CN202474934U - 以升压整流为充电保障的中压应急电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种以升压整流为充电保障的中压应急电源，包括工业传动、保障充电器、主充电开关、放电控制开关和串联蓄电池组，在中压交流供电母线正常情况下，放电控制开关关断，系统为蓄电池组充电，充电能源来自工业传动中间直流，蓄电池组电压提升至接近额定值时，充电能源来自保障充电器。当应急电源放电时，放电控制开关接通。在工业传动整流环节发生断路类故障或中压供电母线故障情况下保障充电器还可以作为主充电回路对蓄电池组进行全程充电。实施本实用新型，从而保证中压交流动力系统能在供电母线故障后的任意设定时间内不停止工作，使电网故障停电的损失降为“0”。

Description

以升压整流为充电保障的中压应急电源

技术领域

本发明涉及~0.66KV—10KV（本专利所定义的“中压”）不间断电源领域，更具体地说，涉及以升压整流为充电保障的中压应急电源。

背景技术

1、在工业电源领域，~380/220系统的低压型应急电源作为工业及民用领域应急照明和动力负载的应急供电装置在国内已经有十余年历史，形成相关专利十余项，在~380V供电系统中显示了节能、环保、快速、高可靠性、便于维护、智能化管理、提高供电可靠性等一系列优势。而伴随着工业领域大功率拖动负载的出现，用于拖动系统的~0.66KV—~10KV系列电动机早在70年代就已经问世，经过30多年的发展可谓十分成熟。近年来，为了减小大容量电动机的体积和重量，更为了回避大电流载体的敷设安装、连接和过度等安全类难题，许多程控类工业领域流水线上的大容量电动机逐步被中压型电动机所取代，启动和控制中压型电动机的中压变频产品（国外称之为“工业传动”或“交流动力传动”）也逐渐成熟。然而，中压级别的交流应急电源一直是国内外的市场空白，特别是工业领域，几乎找不到成功使用蓄电型交流应急电源的成功案例。一直以来，中压动力系统的工作可靠性完全取决于于电网电源的可靠性，一旦电网因故突然停电，程控类工业正在运行的流程就会骤停，将造成巨大损失（据中石油集团的一个年会报告：仅炼化板块在2011年就发生电力系统故障几十起，因程控流程骤停造成直接和间接损失十几亿元）。为了尽量降低损失，许多程控工业的流水线不得不配置国外进口的气动型延迟系统，用于缓解电源故障流程骤停的损失，但此类气动型延迟系统只能起到有限的缓解作用，把突然停电的损失适当降低，无法把市网电源骤停的损失降到近于“0”，且此类气动延迟装置价格高昂，平时的附加运行成本也不可忽视。

2、在如前所述的~380V及以下的低压不间断电源（UPS和EPS）中，对内部串联蓄电池组的充电往往靠输入电压直接整流来完成。因此，如果蓄电池总串联电压等于交流输入电源整流后的直流电压值，则无法将串联蓄电池组充满电（只有充电电压高于被充电的蓄电池总电压10左右或以上才能将蓄电池充满电）；如果蓄电池串联总电压低于输入电源的整流电压值，虽然可能将串联蓄电池组充满电，但在停电应急时又不能保证应急输出的交流电压值符合要求。为了保证蓄电池组能被充满电而应急输出电压又符合要求，不是需要升压整流充电、就是在逆变前或逆变后进行升压处理，而这两种措施在中压系统中相对困难和复杂，前者需要重新实验和构造一套较高的直流电压和较大功率环境的升压整流装置，后者需要重新构造一套大功率中压直流电源或交流变压装置，二者技术上都较难于实施，安全可靠性不高，成本却很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现代工业程控领域气动延迟系统的技术缺陷，提供一种中压应急电源；又针对交流供电母线直接整流后的直流电压值不能满足为普通应急电源内串联蓄电池组充满电的技术缺陷，提供一种以升压整流为保障充电的中压系统应急电源。

本发明提供一种以升压整流为充电保障的中压应急电源，包括工业传动、保障充电器、主充电开关、放电控制开关和串联蓄电池组，其特征在于，主充电开关的正极接应急直流母线的正极，其负极接蓄电池组的正极；放电控制开关的正极接蓄电池组的正极，其负极接应急直流母线的正极；保障充电器的输入端接交流供电主母线，其输出端的正极接蓄电池组的正极并同时接主充电开关的负极和放电控制开关的正极，保障充电器输出端的负极接应急直流母线的负极和蓄电池组的负极；在中压交流供电母线电压正常时，放电控制开关关断，保障充电器无输出，系统由工业传动的中间直流经主充电开关为蓄电池组充电，当蓄电池组被充电到接近额定电压时，保障充电器开始输出，继续对蓄电池进行提升充电；当中压交流供电母线断电时，保障充电器自动停止输出，放电控制开关开通，系统进入应急放电状态。

优选地，保障充电器包括充电变压器和整流器，充电变压器的一次绕组接交流供电主母线，二次绕组接整流器的输入端，整流器的输出端的正极接串联蓄电池组的正极；整流器的负极接应急直流母线的负极。

优选地，应急直流母线的正极与工业传动的中间直流母线的正极连接，其负极与工业传动的中间直流母线的负极连接。

优选地，工业传动的交流能量变换的交流电压输出值的范围为0.66KV至10KV。

优选地，整流器为可控整流器。

优选地，整流器为普通整流器与一个输出控制开关的组合。

优选地，输出控制开关是能够控制整流器输出通或断的可控类电力电子开关，或者是可控类有触点的电器开关。

优选地，整流器的为普通整流器，但保障充电器内的变压器输入端有可控开关自动配合。

优选地，保障充电器输入端的可控开关能控制保障充电器与主供电母线之间的通或断，是可控类有触点或无触点的电力电子开关，或者是可控类电器开关或控制器。

优选地，主充电开关G1和放电控制开关为可控开关。

实施本发明的以升压整流为充电保障的中压应急电源，具有以下有益效果：（1）在利用工业传动的中间直流对串联蓄电池组充电的同时，增设专用的升压整流回路构成保障充电器，能保障串联蓄电池组被充满电；（2）独立的保障充电器还能在工业传动整流环节发生断路类故障或中压供电母线故障情况下为串联蓄电池组进行全程充电，成为可靠的备用充电电源，提高系统安全可靠性；（3）由于保障充电器在正常情况下不需要承受大负荷充电电流，变压器功率小、体积小、重量轻、成本低、寿命长且运行安全。使用本专利技术可以保证中压交流动力系统遇到中压供电电源故障时，能在任意设定时间内不停止工作，尤其是在突然断电的情况下正常工作，从而使电网故障停电的损失降为“0”。

附图说明

图1是本发明以升压整流为充电保障的中压应急电源的一具体实施例的结构示意图。

图2是本发明的工业传动的结构示意图。

图3为本发明的保障充电器的一具体实施例的结构示意图。

图4为本发明的保障充电器的又一具体实施例的结构示意图。

图5为本发明的保障充电器的又一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明以升压整流为充电保障的中压应急电源的一具体实施例的结构示意图。如图所示，主充电开关G1的正极接应急直流母线M的正极，其负极接串联蓄电池组E的正极；放电控制开关G2的正极接串联蓄电池组E的正极，负极接应急直流母线的正极，控制极接控制器K；充电变压器B一次绕组接交流供电母线L1，二次绕组接整流器器CZ的输入端；整流器CZ的输出端的正极接串联蓄电池组的正极，其负极接串联蓄电池组E的负极和应急直流母线M的负极。应急直流母线M的正极与工业传动PM的中间直流母线的正极连接，其负极与工业传动PM中间直流母线的负极连接。工业传动PM的输入端连接中压交流供电母线L2，输出端连接中压应急动力负载DL，例如电动机。

在本发明中，主充电开关G1为任意无触点类电力电子开关，也可以是可控的有触点类电器或机械开关，放电控制开关G2为可控类无触点电力电子开关或可控类有触点的电器或机械开关。

本发明中工业传动能量变换的交流电压输出值范围为0.66KV—10KV。工业传动作为交流能量变换装置，可以是ABB、西门子或施奈德等著名品牌的工业传动型变频主机，也可以是国产的中压变频装置，还可以是中压宽频逆变装置。

在本实施例中，为了保证工业传动的交流电压输出值为660V。需要保证蓄电池组在满电情况下的串联总电压值为891V（660Vx1.35=891V）左右，每个串联蓄电池组E的数量为12V系列的74节以上或2V系列的445节以上。为了给串联蓄电池组E充满电，需保证充电总电压高于串联蓄电池组E总电压的10%—15%左右，而交流传动主机中间直流的电压只能在891V左右，虽然可以对串联蓄电池组充电但无法保证充满电。因此，本发明利增设了保障充电器D，用以保障给蓄电池充满电。其工作、停止及跟踪由控制器K完成，控制器K能够按照预先设定的时间不间断的监测中压交流供电母线的供电情况和串联蓄电池组E的充电情况。控制器K可以为具有控制功能的单片机、单板机、工控机、智能控制仪表、PLC或其他计算机类控制装置，也可以由工业传动控制器代替。

根据需要，串联蓄电池组E可以是1组，也可以是2组以上（包括2组），只要各组正极和负极均分别并联即可。当选用2组以上串联蓄电池组时，保障充电器D或其中的整流器CZ可以共享，也可以各自独立。主充电开关G1和放电控制开关G2可以共享也可以各自独立。

本发明的原理如下：当660V中压交流供电母线正常时，系统处于充电状态，此时放电开关G2关断。若串联蓄电池组E串联总电压明显低于891V，则由工业传动的中间直流电压通过主充电开关对蓄电池充电，保障充电器不输出。当蓄电池被充电到临近额定电压值891V时，保障充电器经控制器K控制启动，对蓄电池组进行提升充电和浮充电，直到将串联蓄电池组充满电为止。在660V中压交流供电母线故障或中压传动整流环节发生故障时，保障充电器自启动，由交流供电主母线L1经保障充电器对串联蓄电池组E进行全程充电。

当控制器K通过检测信号V监测到660V中压交流供电母线L2因故停电时，系统进入应急放电状态，控制器K控制放电控制开关G2开通。串联蓄电池组E经放电控制开关G2放电，为工业传动的逆变环节提供直流电源，此时工业传动输出端的660V电源为应急电源。

图2为本发明的工业传动的结构示意图，如图所示，该装置主要由中压整流环节CZ和逆变环节SW构成，基本原理与低压（380V）整流逆变原理基本相同，信号与控制功能略有不同，中间直流电压为891V左右。当配置专用控制器时，也可以用相应的中压整流器和逆变器取而代之。

图3为本发明的保障充电器的一具体实施例的结构示意图。如图所示，保障充电器D包括充电变压器B和整流器CZ，充电变压器B一次绕组接交流供电主母线L1，二次绕组接整流器CZ的输入端；整流器CZ输出端的正极接串联蓄电池组E的正极，其负极接应急直流母线M的负极。

图4为本发明的保障充电器的又一具体实施例的结构示意图，与图3相比，图4中采用普通整流器CZ，但其直流输出受开关P1控制。开关P1可以是可控类电力电子无触点开关，也可以是可控类机械或电器开关及控制器。

图5为本发明的保障充电器的又一具体实施例的结构示意图，与图3相比，图5采用普通整流器器CZ，但保障充电器CZ的~380/220V输入受开关P的控制。其开关P可以是可控类电力电子无触点开关，也可以是可控类机械或电器开关及控制器。

本发明可广泛应用于工业领域各类过程控制系统，特别是化工、石油、石化和煤化工领域的应急电源系统。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以升压整流为充电保障的中压应急电源，包括工业传动、保障充电器、主充电开关、放电控制开关和串联蓄电池组，其特征在于，主充电开关的正极接应急直流母线的正极，其负极接蓄电池组的正极；放电控制开关的正极接蓄电池组的正极，其负极接应急直流母线的正极；保障充电器的输入端接交流供电主母线，其输出端的正极接蓄电池组的正极并同时接主充电开关的负极和放电控制开关的正极，保障充电器输出端的负极接应急直流母线的负极和蓄电池组的负极；在中压交流供电母线电压正常时，放电控制开关关断，保障充电器无输出，系统由工业传动的中间直流经主充电开关为蓄电池组充电，当蓄电池组被充电到接近额定电压时，保障充电器开始输出，继续对蓄电池进行提升充电；当中压交流供电母线断电时，保障充电器自动停止输出，放电控制开关开通，系统进入应急放电状态。

2.根据权利要求1所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，保障充电器包括充电变压器和整流器，充电变压器的一次绕组接交流供电主母线，二次绕组接整流器的输入端，整流器的输出端的正极接串联蓄电池组的正极；整流器的负极接应急直流母线的负极。

3.根据权利要求1所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，应急直流母线的正极与工业传动的中间直流母线的正极连接，其负极与工业传动的中间直流母线的负极连接。

4.根据权利要求3所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，工业传动的交流能量变换的交流电压输出值的范围为0.66KV至10KV。

5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，整流器为可控整流器。

6.根据权利要求1-3任一权利要求所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，整流器为普通整流器与一个输出控制开关的组合。

7.根据权利要求6所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，输出控制开关是能够控制整流器输出通或断的可控类电力电子开关，或者是可控类有触点的电器开关。

8.根据权利要求1-3任一权利要求所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，整流器的为普通整流器，但保障充电器内的变压器输入端有可控开关自动配合。

9.根据权利要求8所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，保障充电器输入端的可控开关能控制保障充电器与主供电母线之间的通或断，是可控类有触点或无触点的电力电子开关，或者是可控类电器开关或控制器。

10.根据权利要求1所述的以升压整流为充电保障的中压应急电源，其特征在于，主充电开关G1和放电控制开关为可控开关。

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