CN110768368A - 不间断电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不间断电源系统，包括电源变换器、逆变器、储能电池和能量管理系统；电源变换器分别连接市电、负载和储能电池，逆变器分别连接负载和储能电池；能量管理系统，用于在储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对电源变换器和逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电。能量管理系统控制电源变换器和逆变器，不但可以在市电停电时使储能电池单独为负载供电，还使储能电池和市电同时为负载供电，提高了储能电池利用率；由于储能电池经常处于充放电状态，提高了储能电池的使用性能和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，更具体地说，涉及不间断电源系统。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)，是将蓄电池与主机相连接，通过逆变器等电路将直流电转换城市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备(如电磁阀、压力变送器)等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电供应给负载使用，同时它还向电池充电；当市电中断时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器转换为交流电向负载继续供应，使负载维持正常工作。
目前，UPS只有在停电时为重要设备供电，由于很少停电，UPS中的电池在整个生命周期放电次数很少，电池变成睡资产，形成资源浪费；且UPS中的电池长期处于浮充状态，会产生发热和效率损耗，降低了电池的使用性能和寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提出不间断电源系统，欲实现提高电池利用率、使用性能和寿命的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
本发明提供一种不间断电源系统，其特征在于，包括：电源变换器、逆变器、储能电池和能量管理系统；
所述电源变换器包括用于连接市电的交流输入端，用于连接负载的交流输出端和与所述储能电池连接的直流输出端；
所述逆变器包括与所述储能电池连接的直流输入端和用于连接负载的交流输出端；
所述能量管理系统，用于在所述储能电池的SOC(S tate Of Capacity,电池剩余容量)状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电。
可选的，在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，包括：
在所述市电的供电状态为停电状态时，控制所述逆变器进行直流转交流的工作，以使所述储能电池为负载供电；
在所述市电的供电状态为正常状态，且所述储能电池的SOC状态小于预设的第一阈值时，控制所述电源变换器同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以在市电为负载供电的同时，还为所述储能电池供电，所述第一阈值为所述储能电池满足备用电源要求时的SOC状态值；
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第一阈值且小于预设的第二阈值，以及所述当前时间处于预设的第一时间段时，控制所述电源变换器同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以在市电为负载供电的同时，还为所述储能电池供电，所述第二阈值大于所述第一阈值；
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第二阈值时，控制所述电源变换器交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以使市电为负载供电。
可选的，在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，还包括：
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第一阈值，以及所述当前时间处于预设的第二时间段时，控制所述电源变换器交流转交流的工作，且控制所述逆变器进行直流转交流的工作，以使市电和所述储能电池同时为负载供电，所述第二时间段对应的电价大于所述第一时间段对应的电价。
可选的，在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，还包括：
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第一阈值，以及所述当前时间处于预设的第三时间段时，控制所述电源变换器交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以使市电为负载供电，所述第三时间段对应的电价大于所述第一时间段对应的电价且小于所述第二时间段对应的电价。
可选的，所述储能电池为：磷酸铁锂电池。
可选的，所述不间断电源系统，还包括：连接在市电与所述电源变换器的交流输入端之间的滤波器。
可选的，所述不间断电源系统，还包括：连接在市电与所述电源变换器的交流输入端之间的输入开关。
可选的，所述不间断电源系统，还包括：连接在负载与所述电源变换器的交流输出端以及所述逆变器的交流输出端之间的滤波器。
可选的，所述不间断电源系统，还包括：连接在负载与所述电源变换器的交流输出端以及所述逆变器的交流输出端之间的输出开关。
可选的，所述滤波器为：LC滤波器、LCL滤波器或LLCL滤波器。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种不间断电源系统，包括电源变换器、逆变器、储能电池和能量管理系统；电源变换器分别连接市电、负载和储能电池，逆变器分别连接负载和储能电池；能量管理系统，用于在储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对电源变换器和逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电。能量管理系统控制电源变换器和逆变器，不但可以在市电停电时使储能电池单独为负载供电，还使储能电池和市电同时为负载供电，提高了储能电池利用率；由于储能电池经常处于充放电状态，提高了储能电池的使用性能和寿命。
进一步的，储能电池在满足备用电池要求的基础上增加了容量，实现了储能和备电的结合；对于增加的容量部分，在电价较低的时间段对储能电池进行充电，并在电价较高的时间段使储能电池和市电同时为负载供电，降低了负载的用电成本。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有的一种不间断电源系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种不间断电源系统的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种不间断电源系统的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种对负载进行不间断供电的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种不间断电源系统，参见图2，该不间断电源系统包括电源变换器21、逆变器22、储能电池23和能量管理系统24。电源变换器21包括交流输入端、交流输出端和直流输出端；电源变换器21的交流输入端用于连接市电；电源变换器21的交流输出端用于连接负载；电源变换器21的直流输出端和与储能电池23连接。
电源变换器21进行交流转交流的工作时，对交流输入端接入的市电进行稳压等处理后，通过交流输出端输出给负载，向负载供电。电源变换器21进行交流转直流的工作是，将交流输入端接入的市电(交流电)转换为直流电输出至储能电池23，向储能电池23充电。电源变换器21可以同时进行交流转交流和交流转直流的工作，在向负载供电的同时还为储能电池23充电。
逆变器22包括直流输入端和交流输出端。逆变器22的交流输出端用于连接负载；具体的，逆变器22的交流输出端和电源变换器21的交流输出端接在一起为负载供电。逆变器22的直流输入端连接储能电池23。逆变器22在直流转交流的工作时，将储能电池23输出的直流电转换为交流电输出至负载，为负载供电。
能量管理系统24，用于在储能电池23的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对电源变换器21和逆变器22进行不同的控制，以对负载进行不间断供电。
本实施例提供的不间断电源系统，电源变换器21分别连接负载、储能电池23和负载，逆变器分别连接储能电池23和负载；能量管理系统24控制电源变换器21和逆变器22，不但可以在市电停电时使储能电池23单独为负载供电，还能在预设条件下使储能电池23和市电同时为负载供电，提高了储能电池利用率；由于储能电池23经常处于充放电状态，提高了储能电池的使用性能和寿命。
在一个或多个实施例中，储能电池23具有较大的容量，储能电池23的总容量＝备用容量+储能容量。不间断电源系统需要在市电停电时为负载供电一段时间，以使负载在市电停电时不断电；不间断电源系统向负载供电一段时间所需要的电池容量为备用容量。储能容量可以进行其它用途，例如在电价较低的时间段对储能电池的储能容量进行充电，并在电价较高的时间段使储能电池的储能容量和市电同时为负载供电，降低了负载的用电成本。
在一个或多个实施例中，储能电池23具体为磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池的效率较高，放电时间较长，循环使用寿命较高，响应快速。
本实施例提供了另一种不间断电源系统，参见图3所示，相对于图2示出的不间断电源系统，还包括连接在市电与电源变换器21的交流输入端之间的滤波器25和输入开关26；连接在负载与电源变换器21的交流输出端以及逆变器22的交流输出端之间的滤波器27和输出开关28。具体的，滤波器为LC滤波器、LCL滤波器或LLCL滤波器。
对于能量管理系统24在储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对电源变换器21和逆变器22进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，包括但不限于以下情况：
(1)在市电的供电状态为停电状态时，控制逆变器22进行直流转交流的工作，以使储能电池23为负载供电。
(2)在市电的供电状态为正常状态，且储能电池23的SOC状态小于预设的第一阈值时，控制电源变换器21同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作；使得在市电为负载供电的同时，还为储能电池23供电。第一阈值为储能电池23满足备用电源要求时的SOC状态值，即备用容量的值。
(3)在市电的供电状态为正常状态，储能电池23的SOC状态不小于第一阈值且小于预设的第二阈值，以及当前时间处于预设的第一时间段时，控制电源变换器21同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作；使得在市电为负载供电的同时，还为储能电池23供电。第二阈值大于第一阈值，在一个具体实施例中，第二阈值可以为储能电池23的总容量，即100％。
(4)在市电的供电状态为正常状态，储能电池23的SOC状态不小于第二阈值时，控制电源变换器21进行交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作，以使市电为负载供电。在储能电池23的SOC状态不小于第二阈值时，确定不需要为储能电池23充电。由于在储能电池23总容量较大且在SOC状态达到第二阈值时，不会继续对储能电池23充电，进而不会使得储能电池23长期处于浮充状态。
(5)在市电的供电状态为正常状态，储能电池23的SOC状态不小于预设的第一阈值，以及当前时间处于预设的第二时间段时，控制电源变换器21进行交流转交流的工作，且控制逆变器进行直流转交流的工作。使得市电和储能电池同时为负载供电。第二时间段对应的电价大于第一时间段对应的电价。在电价较低的第一时间段对储能电池23的储能容量进行充电，并在电价较高的第二时间段使储能电池23的储能容量和市电同时为负载供电，降低了负载的用电成本。
(6)在市电的供电状态为正常状态，储能电池23的SOC状态不小于第一阈值，以及当前时间处于预设的第三时间段时，控制电源变换器21进行交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作；使得市电为负载供电。第三时间段对应的电价大于第一时间段对应的电价且小于第二时间段对应的电价。在第三时间段不对储能电池23进行充电也不进行放电。在一个具体实施例中，将一天的时间分为三个时间段；第一时间段对应的电价最低，第二时间段对应的电价最高，第三时间段对应的电价中等。
本实施例提供了一种对负载进行不间断供电的方法，参见图4，该方法可以包括步骤：
S40：判断市电的供电状态是否为正常状态，若否，则执行步骤S41，若是，则执行步骤S42。
在一个实施例中，通过判断市电是否在预设的电压范围内，来确定市电的在市电的供电状态是否正常。在预设电压范围则确定供电状态为正常状态；不再预设电压范围则确定供电状态为停电状态。
S41：控制逆变器22进行直流转交流的工作。
执行步骤S41，使得储能电池23为负载供电。
S42：判断储能电池23的SOC状态是否小于预设的第一阈值，若是，则执行步骤S43，若否，则执行步骤S44。
S43：控制电源变换器21同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作。
执行步骤S43，使得在市电为负载供电的同时，还为储能电池23供电。第一阈值为储能电池23满足备用电源要求时的SOC状态值，即备用容量的值。
S44：判断储能电池23的SOC状态是否小于预设的第二阈值，若否，则执行步骤S45，若是，则执行步骤S46。
S45：控制电源变换器21进行交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作。
执行步骤S45，使得市电为负载供电。在储能电池23的SOC状态不小于第二阈值时，确定不需要为储能电池23充电。由于在储能电池23总容量较大且在SOC状态达到第二阈值时，不会继续对储能电池23充电，进而不会使得储能电池23长期处于浮充状态。
S46：分析当前时间所处的时间段；若处于预设的第一时间段，则执行步骤S47；若处于预设的第二时间段，则执行步骤S48；若处于预设的第三时间段，则执行步骤S49。
S47：控制电源变换器21同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作。
执行步骤S47，使得在市电为负载供电的同时，还为储能电池23供电。
第二阈值大于第一阈值。
S48：控制电源变换器21进行交流转交流的工作，且控制逆变器进行直流转交流的工作。
执行步骤S48，使得市电和储能电池同时为负载供电。第二时间段对应的电价大于第一时间段对应的电价。在电价较低的第一时间段对储能电池23的储能容量进行充电，并在电价较高的第二时间段使储能电池23的储能容量和市电同时为负载供电，降低了负载的用电成本。
S49：控制电源变换器21进行交流转交流的工作，且控制逆变器22停止直流转交流的工作。
执行步骤S49，使得市电为负载供电。第三时间段对应的电价大于第一时间段对应的电价且小于第二时间段对应的电价。在第三时间段不对储能电池23进行充电也不进行放电。在一个具体实施例中，将一天的时间分为三个时间段；第一时间段对应的电价最低，第二时间段对应的电价最高，第三时间段对应的电价中等。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种不间断电源系统，其特征在于，包括：电源变换器、逆变器、储能电池和能量管理系统；
所述电源变换器包括用于连接市电的交流输入端，用于连接负载的交流输出端和与所述储能电池连接的直流输出端；
所述逆变器包括与所述储能电池连接的直流输入端和用于连接负载的交流输出端；
所述能量管理系统，用于在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电。
2.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，包括：
在所述市电的供电状态为停电状态时，控制所述逆变器进行直流转交流的工作，以使所述储能电池为负载供电；
在所述市电的供电状态为正常状态，且所述储能电池的SOC状态小于预设的第一阈值时，控制所述电源变换器同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以在市电为负载供电的同时，还为所述储能电池供电，所述第一阈值为所述储能电池满足备用电源要求时的SOC状态值；
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第一阈值且小于预设的第二阈值，以及所述当前时间处于预设的第一时间段时，控制所述电源变换器同时进行交流转直流和交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以在市电为负载供电的同时，还为所述储能电池供电，所述第二阈值大于所述第一阈值；
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第二阈值时，控制所述电源变换器交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以使市电为负载供电。
3.根据权利要求2所述的不间断电源系统，其特征在于，在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，还包括：
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第一阈值，以及所述当前时间处于预设的第二时间段时，控制所述电源变换器交流转交流的工作，且控制所述逆变器进行直流转交流的工作，以使市电和所述储能电池同时为负载供电，所述第二时间段对应的电价大于所述第一时间段对应的电价。
4.根据权利要求3所述的不间断电源系统，其特征在于，在所述储能电池的SOC状态、市电的供电状态和当前时间满足预设的不同条件时，对所述电源变换器和所述逆变器进行不同的控制，以对负载进行不间断供电，还包括：
在所述市电的供电状态为正常状态，所述储能电池的SOC状态不小于所述第一阈值，以及所述当前时间处于预设的第三时间段时，控制所述电源变换器交流转交流的工作，且控制所述逆变器停止直流转交流的工作，以使市电为负载供电，所述第三时间段对应的电价大于所述第一时间段对应的电价且小于所述第二时间段对应的电价。
5.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述储能电池为：磷酸铁锂电池。
6.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括：
连接在市电与所述电源变换器的交流输入端之间的滤波器。
7.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括：
连接在市电与所述电源变换器的交流输入端之间的输入开关。
8.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括：
连接在负载与所述电源变换器的交流输出端以及所述逆变器的交流输出端之间的滤波器。
9.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括：
连接在负载与所述电源变换器的交流输出端以及所述逆变器的交流输出端之间的输出开关。
10.根据权利要求6或8所述的不间断电源系统，其特征在于，所述滤波器为：
LC滤波器、LCL滤波器或LLCL滤波器。
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