CN113381430A - 基于ups的电池储能电路 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads

Abstract

提供一种基于UPS的电池储能电路，所述UPS包括：蓄电池；不间断电源模块，其连接至市电和蓄电池，用于对负载进行不间断的供电；以及储能功率模块，其包括第一整流器，第一整流器包括第一端，连接至电网；以及第二端，用于接收来自所述蓄电池的直流电；其中，所述蓄电池的直流电经由所述第一整流器转换为交流电输出至电网，以及所述第一整流器是双向变换的。

Description

基于UPS的电池储能电路
技术领域
本发明涉及供电电源领域，具体涉及一种基于UPS的电池储能电路。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源系统)是一种含有储能装置的交流电源，可利用电池等储能装置在停电时向负载提供不间断的电力供应。作为一种供电保障设备，其在供配电领域的应用非常广泛。在当今对稳定电力供应需求越来越高的背景下，特别是随着微网以及智能电网的发展，电池储能系统变得越来越普及，特别是锂电池的普及，使储能成为一种趋势。
对于传统UPS的用户，保有大量UPS和电池，其在市电交流输入未出现异常时处于闲置状态，造成能源浪费。
发明内容
基于技术的发展和储能的需求，本发明提供一种基于UPS的电池储能电路，所述UPS包括：
蓄电池；
不间断电源模块，其连接至市电和所述蓄电池，用于对负载进行不间断的供电；以及
储能功率模块，其包括第一整流器，所述第一整流器包括第一端，连接至电网；以及第二端，用于接收来自所述蓄电池的直流电；
其中，所述蓄电池的直流电经由所述第一整流器转换为交流电输出至电网，以及
所述第一整流器是双向变换的。
优选地，所述第一整流器的第二端连接至所述蓄电池。
优选地，所述储能功率模块还包括第一DC/DC转换器，所述第一DC/DC转换器的第一端连接至所述第一整流器的第二端，以及所述第一DC/DC转换器的第二端连接至所述蓄电池。
优选地，所述不间断电源模块包括：
第二整流器，其包括第一端，用于接收市电输入，以及第二端；
第二逆变器，其包括第一端，连接至所述第二整流器的第二端；以及第二端，连接至所述负载；
第二DC/DC转换器，其包括第一端，连接至所述第二整流器的第二端和所述第二逆变器的第一端；以及第二端，连接至所述蓄电池。
优选地，所述第一整流器的第二端连接至所述第二DC/DC转换器的第一端和所述第二逆变器的第一端。
优选地，所述UPS还包括静态旁路开关，其包括第一端，用于接收市电输入，以及第二端，用于将市电输入输出至所述负载。
优选地，所述电网为非UPS输入电网。
优选地，所述电池储能电路包括多个所述不间断电源模块，多个所述储能功率模块以及多个所述蓄电池。
优选地，所述电网经由所述第一整流器对所述蓄电池进行充电。
相对于现有技术，本发明取得了如下有益技术效果：本发明的基于UPS的电池储能电路，可以使传统UPS的用户更好的利用已有的UPS和电池实现储能的功能。或者可以在原有UPS基础上加装一组UPM，使UPS实现储能功能。本发明可以实现在用电高峰时回馈电网，在用电波谷时进行充电，实现内部电网的错峰调节，提高了电池的利用率。
附图说明
图1是现有技术的UPS装置的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的基于UPS的电池储能电路的示意图；
图3是根据本发明另一实施例的基于UPS的电池储能电路的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的双向整流器的示意图。
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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
UPS的供电保障功能体现在它的不间断供电能力，图1是现有技术的UPS装置的示意图，如图1所示，UPS 100通常包括静态旁路、蓄电池105以及多个UPM(UninterruptiblePower Module，不间断电源模块)(如UPM1,UPM2等)，每个UPM可以具有单独的接口、控制和电源模块。其中静态旁路包括静态旁路开关101，其包括第一端，用于接收市电输入，以及第二端，用于将市电输入输出至负载。
UPM1包括整流器102、DC/DC转换器103以及逆变器104，其中，整流器102包括第一端，用于接收市电输入，整流器102将市电输入整流成直流电并从第二端输出。逆变器104包括第一端，用于接收整流器102的第二端输出的直流电；第二端，用于输出至负载；逆变器104把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，输出至负载使用。DC/DC转换器103包括第一端，其连接于整流器102的第二端和逆变器104的第一端；以及第二端，连接至蓄电池105；DC/DC转换器103用于将来自蓄电池105的较不稳定的直流电转换为稳定的电压输出，并输出至逆变器104的第一端，并可以接收来自整流器102的第二端输出的直流电并将其输出至蓄电池105以用于给蓄电池105充电。
UPM2与UPM1并联连结，UPM2也包括整流器、DC/DC转换器以及逆变器，其结构和功能均与UPM1相同，在此不再赘述。UPM1和UPM2可以共用相同的蓄电池，也可以使用不同的蓄电池。
以下，结合UPM1对UPS 100的工作模式进行详细说明。在市电输入正常时，UPS相当于稳压器，可利用整流器102将市电输入整流成直流电，然后再利用逆变器104把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，输出至负载使用。一旦市电交流输入异常，例如出现欠压或者停电等故障，那么UPS会启用蓄电池105，并同时将整流器102所在的整流电路关断，相应地，利用DC/DC转换器103将来自蓄电池105的较不稳定的直流电转换为稳定的电压输出至逆变器104，DC/DC转换器103还用于进行电压匹配，逆变器104将来自DC/DC转换器103的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，供给后级负载使用。在UPS不工作(例如休眠或发生故障)时，静态旁路开关101导通，市电从静态旁路经静态旁路开关101对负载进行供电。
图1中的UPS 100还包括旁路输入开关110，用于控制静态旁路的导通与断开；主路输入开关111，用于控制UPM电路的导通与断开；以及输出开关112，用于控制负载的导通与断开。
由图1可以看出，当市电正常工作时，UPS的蓄电池处于供电待机状态，使得蓄电池利用率低造成资源的浪费。因此，本发明提供一种基于UPS的电池储能电路，使得UPS中的蓄电池可以作为辅助供电设备向电网供电，以提高电池的利用率，避免资源浪费。其中，电网可以是市电、内部电网或者其他需要供电的负载网络。
图2是根据本发明一个实施例的基于UPS的电池储能电路的示意图，如图2所示，UPS 200包括静态旁路、蓄电池205、UPM1以及UPM2。其中静态旁路和UPM1的结构以及工作模式均与图1中的UPS 100相同，在此不再赘述。需要说明的是，UPM1的结构仅为示例性的，本发明并不以此为限，实际应用中只要能实现不间断电源输出的不间断电源模块均可以应用于本发明中。UPM2(也可以称为储能功率模块，即Energy Aware UPM)，其包括整流器206和DC/DC转换器207。其中整流器206包括第一端，连接至电网；第二端，连接至DC/DC转换器207。DC/DC转换器207包括第一端，连接至整流器206的第二端；以及第二端，连接至蓄电池205。在该实施例中，整流器206是可以双向变换的，既可以交流转换为直流(AC-DC变换)也可以直流转换为交流(DC-AC变换)。
当UMP2向外部电网供电时，蓄电池205把直流电传输至DC/DC转换器207，DC/DC转换器207将来自蓄电池205的较不稳定的直流电转换为稳定的直流电压输出至整流器206，整流器206将直流电压转换为交流电输出至电网。电网也可以对蓄电池205进行充电，整流器206将来自电网的交流电转换为直流电并输出至DC/DC转换器207，DC/DC转换器207将直流电转换为稳定的直流电压输出至蓄电池205对蓄电池205进行充电。
与UPS 100相同，图2中的UPS 200还包括旁路输入开关210，用于控制静态旁路的导通与断开；主路输入开关211，用于控制UPM电路的导通与断开；以及输出开关212，用于控制负载的导通与断开。
图2中的UPS 200可以同时通过蓄电池205对负载和电网进行供电，可以通过控制器控制和分配对负载和电网分别进行供电的电压。
应当注意，在本发明中，DC/DC转换器主要用于输出稳定电压以及进行电压匹配，如果蓄电池的输出本身是足够稳定的，并且蓄电池的输出电压与负载或者电网是匹配的，则可以省略DC/DC转换器。例如，图2的示例中，如果蓄电池205的输出本身是稳定的，并且蓄电池205的输出电压与负载或者电网是匹配的，则可以省略DC/DC转换器207，即整流器206的第二端直接连接至蓄电池205。
图3是根据本发明另一实施例的基于UPS的电池储能电路的示意图，如图3所示，UPS 300包括静态旁路、蓄电池305、UPM1以及UPM2。其中静态旁路和UPM1的结构与工作模式均与图1中的UPS 100相同，在此不再赘述。UPM2(也可以称为储能功率模块)包括整流器306，其包括第一端，连接至电网；第二端，连接至DC/DC转换器303的第一端和逆变器304的第一端。在该实施例中，整流器306是可以双向变换的，既可以交流转换为直流(AC-DC变换)也可以直流转换为交流(DC-AC变换)。
UMP2可以向电网供电，蓄电池305把直流电传输至DC/DC转换器303，DC/DC转换器303将来自蓄电池305的较不稳定的直流电转换为稳定的直流电压输出至整流器306，整流器306将直流电压转换为交流电输出至电网。UMP2可以通过电网对蓄电池305进行充电，整流器306将来自电网的交流电转换为直流电并输出至DC/DC转换器303，DC/DC转换器303将直流电转换为稳定的直流电压输出至蓄电池305对蓄电池305进行充电。UMP2还可以通过电网向负载供电，整流器306将来自电网的交流电转换为直流电并输出至逆变器304，逆变器304把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，输出至负载使用。
UPS 300中的UPM2可共用原有的DClink(直流母线)控制，需要时，UPM1、UPM2以及整流器都可以支持直流母线，使UPS直流母线保持稳定。
与UPS 100相同，图3中的UPS 300还包括旁路输入开关310，用于控制静态旁路的导通与断开；主路输入开关311，用于控制UPM电路的导通与断开；以及输出开关312，用于控制负载的导通与断开。
图3中的UPS 300可以同时通过蓄电池305对负载和电网进行供电，可以通过控制器控制和分配对负载和电网分别进行供电的电压。
图4是根据本发明一个实施例的双向整流器的示意图。图4中的双向整流器包括4个IGBT T1、T2、T3和T4，4个二极管D1、D2、D3和D4，以及电容组Cp和Cn；还包括电感L1以及电容C1。图4中的整流器是可以双向变换的，既可以交流转换为直流(AC-DC变换)也可以直流转换为交流(DC-AC变换)。应当注意，图4中的双向整流器仅是示例性的，并不限制本发明，实际应用中也可以使用其他的可以双向变换的整流器。
本发明的基于UPS的电池储能电路不限于单个不间断电源模块和储能功率模块，可以根据需要设置多个不间断电源模块，多个储能功率模块以及多个蓄电池。
本发明的基于UPS的电池储能电路与UPS一体，能够在优先保证负载安全的前提下，回馈电网，对电网进行补偿。其可以复用现有的UPS硬件，或者在原有UPS硬件基础上加装UPM，升级成本低，空间占用小。在不影响UPS原有的功能的前提下，根据需求回馈能量至其他电网(非UPS输入电网)，实现与传统储能一样的功能。
本发明的UPS储能系统可以根据输入输出功率及电网负荷，按需或者实时调整用电峰谷状态，在用电高峰时回馈电网，在用电波谷时进行充电，实现内部电网的错峰调节，属于内网需求调整，可以避免孤岛效应。
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 (9)

1.一种基于UPS的电池储能电路，所述UPS包括：
蓄电池；
不间断电源模块，其连接至市电和所述蓄电池，用于对负载进行不间断的供电；以及
储能功率模块，其包括第一整流器，所述第一整流器包括第一端，连接至电网；以及第二端，用于接收来自所述蓄电池的直流电；
其中，所述蓄电池的直流电经由所述第一整流器转换为交流电输出至电网，以及
所述第一整流器是双向变换的。
2.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述第一整流器的第二端连接至所述蓄电池。
3.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述储能功率模块还包括第一DC/DC转换器，所述第一DC/DC转换器的第一端连接至所述第一整流器的第二端，以及所述第一DC/DC转换器的第二端连接至所述蓄电池。
4.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述不间断电源模块包括：
第二整流器，其包括第一端，用于接收市电输入，以及第二端；
第二逆变器，其包括第一端，连接至所述第二整流器的第二端；以及第二端，连接至所述负载；
第二DC/DC转换器，其包括第一端，连接至所述第二整流器的第二端和所述第二逆变器的第一端；以及第二端，连接至所述蓄电池。
5.根据权利要求4所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述第一整流器的第二端连接至所述第二DC/DC转换器的第一端和所述第二逆变器的第一端。
6.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述UPS还包括静态旁路开关，其包括第一端，用于接收市电输入，以及第二端，用于将市电输入输出至所述负载。
7.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述电网为非UPS输入电网。
8.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述电池储能电路包括多个所述不间断电源模块，多个所述储能功率模块以及多个所述蓄电池。
9.根据权利要求1所述的基于UPS的电池储能电路，其中，所述电网经由所述第一整流器对所述蓄电池进行充电。
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CN116667494A (zh) * 2023-06-07 2023-08-29 深圳市正浩创新科技股份有限公司 供电电路及储能设备

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