CN104242369A

CN104242369A - 新型多能源多模式智能不间断电源

Info

Publication number: CN104242369A
Application number: CN201310252308.0A
Authority: CN
Inventors: 颜渐德; 胡健; 李祥来; 李延平; 何为
Original assignee: Xiangtan Xincheng Electronic Software Development Co Ltd; HUNAN XINCHENG NEW ENERGY INSTITUTE
Current assignee: Xiangtan Xincheng Electronic Software Development Co Ltd; HUNAN XINCHENG NEW ENERGY INSTITUTE
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，由输入输出信号检测模块、输入切换装置、输出控制装置、大功率整流模块、智能充电模块、免维护蓄电池、逆变模块、隔离滤波模块、新能源发电模块（风电智能功率模块、太阳能智能功率模块）、辅助工作电源模块、系统中央控制模块组成；本发明优点在于提供一种智能切换能源方案，将各能源优化分配，清洁能源的优先级最高，其次是蓄电池、市电，提高了系统实际运行的经济性和环保性。以优化能源为目标的智能不间断电源使其可工作于各种场合、各类负载。本发明内部各模块间采用总线控制技术，稳定度高，便于扩展。本发明可应用于单相与三相供电，采用全数字智能化设计，大大降低人力维护。

Description

新型多能源多模式智能不间断电源

技术领域

本发明涉及电力电子逆变器技术领域，特别多能源多模式智能不间断电源。

背景技术

随着社会的不断发展，科学技术的不断进步，越来越多的场合对电能的稳定性提出了更高的要求，但常规供电不得不面临一个问题——停电。不管是可预见的停电还是突然停电，目前仍不可避免，这就必不可少的给人们生产生活不利影响，尤其是对于一些重要的供电场合，一旦供电不正常，将造成严重的社会影响、重大经济损失甚至是人员伤亡，为了有效的降低停电带来的影响，不间断电源应运而生。

传统不间断电源的主要能量来源依旧是常规市电，加以蓄电池做能量储存，市电正常时，由市电供电，市电不正常时由蓄电池储存的电能进行逆变，给负载供电。此方案虽然能在一定层次上解决短暂停电的问题，但其电能利用效率低，不环保。在新能源技术逐步发展的今天，这种使用方式已经慢慢不被大家所接受。

近年来，一些企业开始研究和发展混合供电方式的不间断电源，如太阳能、市电、蓄电池结合的系统；风能发电、市电、蓄电池结合的系统；风能、太阳能、市电、蓄电池结合的系统。但现有的这些系统还存在着一些不足：

1、以市电优先供电为主，新能源发电为辅，清洁能源的优势无法全面发挥；

2、现有的系统要求新能源模块直接接入直流母线，对新能源模块的供电要求较高，例如风能一类的随机发电模块适应性较弱；

3、控制方式不够科学，现有的不间断电源对新能源的使用不够优化。负荷功率较小时，出现弃风、弃光现象；当负荷功率较大时，只能由市电供电，新能源利用率低。

发明内容

本发明的目的是针对现有不间断电源控制方式不优、新能源利用率低等不足，提出一种新型多能源多模式智能不间断电源。

本发明所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，包括输入输出信号检测模块、输入切换与输出控制装置、大功率整流模块、智能充电模块、免维护蓄电池组、逆变模块、隔离滤波模块、、新能源发电模块（风电智能功率模块、太阳能智能功率模块）、辅助工作电源模块、系统中央控制模块。

所述的输入切换装置、输出控制装置，控制着不间断电源的输入输出方式；所述智能充电模块由充电控制单元实时监测蓄电池组电量，结合智能监控模块的信息（太阳能转换模块和风能转换模块的当前发电状态），并将状态信息通过CAN总线传送给中央控制器在线智能计算当前电量与充电电流，以此来优化能源切换方案；所述免维护蓄电池组与、太阳能智能功率模块和风电智能功率模块相连，系统实时检测其状态来确定是否并网发电；所述免维护蓄电池组、太阳能智能功率模块和风电智能功率模块、逆变模块、隔离滤波模块相连，组成正弦波逆变电路，再经隔离滤波模块；所述信号检测模块由多个检测节点构成，分布于系统的输入/输出端、逆变模块，还可任意添加节点，检测信号就近接入带控制器的模块，以便数据通过总线共享；所述系统中央控制模块，其通过CAN总线与逆变模块、蓄电池组、太阳能转换模块、风能转换模块相连，优化信号检测模块拓扑结构，模块之间信息共享，实现能源方案的优化调度，统一协调和管理，达到反应迅速、节能高效、使用方便、安全稳定的效果。

本发明所述的新型多能源多模式智能不间断电源的优点在于：

1. 该不间断电源采用多能源输入多工作模式结构，实现新能源的无缝接入，利用数字处理器DSP实现对系统的智能控制，以便系统优先使用新能源，确保最大程度的节能环保；

2. 系统模块之间采用CAN总线相连，大大减少了系统布线，提高了系统的稳定性，同时以全网广播的方式，各模块均可接收和发送信息，信息交互效率高，可实时监测各模块工作状态，由中央控制模块统筹系统工作状态并实时显示出来，用户可根据需要查阅相关信息；

3. 系统采用模块化设计，可根据不同地区、不同要求的用户，灵活组建实用的系统。并且模块的接入与下线无需复杂的设置，只要把线连接正确即可，便于用户的一键式使用；

4. 与传统不间断电源相比，本系统设计上采用的软件与硬件相结合的冗余方案，大大提高了系统的稳定性和可靠性，为重要负载的不间断供电提供了深层次的保障，其成本却增加不大。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明系统中的逆变模块结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出一种新型多能源多模式智能不间断电源，由信号检测点1（001）、输入切换装置（002）、整流滤波（003）、逆变装置（004）、隔离滤波器（005）、输出控制装置（006）、负载（007）、智能充电模块（008）、信号检测点2（009）、免维护蓄电池（010）、风力发电机（011）、风电智能功率模块（012）、系统中央控制器（013）、太阳能电池板（014）、太阳能智能功率模块（015）、系统辅助工作电源（016）、人机交互界面（017）组成。其中：

所述信号检测点1（001）：由相对应的电压、电流传感器组成，与电网、输入切换装置（002）相连，构成系统运行模式选择的重要信息来源。

所述输入切换装置（002）：该模块与整流滤波模块（003）、输出控制装置（006）相连，主要执行旁路输出、在线逆变等回路的切换。

所述逆变装置（004）：这是系统的核心部分，实现系统全部的逆变工作。输入与免维护蓄电池（010）、风电智能功率模块（012）、太阳能智能功率模块（015）直接相连，整流输出的直流母线选择性相连。输出与隔离滤波器（005）相连。该装置（004）主要内部结构如图2所示，逆变模块包含DSP控制单元、IGBT隔离驱动单元、直流母线测量单元、逆变输出采样单元、CAN总线单元；其中，DSP控制单元由TI公司的TMS320F2812与Altera的CPLD组成，由系统控制生成SPWM调制波，经隔离驱动单元对调制波进行电平转换、电气隔离、驱动IGBT，实现逆变功能。直流母线测量单元、逆变输出单元都采用LEM公司的电压电流传感器，对逆变的输入、输出进行信号采集，经信号处理后，送入DSP控制单元。此外，本模块还包含CAN节点，便于系统间的协调控制。

所述信号监测点2：主要与隔离滤波器（005）、输出控制装置（006）相连，检测逆变输出的电参数，并反馈给逆变装置的DSP单元。

所述输出控制装置（006）：主要用来控制是否并网、是否给负载供电、是否采用旁路供电。

所述风力发电机（011）、风电智能功率模块（012）构成风力发电系统，发出的电既可以给免维护蓄电池（010）储能，还可以直接输送给逆变装置（004）。

所述太阳能电池板（014）、太阳能智能功率模块（015）构成太阳能发电系统，发出的电既可以给免维护蓄电池（010）储能，还可以直接输送给逆变装置（004）。

所述系统辅助工作电源（016），该电源的输入直接接蓄电池上的母线电源，多路隔离输出电源满足整个系统的弱电供电要求。

所述系统中央控制器（013）与人机交互界面（017）。通过CAN总线的方式，协调控制系统与操作员的信息交互，同时实现系统能源分配优化与切换方案，具体如下：

1、本发明优先使用清洁能源（风能、太阳能），将清洁能源发电的输出给蓄电池充电，当蓄电池电量达到额定容量的设定值（如80%），系统开启逆变装置，通过输入输出转换装置实现由清洁能源给负载供电；

2、开启逆变装置后，负载处于正常工作，蓄电池电量达到额定容量的设定值（如90%）且此时的清洁能源发电量大于负载功率时，启动并网装置，把一部分清洁能源并入电网，维持清洁能源的最大发电功率；

3、当负载容量较大，清洁能源达不到工作要求时，即蓄电池电量低于的设定值（如60%），切断逆变回路，启动旁路由市电供电。保证负载的正常运行。此过程中不开启市电充电器，只有清洁能源给蓄电池充电；

4、当负载容量较大，清洁能源达不到工作要求时，即蓄电池电量低于的设定值（如60%），若市电停电，继续启用蓄电池给负载供电，直至达到蓄电池的最低允许电压，保证负载的正常运行。此过程中实时监测市电状态，一旦市电正常就切换至市电供电状态。同时若果蓄电池容量在额定容量的设定值（如30%）以下时，开启市电充电器，充电至额定容量的设定值（如60%）；

5、强制工作模式，不管蓄电池容量多少，只要市电无电，都开启逆变器给负载供电。一般不推荐此工作模式。

Claims

1.一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，由输入输出信号检测模块、输入切换装置、输出控制装置、大功率整流模块、智能充电模块、免维护蓄电池、逆变模块、隔离滤波模块、风电智能功率模块、太阳能智能功率模块、系统中央控制模块、可触摸控制的液晶显示模块；所述输入输出信号检测模块、输入切换装置、输出控制装置、大功率整流模块、智能充电模块、风电智能功率模块、太阳能智能功率模块、逆变模块、隔离滤波模块、系统中央控制模块、辅助工作电源模块联合设置安装在同一机柜内；所述蓄电池组安装在单独机柜内；其中。

2.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，输入输出信号检测模块，主要用来检测市电电压与逆变输出的电压幅值、频率、相位；提供回馈信号作为控制系统参考值。

3.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，输入切换装置主要是在UPS模式、紧急旁路模式、并网模式下对市电进行智能选择性的切换。

4.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，输出控制装置包括旁路供电到逆变供电、逆变供电到旁路供电、系统输出关闭等的切换控制。

5.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，智能充电模块主要由DC/DC变换单元、CAN总线单元、蓄电池状态检测单元组成，完成对蓄电池智能充放电管理。

6.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，逆变模块包含DSP控制单元、IGBT隔离驱动单元、直流母线测量单元、逆变输出采样单元、CAN总线单元，实现逆变；市电正常供电时，此模块处于待机状态，实时监测各信号检测点的参数，以便及时进行供电方式的切换；确保供电不间断。

7.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，风电智能功率模块，该模块包含AC-DC单元、DC-DC单元、CAN总线单元、CPU控制单元，实现风能发电机对蓄电池最大功率充电。

8.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，太阳能/风能智能功率模块，该模块包含DC-DC单元、CAN总线单元、CPU控制单元，实现对太阳能/风能最大功率跟踪，实现最大功率储能。

9.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，系统中央控制模块，该模块包含RS-485通讯单元、触控液晶显示单元、CAN总线单元，能源优化与分配控制单元；显示部分包括管理窗口、状态窗口、人机交互窗口；能源优化与分配控制单元可以在线计算蓄电池电量，根据当前计算值优化能源调度，实现不同工作模式的切换。

10.如权利要求1所述的一种新型多能源多模式智能不间断电源，其特征在于，辅助工作电源模块；辅助电源提供整个系统的工作电源，输入为DC192V，输出为4路驱动电源(DC24V/200mA)、1路测量电源（DC±15V/300mA）、1路系统电源（DC5V/1A）。