CN206422588U - 主电路和双t型三电平的串并联补偿式ups电源装置 - Google Patents

主电路和双t型三电平的串并联补偿式ups电源装置 Download PDF

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陈晓明
郭清国
肖健健
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Abstract

本实用新型提供了一种主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，其中，主电路包括种主电路包括：主路、双向变压器组、三相T型三电平整流器、三相T型三电平逆变器和直流母线；其中，主路包括：第一相火线、第二相火线、第三相火线和零线；三相T型三电平整流器通过双向变压器组串联在主路上；三相T型三电平逆变器并联在主路上；三相T型三电平整流器和三相T型三电平逆变器通过直流母线并联连接。通过将由IGBT模块组成的三相T型三电平双向转换器应用于主电路，又将上述主电路应用于串并联补偿式UPS电源装置中，实现了输入功率因数的提高，使得上述UPS电源装置向负载提供较纯净稳定的电能。

Description

主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置。
背景技术
不间断电源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply；简称：UPS电源)主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS电源作为稳压器将市电稳压后供应给负载使用，并同时它向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS电源立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
目前UPS电源中，常用的主电路结构分为两种主要电路结构方式：不可控整流器与两电平三相逆变器组合、可控整流器与三相桥式两电平逆变组合，其中，不可控整流器通过二极管整流，可控整流器通过可控硅整流。
然而，现有的UPS电源输入电流谐波大，输入功率因数低，严重影响电网质量。
实用新型内容
本实用新型提供一种主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，用以解决现有UPS电源中输入功率因数低的问题。
本实用新型一方面包括：一种主电路，包括：
主路、双向变压器组、三相T型三电平整流器、三相T型三电平逆变器和直流母线；其中，上述主路包括：第一相火线、第二相火线、第三相火线和零线；上述三相T型三电平整流器通过上述双向变压器组串联在上述主路上；上述三相T型三电平逆变器并联在上述主路上；上述三相T型三电平整流器和上述三相T型三电平逆变器通过上述直流母线并联连接。
上述双向变压器组为双向励磁变压器，包括：第一双向变压器、第二双向变压器和第三双向变压器，分别串联在上述第一相火线、上述第二相火线和上述第三相火线上。
上述直流母线包括：正母线、负母线和中性线，上述正母线用于连接上述三相T型三电平整流器与上述三相T型三电平逆变器的正极，上述负母线用于连接上述三相T型三电平整流器与上述三相T型三电平逆变器的负极，上述直流母线的中性线N’连接至上述零线上。
上述主电路还包括：输入滤波电路；
上述输入滤波电路包括：第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路；上述第一滤波电路、上述第二滤波电路和上述第三滤波电路的第一端与上述主电路的输入端相连；上述第一滤波电路、上述第二滤波电路和上述第三滤波电路的第二端均与上述零线连接；上述第一滤波电路、上述第二滤波电路和上述第三滤波电路的第三端分别通过上述第一相火线、上述第二相火线、上述第三相火线连接与上述第一双向变压器、上述第二双向变压器和上述第三双向变压器相连。
上述主电路，还包括：输出滤波电路；
上述输出滤波电路包括：第四滤波电路、第五滤波电路和第六滤波电路；上述第四滤波电路、上述第五滤波电路和上述第六滤波电路的第一端与上述三相T型三电平逆变器的中点相连；上述第四滤波电路、上述第五滤波电路和上述第六滤波电路的第二端均与上述零线连接；上述第四滤波电路、上述第五滤波电路和上述第六滤波电路的第三端与上述主电路的输出端相连。
上述输入滤波电路与输出滤波电路均为LC电路。
上述三相T型三电平整流器为串联型三相T型三电平双向变换器；上述三相T型三电平逆变器为并联型三相T型三电平双向变换器。
本实用新型另一方面还包括：一种双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，包括如上述的主电路。
本实用新型提供了一种主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，其中，主电路包括种主电路包括：主路、双向变压器组、三相T型三电平整流器、三相T型三电平逆变器和直流母线；其中，主路包括：第一相火线、第二相火线、第三相火线和零线；三相T型三电平整流器通过双向变压器组串联在主路上；三相T型三电平逆变器并联在主路上；三相T型三电平整流器和三相T型三电平逆变器通过直流母线并联连接。通过将由IGBT模块组成的三相T型三电平双向转换器应用于主电路，又将上述主电路应用于串并联补偿式UPS电源装置中，实现了输入功率因数的提高，使得上述UPS电源装置向负载提供较纯净稳定的电能。
附图说明
图1为本实用新型主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置实施例一的主电路结构示意图。
附图标记说明：
Lin1、Lin2、Lin3：输入端； Lo1、Lo2、Lo3：输出端；
Ls1、Cs1：第一滤波电路； Ls2、Cs2：第二滤波电路；
Ls3、Cs3：第三滤波电路； Le1、Ce1：第四滤波电路；
Le2、Ce2：第五滤波电路； Le3、Ce3：第六滤波电路；
Tra：第一双向变压器； Trb：第二双向变压器；
Trc：第三双向变压器； N：零线；
Vdc1、Vdc2：直流电源； Bus+：直流母线的正母线；
Bus-：负母线直流母线的； N’：直流母线的中性线；
Cdc1、Cdc2：滤波电容器；
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12：三相T型三电平整流器中的IGBT模块；
Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18、Q19、Q20、Q21、Q22、Q23、Q24：三相T型三电平逆变器中的IGBT模块；
M1、M2、M3：三相T型三电平整流器的中点；
M4、M5、M6：三相T型三电平逆变器的中点。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和/或“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实用新型通过将由IGBT模块组成的三相T型三电平双向转换器应用于主电路，并且将串联型三相T型三电平双向变换器用于主电路中三相T型三电平整流器，将并联型三相T型三电平双向变换器用于主电路中三相T型三电平逆变器。将上述主电路应用于串并联补偿式UPS电源装置中，实现了输入功率因数的提高，使得上述UPS电源装置向负载提供较纯净稳定的电能。
下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
实施例一
图1为本实用新型主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置实施例一的主电路结构示意图。如图1所示：
主电路包括：主线、第一双向变压器Tra、第二双向变压器Trb、第三双向变压器Trc、三相T型三电平整流器、三相T型三电平逆变器和直流母线的正母线Bus+、直流母线的负母线Bus-、直流母线的中性线N’。
具体的，主线指的是第一火线、第二火线、第三火线和零线N。三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器均采用的T型三相四线IGBT模块组成。其中，三相T型三电平整流器通过、第一双向变压器Tra、第二双向变压器Trb、第三双向变压器Trc串联在主路上，三相T型三电平逆变器与上述主路之间为并联。三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器之间通过直流母线并联。
可选的，直流母线的正母线Bus+用于连接三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器的正极，直流母线的负母线Bus-用于连接三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器的负极，直流母线的中性线N’连接至零线N上。由于三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器由三相四线IGBT模块组成，所以，三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器中IGBT模块上管臂连接直流母线的正母线Bus+，下管臂连接直流母线的负母线Bus-，横管臂接电网零线N。
可选的，三相T型三电平整流器的输入端在T型IGBT模块的中点M1、M2、M3上，三相T型三电平逆变器输出端在T型IGBT模块的中点M4、M5、M6上。当三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器的上管臂开通时输出正电平，下管臂开通时输出负电平，对应上管臂与下管臂的横管臂开通时输出零电平，三相T型三电平整流器和三相T型三电平逆变器都工作在三电平的模式。由于直流总线的电压分别加在三相T型三电平整流器与三相T型三电平逆变器的IGBT模块上，所以IGBT模块的耐压值可以按照直流总线电压的一半读取。采用本实用新型进行整流，可使输入输入功率因数提高到接近1，从而减少了对电网质量的污染。
可选的，滤波电容器Cdc1、Cdc2连接在直流电源的正母线Bus+与直流母线的负母线Bus-之间，用于对处理过程中的滤波处理。
可选的，三相T型三电平整流器为串联型三相T型三电平双向变换器；所述三相T型三电平逆变器为并联型三相T型三电平双向变换器。
可选的，双向变压器组为双向励磁变压器，包括：第一双向变压器Tra、第二双向变压器Trb和第三双向变压器Trc，分别串联在所述第一相火线、所述第二相火线和所述第三相火线上。
可选的，主电路还包括：输入滤波电路；包括：第一滤波电路Ls1、Cs1、第二滤波电路Ls2、Cs2和第三滤波电路Ls3、Cs3；第一滤波电路Ls1、Cs1、第二滤波电路Ls2、Cs2和第三滤波电路Ls3、Cs3的第一端与主电路的输入端Lin1、Lin2、Lin3相连；第二端均与所述零线N连接；第三端分别通过第一相火线、第二相火线、第三相火线连接与第一双向变压器Tra、第二双向变压器Trb和第三双向变压器Trc。
可选的，主电路还包括：输出滤波电路；包括：第四滤波电路Le1、Ce1、第五滤波电路Le2、Ce2和第六滤波电路Le3、Ce3；第四滤波电路Le1、Ce1、第五滤波电路Le2、Ce2和第六滤波电路Le3、Ce3的第一端与三相T型三电平逆变器的中点M4、M5、M6相连；第二端均与零线N连接；第三端与主电路的输出端Lo1、Lo2、Lo3相连。
可选的，上述输入滤波电路与输出滤波电路均为LC电路。
基于对本实用新型中主电路的双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，所述双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置中对三相电流处理的流程如下可以是：
三相电流，例如市电，由主电路的三相输入端Lin1、Lin2、Lin3分别经第一滤波电路Ls1、Cs1、第二滤波电路Ls2、Cs2和第三滤波电路Ls3、Cs3滤波后，加到三相T型三电平整流器的中点M1、M2、M3上。经过整流后的三相电流将输入电流被调整为与输入电压同频同相。经过三相T型三电平逆变器的逆变作用后，三相电流由三相T型三电平逆变器的中点M4、M5、M6输出，经过第四滤波电路Le1、Ce1、第五滤波电路Le2、Ce2和第六滤波电路Le3、Ce3滤波后，由主电路的输出端Lo1、Lo2、Lo3输出。本实验新型中通过DSP控制算法产生SPWM驱动三相T型三电平整流器中每相T型IGBT模块内部的四只管工作，使其工作在正电平，负电平和零电平三电平的状态下。DSP通过对SPWM占空比控制，直流总线上的电压升到土440V，通过算法控制对输入进行数字锁相，输入功率因数控制为0.99以上。
本实施例提供的一种主电路和双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，通过将由IGBT模块组成的三相T型三电平双向转换器应用于主电路，又将上述主电路应用于串并联补偿式UPS电源装置中，实现了输入功率因数的提高，使得上述UPS电源装置向负载提供较纯净稳定的电能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种主电路，其特征在于，包括：
主路、双向变压器组、三相T型三电平整流器、三相T型三电平逆变器和直流母线；
其中，所述主路包括：第一相火线、第二相火线、第三相火线和零线；
所述三相T型三电平整流器通过所述双向变压器组串联在所述主路上；
所述三相T型三电平逆变器并联在所述主路上；
所述三相T型三电平整流器和所述三相T型三电平逆变器通过所述直流母线并联连接。
2.根据权利要求1所述的主电路，其特征在于，
所述双向变压器组为双向励磁变压器；
所述双向变压器组包括：第一双向变压器、第二双向变压器和第三双向变压器，分别串联在所述第一相火线、所述第二相火线和所述第三相火线上。
3.根据权利要求1所述的主电路，其特征在于，
所述直流母线包括：正母线、负母线和中性线，所述正母线用于连接所述三相T型三电平整流器与所述三相T型三电平逆变器的正极，所述负母线用于连接所述三相T型三电平整流器与所述三相T型三电平逆变器的负极，所述直流母线的中性线连接至所述零线上。
4.根据权利要求2所述的主电路，其特征在于，还包括：
输入滤波电路；
所述输入滤波电路包括：第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路；
所述第一滤波电路、所述第二滤波电路和所述第三滤波电路的第一端与所述主电路的输入端相连；
所述第一滤波电路、所述第二滤波电路和所述第三滤波电路的第二端均与所述零线连接；
所述第一滤波电路、所述第二滤波电路和所述第三滤波电路的第三端分别通过所述第一相火线、所述第二相火线、所述第三相火线连接与所述第一双向变压器、所述第二双向变压器和所述第三双向变压器相连。
5.根据权利要求4所述的主电路，其特征在于，还包括：
输出滤波电路；
所述输出滤波电路包括：第四滤波电路、第五滤波电路和第六滤波电路；
所述第四滤波电路、所述第五滤波电路和所述第六滤波电路的第一端与所述三相T型三电平逆变器的中点相连；
所述第四滤波电路、所述第五滤波电路和所述第六滤波电路的第二端均与所述零线连接；
所述第四滤波电路、所述第五滤波电路和所述第六滤波电路的第三端与所述主电路的输出端相连。
6.根据权利要求5所述的主电路，其特征在于，
所述输入滤波电路与所述输出滤波电路均为LC电路。
7.根据权利要求1所述的主电路，其特征在于，
所述三相T型三电平整流器为串联型三相T型三电平双向变换器；所述三相T型三电平逆变器为并联型三相T型三电平双向变换器。
8.一种双T型三电平的串并联补偿式UPS电源装置，其特征在于，
包括如权利要求1-7中任一项所述的主电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110718924A (zh) * 2019-08-30 2020-01-21 国网安徽省电力有限公司铜陵供电公司 一种三相混合型有源电力滤波器
WO2021218266A1 (zh) * 2020-04-30 2021-11-04 华为数字能源技术有限公司 交流电源电路、其控制方法及交流电源

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