CN102882268A - 无扰动不间断供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无扰动不间断供电装置，包括电源接入端子、整流器、逆变器、智能充电器、储能装置、直供开关和无扰动切换装置；所述电源接入端子一路通过直供开关连接无扰动切换装置的其中一组开关单元，第二路通过整流器、逆变器连接无扰动切换装置的另外一组开关单元，第三路连接智能充电器，所述智能充电器在电网负荷低谷时段为储能装置充电蓄能，所述储能装置在逆变器的输入电压降低时输出直流电能至逆变器；所述无扰动切换装置在两组开关单元之间进行无扰动切换，输出交流电源至电源输出端子。本发明的供电装置可以提供高质量、高精度的不间断供电，用电负载在供电过程中不会受到任何干扰而停机，实现了对负载的不间断供电。

Description

无扰动不间断供电装置

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体地说，是涉及一种可以实现无扰动切换的不间断电源供电系统。

背景技术

随着社会的不断发展和进步，各种大型国际会议、大型比赛越来越多，确保会议、赛事可靠、安全供电，不仅是重要的供电事件，而且也对国家政治产生了重大的影响。因此，如何对大型场馆进行可靠、安全供电已经提到了一个非常重要的议程。

然而，今天的大型场馆大空间照明往往采用金属卤素灯，瞬间的断电都会导致金属卤素灯立即熄灭，而且再次来电时金属卤素灯不能立即点亮，需要经过大约10分钟左右的预热时间才会逐步达到正常的亮度。因此，一旦在大型国际会议或者大型比赛项目中出现此类事故，将会产生极坏的影响。

同时，今天的大型场馆还在大量地使用LED屏显示各种信息图像，这种LED屏功率大、容性负载强，在通电开启显示屏时，会对电网产生很大的冲击，威胁着供电安全。除此之外，大型场馆在使用过程中，往往需要临时增加许多电视转播车，通过电视转播车发出的高频电磁波会对大型场馆的电网带来大量的谐波干扰，同样也影响着电网的供电安全。

除了以上影响之外，为大型场馆供电的电网还会受到外界极端天气、线路受损、市政施工导致的外力破坏等事故的影响，造成供电电压瞬间骤降（出现晃电约100毫秒以内的断电）或者供电中断等问题，都会导致大型场馆中敏感用电设备（例如金属卤素灯、LED屏、电视转播车、电脑服务器等）的断电、停机等严重后果，进而造成重大的经济损失，甚至重大的人身伤亡，以致产生不可挽回的负面影响。

因此，如何满足大型场馆的不间断稳定供电要求，已经成为目前电力系统设计领域亟待解决的一项主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无扰动不间断供电装置，可以满足各种敏感性用电设备的连续用电需求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种无扰动不间断供电装置，包括用于外接电网的电源接入端子、整流器、逆变器、智能充电器、储能装置、直供开关和无扰动切换装置；所述电源接入端子一路通过直供开关连接无扰动切换装置的其中一组开关单元，第二路通过整流器输出直流电源至逆变器，通过逆变器逆变输出的交流电源传输至无扰动切换装置的另外一组开关单元，第三路连接智能充电器，所述智能充电器在电网负荷低谷时段为储能装置充电蓄能，所述储能装置在逆变器的输入电压降低时输出直流电源至逆变器；所述无扰动切换装置在两组所述的开关单元之间进行无扰动切换，输出交流电源至电源输出端子。

进一步的，所述电源接入端子设置有两路，一路连接主电网，另一路连接副电网或者发电机；两路电源接入端子通过双电源互投装置分别与所述的直供开关、整流器和智能充电器对应连接。

当然，也可以将所述的电源接入端子设置成两路，一路连接主电网，另一路连接副电网，然后再在所述无扰动不间断供电装置上再进一步设置一个用于连接发电机的发电机接入端子，所述发电机接入端子与两路所述的电源接入端子通过多电源互投装置分别与所述的直供开关、整流器和智能充电器对应连接，通过多电源互投装置在各路输入电源之间进行互锁切换，以免供电有误。

为了在外部电源断电或者出现异常时，仍能保证所述的供电装置不间断地向后级负载提供连续的交流电源，所述智能充电器在电网供电正常期间，若检测到储能装置的剩余电量低于设定的下限值时，无论当前电网负荷处于低谷时段还是高峰时段，都立即为所述的储能装置充电蓄能，以备在外部电源异常时能够通过逆变器继续逆变输出后级负载所需的交流电源，为负载的不间断运行提供保障。

优选的，对于所述无扰动切换装置来说，优选采用一个固态切换开关进行系统设计，在所述固态切换开关中包含有主控制器、电压检测装置、电流检测装置以及两组所述的开关单元，且在每一组开关单元中均包含有N条分别由两个晶闸管反向并联组成的开关通路，所述N为交流电源的相数，N条开关通路一一对应地串联在交流电源的N条相电源线中；所述电压检测装置和电流检测装置分别连接在开关单元与交流电源相连接的供电线路上，分别采样生成电压检测信号和电流检测信号，输出至所述的主控制器；所述主控制器根据接收到的电压检测信号和电流检测信号生成触发信号控制各路晶闸管通断，以实现供电线路的无扰动切换。

进一步的，在所述固态切换开关中还设置有人机交互单元，连接所述的主控制器；所述主控制器根据用户通过人机交互单元输入的供电方式选择指令，输出相应的控制信号至所述的直供开关，控制所述直供开关通断。

为了实现两路交流电源的无扰动切换，所述固态切换开关在供电装置工作在无扰动供电方式时，将通过直供开关传入的交流电源作为主电源，将通过逆变器输出的交流电源作为备用电源，所述逆变器根据主电源的相位逆变生成与主电源同相位的备用电源；所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置对各路晶闸管的端电压进行极性检测，若端电压为正极性，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号；若端电压为负极性，则首先向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号。

为了达到节约有限资源的设计目的，在所述无扰动不间断供电装置中还设置有新能源优选装置，所述新能源优选装置的输入端分别连接多个利用新能源发电的装置，接收新能源发电装置产生的电能，一方面输出至所述的逆变器，优先为逆变器提供直流供电；另一方面输出至所述的储能装置，优先为储能装置充电蓄能。

进一步的，在所述新能源优选装置中包括整流单元和DC-DC转换单元，所述整流单元的交流侧连接输出交流电源的新能源发电装置，整流单元的直流侧连接一二极管的阳极，所述二极管的阴极分别与所述的逆变器和储能装置对应连接；所述DC-DC转换单元的输入端连接输出直流电源的新能源发电装置，DC-DC转换单元的输出端连接另一二极管的阳极，所述另一二极管的阴极分别与所述的逆变器和储能装置对应连接。

为了抑制谐波干扰，使输出至负载的交流电源稳定，在所述无扰动切换装置连接电源输出端子的线路中还连接有有源滤波器，以滤除干扰信号；为了在所述的供电电源故障时方便维修，在所述电源接入端子与电源输出端子之间还连接有旁路开关。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的无扰动不间断供电装置能够为供电要求苛刻、不允许断电、不允许供电电压超出范围、不允许供电中有大量的谐波和瞬间晃电的单位或者局部区域提供高质量、高精度的不间断供电，用电负载在供电过程中不会受到任何干扰而停机，实现了对负载的无扰动供电。同时，本发明的供电装置还可以利用新能源如风能、太阳能及其他电能，为负载供电，避免了并网带来的一系列的弊病。此外，本发明通过采用在电网负荷低谷时段为供电电源中的大容量储能装置充电蓄能，而在电网负荷高峰时段控制储能装置放电的控制策略，可以显著降低用电成本，实现经济电价供电的设计目的。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的无扰动不间断供电装置的系统架构示意图；

图2是固态切换开关的整体架构示意图；

图3是采用图2所示的固态切换开关对双路三相交流电源进行切换的一种实施例的电路原理框图；

图4是多电源互投装置的一种实施例的结构示意图；

图5是图1中新能源优选装置的一种实施例的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

本实施例的无扰动不间断供电装置主要由电源接入端子J1、J2、整流器、逆变器、智能充电器、储能装置、直供开关和无扰动切换装置等部分组成，参见图1所示。其中，所述电源接入端子可以设置一路，比如J1；也可以设置两路，比如J1、J2。当仅设置一路电源接入端子J1时，将所述电源接入端子J1与电网连接，在外界电网供电正常时，利用所述电网提供的网电为用电负载供电，并进一步通过智能充电器在电网负荷低谷时段将交流网电整流成直流电源，为所述的储能装置充电蓄能。当外界电网异常或者无供电时，可以利用储能装置输出电能，经由逆变器逆变成交流电源继续为负载供电。若所述电源接入端子设置有两路，比如J1、J2，则可以将其中一路电源接入端子J1连接主电网（以电网1为例进行说明），以接收来自主电网的交流供电；另外一路电源接入端子J2连接副电网（以电网2为例进行说明），以接收来自副电网提供的交流供电。当设置两路电源接入端子J1、J2时，为了在两路交流供电之间进行自动切换，需要在两路电源接入端子J1、J2之间增设双电源互投装置。所述双电源互投装置在电网1供电正常时，自动连通电网1的供电传输线路，而在电网1供电异常时，则自动投切到电网2，继续为无扰动不间断供电装置中的各功能电路传输交流供电电源。

当然，也可以在两路所述的电源接入端子J1、J2的基础上，再进一步设置一路发电机接入端子J3，如图1所示，以用于与外界的发电机相连接，在无网电时，可以利用发电机提供的电力继续为用电负载供电。采用这种设计方式时，需要将所述的双电源互投装置替换成至少支持三路交流电源投切的多电源互投装置，分别连接所述的电源接入端子J1、J2与发电机接入端子J3，以满足在各路交流供电电源之间的自动互锁切换。

对于所述多电源互投装置的具体组建结构，可以采用多个双电源互投装置级联的方式设计实现。以支持三路交流电源投切的多电源互投装置为例进行说明，如图4所示，可以采用两路双电源互投装置K1、K2级联来构建所述的多电源互投装置。即，将第一路双电源互投装置K1的两个输入端分别与电网1、电网2对应连接，对两路网电进行自锁切换；将第二路双电源互投装置K2的两个输入端分别与第一路双电源互投装置K1的输出端以及发电机对应连接，在网电与发电机电能之间进行自锁切换。在实际使用过程中，只要电网1有供电，则第一路双电源互投装置K1自动将电网1的交流供电投切输出；若电网1断电，电网2有供电，则第一路双电源互投装置K1自动投切至电网2输出；只要有网电输出，则第二路双电源互投装置K2自动将网电投切输出，当且仅当通过第一路双电源互投装置K1无网电输出时，第二路双电源互投装置K2才会投切至发电机，利用发电机产生的电能为后级负载供电。

当然，本实施例对电源接入端子的具体设计方式并不仅限于以上举例，可以根据实际使用情况具体配置。

无论连接外部电源的接入端子采用何种设计方式，都需要将通过互投装置（双电源互投装置或者多电源互投装置）引入到所述无扰动不间断供电装置内部的交流供电电源分别传输至所述的直供开关、整流器和智能充电器。具体来讲，对于仅设置有一路电源接入端子J1的供电装置来说，可以直接将所述电源接入端子J1分别与所述的直供开关、整流器和智能充电器对应连接；而对于设置有至少两路电源接入端子J1、J2的供电装置，或者在此基础上再进一步增设有发电机接入端子J3的供电装置来说，则可以将各路电源接入端子J1、J2和发电机接入端子J3与多电源互投装置连接后，再分别与所述的直供开关、整流器和智能充电器对应连接，如图1所示。将所述的直供开关连接到无扰动切换装置的其中一组开关单元SCR1上，将整流器整流输出的直流电源传输至逆变器的直流输入侧，并将逆变器的交流输出端连接到无扰动切换装置的另外一组开关单元SCR2上，通过所述无扰动切换装置对其两组开关单元SCR1、SCR2进行无扰动切换，进而输出无扰动的交流电源，通过电源输出端子Jout传输至后级的用电负载，为负载供电。

此外，通过多电源互投装置切换输出的其中一路交流供电电源同时传输至智能充电器，若该路交流供电电源为网电，则智能充电器对电网当前所处的负荷情况进行检测，优选在电网负荷低谷时段对储能装置进行快速充电，而在电网负荷高峰时段停止对储能装置的充电过程，以实现采用经济电价供电的设计目的。

但是，考虑到后级用电负载的不间断供电需求，本实施例优选对储能装置的剩余电量进行检测（对于储能装置剩余电量的检测可以利用所述的智能充电器一并完成），并在剩余电量低于设定的下限值时，无论电网当前处于用电高峰时期还是低谷时期，智能充电器都立即启动，向储能装置充电蓄能，以避免在外界的交流供电电源发生突然断电时，储能装置由于自身电量不足而导致不能持续为用电负载提供长时间不间断供电的情况发生。将所述储能装置通过二极管D1连接至逆变器的直流输入侧，用于在外部电源断电或者出现晃电时，不间断地为逆变器提供直流电源，进而满足后级负载的连续用电需求。利用二极管D1的反向截止特性，可以避免通过整流器输出的直流电源流入储能装置，使储能装置在电网负荷高峰时段错误的进入充电过程。

若通过多电源互投装置投切输入的交流供电电源由发电机提供，则智能充电装置可以立即启动，直接为所述的储能装置充电蓄能。

在本实施例中，所述整流器和逆变器优选采用兆瓦级的大容量整流设备和逆变设备进行系统设计，以满足大负载的用电需求。

为了避免外界的浪涌电流引入到供电装置中，对供电装置内部的功能电路造成损坏，本实施例优选在多电源互投装置连接所述直供开关、整流器和智能充电器的线路中增设浪涌抑制电路，如图1所示，以将雷电等浪涌电流及时地泄放到地，以实现所述供电装置的防雷击设计。

为了使得输出至负载的交流电源稳定，本实施例还优选在无扰动切换装置与电源输出端子Jout之间的交流电源传输线路中增设有源滤波器，如图1所示，以滤除电力谐波，避免对后级负载造成干扰影响。

为了实现供电线路的无扰动切换，本实施例优选采用固态切换开关作为所述的无扰动切换装置，进行系统电路的电气设计。参见图2所示，在所述的固态切换开关中包含有电压检测装置V1、V2、主控制器和开关单元SCR1、SCR2等主要组成部分。其中，电压检测装置V1、V2用于对各路交流供电电源的电压值进行采样检测，提供给主控制器以完成对交流供电电源是否出现异常的分析和判断。所述开关单元SCR1、SCR2包括两组，分别连接在每一路交流供电电源的供电线路中，用于在各路交流供电电源之间进行选择切换。对于各路开关单元SCR1、SCR2，所述固态切换开关选用晶闸管作为开关元件，利用晶闸管在其触发极接收到触发脉冲时能瞬间导通，而在失去触发脉冲且电压过零点时能瞬间关断的特性，实现通电或者断电的切换。考虑到交流电源的电流双向传输特性，在每一组开关单元SCR1、SCR2中均设置有N条分别由两个晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N反向并联组成的开关通路，所述N为交流供电电源的相数，且每一组开关单元的N条开关通路一一对应地串联在一路交流供电电源的N条相电源线中。参见图3所示，对于三相交流电源来说，每组开关单元就需要三条所述的开关通路，一一对应地串联在三条相电源线A、B、C中，分别对三相电源进行切换控制。连接在每一路交流电源的供电线路中的电压检测装置V1、V2可以对各路交流供电电源的相电压进行采样检测。所述电压检测装置V1、V2可以采用由多个分压电阻串联组成分压网络的形式设计实现，分别连接在交流供电电源的每一条相电源线与地之间，通过选择合适的分压节点产生电压检测信号，输出至主控制器，进而换算出各路交流供电电源的相电压，以完成对各路交流供电电源的电压检测。当交流供电电源处于正半周时，电流从正向晶闸管T1P或T2P流过；当交流供电电源处于负半周时，电流从反向晶闸管T1N或T2N流过。将每一个晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N的控制极连接到主控制器的不同触发信号输出接口上，在主控制器发出的触发信号的控制作用下导通或者关断，以实现对供电线路的切换控制。对于接口驱动能力不足的主控制器来说，可以在主控制器的触发信号输出接口上进一步连接驱动单元，通过驱动单元来提升触发信号的驱动能力，以实现对各路晶闸管T1P/T1N、T2P/T2N的触发控制。

对于两路交流供电电源不是常规供电电源（将线电压为380V的交流电源定义为常规供电电源）的情况，比如10千伏以上的交流电源等，则可以在固态切换开关连接两路交流供电电源的供电线路中分别增加变压器T1、T2，如图2所示，用于对两路交流供电电源进行降压变换后，再传输至所述的电压检测装置V1、V2和开关单元SCR1、SCR2，进而满足后级负载的安全用电需求。

在两路交流供电电源的供电线路中还可以进一步连接电流检测装置I1、I2，如图2所示，具体可以采用交流互感器串联在各路交流电源的供电线路中，用于对每一路交流供电电源的相电流进行过零检测，并将电流检测信号传输至所述的主控制器，以协助主控制器完成对各组开关单元SCR1、SCR2的可靠切换。

为了满足人机交互的要求，在本实施例的固态切换开关中还设置有人机交互单元，如图2所示，可以具体采用触摸式显示屏，或者键盘加显示屏的设计方式，连接所述的主控制器，以实现外部指令的输入以及检测结果的显示功能。技术人员利用所述的人机交互单元可以向主控制器输入其工作时所需要的系统设置参数，例如负载所允许的电源最低门限值、主电源和副电源所对应的开关单元、电源切换的延时时间、供电方式的选择设置等参数，以完成系统控制。

在本实施例中，优选设置所述固态切换开关在供电装置工作在无扰动供电方式时，将通过直供开关传入的交流供电电源作为主电源，将通过逆变器输出的交流供电电源作为备用电源，通过所述固态切换开关实现在两路交流供电电源之间的无扰动切换。

对于系统的运行情况可以利用设置在人机交互单元中的远程通讯模块以有线或者无线数据传输方式定时传送至远程的控制中心，实现远程监控和维护功能。

采用固态切换开关在两路交流供电电源之间进行切换时，其切换时间可以达到4~6ms，因此，可以真正的实现交流供电电源之间的无扰动切换（对于为敏感性负载提供交流供电的电源来说，若供电出现突降，且跌落时间超过10ms以上，则会对负载产生扰动），满足敏感性负载的不间断供电要求。

本实施例所提出的无扰动不间断供电装置可以提供无扰动供电方式和在线不间断供电方式两种模式，为描述简便起见，以下以在供电装置上设置有两路电源接入端子J1、J2为例，对两种供电方式的具体工作过程进行详细阐述。

1、无扰动供电方式

当用户通过人机交互单元选择无扰动供电方式时，主控制器首先输出控制信号至直供开关，控制所述直供开关闭合；然后，主控制器将开关单元SCR1设置为传输主电源的开关通道，将开关单元SCR2设置为传输备用电源的开关通道，并执行以下无扰动切换过程。

1.1、在电网1有供电时，互投装置接通电网1、封锁电网2，将通过电网1输出的网电经由直供开关传输至固态切换开关。所述固态切换开关利用其内部的电压检测装置V1对电网1提供的交流供电电源进行检测，若供电质量符合要求，则通过主控制器控制开关单元SCR1导通，SCR2关闭，将电网1提供的交流供电电源传输至电源输出端子Jout，直接为负载供电。

1.2、当电网1的供电电压或者频率出现问题，不符合要求时，固态切换开关在4~6ms之间立即切换到开关单元SCR2导通，SCR1关闭，此时，电网1提供的交流供电改为经由互投装置、整流器、逆变器、固态切换开关的开关单元SCR2进行稳频稳压输出，为后级负载提供无扰动供电。当电网1的供电质量经过多次检测均符合要求时，再次切换为1.1的方式供电。

1.3、当电网1断电或者电压瞬间骤降出现晃电时，固态切换开关在4~6ms之间立即切换到开关单元SCR2导通，SCR1关闭，利用储能装置的电能经逆变器、开关单元SCR2继续为负载供电。与此同时，互投装置对电网2输出的电能进行检测，若电网2有供电输出，则接通电网2，封锁电网1。此时，通过电网2提供的交流供电电源经由直供开关传输至固态切换开关，主控制器在检测到投入的电能符合要求时，立即切换至开关单元SCR1导通，SCR2关闭，进而利用电网2提供的交流供电为后级负载继续供电。当主控制器检测到电网2的供电质量不符合要求时，则切换至1.2的方式供电，即利用整流器和逆变器将电网2的交流供电进行稳频稳压处理后，再经由开关单元SCR2输出至后级负载。

若电网1的供电恢复正常，则互投装置重新切换至电网1，重复上述1.1、1.2或1.3的供电过程。

对于所述固态切换开关的无扰动切换过程，其具体实现方式为：

当备用电源与主电源同步时，所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管T1P、T1N发送触发信号，结合图2、图3所示。然后，通过电压检测装置V1对各路晶闸管T1P、T1N的端电压U_pea进行极性检测，以A相为例进行说明，若端电压U_pea>0，即为正极性，则说明电流由主电源流向负载，且流经正向晶闸管T1P。此时，反向晶闸管T1N因其两端加载了反向电压而截止，正向晶闸管T1P仍保持导通状态。主控制器向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，控制正向晶闸管T2P导通。晶闸管T2P触发导通后，若备用电源的电压高于主电源电压，则晶闸管T1P因其两端加上了反向电压而截止。当检测到晶闸管T1P的电流减小到零时，则表示晶闸管T1P完全关断，继而向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，控制反向晶闸管T2N导通，完成该相电源线路的切换过程。同理，若通过电压检测装置V1检测到端电压U_pea<0，即为负极性，则说明电流由负载流向主电源，且流经反向晶闸管T1N。此时，正向晶闸管T1P因其两端加载了反向电压而截止，反向晶闸管T1N仍保持导通状态。在这种情况下，主控制器首先向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，待主电源线路中的反向晶闸管T1N的电流过零时，再向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，控制正向晶闸管T2P触发导通，完成该相电源线路的切换过程。B、C两相的切换过程相同，本实施例不再重复说明。

由于备用电源由逆变器逆变生成，因此，可以利用逆变器根据主电源的相位逆变生成与主电源电压同步的备用电源，以简化主控制器对两路供电线路的无扰动切换过程。

当备用电源与主电源电压不同步时，主控制器在检测到主电源电压的幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置V1对各路晶闸管的端电压进行极性检测。仍以A相电压为例进行说明，若连接在A相电源线中的晶闸管T1P、T1N的端电压U_pea为正极性，则一方面对流过正向晶闸管T1P的电流是否降低到零进行持续检测；另一方面，同时对备用电源的相位进行检测。若备用电源的相位在变化到与主电源相位同相前，流经正向晶闸管T1P的电流已经减小到零，则表示晶闸管T1P完全关断，主控制器向连接在备用电源的A相电源线中的正向、反向两个晶闸管T2P、T2N发送触发信号，控制晶闸管T2P、T2N触发导通。若在流过正向晶闸管T1P的电流降低到零之前，备用电源变成与主电源电压同相，则首先向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，待主电源线路中的正向晶闸管T1P的电流过零时，再向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，控制反向晶闸管T2N触发导通，完成该相电源线路的切换过程。同理，若通过电压检测装置V1检测到端电压U_pea为负极性，则首先检测流过反向晶闸管T1N的电流是否降低到零，若降低到零，则表示晶闸管T1P、T1N完全关断，通过主控制器向连接在备用电源的A相电源线中的正向、反向两个晶闸管T2P、T2N发送触发信号，控制晶闸管T2P、T2N触发导通，完成该相电源线路的切换过程。若在流过反向晶闸管T1N的电流降低到零之前，备用电源已经变成与主电源电压同相，则首先向连接在备用电源的A相电源线中的反向晶闸管T2N发送触发信号，控制反向晶闸管T2N导通；待流过主电源线路中的反向晶闸管T1N的电流减小到零时，再向连接在备用电源的A相电源线中的正向晶闸管T2P发送触发信号，控制正向晶闸管T2P触发导通，完成该相电源线路的切换过程。B、C两相的控制方式相同，本实施例在此不作重复说明。

2、在线不间断供电方式

当用户通过人机交互单元选择在线不间断供电方式时，主控制器首先输出控制信号至直供开关，控制直供开关断开；然后，主控制器将开关单元SCR1关闭，开关单元SCR2导通，并执行以下不间断供电过程。

2.1、当电网1供电正常时，将电网1提供的交流供电经由互投装置、整流器、逆变器、开关单元SCR2直接为负载供电。

2.2、当电网1断电或者出现晃电时，储能装置的电能零切换（即无切换时间）投入给逆变器，经由逆变器转换成交流电源后，通过开关单元SCR2为负载提供不间断供电。此时，互投装置将电网2提供的交流供电电源投切到所述的供电装置中，并在电网2切换接入稳定后，将电网2提供的交流供电经由整流器、逆变器进行整流和逆变处理后，通过开关单元SCR2输出至电源输出端子Jout，继续为负载供电。

当电网2切换接入稳定后，储能装置停止向逆变器输出直流供电。若电池需要充电或者进入电网负荷低谷时段，则智能充电器自动开启，对所述的储能装置充电蓄能。

2.3、当电网1、电网2均无交流供电时，储能装置的电能零切换投入供电，经由逆变器、开关单元SCR2输出至后级负载。若有发电机，则自动启动发电机，并在运行正常能保证正常供电后，将其电能经互投装置、整流器、逆变器、开关单元SCR2为负载供电，储能装置停止供电，智能充电装置利用发电机提供的交流供电电源及时为所述的储能装置充电蓄能。

2.4、当网电1、网电2、发电机均无交流供电电源输出时，储能装置的电能零切换投入供电，直至其储存的电能放电完毕，自动关机停止供电。若放电中途网电或者发电机恢复供电，则转为网电或者发电机供电。

在上述2.1～2.4的过程中，各种电能转换时对负载来讲均为零切换不间断供电。

此外，在本实施例中，出于节约有限资源方面的考虑，本实施例在所述供电装置中还设置有新能源优选装置，参见图1所示。将所述新能源优选装置分别与风能发电装置、太阳能发电装置以及其他利用新能源进行发电的装置（例如核能发电装置、潮汐能发电装置等）对应连接，接收新能源发电装置提供的交流或者直流供电，并进行转换处理后，输出直流电源分别为逆变器提供直流电源，并为所述的储能装置充电蓄能。在实际运行过程中，通过新能源发电装置提供的电能可能会出现不足以满足逆变器所需直流供电的情况，此时，可以转由电网1、电网2或者发电机输出的交流供电经由整流器整流后进行供电，进而实现网电与新能源电能之间的自动互补供电。

在本实施例中，所述新能源优选装置具体可以采用整流单元、DC-DC转换单元和多个二极管D2、D3组建形成，参见图5所示。其中，将整流单元的交流侧连接输出交流电源的新能源发电装置，例如风能发电装置等，将该类新能源发电装置输出的交流电源整流成直流电源后，通过整流单元的直流侧输出至二极管D2的阳极，控制二极管D2正向导通后，分别传输至所述的逆变器和储能装置。将DC-DC转换单元的输入端连接输出直流电源的新能源发电装置，例如太阳能发电装置等，对该类新能源发电装置输出的直流电源进行直流变换处理后，通过DC-DC转换单元的输出端传输至二极管D3的阳极，控制二极管D3正向导通，进而输出直流电源分别为逆变器提供直流供电，以及为储能装置充电蓄能。

在本实施例中，对于输入到逆变器的直流电源，其电压范围优选设置在400V~600V之间；对于交流380V网电通过整流器整流输出的直流电源，其电压幅值一般在500V左右；通过储能装置输出的直流电源，其电压幅值一般在480V左右；而在新能源充足时，通过新能源发电装置输出的电能经由新能源优选装置处理输出的直流电源，其电压幅值一般在500V以上。由此一来，在新能源充足时，由于通过新能源优选装置输出的直流电源的电压幅值高于网电通过整流器整流输出的电压幅值以及储能装置输出的电压幅值，因此，通过新能源发电装置输出的电能可以优选为逆变器供电，以达到节约网电的设计目的。而在新能源发电装置输出的电能不足时，例如通过新能源优选装置中的整流单元和DC-DC转换单元输出的直流电源的电压幅值跌落到500V以下时，则转由电网或者储能装置为所述逆变器提供直流电源。

也就是说，利用二极管D1、D2、D3的线路布设方式，来实现哪路直流电源的电压幅值高，哪路优先为逆变器供电的控制方式。

在本实施例中，在所述互投装置与电源输出端子Jout之间还优选并联一个旁路开关，如图1所示，当所述供电装置的内部电路发生故障或者需要检修时，可以将所述旁路开关闭合，将网电直接通过旁路开关输出至后级负载，满足负载的连续供电要求。

对于所述储能装置来说，本实施例优选采用锂电池或者铅酸蓄电池，当电网负荷处于低谷时段时，电池进入充电过程；当电网负荷处于高峰时段时，电池可放电进入逆变供电过程（当然，也可以不放电），以达到经济的供电运行模式。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无扰动不间断供电装置，其特征在于：包括用于外接电网的电源接入端子、整流器、逆变器、智能充电器、储能装置、直供开关和无扰动切换装置；所述电源接入端子一路通过直供开关连接无扰动切换装置的其中一组开关单元，第二路通过整流器输出直流电源至逆变器，通过逆变器逆变输出的交流电源传输至无扰动切换装置的另外一组开关单元，第三路连接智能充电器，所述智能充电器在电网负荷低谷时段为储能装置充电蓄能，所述储能装置在逆变器的输入电压降低时输出直流电源至逆变器；所述无扰动切换装置在两组所述的开关单元之间进行无扰动切换，输出交流电源至电源输出端子。

2.根据权利要求1所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：所述电源接入端子设置有两路，一路连接主电网，另一路连接副电网或者发电机；两路电源接入端子通过双电源互投装置分别与所述的直供开关、整流器和智能充电器对应连接。

3.根据权利要求1所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：所述电源接入端子设置有两路，一路连接主电网，另一路连接副电网，在所述无扰动不间断供电装置上还设置有用于连接发电机的发电机接入端子，所述发电机接入端子与两路所述的电源接入端子通过多电源互投装置分别与所述的直供开关、整流器和智能充电器对应连接。

4.根据权利要求1所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：所述智能充电器在检测到储能装置的剩余电量低于设定的下限值时，立即为所述的储能装置充电蓄能。

5.根据权利要求1所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：在所述无扰动切换装置中包含有一固态切换开关，在所述固态切换开关中包含有主控制器、电压检测装置、电流检测装置以及两组所述的开关单元，且在每一组开关单元中均包含有N条分别由两个晶闸管反向并联组成的开关通路，所述N为交流电源的相数，N条开关通路一一对应地串联在交流电源的N条相电源线中；所述电压检测装置和电流检测装置分别连接在开关单元与交流电源相连接的供电线路上，分别采样生成电压检测信号和电流检测信号，输出至所述的主控制器；所述主控制器根据接收到的电压检测信号和电流检测信号生成触发信号控制各路晶闸管通断，以实现供电线路的切换。

6.根据权利要求5所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：在所述固态切换开关中还设置有人机交互单元，连接所述的主控制器；所述主控制器根据用户通过人机交互单元输入的供电方式选择指令，输出相应的控制信号至所述的直供开关，控制所述直供开关通断。

7.根据权利要求6所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：所述固态切换开关在供电装置工作在无扰动供电方式时，将通过直供开关传入的交流电源作为主电源，将通过逆变器输出的交流电源作为备用电源，所述逆变器根据主电源的相位逆变生成与主电源同相位的备用电源；所述主控制器在检测到主电源的电压幅值降低到负载的电源最低门限值以下时，首先停止向连接在主电源的各相电源线中的晶闸管发送触发信号，然后通过电压检测装置对各路晶闸管的端电压进行极性检测，若端电压为正极性，则向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号；若端电压为负极性，则首先向连接在备用电源的同相电源线中的反向晶闸管发送触发信号，待主电源线路中的晶闸管的电流过零时，再向连接在备用电源的同相电源线中的正向晶闸管发送触发信号。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：在所述无扰动不间断供电装置中还设置有新能源优选装置，所述新能源优选装置的输入端分别连接多个利用新能源发电的装置，接收新能源发电装置产生的电能，一方面输出至所述的逆变器，优先为逆变器提供直流供电；另一方面输出至所述的储能装置，优先为储能装置充电蓄能。

9.根据权利要求8所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：在所述新能源优选装置中包括整流单元和DC-DC转换单元，所述整流单元的交流侧连接输出交流电源的新能源发电装置，整流单元的直流侧连接一二极管的阳极，所述二极管的阴极分别与所述的逆变器和储能装置对应连接；所述DC-DC转换单元的输入端连接输出直流电源的新能源发电装置，DC-DC转换单元的输出端连接另一二极管的阳极，所述另一二极管的阴极分别与所述的逆变器和储能装置对应连接。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的无扰动不间断供电装置，其特征在于：在所述无扰动切换装置连接电源输出端子的线路中还连接有有源滤波器；在所述电源接入端子与电源输出端子之间还连接有旁路开关。

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