CN202488205U

CN202488205U - 新型串并联变换型ups

Info

Publication number: CN202488205U
Application number: CN 201220003290
Authority: CN
Inventors: 聂文艳; 王仲根; 韩微
Original assignee: Huainan Normal University
Current assignee: Huainan Normal University
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-01-05

Abstract

本实用新型公开了一种新型串并联变换型UPS，包括主路静态开关、旁路静态开关、补偿变压器、并联变流器、串联变流器和蓄电池，旁路静态开关的一端与市电电源相连，另一端与负载相连，主路静态开关的一端与市电电源相连，并联变流器的交流输入输出端分别与主路静态开关的另一端以及补偿变压器的一次侧绕组的一端相连，并联变流器的直流输入输出端以及串联变流器的直流输入输出端接蓄电池的正极，蓄电池的负极接地，串联变流器的交流输入输出端与补偿变压器的二次侧绕组构成回路，补偿变压器的一次侧绕组的另一端与负载相连，因此，当市电停电时并联变流器和串联变流器均可以向负载供电，从而提高了UPS的利用率高和运行效率。

Description

新型串并联变换型UPS

技术领域

本实用新型涉及一种UPS系统，尤其涉及一种新型串并联变换型UPS。

背景技术

不间断电源系统(UPS，Uninterruptrible Power Supply)为适应发展的要求，近年来也在不断地进行完善和改进，先后出现了后备式、在线式、三端口在线互动式以及双变流器串-并联补偿式等几种结构类型的UPS。其中由Kamran和Silva提出的双变流器串并联补偿式UPS，既可以补偿非线性负载中的无功电流及谐波电流，同时还可以补偿电源电压的谐波及基波偏差，较传统双变换在线式UPS而言，输入功率因数高，输出过载能力强，具有综合的电能质量调节能力。因此，串并联补偿式在线UPS(以下称之为串并联变换型UPS系统)和其他型式的UPS相比具有许多优点。

如图1所示，现有串并联变换型UPS系统包括串联变流器I(即Delta变流器)和并联变流器II，串联变流器I通过补偿变压器串联在市电和负载之间，相当于一个正弦电流源，用来消除市电输入电流中的无功与谐波分量，使输入功率因数等于1，同时补偿市电与输出间的电压差。当市电电压高于额定电压时，串联变流器I工作在整流状态，吸收功率，对输出电压进行负补偿；当市电电压低于额定电压时，串联变流器I工作在逆变状态，输出功率，对输出电压进行正补偿。并联变流器II在电路的输出端与负载并联，相当于一个正弦电压源，用来稳定负载上的电压和直流侧电压，同时提供负载所需要的无功与谐波电流。同样，当市电电压高于额定电压时，并联变流器II工作在逆变状态，对负载供电；当市电电压低于额定电压时，并联变流器II工作在整流状态，维持直流侧电压的稳定。市电正常时，主电路静态开关K1闭合，市电电压经串联变流器I为负载供电，并联变流器II稳定系统的输出电压，市电和系统输出之间的电压差由串联变流器I补偿。当UPS出现故障和进行维护时，这时旁路静态开关K2闭合，负载由市电直接供电。

但是当市电停电时，主电路静态开关K1断开，这时只有与负载并联的并联变流器II向负载提供100％的功率，而串联变流器I却因主电路静态开关K1断开而断路，从而处于闲置状态，这样无疑会造成资源的浪费，降低了系统的输出功率，运行效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种利用率高、运行效率高的新型串并联变换型UPS。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种新型串并联变换型UPS，包括主路静态开关、旁路静态开关、补偿变压器、并联变流器、串联变流器和蓄电池，所述旁路静态开关的一端与市电电源相连，另一端与负载相连，所述主路静态开关的一端与所述市电电源相连，所述并联变流器的交流输入输出端分别与所述主路静态开关的另一端以及所述补偿变压器的一次侧绕组的一端相连，所述并联变流器的直流输入输出端以及所述串联变流器的直流输入输出端接所述蓄电池的正极，所述蓄电池的负极接地，所述串联变流器的交流输入输出端与所述补偿变压器的二次侧绕组构成回路，所述补偿变压器的一次侧绕组的另一端与所述负载相连。

本实用新型的新型串并联变换型UPS，所述并联变流器是其内部的开关器件为IGBT开关器件的并联变流器。

本实用新型的新型串并联变换型UPS，所述串联变流器是其内部的开关器件为IGBT开关器件的串联变流器。

本实用新型的新型串并联变换型UPS包括主路静态开关、旁路静态开关、补偿变压器、并联变流器、串联变流器和蓄电池，旁路静态开关的一端与市电电源相连，另一端与负载相连，主路静态开关的一端与市电电源相连，并联变流器的交流输入输出端分别与主路静态开关的另一端以及补偿变压器的一次侧绕组的一端相连，并联变流器的直流输入输出端以及串联变流器的直流输入输出端接蓄电池的正极，蓄电池的负极接地，串联变流器的交流输入输出端与补偿变压器的二次侧绕组构成回路，补偿变压器的一次侧绕组的另一端与负载相连，因此，本实用新型的新型串并联变换型UPS的结构决定了当市电停电时，并联变流器和串联变流器均可以向负载供电，从而提高了UPS的利用率高和运行效率。

附图说明

图1为现有串并联变换型UPS的原理图；

图2为本实施例的新型串并联变换型UPS的原理图；

图3为本实施例的新型串并联变换型UPS的主电路的电路原理图；

图4为本实施例的新型串并联变换型UPS在市电偏高时的能量流图；

图5为本实施例的新型串并联变换型UPS在市电偏低时的能量流图；

图6为本实施例的新型串并联变换型UPS在市电停电时的等效原理图；

图7为本实施例的新型串并联变换型UPS在市电停电时的能量流图。

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描述：

参考图2所示，本实施例的新型串并联变换型UPS包括主路静态开关Ka、旁路静态开关Kb、补偿变压器Tr’、并联变流器II’、串联变流器I’和蓄电池B’，旁路静态开关Kb的一端与市电电源相连，另一端与负载相连，主路静态开关Ka的一端与市电电源相连，并联变流器II’的交流输入输出端分别与主路静态开关Ka的另一端以及补偿变压器Tr’的一次侧绕组的一端相连，并联变流器II’的直流输入输出端以及所述串联变流器I’的直流输入输出端接所述蓄电池B’的正极，蓄电池B’的负极接地，所述串联变流器I’的交流输入输出端与所述补偿变压器Tr’的二次侧绕组构成回路，补偿变压器Tr’的一次侧绕组的另一端与负载相连。结合图2所示，对于功率容量不大的UPS系统，两个变流器内部的开关器件最好为IGBT开关器件，这样有助于降低开关损耗，进一步提高系统运行效率。

本实施例的新型串并联变换型UPS工作原理如下：

一、市电工作时

市电正常时，本实施例的新型串并联变换型UPS工作在电池充电、无功补偿和有源滤波/有源逆变状态，并联变流器II’工作在电流源模式，串联变流器I’工作在电压源模式。两个变流器均为高频PWM调制方式。在这种情况下，主路静态开关Kb闭合，串联变流器I’相当于一个受控电压源，用来控制负载上的电压为稳定纯净的正弦波电压，并且市电和系统输出之间的电压差由串联变流器I’补偿。其中，串联变流器I’对负载电压稳定的补偿，先采用波形瞬时值比较法来检测电压的波动和谐波，得到调制波的指令信号，然后对其进行PWM控制，使负载上的电压为稳定纯净的正弦电压。并联变流器II’相当于一个受控电流源，用来稳定直流侧的电压，提供负载所需的无功与谐波电流。

如图4所示，当市电电压高于额定电压时(以市电电压高于额定电压15％为例说明)，从能量传输的角度来说，串联变流器I’工作在电压源整流状态，起降压作用，维持负载电压为额定值；并联变流器II’工作在电流源逆变状态，用来维持直流侧电压稳定和能量的平衡。而当UPS出现故障和进行维护时，这时旁路静态开关Ka闭合，负载由市电直接供电。

如图5所示，当市电电压低于额定电压时(以市电电压低于额定电压15％为例说明)，串联变流器I’工作在电压源逆变状态，补偿市电电压与额定电压之差，维持输出电压为额定值；并联变流器II’仍工作在电流源整流状态，用来稳定直流侧的电压。

二、市电停电时

当市电停电时，如图6所示，为本实施例的新型串并联变换型UPS等效电路，原来工作在电流源状态的并联变流器II’自动转入电压源工作状态，而串联变流器I’依然工作在电压源状态，两变流器的输出电压串联后共同向负载供电。在市电停电时，并联变流器II’输出50Hz的低频脉冲波电压，串联变流器I’输出补偿电压波形，向负载输出的总电压为两变流器输出电压之和，合成波形为正弦波，也就是说，虽然并联变流器II’输出的波形中含有一定的高次谐波，但串联变流器I’的输出电压把谐波抵消(补偿)掉了，因此向负载输出的总电压为纯净正弦波。此时，等效电路的能令流通图如图7所示，市电输出功率为0，并联变流器II’和串联变流器I’合成输出功率为100％。

在这种情况下，本实施例的新型串并联变换型UPS与现有的串并联UPS系统相比，有以下优点：

并联变流器II’输出50Hz的低频脉冲波电压，其功率器件在一个工频周期内只开关一次，大大降低了开关损耗，而系统的输出功率大部分就是由并联变流器II’承担；同时，尽管输出补偿波电压的串联变流器I’开关频率比较高，但串联变流器I’只承担系统输出功率的一小部分，因此，总的开关损耗还是比较小的，这样便提高了系统的整体效率。另外，本实施例的新型串并联变换型UPS改变了现有串并联型UPS系统中当市电停电时，只有并联变流器向负载提供100％的功率的缺点，从而提高了串联变流器的利用率，减轻了并联变流器的负担，提高了系统的负载能力。

此外，本实施例的新型串并联变换型UPS还可以实现可再生能源发电并网。当直流侧蓄电池B’存在外部直流电能输入时，(比如将燃料电池或者太阳能电池接入UPS系统的直流侧)，那么，在市电停电的情况下，直流侧蓄电池B’可继续向负载供电；而在市电供电正常时，由于并联变流器II’可实现有功电网回馈，因此可实现将UPS与再生能源发电并网合并为一个整体，拓展了UPS的功能。

以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种新型串并联变换型UPS，包括主路静态开关（Ka）、旁路静态开关（Kb）、补偿变压器（Tr’）、并联变流器（II’）、串联变流器（I’）和蓄电池（B’），所述旁路静态开关（Kb）的一端与市电电源相连，另一端与负载相连，其特征在于，所述主路静态开关（Ka）的一端与所述市电电源相连，所述并联变流器（II’）的交流输入输出端分别与所述主路静态开关（Ka）的另一端以及所述补偿变压器（Tr’）的一次侧绕组的一端相连，所述并联变流器（II’）的直流输入输出端以及所述串联变流器（I’）的直流输入输出端接所述蓄电池（B’）的正极，所述蓄电池（B’）的负极接地，所述串联变流器（I’）的交流输入输出端与所述补偿变压器（Tr’）的二次侧绕组构成回路，所述补偿变压器（Tr’）的一次侧绕组的另一端与所述负载相连。

2.根据权利要求1所述的新型串并联变换型UPS，其特征在于，所述并联变流器（II’）是其内部的开关器件为IGBT开关器件的并联变流器。

3.根据权利要求1所述的新型串并联变换型UPS，其特征在于，所述串联变流器（I’）是其内部的开关器件为IGBT开关器件的串联变流器。