CN204928343U - 一种用于智能电网的hvdc不间断供电系统 - Google Patents

Abstract

一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，包括HVDC不间断供电电源，所述HVDC不间断供电电源分别连接事故照明模块、主机模块、电能计费模块以及火灾监测模块；显示器模块分别连接UPS不间断供电电源与主机模块；HVDC不间断供电电源包括：第一电源AC1与第二电源AC2，第一电源AC1依次通过第一整流器与正向导通的二极管D1连接输出端；第二电源AC2依次通过第二整流器与正向导通的二极管D2连接输出端；二极管D2的阳极连接蓄电池E1的正极，蓄电池E1的负极接地。其不仅能够有效提高不间断电源的供电可靠性，而其能够解决设备本身因电磁干扰产生的不稳定情况。

Description

一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统

技术领域

本实用新型涉及不间断供电系统，尤其涉及一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统。

背景技术

目前对于供电中断后，会造成重大经济损失、甚至安全事故的用电设备，为提高供电的可靠性，常用的作法是在用电设备与电源之间，增加一个UPS不间断电源。在国家电网公司输变电工程或者大型石油、化工企业等变电站设计过程中，为保证变电站内电气设备在所用变出现故障发生停电的情况下仍能在一定时间内稳定可靠运行，在站用电源与站内电气设备之间配置UPS交流不间断电源。尽管由公司进行统一招标采购的UPS电源都是国内知名厂家制造的名牌产品，但通过近些年的运行，因UPS电源故障导致变电站电气设备失去保护的情况时有发生。为减少UPS不间断电源故障造成的经济损失和安全事故，需要找到一个比UPS不间断电源更可靠的电源，而且随着特高压电网的建设，为避免电磁干扰变电站内设备需要对不间断电源供电方法进行重新设计。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统。其不仅能够有效提高不间断电源的供电可靠性，而其能够解决设备本身因电磁干扰产生的不稳定情况。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，包括HVDC不间断供电电源、事故照明模块、微机监控模块、电能计费模块与火灾检测模块；所述微机监控模块包括主机模块与显示器模块；所述HVDC不间断供电电源分别连接事故照明模块、主机模块、电能计费模块以及火灾监测模块；所述显示器模块分别连接UPS不间断供电电源与主机模块；HVDC不间断供电电源包括：第一电源AC1与第二电源AC2，所述第一电源AC1依次通过第一整流器与正向导通的二极管D1连接输出端；所述第二电源AC2依次通过第二整流器与正向导通的二极管D2连接输出端；所述二极管D2的阳极连接蓄电池E1的正极，蓄电池E1的负极接地；UPS不间断供电电源包括：第一电源AC1与第二电源AC2，所述第一电源AC1通过开关K1连接显示器模块，所述第二电源AC2依次经过第三整流器，逆变器，开关K2连接显示器模块，所述第三整流器与逆变器之间的节点通过蓄电池E2接地。

所述HVDC不间断供电电源包括不间断供电电路与续流电路，所述续流电路的电路结构是：所述不间断供电电路的输出端依次通过开关K3，反相连接的二极管D3，电容C2，开关K4接地，所述二极管D3并联连接电阻R，所述二极管D3与开关K3之间的节点为HVDC不间断供电电源的正极，HVDC不间断供电电源的负极接地。

所述事故照明模块包括与HVDC不间断供电电源连接的第一高频逆变器，所述第一高频逆变器的一个输出端通过电感L1连接节能灯的第1引脚，所述第一高频逆变器的另一个输出端连接节能灯的第2引脚，节能灯的第3引脚与第4引脚之间连接电容C1。

所述主机模块的电路结构包括：与HVDC不间断供电电源连接的第二高频逆变器，所述第二高频逆变器通过变压器连接整流滤波稳压器，整流滤波稳压器连接主机模块。

所述HVDC不间断供电电源通过DC-DC转换电路给电能计费模块与火灾监控模块供电，所述DC-DC转换电路为单输入多输出的DC-DC转换电路。

所述DC-DC转换电路的结构包括：所述HVDC不间断供电电源的正极依次通过开关S、电感L以及开关S0接地，所述HVDC不间断供电电源的负极接地，所述开关S与电感L之间的节点通过反向连接的二极管D4接地，所述开关S0与电感L之间的节点处连接有若干条支路，所述支路由一个电容与一个电阻并联连接而成，所述支路分别通过反馈回路连接PWM控制器，所述PWM控制器控制开关S，S0，S1直至Sn的关断与导通。

本实用新型的有益效果为：

1、直流电源代替UPS不间断电源，能极大地提高自动控制系统用电的可靠性，减少因电源故障造成的经济损失和安全事故。同时，直流电源比UPS不间断电源结构简单、成本低、维修方便。因此，直流电源代替UPS不间断电源，将给石油、化工企业创造极大的经济效益。

2、直流电源代替UPS不间断电源是一个系统工程，它涉及到仪表、计算机、自动控制系统等各个方面，如漏掉一个环节，就有可能造成全部改造工作的失败。因此，采用单输入多输出DC-DC变换电路对整个系统进行供电，既能保证了仪器仪表的安全电压需求，同时，由于采用单输入多输出DC-DC变换电路简便了电压变换器的结构，方便了布线，同时满足多种不同电压的需求。

3、采用单输入多输出DC-DC变换电路，采用PWM控制器控制，同时引入反馈回路，这保证了整个电路的稳定性。保证了整个系统的供电安全性。

4、本实用新型所述的技术方案不存在波形、相位、频率的差异。两个直流电源通过二极管隔离后，就可以直接并联，共同向负载供电。这样，无论哪个电源(无论是直流电或交流电)供电中断或故障，另一个电源均会自动地、无间断地、相对独立地向用电负载供电。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图；

图2UPS不间断电源结构示意图；

图3HVDC不间断供电电源结构示意图；

图4续流电路结构示意图。

图5事故照明模块电路结构示意图；

图6主机模块的电路结构示意图；

图7DC-DC转换电路。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，包括HVDC不间断供电电源、事故照明模块、微机监控模块、电能计费模块与火灾检测模块；微机监控模块包括主机模块与显示器模块；HVDC不间断供电电源分别连接事故照明模块、主机模块、电能计费模块以及火灾监测模块；显示器模块分别连接UPS不间断供电电源与主机模块；HVDC不间断供电电源包括：第一电源AC1与第二电源AC2，第一电源AC1依次通过第一整流器与正向导通的二极管D1连接输出端；第二电源AC2依次通过第二整流器与正向导通的二极管D2连接输出端；二极管D2的阳极连接蓄电池E1的正极，蓄电池E1的负极接地；UPS不间断供电电源包括第一电源AC1与第二电源AC2，第一电源AC1通过开关K1连接显示器模块，第二电源AC2依次经过第三整流器，逆变器，开关K2连接显示器模块。第三整流器与逆变器之间的节点通过蓄电池E2接地。

UPS不间断电源与直流电源相比，增加了逆变环节，而逆变器的电路结构要比整流器复杂数倍以上。同时，逆变的功率元件—大功率三极管工作在开关状态，要承受换流时的过电压和功率损耗。尽管逆变器用功率元件的反向耐电压要比直流电源功率元件高数倍，其它元器件的选择也要比直流电源严格得多，UPS不间断电源总成本是同等容量直流电流的数倍以上。但由于上述原因，UPS不间断电源的安全可靠系数远不及直流电源。

对于UPS不间断电源结构如图3所示：当AC1电源中断或整流器损坏时，可以由电池E2通过逆变器继续向用电负载供电；但如出现电池、逆变器损坏，AC1停电时间过长(超过电池放电容量)等现象时，UPS电源就会停止向负载供电。由于逆变器输出电压存在着波形、相位、频率等方面的差异，使得逆变器的输出端不能与其它电源(包括其它逆变电源)并联。即：在K1开关断开之前，K2开关不能合，否则将使事故进一步扩大。此时，如要恢复负载的供电，必须先断开K1开关，再投入K2开关，才能使负载实现接入备用电源的操作。UPS不间断电源不能自动地、不间断地从一个电源切换到另一个电源上，使UPS不间断电源做不到真正意义的“不间断供电”，不能满足特殊负载对供电高可靠性的要求。而直流电源如图2所示，它不存在波形、相位、频率的差异。两个直流电源通过二极管隔离后，就可以直接并联，共同向负载供电。这样，无论哪个电源(无论是直流电或交流电)供电中断或故障，另一个电源均会自动地、无间断地、相对独立地向用电负载供电。用电负载由于由两个相对独立的电源同时地、互为备用地供电，使用电负载获得了真正意义的“不间断”电源，从而进一步提高了供电的可靠性，减少因系统失电造成的经济损失。

由于直流电没有电流、电压的过零点；并且供电线路存在着电感，因此开关的断流能力有所降低。对于工作电流较大的线路，应增加开关的容量或增加一个如图(5)所示的续流环节，以满足开关断流能力的需要。

如图4所示，HVDC不间断供电电源包括不间断供电电路与续流电路，所述续流电路的电路结构是：不间断供电电路的输出端依次通过开关K3，反相连接的二极管D3，电容C2，开关K4接地，二极管D3并联连接电阻R，二极管D3与开关K3之间的节点为HVDC不间断供电电源的正极，HVDC不间断供电电源的负极接地。

如图5所示，事故照明模块包括与HVDC不间断供电电源连接的第一高频逆变器，第一高频逆变器的一个输出端通过电感L1连接节能灯的第1引脚，另一个输出端连接节能灯的第2引脚，节能灯的第3引脚与第4引脚之间连接电容C1。

对于白炽灯等电阻性照明灯具，只要直流电压的有效值与交流电压相同，直流电源就可以不经任何改造地代替交流电源供这些负载使用。

对于气体放电照明灯具，如日光灯、水银灯等，常用工频电抗器(镇流器)作为限流元件。由于电抗器不能限制直流电流，因此，不能将直流电源接在这些灯具中使用。但随着电子技术的发展，人们实用新型了电子镇流器和节能灯。电子镇流器和节能灯的电路结构如图5所示，它是将220V交流电不通过工频变压器，直接整流滤波变成直流电；直流电通过三极管逆变成高频的交流电；交流电通过LC串联谐振电路在灯管两端产生一个高电压，使灯管两极之间放电，达到启动灯管的目的；灯管启动后，由高频电抗器限制流过灯管的电流。电子镇流器与传统的镇流器相比，具有无频闪、无噪声、体积小、重量轻、节能和能实现低电压启动等优点。如是电子镇流器或节能灯，在整流滤波前加上220V交流或直流电压，经整流后的直流电压基本相同，并且不影响高频逆变的效果。因此，使用电子镇流器或节能灯的灯具，可以接在220V直流电源上。使用工频镇流器的气体放电灯具，只有将工频镇流器换成电子镇流器后，才能将灯具接在220V的直流电源上。

如图6所示，主机模块的电路结构示意图包括：与HVDC不间断供电电源连接的第二高频逆变器，第二高频逆变器通过变压器连接整流滤波稳压器，整流滤波稳压器连接主机模块。

微型计算机主机所用稳压电源均采用开关型稳压电源，它的常用结构如图6所示：它是将交流电不通过工频变压器，整流成直流电；直流电通过逆变，变成高频的交流电；高频的交流电通过高频变压器隔离、整流稳压变成微机装置使用的低压直流电源。它是通过改变开关三极管的导通时间或开关频率达到稳压的目的。开关型稳压电源与串联型稳压电源比较，具有：体积小、效率高、无工频变压器、允许电源电压有较大的波动范围等优点。同电子镇流器一样，微机主机电源可以接在220V直流电源上。

计算机显示器内的元件，除消磁线圈、消磁电阻使用交流电源外，其它元件均使用经开关稳压电源稳压后的直流电。其中，消磁的过程是：开机时，由于消磁电阻温度同室温，电阻很小(约20Ω)，在消磁线圈内产生强大的交流电流(5—10A)。这个电流一方面，使消磁电阻发热，电阻逐步增大到20—100KΩ左右，电流逐步减少到2—10mA；另一方面，逐步减少的交流电流，产生一个逐步减少的交变磁场，消除显像管内的剩磁。如消磁回路接在直流电源上，会使显像管单向磁化而损坏。因此，对显示器我们可以采取两种办法对其进行改造。第一种方法是：将显示器接在UPS不间断供电电源上，当显示器正在使用的交流电源断电时，备用电源能在短时内自动投入。由于显示器只是作为人机交换的一个界面，它短时断电不会造成微机内的数据丢失、更不会影响生产装置的安全运行。用这种方法改造显示器，优点是可以不改变显示器内的任何接线，缺点是当显示器正在使用的交流电源断电时，会造成显示器短暂失电。第二种方法是：将显示器的消磁线圈和消磁电阻单独引出，将显示器其它回路接在220V直流电源上。当显示器需要消磁时，将消磁线圈和消磁电阻短暂接入交流电源即可。

HVDC不间断供电电源通过DC-DC转换电路给电能计费模块与火灾监控模块供电，如图7所示，DC-DC转换电路的结构包括：HVDC不间断供电电源的正极依次通过开关S、电感L以及开关S0接地，HVDC不间断供电电源的负极接地，开关S与电感L之间的节点通过反向连接的二极管D4接地，开关S0与电感L之间的节点处连接有若干条支路，支路由一个电容与一个电阻并联连接而成。支路分别通过反馈回路连接PWM控制器，PWM控制器控制开关S，S0，S1直至Sn的关断与导通。

DC-DC转换电路输出n个电压，其中n为正整数。同时满足电能计费模块与火灾监控模块中所需仪器仪表的电源需求。同时采用了单个电感完成多个电压的输出，结构简单，成本低。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，其特征是，包括HVDC不间断供电电源、事故照明模块、微机监控模块、电能计费模块与火灾检测模块；所述微机监控模块包括主机模块与显示器模块；所述HVDC不间断供电电源分别连接事故照明模块、主机模块、电能计费模块以及火灾监测模块；所述显示器模块分别连接UPS不间断供电电源与主机模块；HVDC不间断供电电源包括：第一电源AC1与第二电源AC2，所述第一电源AC1依次通过第一整流器与正向导通的二极管D1连接输出端；所述第二电源AC2依次通过第二整流器与正向导通的二极管D2连接输出端；所述二极管D2的阳极连接蓄电池E1的正极，蓄电池E1的负极接地；UPS不间断供电电源包括：第一电源AC1与第二电源AC2，所述第一电源AC1通过开关K1连接显示器模块，所述第二电源AC2依次经过第三整流器，逆变器，开关K2连接显示器模块，所述第三整流器与逆变器之间的节点通过蓄电池E2接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，其特征是，所述HVDC不间断供电电源包括不间断供电电路与续流电路，所述续流电路的电路结构是：所述不间断供电电路的输出端依次通过开关K3，反相连接的二极管D3，电容C2，开关K4接地，所述二极管D3并联连接电阻R，所述二极管D3与开关K3之间的节点为HVDC不间断供电电源的正极，HVDC不间断供电电源的负极接地。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，其特征是，所述事故照明模块包括与HVDC不间断供电电源连接的第一高频逆变器，所述第一高频逆变器的一个输出端通过电感L1连接节能灯的第1引脚，所述第一高频逆变器的另一个输出端连接节能灯的第2引脚，节能灯的第3引脚与第4引脚之间连接电容C1。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，其特征是，所述主机模块的电路结构包括：与HVDC不间断供电电源连接的第二高频逆变器，所述第二高频逆变器通过变压器连接整流滤波稳压器，整流滤波稳压器连接主机模块。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，其特征是，所述HVDC不间断供电电源通过DC-DC转换电路给电能计费模块与火灾监控模块供电，所述DC-DC转换电路为单输入多输出的DC-DC转换电路。

6.根据权利要求5所述的一种用于智能电网的HVDC不间断供电系统，其特征是，所述DC-DC转换电路的结构包括：所述HVDC不间断供电电源的正极依次通过开关S、电感L以及开关S0接地，所述HVDC不间断供电电源的负极接地，所述开关S与电感L之间的节点通过反向连接的二极管D4接地，所述开关S0与电感L之间的节点处连接有若干条支路，所述支路由一个电容与一个电阻并联连接而成，所述支路分别通过反馈回路连接PWM控制器，所述PWM控制器控制开关S，S0，S1直至Sn的关断与导通。