CN203674793U - 在线式工频不间断电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种在线工频不间断电源。所述在线工频不间断电源包括市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元、蓄电池单元以及逆变器，其中，光伏电能输入单元用于将光伏阵列输入的直流电经变换后传输到所述逆变器；风力发电电能输入单元用于将风力发电产生的交流电经过整流和变换后传输到所述逆变器。本实用新型利用光伏阵列和风能发电机产生的电能对负载供电，保证在市电长时间处于断电状态下对负载的有效供电。
Description
技术领域
本实用新型涉及不间断电源技术领域，尤其涉及一种在线式工频不间断电源。
背景技术
不间断电源（Uninterrupted power supply,UPS）包括主机和蓄电池两部分；按照工作方式可分为后备式不间断电源和在线式不间断电源。在线式不间断电源在市电供电正常时将市电交流电转换成直流电，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电重新变成交流电源为负载供电，一旦市电中断，立即改为蓄电池逆变器对负载供电。因此，在线式工频不间断电源输出的是与市电网络完全隔离的纯净的正弦波电源，大大改善了供电的品质，保护了负载安全有效的工作。
图1是现有技术中不间断电源的电路模块图。参见图1，现有的在线式工频不间断电源包括市电输入端101、市电整流器102、蓄电池103、充电控制器104、逆变器105、输出隔离变压器106、输出端107、维修旁路108以及静态旁路109。可见，现有的在线式工频不间断电源的电能来源只有市电输入。这样一来，如果市电输入端长时间处于断电状态，或者在线式工频不间断电源的负载有点功率较大，则在线式工频不间断电源难以保证在市电断电期间对负载的稳定供电。
实用新型内容
本实用新型实施例提出一种在线工频不间断电源，以利用光伏阵列和风能发电机产生的电能保证对负载的供电。
本实用新型实施例提供了一种在线式工频不间断电源，包括：市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元、蓄电池单元以及逆变器，其中，
市电输入单元用于将输入的交流市电转换为直流电并传输到所述逆变器；
光伏电能输入单元用于将光伏阵列输入的直流电经变换后传输到所述逆变器；
风力发电电能输入单元用于将风力发电产生的交流电经过整流和变换后传输到所述逆变器；
逆变器用于将接收到的直流电转换为交流电并提供给负载；
蓄电池单元用于在提供给负载的电能有盈余时将盈余的电能进行存储，并在所述市电输入单元、光伏电能输入单元和风力发电电能输入单元中至少一个有异常时为所述负载提供电能。
本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源通过增加光伏电能输入单元和风力发电电能输入单元，利用光伏阵列和风能发电机产生的电能对负载供电，保证在市电长时间处于断电状态下对负载的有效供电。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是现有技术中不间断电源的电路模块图；
图2是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的电路模块图；
图3是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的蓄电池充电时的信号流向图；
图4是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的市电输入单元异常时的信号流向图；
图5是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的光伏电能输入单元异常时的信号流向图；
图6是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的风力发电电能输入单元异常时的信号流向图；
图7是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的输入单元都异常时的信号流向图；
图8是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的电路拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
图2是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的电路模块图。参见图2，所述在线式工频不间断电源包括：市电输入端201、市电整流器202、光伏输入端203、第一降压电路204、风力电能输入端205、整流电路206、第二降压电路207、功率因数校正电路208、蓄电池209、充电控制器210、逆变器211、输出隔离变压器212、输出端213、维修旁路214以及静态旁路215。
在所述在线式工频不间断电源中，由市电输入端201和市电整流器202组成了市电输入单元。交流市电由所述市电输入端201输入后，由市电整流器202进行整流，变换为直流电能，再输入至后面的电路模块。
光伏输入端203和第一降压电路204共同组成了光伏电能输入单元。光伏阵列产生的电能由光伏输入端203输入后，由第一降压电路204进行降压变换。
风力电能输入端205、整流电路206和第二降压电路207共同组成了风力发电电能输入单元。由风力发电机产生的交流电从风力电能输入端205输入后，由整流电路206整流成为直流电，再由第二降压电路207进行降压。
将由三个输入单元输入的电能，以及由蓄电池输出的电能输出至负载之前需要由功率因数校正电路208进行功率因数校正。经过功率因数校正电路208的处理以后，由市电输入单元、光伏电能输入单元以及风力电能输入单元输入的电能，或者由蓄电池输出的电能的功率因数得到校正，使得输入的电能的有效利用率得到提高。
蓄电池209和充电控制器210共同组成了蓄电池单元。所述蓄电池单元用于在提供给负载的电能有盈余时将盈余的电能进行存储，并在所述市电输入单元、光伏电能输入单元和风力发电电能输入单元中至少一个有异常时为所述负载提供电能。所述市电输入单元、光伏电能输入单元和风力发电电能输入单元异常是所述市电输入单元、光伏电能输入单元和风力发电电能输入单元出现故障，或者其供给的电能不足的情况。
所述蓄电池单元包括蓄电池209和充电控制器210。所述蓄电池209用于在所述充电控制器的控制下将电能存储，或者将存储的电能输出充电控制器，用于根据市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元的工作情况控制对蓄电池的充电或者放电。所述充电控制器210用于根据市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元的工作情况控制是否对蓄电池充电。
逆变器211将经过功率因数校正的直流电转换为交流电。将在线式工频不间断电源内部的直流电转换成交流电后，经由输出隔离变压器212的隔离变压，通过输出端213将转换得到的稳定交流电输出给在线式工频不间断电源的负载。
在线式工频不间断电源还包括维修旁路214和静态旁路215。维修旁路214主要在对在线式工频不间断电源维修和监测时使用。静态旁路215是在在线式工频不间断电源有故障时使用的部件。当在线式工频不间断电源由于内部故障不能为负载提供交流电源时，由静态旁路215为负载提供工频电源。
图3是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的蓄电池充电时的信号流向图。参见图3，当所述市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元都处于正常工作状态，没有出现异常时，提供给负载的电能有盈余，充电控制器210对蓄电池209进行充电。
图4是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的市电输入单元异常时的信号流向图。参见图4，当市电输入单元出现异常，即市电输入单元出现故障，或者市电输入单元输入的电能不足时，光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元和蓄电池单元共同为负载供电。此时，充电控制器210不对蓄电池209进行充电。
图5是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的光伏电能输入单元异常时的信号流向图。参见图5，当光伏电能输入单元出现异常，即光伏电能输入单元出现故障，或者光伏电能输入单元输入的电能不足时，市电输入单元、风力发电电能输入单元和蓄电池单元共同为负载供电。此时，充电控制器210不对蓄电池209充电。
图6是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的风力发电电能输入单元异常时的信号流向图。参见图6，当风力发电电能输入单元出现异常，及风力发电电能输入单元出现故障，或者风力发电电能输入单元输入的电能不足时，市电输入单元、光伏电能输入单元和蓄电池单元共同为负载供电。此时，充电控制器210依然不对蓄电池209供电。
图7是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的输入单元都异常时的信号流向图。参见图7，当市电输入单元、光伏电能输入单元以及风力发电电能输入单元都出现异常，及上述三者都出现故障或者输入的电能不足时，蓄电池单独为负载供电。此时，充电控制器210仍然不对蓄电池209供电。
图8是本实用新型实施例提供的在线式工频不间断电源的电路拓扑图。参见图8，交流市电从市电输入端AC INPUT输入。交流市电输入后，经由四个整流晶闸管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4进行整流，变换成为直流电。
由光伏阵列输入的电能本身就是直流电。因此，不需要对光伏输入端PVINPUT输入的电流进行整流。但是，为了避免光伏阵列输入的电能的功率过低，需要对由光伏阵列输入的直流电进行降压直流-直流变换。
参见图8，第四电容器C4、第五电容器C5、第六开关管K6、第七开关管K7、第二二极管D2、第三二极管D3、第二电感器L2以及第六电容器C6共同组成了第一降压电路。所述第一降压电路用于对由光伏阵列输入的直流电进行降压直流-直流变换。当从光伏输入端PV INPUT输入的电压为高电平时，第二二极管D2和第三二极管D3关断，流经第二电感L2的电流逐渐增大。当从光伏输入端PV INPUT输入的电压为低电平时，第二二极管D2和第三二极管D3导通，流经第二电感L3的电流逐渐降低。这样就完成了对由光伏输入端输入的电压的降压直流-直流变换。
由风力发电机输入的电流是交流电，因此需要对由风力电能输入端WINDINPUT输入的电压进行整流，再进行降压变换。整流电路用于对从风力电能输入端WIND INPUT输入的电能进行整流。所述整流电路包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7。
第二降压电路用于对由风力电能输入端WIND INPUT输入的电压进行降压直流-直流变换。所述第二降压电路包括：第七电容器C7、第八电容器C8、第八开关管K8、第九开关管K9、第八二极管D8、第九二极管D9、第三电感器L3以及第九电容器C9。
第一电容器C1、第一电感器L1、第一开关管K1、第一二极管D1和第二电容器D2共同组成了功率因数校正电路。当第一开关管K1导通时，第一电感器L1蓄能；当第一开关管K1关断时，第一电感器L1将储存的能量通过第一二极管D1释放到第二电感器C2。所述功率因数校正电路是升压型功率因数校正电路。而且，所述第一开关管K1是绝缘栅双极型晶体管。
第十电容器C10、第十二极管D10、第十一电容器C11、第十开关管K10以及第四电感器共同组成了充电控制器。当功率因数校正电路输出的直流电压较高时，所述充电控制器利用由所述功率因数校正电路输出的直流电压对所述蓄电池充电；当功率因数校正电路输出的直流电压处于低电平时，所述充电控制器不对与蓄电池连接端子BAT+，BAT-相连接的蓄电池充电。
第一开关RELAY1以及第五晶闸管SCR5共同组成了蓄电池的供电电路。与所述充电控制器相同，蓄电池的供电电路也连接至所述蓄电池连接端子BAT+,BAT-。通过蓄电池的供电电路，蓄电池可以将自身存储的电能提供给负载。
第二开关管K2、第三开关管K3、第四开关管K4以及第五开关管K5共同组成了逆变器。经过逆变器的处理，输入的直流电压被转换为交流电压。其中，第二开关管K2、第三开关管K3、第四开关管K4以及第五开关管K5是绝缘栅双极型晶体管。
输出隔离变压器TRANS用于对输入的交流电压进行隔离变压。在线式工频不间断电源通过输出隔离变压器TRANS实现了输出单元和输入单元的有效隔离。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种在线式工频不间断电源，其特征在于，包括：市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元、蓄电池单元以及逆变器，其中，
市电输入单元用于将输入的交流市电转换为直流电并传输到所述逆变器；
光伏电能输入单元用于将光伏阵列输入的直流电经变换后传输到所述逆变器；
风力发电电能输入单元用于将风力发电产生的交流电经过整流和变换后传输到所述逆变器；
逆变器用于将接收到的直流电转换为交流电并提供给负载；
蓄电池单元用于在提供给负载的电能有盈余时将盈余的电能进行存储，并在所述市电输入单元、光伏电能输入单元和风力发电电能输入单元中至少一个有异常时为所述负载提供电能。
2.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述市电输入单元包括：
市电输入端，用于输入交流市电；
市电整流器，与所述市电输入端连接，用于将从所述市电输入端输入的交流市电整流为直流电。
3.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述光伏电能输入单元包括：
光伏电能输入端，用于输入光伏阵列产生的直流电；
第一降压BUCK变换电路，与所述光伏电能输入端连接，用于对输入的光伏阵列产生的直流电进行降压直流-直流变换。
4.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述风力发电电能输入单元包括：
风力电能输入端，用于输入风力发电机产生的电能；
整流电路，与所述风力电能输入端连接，用于对从所述风力电能输入端输入的交流电能进行整流；
第二降压BUCK变换电路，与所述整流电路连接，用于对整流后的直流电进行降压直流-直流变换。
5.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述蓄电池单元包括：
充电控制器，用于根据市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元的工作情况控制是否对蓄电池充电；
蓄电池，与所述充电控制器连接，用于在所述充电控制器的控制下将电能存储，或者将存储的电能输出。
6.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述在线式工频不间断电源还包括输出隔离变压器，所述输出隔离变压器与所述逆变器连接，用于对逆变器产生的交流电进行隔离变压后输出至负载。
7.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述在线式工频不间断电源还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路与市电输入单元、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元以及蓄电池单元连接，用于对由市电整流器、光伏电能输入单元、风力发电电能输入单元以及蓄电池单元输入的直流电进行功率因数校正。
8.根据权利要求7所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，所述功率因数校正电路是升压BOOST型功率因数校正电路。
9.根据权利要求1所述的在线式工频不间断电源，其特征在于，还包括：
维修旁路，用于在对所述在线式工频不间断电源进行维修时为负载提供电源；
静态旁路，用于在所述在线式工频不间断电源出现故障时为负载提供电源。
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