CN107579590A - 离网式不间断电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种离网式不间断电源，包括AC/DC转换装置，用于将其输入端接收的市电转换为直流电；连接在所述AC/DC转换装置的输出端的电容；可再生能源转换装置，其用于将可再生能源转换成电能并输出至所述电容；可充电电池和双向DC/DC转换装置，其中所述可充电电池通过所述双向DC/DC转换装置连接至所述电容两端，所述双向DC/DC转换装置用于可控地使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池，以及使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容。本发明的离网式不间断电源充分地利用了可再生能源，延长了可充电电池和开关装置的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电子线路领域，具体涉及不间断电源。
背景技术
离网式不间断电源是一种结合不间断电源和可再生能源(例如太阳能和风能等)的供电装置。离网式不间断电源能利用可再生能源，因此具有广泛的应用前景。
图1是现有技术中的一种离网式不间断电源的电路图。如图1所示，离网式不间断电源1包括依次连接的可充电电池14、DC/DC转换器15和逆变器16，以及连接在DC/DC转换器15的输出端和逆变器16的输入端的电容17。其中逆变器16的输出端和交流输入端11通过可切换的开关装置13电连接至交流输出端12。离网式不间断电源1还包括依次连接的可再生能源转换装置18和充电器19，其中充电器19的输入端连接至交流输出端12，可再生能源转换装置18的输出端和充电器19的输出端都连接至可充电电池14的输入/输出端。
图1的离网式不间断电源1的工作模式如下：
工作模式(11)：当可再生能源转换装置18的输出功率大于连接在交流输出端12的负载(图1未示出)功率时，控制开关装置13使得逆变器16的输出端连接至交流输出端12，并控制可再生能源转换装置18、DC/DC转换器15和逆变器16工作。可再生能源转换装置18输出的一部分电能依次通过DC/DC转换器15、逆变器16和开关装置13输送至交流输出端12，同时可再生能源转换装置18输出的另一部分电能对可充电电池14进行充电。
工作模式(12)：当可再生能源转换装置18的输出功率小于负载功率、且交流输入端11的市电正常时，控制开关装置13使得逆变器16的输出端连接至交流输出端12，并控制可再生能源转换装置18、DC/DC转换器15和逆变器16工作。此时可充电电池14中的电能和可再生能源转换装置18输出的电能共同通过DC/DC转换器15、逆变器16和开关装置13输送至交流输出端12。
工作模式(13)：当可再生能源转换装置18的输出功率小于负载功率、且交流输入端11的市电异常(例如不在负载所需电压范围内)时，其工作模式与工作模式(12)相同，在此不再赘述。
工作模式(14)：当可再生能源转换装置18输出异常(例如不提供电能)、且交流输入端11的市电正常时，控制开关装置13使得交流输入端11连接至交流输出端12，控制充电器19工作从而对可充电电池14进行充电。
工作模式(15)：当可再生能源转换装置18不提供电能、且交流输入端11的市电异常时，控制开关装置13使得逆变器16的输出端连接至交流输出端12，并控制DC/DC转换器15和逆变器16工作。可充电电池14中的电能通过DC/DC转换器15、逆变器16和开关装置13输送至交流输出端12。
由于可再生能源转换装置18的输出功率受自然环境影响大，并不能稳定输出所需的电能，同时可充电电池14的容量有限，因此在实际应用中，为了充分利用可再生能源，可充电电池14将频繁地被充电和放电、且开关装置13会频繁地进行切换，这将极大地衰减可充电电池14和开关装置13的寿命，从而增加了用户的使用成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种离网式不间断电源，包括：
AC/DC转换装置，用于将其输入端接收的市电转换为直流电；
连接在所述AC/DC转换装置的输出端的电容；
逆变器，其输入端连接至所述电容两端，用于将所述电容上的直流电转换为所需的交流电；
可再生能源转换装置，其用于将可再生能源转换成电能并输出至所述电容；
可充电电池和双向DC/DC转换装置，所述可充电电池通过所述双向DC/DC转换装置连接至所述电容两端，所述双向DC/DC转换装置用于可控地使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池，以及使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容；
交流输入端，其连接至所述AC/DC转换装置的输入端；
交流输出端；
开关装置，用于可选择地使得所述逆变器的输出端和所述交流输入端之一电连接至所述交流输出端。
优选的，所述双向DC/DC转换装置包括：第一DC/DC转换器，其输入端连接至所述电容两端，其输出端连接至所述可充电电池，所述第一DC/DC转换器用于对所述可充电电池进行充电；以及第二DC/DC转换器，其输入端连接至所述可充电电池，其输出端连接至所述电容两端，所述第二DC/DC转换器用于对所述可充电电池进行放电。
优选的，所述双向DC/DC转换装置为双向DC/DC转换器。
优选的，所述AC/DC转换装置为功率因数校正电路。
优选的，所述离网式不间断电源还包括控制装置，其用于当所述可再生能源转换装置的输出功率大于负载的功率时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述可再生能源转换装置和逆变器工作以在所述逆变器的输出端获得所需的交流电，并控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池以对所述可充电电池进行充电。
优选的，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置的输出功率小于负载的功率、且所述市电正常时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述AC/DC转换装置、可再生能源转换装置和逆变器工作，以在所述逆变器的输出端获得所需的交流电，并控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池以对所述可充电电池进行充电。
优选的，所述控制装置还用于控制所述可再生能源转换装置的输出电压的目标值大于所述AC/DC转换装置的输出电压的目标值。
优选的，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置的输出功率小于负载的功率、且所述市电异常时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容，并控制所述可再生能源转换装置和逆变器工作，以在所述逆变器的输出端获得所需的交流电。
优选的，所述控制装置还用于控制所述可再生能源转换装置的输出电压的目标值大于所述双向DC/DC转换装置的输出电压的目标值。
优选的，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置异常、且所述市电正常时，控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池以对所述可充电电池进行充电。
优选的，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置异常、且所述市电异常时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容，并控制所述逆变器工作以输出所需的交流电。
本发明的离网式不间断电源充分地利用了可再生能源，同时延长可充电电池和开关装置的寿命。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术中的一种离网式不间断电源的电路图。
图2是根据本发明第一个实施例的离网式不间断电源的电路图。
图3是根据本发明第二个实施例的离网式不间断电源的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图2是根据本发明第一个实施例的离网式不间断电源的电路图。如图2所示，离网式不间断电源2包括依次连接的功率因数校正(PFC)电路25、电容27、逆变器26，以及可选择地使得逆变器26的输出端和交流输入端21之一连接至交流输出端22的开关装置23。离网式不间断电源2还包括依次连接的可再生能源转换装置28、双向DC/DC转换器29和可充电电池24，其中可再生能源转换装置28的输出端连接至电容27的两端。
离网式不间断电源2还包括控制装置20，控制装置20用于控制PFC电路25、逆变器26、开关装置23、可再生能源转换装置28、双向DC/DC转换器29的工作状态。由于本实施例中的PFC电路25、逆变器26、可再生能源转换装置28、双向DC/DC转换器29可选用现有技术中的电路模块，因此对于本领域的技术人员来说，可根据现有技术以多种方式(例如可以利用MCS-51单片机)实现该控制装置20，因此本文不再详细说明。
下面将结合离网式不间断电源2的工作模式来说明其优点。
工作模式(21)：当可再生能源转换装置28的输出功率大于连接在交流输出端22的负载(图2未示出)的功率时，控制开关装置23使得逆变器26的输出端连接至交流输出端22，并控制可再生能源转换装置28、逆变器26和双向DC/DC转换器29工作。可再生能源转换装置28将可再生能源转换为电能并输送至电容27，逆变器26将电容27两端的直流电转换为所需的交流电后通过开关装置23输出至交流输出端22，双向DC/DC转换器29将电容27两端的直流电转换为所需的直流电，使得电容27上的电能输送至可充电电池24，从而实现对可充电电池24进行充电。
工作模式(22)：当市电正常、且可再生能源转换装置28的输出功率小于负载的功率时，控制开关装置23使得逆变器26的输出端连接至交流输出端22，并控制PFC电路25、可再生能源转换装置28、逆变器26和双向DC/DC转换器29工作。PFC电路25的输入端连接至交流输入端21，将市电转换为直流电并输送至电容27，可再生能源转换装置28将可再生能源转换为电能并输送至电容27，逆变器26将电容27两端的直流电转换为所需的交流电后通过开关装置23输出至交流输出端22。双向DC/DC转换器29将电容27两端的直流电转换为所需的直流电，使得电容27上的电能输送至可充电电池24，从而实现对可充电电池24进行充电。其中，控制装置20优选使得可再生能源转换装置28的输出电压的目标值大于PFC电路25的输出电压的目标值，因此在市电和可再生能源共同对负载进行供电的过程中，可再生能源的利用率将达到100％。
工作模式(23)：当市电异常(例如市电电压不在PFC电路25所需输入电压范围内)、且可再生能源转换装置28的输出功率小于负载的功率时，控制开关装置23使得逆变器26的输出端连接至交流输出端22，并控制可再生能源转换装置28、逆变器26和双向DC/DC转换器29工作。双向DC/DC转换器29将可充电电池24的直流电转换为所需的直流电，使得可充电电池24中的电能输送至电容27中，从而实现可充电电池24的放电。可再生能源转换装置28将可再生能源转换为电能并输送至电容27，逆变器26将电容27两端的直流电转换为所需的交流电后通过开关装置23输出至交流输出端22。其中，控制装置20优选使得可再生能源转换装置28的输出电压的目标值大于双向DC/DC转换器29的输出电压的目标值，因此在可充电电池24和可再生能源同时对负载进行供电的过程中，可再生能源的利用率将达到100％。
当市电正常、且可再生能源转换装置28输出异常(例如不提供电能)时，有如下两种工作模式：
工作模式(241)：控制开关装置23使得逆变器26的输出端连接至交流输出端22，并控制PFC电路25、逆变器26和双向DC/DC转换器29工作。PFC电路25将交流输入端21的市电转换为直流电并输出至电容27两端，逆变器26将电容27两端的直流电转换为所需的交流电后通过开关装置23输出至交流输出端22。同时双向DC/DC转换器29将电容27两端的直流电转换为所需的直流电，使得电容27上的电能输送至可充电电池24，从而实现对可充电电池24进行充电。相比于图1所示的离网式不间断电源1的工作模式(14)，延长了开关装置23的寿命。
工作模式(242)：控制开关装置23使得交流输入端21连接至交流输出端22，使得交流输入端21的市电直接对负载进行供电，提高供电效率。控制功率因数校正电路25工作，将交流输入端21的市电转换为直流电并输出至电容27两端，同时控制双向DC/DC转换器29工作，将电容27两端的直流电转换为所需的直流电，使得电容27上的电能输送至可充电电池24，从而实现对可充电电池24进行充电。
工作模式(25)：当市电异常、且可再生能源转换装置28异常时，控制开关装置23使得逆变器26的输出端连接至交流输出端22，并控制双向DC/DC转换器29工作，将可充电电池24的直流电转换为所需的直流电，使得可充电电池24中的电能输送至电容27中，从而实现可充电电池24的放电。同时控制逆变器26工作，将将电容27两端的直流电转换为所需的交流电后通过开关装置23输出至交流输出端22。
与图1所示的离网式不间断电源1相比，当可再生能源转换装置28的输出功率小于负载功率时，负载所需电能的另一部分通过市电来补充，而不是通过可充电电池24放电来提供，因此充分地利用可再生能源转换装置28提供的电能，同时延长可充电电池24的寿命。
本发明的离网式不间断电源2中的可再生能源转换装置28的输出端连接至电容27的两端，因此不会使得可充电电池24一直处于充电状态，延长了可充电电池24的寿命。
根据本发明的离网式不间断电源2的上述几种工作模式可知，即便可再生能源转换装置28输出的功率不稳定，在不切换开关装置23的情况下也能在交流输出端22获得所需的交流电，因此延长了开关装置23的寿命。
图3是根据本发明第二个实施例的离网式不间断电源3的电路图。其与图2基本相同，区别在于，离网式不间断电源3中的双向DC/DC转换装置39包括第一DC/DC转换器391和第二DC/DC转换器392。其中第一DC/DC转换器391的输入端3911连接至电容27两端，且其输出端3912连接至可充电电池24，控制装置30用于控制第一DC/DC转换器391将电容37上的电能输送至可充电电池34从而对其进行充电。第二DC/DC转换器392的输入端3921连接至可充电电池24，且其输出端3922连接至电容27两端，控制装置30用于控制第二DC/DC转换器392将可充电电池34中的电能输送至电容37中，从而对可充电电池34进行放电。
离网式不间断电源3的工作模式与离网式不间断电源2完全相同，在此不再赘述。
本发明并不意欲限定双向DC/DC转换装置的具体电路结构，满足可控地使得电容37上的电能输送至可充电电池34，以及使得可充电电池34中的电能输送至电容37的DC/DC转换装置都包含在本发明的实施例中。
在本发明的其他实施例中，还可以采用将交流电转换为所需直流电的其他AC/DC转换装置替换上述实施例中的PFC电路25。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (11)
1.一种离网式不间断电源，其特征在于，包括：
AC/DC转换装置，用于将其输入端接收的市电转换为直流电；
连接在所述AC/DC转换装置的输出端的电容；
逆变器，其输入端连接至所述电容两端，用于将所述电容上的直流电转换为所需的交流电；
可再生能源转换装置，其用于将可再生能源转换成电能并输出至所述电容；
可充电电池和双向DC/DC转换装置，所述可充电电池通过所述双向DC/DC转换装置连接至所述电容两端，所述双向DC/DC转换装置用于可控地使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池，以及使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容；
交流输入端，其连接至所述AC/DC转换装置的输入端；
交流输出端；
开关装置，用于可选择地使得所述逆变器的输出端和所述交流输入端之一电连接至所述交流输出端。
2.根据权利要求1所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述双向DC/DC转换装置包括：
第一DC/DC转换器，其输入端连接至所述电容两端，其输出端连接至所述可充电电池，所述第一DC/DC转换器用于对所述可充电电池进行充电；以及
第二DC/DC转换器，其输入端连接至所述可充电电池，其输出端连接至所述电容两端，所述第二DC/DC转换器用于对所述可充电电池进行放电。
3.根据权利要求1所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述双向DC/DC转换装置为双向DC/DC转换器。
4.根据权利要求1所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述AC/DC转换装置为功率因数校正电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述离网式不间断电源还包括控制装置，其用于当所述可再生能源转换装置的输出功率大于负载的功率时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述可再生能源转换装置和逆变器工作以在所述逆变器的输出端获得所需的交流电，并控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池以对所述可充电电池进行充电。
6.根据权利要求5所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置的输出功率小于负载的功率、且所述市电正常时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述AC/DC转换装置、可再生能源转换装置和逆变器工作，以在所述逆变器的输出端获得所需的交流电，并控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池以对所述可充电电池进行充电。
7.根据权利要求6所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述控制装置还用于控制所述可再生能源转换装置的输出电压的目标值大于所述AC/DC转换装置的输出电压的目标值。
8.根据权利要求5所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置的输出功率小于负载的功率、且所述市电异常时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容，并控制所述可再生能源转换装置和逆变器工作，以在所述逆变器的输出端获得所需的交流电。
9.根据权利要求8所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述控制装置还用于控制所述可再生能源转换装置的输出电压的目标值大于所述双向DC/DC转换装置的输出电压的目标值。
10.根据权利要求5所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置异常、且所述市电正常时，控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述电容上的电能输送至所述可充电电池以对所述可充电电池进行充电。
11.根据权利要求5所述的离网式不间断电源，其特征在于，所述控制装置还用于当所述可再生能源转换装置异常、且所述市电异常时，控制所述开关装置使得所述逆变器的输出端连接至所述交流输出端，控制所述双向DC/DC转换装置工作使得所述可充电电池中的电能输送至所述电容，并控制所述逆变器工作以输出所需的交流电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180112 |