接到负载的备用后备电源，并且包括一组可充电电池，通过一可逆逆变器连接到负载，可逆逆变器包括一个控制输入端，该系统特征在于：包括连接到逆变器控制输入端的、用于操作可逆逆变器的控制 装置，当中断装置闭合时，控制装置用作对电池充电的电流产生器，然后逆变器从干线电源取得正比于要求的充电直流电流的有功电流。
该装置最好还装有用来补偿谐波的装置，当逆变器处于备用状态时，用来消除由干线电源加在负载上的电流的谐波，逆变器向负载提供其吸收的谐波。
同一装置最好还装有用来补偿无功成份的装置，当逆变器处于备用状态时，用来消除由干线电源加在负载上的电流的无功成份，逆变器向负载提供其吸收的无功成份。
总之，此发明容易理解，从以下对此发明的一个示例性实施例的描述可以更清楚地看出其优点及其它特点，此例仅是一个非限定性的例子，参见附图，这唯一的图表示了该装置的框图，此例中为单相电流。
参照这唯一的图，标号1标示出向负载2和其它用户3及4供电的交流干线电源（此处主要是为了使图简化而假定为单相的）的输入端。
在单相干线1和该负载2之间设有一个在6处受来自一中央测量、计算及控制装置（未予图示）控制的静态接触器5，以求在干线电源1有故障的情况下将负载2与干线电源断开。在这种情况下，静态接触器5由6处的信号来维持断开，负载就暂时用由电池组7和可逆逆变器8构成的后备电源来供电。
当干线系统1工作正常时，静态接触器5保持闭合，干线系统1不仅通过引线9向负载2供电，而且还通过斩波方式经适当调整的可逆逆变器8给电池组7充电。
根据此发明的第一个特点，在干线电源有故障的情况下起着为向负载2供电的电压发生器作用的逆变器8，当干线表现正常并为负载供电而逆变器被用来给电池7充电时被当作电流发生器来使用。实现这一点的方法是让逆变器8从将干线电源连接到负载的引线9，实际上就是从干线电源上，获得幅度正比于给该电池7充电所必需的直流电流的有功电流。
为此目的，在电池7的输入/输出线12上设有直流电流传感器10和直流电压测量点11，这个充电电流及电压数据分别在13和14处提供给电子调节器15，后者还在16和17处接收由上述中央控制装置产生的电池充电电流及电压参考值。
该调节器15随后在比较器19的第一输入端18提供逆变器8的输入交流电流设定值，这个值与用电流互感器21从逆变器输入/输出导线20上获得并加在比较器19第二输入端22上的实际输入电流进行比较。
该比较器19的输出23通过加法器24（其作用以后再说明）加到逆变器8的控制输入端25上，以求相应地改变其斩波方式。
根据此发明的另一个特点，这同一个斩波方式可以作进一步改变，使得逆变器通过导线20向引线9输入电流，以致干线只提供负载所吸收的交流电流的基波成份，而逆变器提供负载所吸收的电流谐波。
为此目的，干线电流在静态接触器5线路下方的26处用一电流互感器取出并在27处加到一个能够阻挡该电流的基波成份并让其所有谐波通过的高通滤波器28上。该滤波器的输出29加在电子调节器30上，后者的传输函数选定得可通过输出端31、加法器24及上述输入端25将修正信号提供给其斩波方式有助于消除取自26处的干线电流谐波的逆变器8。逆变器通过导线20和引线9将其吸收的谐波提供给负载2，干线1只提供电流的基波成份。因此逆变器的控制包括在一个设计为消除干线电源1中电流的谐波的锁定环路中。
作为另一个实施例，电流传感器可置于静态接触器5线路上方的32处，并且该装置就可以起到净化干线电源1的作用，因为它还可以消除提供给其它用户的干线电源的电流谐波。
根据此发明的又一个特征，该斩波方式还可改变，使得逆变器8通过导线20向引线9输入一个电流，以致干线电源1只提供负载所吸收的电流的有功部分，而逆变器提供负载所吸收的电流的无功部分。因此从干线电源来看负载2为“Cosφ＝1”。
为此，干线电源电流用电流互感器33从静态接触器5线路下方取出并在34处加到用来提取相移的电流/电压成份（即电流的无功成份）的装置35上，后者在其另一输入端41上接收取自引线1上36处的代表相应电压的数据。这个提取装置的输出37加在电子调节器38上，后者的传输函数选定得可通过其输出端39、加法器24及输入端25将修正信号提供给斩波方式有助于消除取自33 处的干线电源电流无功成份的逆变器8。逆变器通过导线20和引线9将其吸收的电流的无功成份提供给负载2。因此逆变器的控制包括在一个设计为消除干线电源1中电流的无功成份的锁定环路中。
作为另一个实施例，该电流传感器可置于静态接触器5线路上方的40处，使得逆变器8也作为一个Cosφ补偿器，因为它也能补偿由其它用户造成的电流的无功成份。
此发明当然并不局限于上面作了特别说明的实施例，并且同样可很好地适用于多相电源。更一般地来说，它还包括其它与之等价的实施例，而不论它们是更复杂或者相反。

Claims (8)

1、一种从干线电源(1)向负载提供交流电的系统，所述系统包括连接在所述干线电源(1)与所述负载(2)之间的中断装置(5)，以及一个连接到所述负载的备用后备电源，后备电源包括一组可充电电池(7)，通过一可逆逆变器(8)连接到所述负载，所述可逆逆变器(8)包括一个控制输入端(25)，系统的特征在于：包括连接到所述逆变器控制输入端(25)的、用于操作所述可逆逆变器(8)的控制装置(10，11，13至19，21至25)，当所述中断装置(5)闭合时，所述控制装置用于控制所述电池充电的电流产生，然后所述逆变器(8)从干线电源取得正比于要求的充电直流电流的有功电流。
2、根据权利要求1的系统，其特征在于：所述控制装置包括用于测量由逆变器（8）提供到电池（7）的直流电流的装置（10），用于测量电池接线端直流电压的装置（11），第一电子调节器（15）的输入端（13，14）分别连接到用于测量电池直流电流和直流电压的装置（10，11），并且其输入端（16，17）加有电池充电电流和电压基准值，第一调节器（15）的输出加到比较器（19）的第一输入端（18）上，比较器（19）的第二输入端（22）与用于测量由干线电源向逆变器（8）提供的电流的装置（21）相连，比较器（19）的输出端（23）与逆变器（8）的控制输入端（25）相连。
3、根据权利要求1或2的系统，其特征在于所述控制装置还包括谐波补偿装置（28至31，24，25）。
4、根据权利要求3的系统，其特征在于所述谐波补偿装置包括输入端与用于测量干线电源（1）提供到负载（2）的电流的装置（26，32）相连的高通滤波器（28），以及输入端与高通滤波器输出端相连而输出端与逆变器（8）的控制输入端（25）相连的第二电子调节器（30）。
5、根据权利要求4的系统，其特征在于用于测量加在负载上的电流的装置包括置于所述中断装置（5）线路上方的电流传感器（32），用于测量由干线电源向所述负载（2）和其他用户（3，4）提供的电流。
6、根据权利要求1的系统，其特征在于所述控制装置还包括无功成分补偿装置。
7、根据权利要求6的系统，其特征在于无功成分补偿装置包括与第二个用于测量由干线电源（1）向负载（2）提供的电源的装置（33，40）相连、并且与用于测量干线电源（1）电压的装置（36）相连的用于提取无功成分的装置（35），提取装置（35）的输出端与第三电子调节器（38）相连，后者的输出端与逆变器（8）的控制输入端（25）相连。
8、根据权利要求7的系统，其特征在于第二个用于测量电流的装置包括置于中断装置（5）线路上方的电流传感器（40），用于测量由干线电源向所述负载（2）和其他用户（3，4）提供的电流。
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