CN117728557A - 一种节能降费的不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节能降费的不间断电源系统，属于电源系统领域，包括进线柜、无功补偿柜、出线柜、功率变换柜、电池柜和逆变柜；所述进线柜与外部市电连接，无功补偿柜内的补偿模块与进线柜内的市电接口连接，出线柜内的市电接线柱与出线开关连接，出线开关一端与补偿模块通电连接，出线开关与功率变换柜连接，功率变换柜内的双向变流器PCS输入端与出线开关连接，双向变流器PCS输出端与电池柜连接，电池柜内的储能电池组通过电池组开关和功率变换柜内的双向变流器PCS连接，逆变柜内的逆变器INV与双向变流器PCS连接。本发明利用直流存储功能，避免交流与直流之间的多次变换损耗，提高系统效率，并减少无效功耗；可以降低运营成本，降低维护成本。

Description

一种节能降费的不间断电源系统

技术领域

本发明涉及电源系统领域，具体是一种节能降费的不间断电源系统。

背景技术

电源系统是为负载提供稳定可靠的电能的设备，其主要功能是保障重要设备与信息数据的安全，避免因停电造成的损失。目前常通过配置不间断电源系统UPS以保障重要设备运行安全，但现有的UPS设备存在以下常见问题亟待解决：

1.效率问题：电源系统的工作原理通常是通过整流器将交流电转换为直流电，然后通过逆变器INV将直流电转换为交流电，再向负载供电。这样做虽然可以实现无间隙平滑切换功能，但也造成了交流与直流之间的多次变换损耗，降低了系统效率；

2.投资问题：电源系统的投资成本通常很高，而且一般是一次性投入，没有回收与盈利的途径。尤其是存储电能用的电池，其使用寿命有限，老化速度快，维护成本高，成为投资的消耗品；

3.寿命问题：电源系统的使用寿命通常受到储能电池的影响。由于电池在正常供电时很少充放电，在停电故障时才发挥作用，这样会导致储能电池无法活化，容易结晶、硫化、老化等现象，缩短其使用寿命；

4.调峰问题：如果供应的能源不稳定，例如可再生能源（如风能、太阳能）的波动性，可能会影响调峰策略的可行性；在一个综合能源系统中，可能涉及多个能源来源与负荷需求，协调不同的资源来实现有效的调峰是一项挑战。

5.备用问题：电源系统的备用时间通常受到储能电池的容量与负载功率的影响。由于储能电池容量有限，而负载功率可能随时变化，这样会导致电源系统在停电故障时无法支撑足够长的备用时间，无法满足应急需求。

发明内容

对于现有产生的一些问题，本发明的目的在于提供一种节能降费的不间断电源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种节能降费的不间断电源系统，包括进线柜、无功补偿柜、出线柜、功率变换柜、电池柜、逆变柜与输出柜；

所述进线柜内部设有市电开关，市电开关与外部市电连接，进线柜用于市电的接入；

所述无功补偿柜内部设有补偿模块，补偿模块输入端与进线柜内的市电开关连接，补偿模块用于做无功补偿；

所述出线柜内部设有出线开关连接，出线开关一端与无功补偿柜的补偿模块输出端通电连接，出线开关另一端与外部负载连接，出线开关用于控制外部负载与市电之间的通断；

所述功率变换柜内部设有双向变流器PCS，双向变流器PCS输入端与无功补偿柜的补偿模块输出端连接，双向变流器PCS输出端与电池柜连接，双向变流器PCS用于将市电的交流电转化为直流电；

所述电池柜内部设有多组储能电池组，储能电池组通过电池组开关和功率变换柜内的双向变流器PCS通电连接，储能电池组包括第一储能电池组、第二储能电池组，储能电池组用于存储电能；

所述逆变柜内部设有逆变器INV，逆变器INV与双向变流器PCS连接，双向变流器PCS将直流电逆变后的交流电输出给重要设备；

所述的输出柜设有输出开关，输出开关一端与逆变柜内的逆变器INV通电连接，输出开关另一端与外部负载电器连接，输出开关用于控制每一个负载工作电源。

作为本发明进一步的方案：所述的功率变换柜内部的双向变流器PCS输入端和变压器T连接，变压器T用于变换电压。

作为本发明进一步的方案：所述的双向变流器PCS输出端的正负极之间设有续流电容C，续流电容C用于增加安全性。

作为本发明进一步的方案：所述的双向变流器PCS输出端与直流滤波器DC-EMI输入端连接。

作为本发明进一步的方案：所述的直流滤波器DC-EMI输出端的一根接线柱和接触器KM3的一端连接，接触器KM3的另一端和直流输入断路器QFD连接，直流滤波器DC-EMI输出端的另一根接线柱与直流输入断路器QFD通电连接，直流输入断路器QFD通过隔离开关HD和外部直流电线连接，直流输入断路器QFD用于提供过载保护和漏电保护。

作为本发明进一步的方案：所述的接触器KM3两端并联电阻R4。

作为本发明进一步的方案：所述的直流滤波器DC-EMI输出端设有直流电表，直流电表用于监测双向变流器PCS输出的直流电源的电压、电流。

作为本发明进一步的方案：所述的直流输入断路器QFD和隔离开关HD之间的导线上安装电涌保护器SPD，电涌保护器SPD用于过压保护。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用直流存储功能，可以避免交流与直流之间的多次变换损耗，提高系统效率，利用双向变流器PCS增效节费功能，可以使系统运行在最优效率点上，并减少无效功耗；可以降低运营成本，实现投资盈利；利用双向变流器PCS无间隙平滑切换功能，可以保障重要设备与信息数据的安全，避免因停电造成的损失；可以活化储能电池，延长其使用寿命，降低维护成本。

附图说明

图1为一种节能降费的不间断电源系统的结构示意图。

图2为一种节能降费的不间断电源系统的电路原理示意图。

图3为一种节能降费的不间断电源系统中功率变换柜的电路结构示意图。

图中：1、进线柜；2、无功补偿柜；3、出线柜；4、功率变换柜；5、电池柜；6、逆变柜；7、输出柜；11、市电开关；21、补偿模块；31、出线开关；41、双向变流器PCS；51、第一储能电池组；53、第二储能电池组；54、电池组开关；61、逆变器INV；71、输出开关。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定与限定，术语“安装”、“设有”、“相连”、“连接”应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，一种节能降费的不间断电源系统，包括双向变流器PCS 41，双向变流器PCS 41输入端通过市电开关11和市电连接，工作时通过市电开关11方便双向变流器PCS41与市电之间的通断，方便后续对电源的调整，保证安全性，方便装置的使用。

双向变流器PCS 41的输出端通过电池组开关53和储能电池组连接，储能电池组包括第一储能电池组51、第二储能电池组52，双向变流器PCS 41的输出端逆变器INV6通电连接，逆变器INV6通过输出开关71和外部负载连接，双向变流器PCS 41方便将市电的交流电转化为直流电，方便后续存储到储能电池组中，同时方便供应到逆变器INV6中，方便后经过后续的转化利于对负载电器进行供电，保证安全性，市电通过双向变流器PCS整流为直流电，然后分为两路：一路通过开关进入储能电池进行充电，另一路通过开关进入逆变器INV进行逆变，再将逆变后的交流电输出给重要设备。本发明可以避免交流与直流之间的多次变换损耗，提高电能利用率与系统效率；同时，可以利用储能电池在电网低谷时进行充电，在电网高峰时进行放电，实现了电网的调峰填谷，降低了电费成本。

具体的，实施例一：如图2-3所示，一种节能降费的不间断电源系统，包括进线柜1、无功补偿柜2、出线柜3、功率变换柜4、电池柜5、逆变柜6与输出柜7；

进线柜1内部设有市电开关11，市电开关11与外部市电连接，进线柜1用于市电的接入，方便后续对电源的调整与使用，利于后续电源的使用，保证安全性。

无功补偿柜2内部设有补偿模块21，补偿模块21输入端与进线柜1内的市电开关11连接，补偿模块21用来防止电容器、电抗器及一次回路与二次回路的普通的低压柜，其主要作用是做无功补偿。根据市电供电母线的电压、无功需求或者功率因数情况，通过无功补偿柜2内部的补偿模块21自动投切电容器组，跟踪负荷的变化情况进行无功补偿，从而提高功率因数，改善供电质量，降低电能损耗。提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这有利于安全生产。可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。

出线柜3内部设有出线开关31连接，出线开关31一端与无功补偿柜2的补偿模块21输出端通电连接，出线开关31另一端与外部负载连接，出线开关31可以控制市电直接和外部负载连接，方便控制外部负载的工作。

功率变换柜4内部设有双向变流器PCS 41，双向变流器PCS 41输入端与无功补偿柜2的补偿模块21输出端通电连接，双向变流器PCS 41输出端与电池柜5连接，双向变流器PCS 41方便将市电的交流电转化为直流电，方便后续存储到储能电池组中，同时方便供应到逆变器INV6中，方便后经过后续的转化利于对负载电器进行供电，保证安全性，方便装置的使用。根据实际情况，双向变流器PCS 41可以设置多组，方便分别为不同的锂电池组进行充电，方便工作的进行，保证安全性。

电池柜5内部设有多组储能电池组，储能电池组通过电池组开关53和功率变换柜4内的双向变流器PCS 41通电连接，储能电池组包括第一储能电池组51、第二储能电池组52，根据实际情况选择安装不同数量的多组储能电池组，利于存储一部分的电能，利于后续的使用，保证安全性，方便装置的使用。

逆变柜6内部设有逆变器INV 61，逆变器INV 61与双向变流器PCS 41连接，市电通过双向变流器PCS整流为直流电，然后分为两路：一路通过开关进入储能电池进行充电，另一路通过开关进入逆变器INV进行逆变，再将逆变后的交流电输出给重要设备。本发明可以避免交流与直流之间的多次变换损耗，提高电能利用率与系统效率；同时，可以利用储能电池在电网低谷时进行充电，在电网高峰时进行放电，实现了电网的调峰填谷，降低了电费成本。

输出柜7设有和输出开关71，输出开关71一端与逆变柜6内的逆变器INV 61通电连接，输出开关71另一端与外部负载电器连接，输出开关71方便控制每一个负载工作电源，利于负载工作的安全性，方便装置的使用。

功率变换柜4内部的双向变流器PCS 41输入端和变压器T连接，变压器T通过市电输入断路器QFA和市电开关的零线、三相火线连接，变压器T的输入端的引脚a、引脚b、引脚c和三相火线连接，变压器T的输入端的引脚d和零线通电连接，变压器T的输出端的引脚e、引脚f、引脚g和双向变流器PCS 41通电连接，变压器T利于调整电压，方便市电输入电压和双向变流器PCS 41之间的安全连接，方便后续电源的调整，保证安全性，方便装置的使用。

双向变流器PCS 41输出端的正负极之间设有续流电容C，续流电容C增加安全性，方便装置的使用。

双向变流器PCS 41输出端与直流滤波器DC-EMI输入端连接，方便后续直流电源的输出，增加安全性，利于保证电路的通畅。

直流滤波器DC-EMI输出端的一根接线柱和接触器KM3的一端连接，接触器KM3的另一端和直流输入断路器QFD连接，直流滤波器DC-EMI输出端的另一根接线柱与直流输入断路器QFD通电连接，直流输入断路器QFD通过隔离开关HD和外部直流电线连接，直流输入断路器QFD提供过载保护和漏电保护，增加电路的安全性，方便安全的输出直流电源，利于后续电器的使用，保证安全性，方便装置的使用。

接触器KM3两端并联电阻R4，接触器的作用是控制电路的开关，增加安全性，方便后续直流电源的安全输出。

直流滤波器DC-EMI输出端设有直流电表，通过直流电表随时监测双向变流器PCS41输出的直流电源的情况，方便实时对其进行监控，保证安全性，方便装置的使用。

直流输入断路器QFD和隔离开关HD之间的导线上安装电涌保护器SPD，电涌保护器SPD保证过压保护，利于保护电路的安全性，方便装置的使用。

逆变柜6内部设有直通开关，直通开关并联在逆变器INV 61两端，直通开关一端和出线柜3通电连接，直通开关一端和输出开关71连接，根据一些特殊实际情况，可以断开直接将市电连接待负载上工作，方便装置的使用。

本发明的工作原理：当市电正常供电时，本发明的电源系统可以实现直流存储与增效节费的功能。具体来说，市电通过双向变流器PCS整流为直流电，然后分为两路：一路通过开关进入储能电池进行充电，另一路通过开关进入逆变器INV进行逆变，再将逆变后的交流电输出给重要设备。这样做的好处是，可以避免交流与直流之间的多次变换损耗，提高电能利用率与系统效率；同时，可以利用储能电池在电网低谷时进行充电，在电网高峰时进行放电，实现了电网的调峰填谷，降低了电费成本。

当市电停电故障时，本发明的电源系统可以实现无隙平滑与备用供电的功能。具体来说，当控制器检测到市电中断信号时，会立即发送指令给开关，使其断开市电与双向变流器PCS之间的连接，使储能电池无法通过双向变流器PCS进行放电，避免因市电故障导致的孤岛效应，保证配电设备设施的安全。储能电池可以通过逆变器INV将直流电逆变为交流电，并输出给重要设备。这样做的好处是，可以实现市电与储能电池之间的无缝切换，保证了重要设备与信息数据的安全，避免了因停电造成的损失；同时，可以根据负载的功率需求与储能电池的容量，调节储能电池的放电量与放电时间，实现了备用供电的最优化，延长了备用时间，满足了应急需求。

当市电恢复供电时，本发明的电源系统可以实现恢复正常工作状态的功能。具体来说，当控制器检测到市电恢复信号时，会立即发送指令给开关，使其恢复双向变流器PCS与电网之间的连接。这样，市电就可以重新进入双向变流器PCS，并转换为直流电，然后分为两路：一路通过开关进入储能电池进行充电，另一路通过开关进入逆变器INV进行逆变，并输出给重要设备。这样做的好处是，可以实现储能电池与市电之间的无缝切换，保证了重要设备与信息数据的连续性，避免了因恢复供电造成的冲击；同时，可以根据电网的电压与频率，调节双向变流器PCS的输出参数，实现了与电网的同步。

不间断电源UPS专为信息化系统设计，是一种将市电或电池的电能转化为交流电的装置，给计算机网络与其他信息化设备提供稳定连续的交流电源，可防止市电的各种畸变对信息化设备产生的影响，如供电电压下降、浪涌电压、尖峰电压及广播频率干扰。

本发明利用直流存储功能，可以避免交流与直流之间的多次变换损耗，提高系统效率，利用双向变流器PCS增效节费功能，可以使系统运行在最优效率点上，并减少无效功耗；可以降低运营成本，实现投资盈利；利用双向变流器PCS无间隙平滑切换功能，可以保障重要设备与信息数据的安全，避免因停电造成的损失；可以活化储能电池，延长其使用寿命，降低维护成本。

对于本领域技术人员而言；显然本发明不限于上述示范性实施例的细节；而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下；能够以其他的具体形式实现本发明。因此；无论从哪一点来看；均应将实施例看作是示范性的；而且是非限制性的；本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定；因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义与范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外；应当理解；虽然本说明书按照实施方式加以描述；但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案；说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见；本领域技术人员应当将说明书作为一个整体；各实施例中的技术方案也可以经适当组合；形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，包括进线柜（1）、无功补偿柜（2）、出线柜（3）、功率变换柜（4）、电池柜（5）、逆变柜（6）和输出柜（7）；

所述进线柜（1）内部设有市电开关（11），市电开关（11）与外部市电连接，进线柜（1）用于市电的接入；

所述无功补偿柜（2）内部设有补偿模块（21），补偿模块（21）输入端与进线柜（1）内的市电开关（11）连接，补偿模块（21）用于做无功补偿；

所述出线柜（3）内部设有出线开关（31），出线开关（31）一端与无功补偿柜（2）的补偿模块（21）输出端通电连接，出线开关（31）另一端与外部负载连接，出线开关（31）用于控制外部负载与市电之间的通断；

所述功率变换柜（4）内部设有双向变流器PCS（41），双向变流器PCS（41）输入端与无功补偿柜（2）的补偿模块（21）输出端连接，双向变流器PCS（41）输出端与电池柜（5）连接，双向变流器PCS（41）用于将市电的交流电转化为直流电；

所述电池柜（5）内部设有多组储能电池组，储能电池组通过电池组开关（53）和功率变换柜（4）内的双向变流器PCS（41）通电连接，储能电池组包括第一储能电池组（51）、第二储能电池组（52），储能电池组用于存储电能；

所述逆变柜（6）内部设有逆变器INV（61），逆变器INV（61）与双向变流器PCS（41）连接，双向变流器PCS（41）将直流电逆变后的交流电输出给重要设备；

所述的输出柜（7）设有输出开关（71），输出开关（71）一端与逆变柜（6）内的逆变器INV（61）通电连接，输出开关（71）另一端与外部负载电器连接，输出开关（71）用于控制每一个负载工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的功率变换柜（4）内部的双向变流器PCS（41）输入端和变压器T连接，变压器T用于变换电压。

3.根据权利要求2所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的双向变流器PCS（41）输出端的正负极之间设有续流电容C，续流电容C用于增加安全性。

4.根据权利要求3所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的双向变流器PCS（41）输出端与直流滤波器DC-EMI输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的直流滤波器DC-EMI输出端的一根接线柱和接触器KM3的一端连接，接触器KM3的另一端和直流输入断路器QFD连接，直流滤波器DC-EMI输出端的另一根接线柱与直流输入断路器QFD通电连接，直流输入断路器QFD通过隔离开关HD和外部直流电线连接，直流输入断路器QFD用于提供过载保护和漏电保护。

6.根据权利要求5所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的接触器KM3两端并联电阻R4。

7.根据权利要求6所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的直流滤波器DC-EMI输出端设有直流电表，直流电表用于监测双向变流器PCS（41）输出的直流电源的电压、电流。

8.根据权利要求7所述的一种节能降费的不间断电源系统，其特征在于，所述的直流输入断路器QFD和隔离开关HD之间的导线上安装电涌保护器SPD，电涌保护器SPD用于过压保护。