CN202424295U - 一种逆变电源及应用所述逆变电源的供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种逆变电源及应用所述逆变电源的供电系统，包括充电器、储能单元、同步检测模块、逆变器和系统控制器；所述充电器连接储能单元，为储能电源充电蓄能；所述同步检测模块检测主电源的频率和相位，生成检测信号输出至所述的系统控制器；所述系统控制器根据接收到的检测信号生成用于驱动逆变器中开关管通断的脉冲信号输出至所述的逆变器，进而控制逆变器将储能单元输出的直流电源逆变成与主电源同频率、同相位的交流电源输出。本实用新型的逆变电源不仅解决了传统在线式UPS效率低下的问题，而且克服了传统后备式UPS不具备快速切换条件的缺陷，满足了后级负载的连续供电要求，切实保证了敏感负载工作的连续性。

Description

一种逆变电源及应用所述逆变电源的供电系统

技术领域

本实用新型属于供电设备技术领域，具体地说，是涉及一种可以根据主电源的相位逆变生成与主电源同步的交流电源的逆变装置以及采用所述逆变装置构建的供电系统。

背景技术

在目前的电网供电系统中，电网经常会因为大型非线性/冲击性负载的投切、雷电天气、负载故障等原因，造成供电电压瞬间暂降（即出现晃电）或者供电中断等问题，由此导致某些敏感的用电设备（例如电脑服务器、数据处理器、不允许断电的设备等）终止供电，从而给石油、化工、半导体、纺织、冶金等连续性生产的行业或者金融中心、数据中心、医院、交通运输等系统带来设备停运、工艺流程中断、数据丢失、设备损坏等严重后果，造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此，对于供电有特殊要求的行业往往都需要配备不间断电源UPS，一旦电网故障或者出现异常，例如断电或者晃电等，则立即切换至不间断电源UPS为负载供电，以保证负载工作的连续性。

传统的在线式不间断电源UPS，其工作原理是在电网供电正常时，首先对电网电能进行整流，然后再经过逆变器逆变成交流电压为后级负载供电。在UPS对电网电能进行整流逆变的过程中，同时将网电经由充电器转换成直流电为储能单元充电蓄能，由此可以在电网故障时，利用储能单元储存的电能经由逆变器逆变成交流电源继续为后级负载供电。由此可以看出：无论网电是否正常，负载都需要经过逆变器供电。由于逆变器本身具有损耗，因此会造成传统的在线式UPS效率低于90%。

而传统的后备式不间断电源UPS，因为其自身的逆变器不具备与电网同步的功能，即不能逆变输出与网电同步的交流电源，因而不能快速地将负载的供电线路从主电源切换到后备式UPS上，进而也就无法满足敏感负载的不间断用电需求。

发明内容

本实用新型为了解决传统的在线式UPS效率低下、而后备式UPS不具备快速切换条件的问题，提出了一种具备与主电源同步功能的逆变电源，可以输出与主电源同步的交流电源，以满足主电源与逆变电源的快速切换要求，确保敏感负载供电的连续性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种逆变电源，包括充电器、储能单元、同步检测模块、逆变器和系统控制器；所述充电器连接储能单元，为储能电源充电蓄能；所述同步检测模块检测主电源的频率和相位，生成检测信号输出至所述的系统控制器；所述系统控制器根据接收到的检测信号生成用于驱动逆变器中开关管通断的脉冲信号输出至所述的逆变器，进而控制逆变器将储能单元输出的直流电源逆变成与主电源同频率、同相位的交流电源输出。

进一步的，所述充电器连接主电源，将主电源输出的交流电压整流成直流电压，输出至储能单元进行充电蓄能。

又进一步的，在所述逆变电源中还包含有电压检测模块，连接主电源，对主电源的电压进行采样检测，并将电压采样值输出至所述的系统控制器。

再进一步的，在所述逆变电源中设置有切换信号输出接口，连接所述的系统控制器，接收系统控制器根据电压采样值生成并输出的切换控制信号。

基于上述逆变电源，本实用新型还提供了一种采用所述逆变电源设计的供电系统，包括主电源、逆变电源、以及连接在主电源与逆变电源的供电线路中用于在两路电源之间进行切换的电能切换装置；其中，在所述逆变电源中包含有充电器、储能单元、同步检测模块、逆变器和系统控制器；所述充电器连接储能单元，为储能电源充电蓄能；所述同步检测模块检测主电源的频率和相位，生成检测信号输出至所述的系统控制器；所述系统控制器根据接收到的检测信号生成用于驱动逆变器中开关管通断的脉冲信号输出至所述的逆变器，进而控制逆变器将储能单元输出的直流电源逆变成与主电源同频率、同相位的交流电源输出。

进一步的，所述充电器连接主电源，将主电源输出的交流电压整流成直流电压，输出至储能单元进行充电蓄能。

又进一步的，在所述逆变电源中还包含有电压检测模块，连接主电源，对主电源的电压进行采样检测，并将电压采样值输出至所述的系统控制器，一方面可以通过系统控制器驱动逆变器逆变输出与主电源同幅值的交流电源；另一方面可以实现对主电源是否发生供电异常的检测，进而为电能切换提供依据。

再进一步的，所述系统控制器根据接收到的电压采样值生成切换控制信号，输出至所述的电能切换装置，以控制电能切换装置在主电源和逆变电源之间进行切换。

当然，也可以采用电能切换装置检测主电源的供电状况，进而完成供电线路的切换控制，即在所述电能切换装置中设置电压检测模块、主控器和分别串联在主电源供电线路中以及逆变电源的交流输出供电线路中的开关单元；所述电压检测模块连接主电源，对主电源的电压进行采样检测，并将电压采样值输出至所述的主控器以生成切换信号，传输至所述的开关单元，以控制开关单元的通断状态。

优选的，所述电能切换装置优选采用固态切换开关。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的逆变电源作为主电源的后备电源，可以在主电源出现异常时输出与主电源同频、同相、同幅值的交流电源，代替主电源继续为后级用电负载供电。由此，不仅解决了传统在线式不间断电源UPS效率低下的问题，而且克服了传统后备式UPS不具备快速切换条件的缺陷，满足了后级负载的连续供电要求，切实保证了敏感负载工作的连续性，具有投资少、节电、供电可靠、安全等显著优势。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的逆变电源的一种实施例的整体架构示意图；

图2是采用图1所示逆变电源配合一路电网构建的供电系统的一种实施例的架构示意图；

图3是采用图1所示逆变电源配合一路电网构建的供电系统的第二种实施例的架构示意图；

图4是采用图1所示逆变电源配合一路电网构建的供电系统的第三种实施例的架构示意图；

图5是采用图1所示逆变电源配合两路电网构建的供电系统的一种实施例的架构示意图；

图6是采用图1所示逆变电源配合两路电网构建的供电系统的第二种实施例的架构示意图；

图7是采用图1所示逆变电源配合两路电网构建的供电系统的第三种实施例的架构示意图；

图8是采用图1所示逆变电源配合一路电网和一路发电机构建的供电系统的一种实施例的架构示意图；

图9是采用图1所示逆变电源配合一路电网和一路发电机构建的供电系统的第二种实施例的架构示意图；

图10是采用图1所示逆变电源配合一路电网和一路发电机构建的供电系统的第三种实施例的架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

实施例一，参见图1所示，本实施例的逆变电源主要包括充电器、储能单元、同步检测模块、逆变器和系统控制器等组成部分。其中，充电器的直流侧连接储能单元，将交流电源整流成直流电源，为储能单元充电蓄能。通过充电器的交流侧所接收的交流电源可以是与所述逆变电源配合共同构建供电系统的主电源，例如网电等，也可以是其他供电设备输送的交流电源，本实施例对此不进行具体限制。出于供电系统线路构建简单方面考虑，优选将充电器的交流侧连接主电源，将主电源输出的交流电源整流成直流电压，首先对储能单元进行恒流充电，然后对储能单元进行恒压充电。所述储能单元优选采用蓄电池组作为储能介质，在主电源正常时储存能量，以便在日后主电源出现异常时输出电能至逆变器，进而在逆变器的逆变作用下，继续为后级负载提供交流供电。所述同步检测模块连接主电源，用于对主电源的频率和相位进行检测，进而生成检测信号输出至系统控制器。所述电压检测模块连接主电源，对主电源的电压幅值进行采样检测，输出电压采样值至所述的系统控制器。所述系统控制器可以采用单片机等具有信号处理能力的集成芯片进行系统设计，根据同步检测模块输出的频率、相位检测信号以及电压检测模块输出的电压采样值生成脉冲信号，输出至逆变器，对逆变器中的开关管进行通断控制，进而将储能单元输出的直流电压逆变成与主电源同频、同相、同幅值的交流电压输出，由此具备了电能快速切换的条件，为供电的无缝切换提供了保障。

在本实施例的逆变电源中设置电压检测模块，采集主电源的电压幅值输出至系统控制器，一方面可以通过系统控制器控制逆变器逆变输出与主电源同幅值的交流电压；另一方面还可以实现对主电源是否发生异常的检测判断，如果系统控制器检测到主电源的电压波动超过预设值，例如电压波动超过主电源电压额定值的10%，则认为主电源供电异常，输出切换控制信号，经由逆变电源上的切换信号输出接口对外输出，由此可以通知供电系统中的电能切换装置将连通后级负载的供电线路从主电源及时地切换至逆变电源，进而利用逆变电源代替主电源继续为负载供电，以满足负载的不间断供电需求。

采用主电源、本实施例的逆变电源配合电能切换装置构建供电系统，在电能切换装置的控制作用下实现两路交流供电的切换输出，由此可以为后级用电负载提供不间断的交流供电，进而满足负载特别是敏感负载的连续工作要求。

首先，以一路电网和一路逆变电源为例对所述供电系统的组建及工作过程进行说明。

如图2所示，将逆变电源的输入侧连接电网，利用电网电能为逆变电源中的储能单元蓄能。在电能切换装置中设置有主控器和分别串联在主电源（即电网）供电线路中以及逆变电源的交流输出供电线路中的开关单元。利用主控器接收逆变电源输出的切换控制信号，以此来确定两组开关单元的通断状态，进而在网电和逆变电源之间进行选择切换，确保负载供电的连续性。

当然，也可以在电能切换装置中设置电压检测模块，连接电网，利用电能切换装置自身对电网电压是否异常进行采样检测。将电压检测模块检测到的电压采样值输出至所述的主控器以生成切换信号，传输至开关单元，通过控制两组开关单元的通断状态，实现对两路供电电源的选择切换。

为了加快切换速度，所述电能切换装置优选采用基于晶闸管的固态切换开关进行系统设计，将固态切换开关中的其中一组晶闸管串联在电网与负载连接的供电线路中，另一组晶闸管串联在逆变电源连接负载的供电线路中。当电网电压正常时，固态切换开关导通电网供电线路中的晶闸管，并切断逆变电源供电线路中的各路晶闸管，利用网电为总负载供电。在电网供电的过程中，逆变电源通过对网电的频率、相位、电压幅值进行检测，进而输出与网电同频、同相、同幅值的交流电压输出至固态切换开关。由于此时的固态切换开关切断了逆变电源向负载输出电能的供电线路，因此逆变电源不直接带载，处于热备份状态，功率损耗极低。同时，网电经由逆变电源中的充电器为储能单元充电蓄能，以备后期使用。

当逆变电源检测到电网电压出现异常时，例如电压波动超过网电额定值的10%时，逆变电源中的系统控制器生成切换控制信号输出至固态切换开关，以将连通总负载的供电线路切换至逆变电源，利用逆变电源继续向总负载提供不间断供电。由于整个供电切换过程及时迅速，因此可以保证敏感负载的供电不受影响。

当电网电压恢复到正常范围内时，固态切换开关重新切换回电网，转由网电直接为总负载供电。

所述固态切换开关也可以布设在连接局部负载或者末端负载的供电线路中，参见图3、图4所示，而逆变电源的输入侧则可以连接到局部负载或者末端负载的前级电网供电线路中，以实现对局部负载或者末端负载供电电源的选择切换。

采用逆变电源作为第二路供电或者局部二路供电，配合固态切换开关的应用，由于固态切换开关的切换时间仅有几个毫秒，因此可以替代UPS不间断电源或者EPS应急电源（应急照明负载除外）满足负载的连续用电需求。除了具有高质量优质供电之外，还可以节省UPS和EPS投资，并可节约总容量10%的电能。当然，也可以采用逆变电源与固态切换开关组合成户外移动供电装置，直接与网电配合，实现不间断供电。

其次，当用户已有两路电网供电时，将固态切换开关与逆变电源配合，连接在总负载侧（如图5所示），或者局部负载侧（如图6所示），亦或者末端负载侧（如图7所示），除进一步提高供电可靠度之外，还可以替代UPS或EPS（非应急照明负载除外），同时还具有节能、高效、绿色、低碳供电等优点。

当用户只有一路网电供电，另一路用发电机供电时，采用固态切换开关与逆变电源配合，连接在总负载侧（如图8所示），或者局部负载侧（如图9所示），亦或者末端负载侧（如图10所示），可以解决电网长时间停电过程中的无扰动切换。当网电停电时，固态切换开关立即切换到逆变电源为负载供电；当发电机启动开始正常供电后，固态切换开关切换到发电机供电；当发电机故障或者需要加油或换天然气时，固态切换开关又切换到逆变电源继续工作；若电网回复正常，则固态切换开关又切换回电网进行供电，上述所有的切换过程均为无扰动切换，不会对负载造成任何影响。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种逆变电源，其特征在于：包括充电器、储能单元、同步检测模块、逆变器和系统控制器；所述充电器连接储能单元，为储能电源充电蓄能；所述同步检测模块检测主电源的频率和相位，生成检测信号输出至所述的系统控制器；所述系统控制器根据接收到的检测信号生成用于驱动逆变器中开关管通断的脉冲信号输出至所述的逆变器，进而控制逆变器将储能单元输出的直流电源逆变成与主电源同频率、同相位的交流电源输出。

2.根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于：所述充电器连接主电源，将主电源输出的交流电压整流成直流电压，输出至储能单元进行充电蓄能。

3.根据权利要求1或2所述的逆变电源，其特征在于：在所述逆变电源中还包含有电压检测模块，连接主电源，对主电源的电压进行采样检测，并将电压采样值输出至所述的系统控制器。

4.根据权利要求3所述的逆变电源，其特征在于：在所述逆变电源中设置有切换信号输出接口，连接所述的系统控制器，接收系统控制器根据电压采样值生成并输出的切换控制信号。

5.一种供电系统，包括主电源、逆变电源、以及连接在主电源与逆变电源的供电线路中用于在两路电源之间进行切换的电能切换装置；其特征在于：在所述逆变电源中包含有充电器、储能单元、同步检测模块、逆变器和系统控制器；所述充电器连接储能单元，为储能电源充电蓄能；所述同步检测模块检测主电源的频率和相位，生成检测信号输出至所述的系统控制器；所述系统控制器根据接收到的检测信号生成用于驱动逆变器中开关管通断的脉冲信号输出至所述的逆变器，进而控制逆变器将储能单元输出的直流电源逆变成与主电源同频率、同相位的交流电源输出。

6.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于：所述充电器连接主电源，将主电源输出的交流电压整流成直流电压，输出至储能单元进行充电蓄能。

7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于：在所述逆变电源中还包含有电压检测模块，连接主电源，对主电源的电压进行采样检测，并将电压采样值输出至所述的系统控制器。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于：所述系统控制器根据接收到的电压采样值生成切换控制信号，输出至所述的电能切换装置。

9.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于：在所述电能切换装置中设置有电压检测模块、主控器和分别串联在主电源供电线路中以及逆变电源的交流输出供电线路中的开关单元；所述电压检测模块连接主电源，对主电源的电压进行采样检测，并将电压采样值输出至所述的主控器以生成切换信号，传输至所述的开关单元，以控制开关单元的通断状态。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的供电系统，其特征在于：所述电能切换装置为固态切换开关。

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