CN104638753A - 一种大型直流不间断电源系统和供电方法 - Google Patents

一种大型直流不间断电源系统和供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型直流不间断电源系统和供电方法，所述系统包括：整流单元、直流充电单元、控制单元、切换开关、以及备用电池，其中，所述整流单元用于将输入的交流电进行变压、整流输出直流电，形成主供电回路；所述直流充电单元与所述整流单元、所述控制单元相连接，用于将所述整流单元输出的直流电作为输入对所述备用电池进行充电；所述备用电池和所述切换开关相连接，用于当所述切换开关闭合时形成备用供电回路。本发明提供的方案避免了交流电对直流充电单元的冲击且降低了电源系统谐波，减少了对电网的干扰。

Description

一种大型直流不间断电源系统和供电方法
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种大型直流不间断电源系统。
背景技术
随着变流技术的长足发展，变频技术的广泛应用；目前为止，各种设备、装备和装置都已具备了各种电压等级采用直流供电的技术条件。
但是目前常见的直流不间断电源系统要满足各种设备、装备和装置的应急和后备保障电源系统的技术领域，适用于各种通信设备、特种装备、轨道交通、互联网数据中心(IDC)机房、数据通讯系统(DCS)、电力通信系统(PLC)、航海舰船与码头、航空机场与机库、变频电器设备、直流电机设备等一切可应用各种电压等级的直流供电的设备、装备和装置，存在以下不足：首先，目前的直流不间断电源系统中的充电器采用380V的交流电压作为输入电压，不但容易对充电器本身产生冲击影响充电器的使用寿命，而且会产生较大的系统谐波，对整个电网造成一定的干扰，降低了电源系统的运行可靠性；其次，目前的直流不间断电源系统中仅采用高速静态开关的控制电路检测交流输入电压和变压整流后的直流输出电压，当检测到交流输入出现故障时，有可能使充电器处于循环充放电的状态，且当高速静态开关的控制电路出现故障时，整个电源系统的测控部分将全部崩溃和瘫痪，使电源系统处于没有检测的状态工作，很容易出现事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的直流不间断电源系统的使用寿命不长，容易对整个电网造成干扰、和容易出现事故的缺陷，提供一种大型直流不间断电源系统及供电方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种大型直流不间断电源系统，包括:整流单元、直流充电单元、控制单元、切换开关、以及备用电池，其中，
所述整流单元用于将输入的交流电进行变压、整流输出直流电，形成主供电回路；
所述直流充电单元与所述整流单元、所述备用电池相连接，用于将所述整流单元输出的直流电作为输入对所述备用电池进行充电；
所述控制单元与所述切换开关连接，用于根据所述整流单元、所述直流充电单元的状态控制所述切换开关的开合；
所述备用电池与所述切换开关连接，用于在所述切换开关闭合时提供备用电源，形成备用供电回路。
在本发明的大型直流不间断电源系统中，所述控制单元与所述电源系统的输入端相连，用于实时检测所述电源系统的交流输入电压；当检测到所述交流输入电压出现异常时，控制所述直流充电单元立即停止工作，并控制所述切换开关切换到所述备用供电回路。
在本发明的大型直流不间断电源系统中，所述控制单元与所述整流单元的输出端相连，用于实时检测所述整流单元的直流电输出电压；当检测到所述整流单元的直流电输出电压异常时，控制所述直流充电单元立即停止工作，并控制所述切换开关切换到所述备用供电回路。
在本发明的大型直流不间断电源系统中，所述切换开关包括控制电路，所述控制电路实时检测所述整流单元的直流输出电压,当检测到所述整流单元直流输出电压异常时，控制所述切换开关切换到备用供电回路。
在本发明的大型直流不间断电源系统中，所述输入的交流电为三相交流电，电压为323V-418V，优选为380V，频率为50-400Hz；输出直流电压为48V-1500V，输出直流电流为100A-4000A，输出直流功率5KW-6MW。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种大型直流不间断供电方法，该方法包括以下步骤:
S1:整流单元将输入的交流电进行变压整流后，输出直流电形成主供电回路，并将变压整流后输出的直流电作为直流充电单元的输入对备用电池进行充电；
S2：控制单元检测所述输入的交流电和所述输出的直流电，控制切换开关的开合；
S3：所述切换开关根据步骤S2检测结果闭合，接入所述备用电池形成备用供电回路。
在本发明的直流不间断供电方法中，所述步骤S2中，所述控制单元实时检所述输入的交流电，当检测到所述输入的交流电出现异常时，控制所述直流充电单元立即停止工作，并执行步骤S3。
在本发明的直流不间断供电方法中，当检测到所述输入的交流电出现异常时，断开所述整流单元的主供电回路。
在本发明的直流不间断供电方法中，所述步骤S2中，所述控制单元实时检测所述输出的直流电，当检测到所述输出的直流电异常时，控制直流充电单元立即停止工作，并执行步骤S3。
在本发明的直流不间断供电方法中，当检测到所述输出的直流电异常时，断开所述整流单元的主供电回路。
本发明与现有技术相比具有如下优点：直流充电单元将整流单元输出的直流电压作为输入电压对备用电池进行充电，避免了交流电对直流充电单元的冲击且降低了电源系统谐波，减少了对电网的干扰，控制单元对整流单元和直流充电单元状态的控制，使整个电源系统的检测更加完善，可有效地避免事故的发生。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的大型直流不间断电源系统的示意框图；
图2是图1所示的大型直流不间断电源系统的主供电回路工作原理示意图；
图3是图1所示的大型直流不间断电源系统中的控制单元控制切换开关的工作原理示意图；
图4是图1所示的大型直流不间断电源系统中的控制单元控制直流充电单元的工作原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提供了大型直流不间断电源系统和大型直流不间断供电方法，下面对本发明的系统进行描述：
图1是本发明的大型直流不间断电源系统的工作原理图。如图1所示，本发明的大型直流不间断电源系统包括：整流单元11、直流充电单元13、控制单元15、切换开关17、以及备用电池19，其中，
整流单元11用于将输入的交流电进行变压、整流输出直流电，形成主供电回路。
直流充电单元13与整流单元11、控制单元15相连接，用于将整流单元输出的直流电压作为输入电压对备用电池19进行充电。
备用电池19和切换开关17连接，用于当切换开关17闭合时形成备用供电回路。
控制单元15与该电源系统的输入端、备用电池19、以及切换开关17均相连接，用于实时检测该电源系统的交流输入电压和整流单元输出的直流电压，当检测到该电源系统的交流输入电或整流单元输出的直流电异常时，控制直流充电单元13立即停止工作，并同时控制切换开关17闭合，使备用供电回路供电。
切换开关17还包括控制电路，用于实时检测整流单元11的直流输出电压,当检测到整流单元11的直流输出电压异常时，控制切换开关17切换到备用供电回路。
如图2所示，为图1所示的大型直流不间断电源系统的主供电回路工作原理图。由图知，本发明所述系统的交流输入和整流单元11的直流输出都正常时，由整流单元11将系统输入的交流电进行变压、整流输出直流电形成的主供电回路供电，且直流充电单元13将整流单元11输出的直流电作为输入对备用电池19进行充电，切换开关17处于断开状态。
在本发明的一些实施例中，整流单元11可采用高效节能多相24脉变压器和电子无源器件组成，这种整流单元所提供的直流电压即采用取向电工钢做主变，采用双分裂技术，使得穿透阻抗误差小于0.5％；使变压器的空载功耗达到极低的功耗，降低了变压器的涡流，使系统效率提高到96.8％以上。
但是本发明不做具体限制，在本发明的另一些实施例中，整流单元11还可采用主变由变抽头平衡变压器组成，使得多相24脉主变通过Y型与三角形的方式与电子无源器件交叉连接，可以输出不同等级的直流电压，已完全能满足客户的个性化设计要求，在系统输出不同等级电压时无需滤波、补偿、抑制的处理，使系统主供电回路达到环节少，效率高，可靠性好的运行状态。
由上述实施例可知，本发明的整流单元11采用由主变整流器+电子无源器件组成的冗余整流单元时，可以最大限度的利用整流单元的兆瓦级功率、效率高、可靠性高、低谐波的绝对优势向负载直接提供各种等级的直流电压。
输入的交流电为三相交流电，电压为323V-418V，优选为380V，频率为50-400Hz；经整流单元11变压整流后，输出的直流电压为48V-1500V，输出直流电流为100A-4000A，输出直流功率5KW-6MW，从而适用于现有的工频、中频电压工况下，扩展了适用环境。
如图3所示，为图1所示的大型直流不间断电源系统的控制单元控制切换开关的工作原理图。在本具体实施例中，控制单元15为可编程逻辑控制单元(PLC)，切换开关17为超高速电子静态切换开关，控制单元15采集和控制了切换开关17的工作状态的节点信号。当控制单元15在整流单元11输入端采集到输入交流电源故障或停电时，即刻触发和导通切换开关17，在小于50微秒的切换时间内，保证备用电池19(后备电源系统)在此切换时间段内向负载提供连续不断的各种等级直流电压，同时可以断开整流单元11的主供电回路，从而防止在备用电池19启动工作时，系统内形成放电、充电、放电的循环工作，影响系统带载能力和供电时间；当整流单元11输入端交流电输入运行良好，而整流单元11自身出现故障而无各种等级的直流电压输出时，控制单元15也会触发和导通切换开关17，保证备用电池19(后备电源系统)在小于50微秒的时间段内向负载直接提供各种电压等级的直流电压，同时可以断开整流单元11的主供电回路，从而防止在备用电池19启动工作时，系统内形成放电、充电、放电的循环工作，影响系统带载能力和供电时间。
如图4所示，为图1所示的大型直流不间断电源系统中的控制单元控制直流充电单元的工作原理图；由图4可知，控制单元15采集了控制直流充电单元13的工作状态的节点信号。当控制单元15在整流单元11输入端采集到输入交流电故障或停电时，即刻关闭直流充电单元13的工作，或者在整流单元11的输出端采集到直流输出故障时，即刻关闭直流充电单元13的工作，防止在备用电池19(后备电源系统)启动工作时，系统内形成放电、充电、放电的循环工作，影响系统带载能力和供电时间。
为了便于理解本发明，以下简要说明大型直流不间断供电方法：该方法包括如下步骤：
步骤S1:整流单元将输入的交流电进行变压整流后，输出直流电形成主供电回路，并将变压整流后输出的直流电作为直流充电单元的输入供备用电池进行充电。
步骤S2：控制单元实时检测电源系统输入的交流电和整流单元输出的直流电，当检测到输入的交流电或输出的直流电出现异常时，控制直流充电单元立即停止工作，并执行步骤S3。
与此同时，切换开关在实时检测整流单元输出的直流电，当检测到输出的直流电压出现异常时，执行步骤S3。
步骤S3：切换开关根据步骤S2检测的结果闭合，并与备用电池形成备用供电回路。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种大型直流不间断电源系统，其特征在于，包括:整流单元、直流充电单元、控制单元、切换开关、以及备用电池，其中，
所述整流单元用于将输入的交流电进行变压、整流输出直流电，形成主供电回路；
所述直流充电单元与所述整流单元、所述备用电池相连接，用于将所述整流单元输出的直流电作为输入对所述备用电池进行充电；
所述控制单元与所述切换开关连接，用于根据所述整流单元、所述直流充电单元的状态控制所述切换开关的开合；
所述备用电池与所述切换开关连接，用于在所述切换开关闭合时提供备用电源，形成备用供电回路。
2.根据权利要求1所述的大型直流不间断电源系统，其特征在于，所述控制单元与所述电源系统的输入端相连，用于实时检测所述电源系统的交流输入电压；当检测到所述交流输入电压出现异常时，控制所述直流充电单元立即停止工作，并控制所述切换开关切换到所述备用供电回路。
3.根据权利要求1所述的大型直流不间断电源系统，其特征在于，所述控制单元与所述整流单元的输出端相连，用于实时检测所述整流单元的直流电输出电压；当检测到所述整流单元的直流电输出电压异常时，控制所述直流充电单元立即停止工作，并控制所述切换开关切换到所述备用供电回路。
4.根据权利要求1至3任一项所述的大型直流不间断电源系统，其特征在于，所述切换开关包括控制电路，所述控制电路实时检测所述整流单元的直流输出电压,当检测到所述整流单元直流输出电压异常时，控制所述切换开关切换到备用供电回路。
5.根据权利要求1至3任一项所述的大型直流不间断电源系统，其特征在于，所述输入的交流电为三相交流电，电压为380V，频率为50-400Hz；输出直流电压为48V-1500V，输出直流电流为100A-4000A，输出直流功率5KW-6MW。
6.一种大型直流不间断供电方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
S1:整流单元将输入的交流电进行变压整流后，输出直流电形成主供电回路，并将变压整流后输出的直流电作为直流充电单元的输入对备用电池进行充电；
S2：控制单元检测所述输入的交流电和所述输出的直流电，控制切换开关的开合；
S3：所述切换开关根据步骤S2检测结果闭合，接入所述备用电池形成备用供电回路。
7.根据权利要求6所述的直流不间断供电方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述控制单元实时检所述输入的交流电，当检测到所述输入的交流电出现异常时，控制所述直流充电单元立即停止工作，并执行步骤S3。
8.根据权利要求7所述的直流不间断供电方法，其特征在于，当检测到所述输入的交流电出现异常时，断开所述整流单元的主供电回路。
9.根据权利要求6-8任一项所述的直流不间断供电方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述控制单元实时检测所述输出的直流电，当检测到所述输出的直流电异常时，控制直流充电单元立即停止工作，并执行步骤S3。
10.根据权利要求9所述的直流不间断供电方法，其特征在于，当检测到所述输出的直流电异常时，断开所述整流单元的主供电回路。
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