CN211183525U - 交直流一体化不间断电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交直流一体化不间断电源，包括电网接入端、充电器、蓄电池组、逆变器和主控模块；充电器通过电网接入端接收交流网电，并整流成直流电压为蓄电池组充电；主控模块在交流网电正常时，控制逆变器对交流网电进行跟踪，输出与交流网电同相位的交流电源至不间断交流电源输出端；在交流网电异常时，控制逆变器将蓄电池组输出的直流电压逆变成交流电源，传输至不间断交流电源输出端，以输出不间断的交流电源。通过充电器或蓄电池组输出的直流电压或对所述直流电压进行稳压变换后，经由不间断直流电源输出端输出。本实用新型的不间断电源能够提供不间断的交流供电和直流供电，可以满足不同类型的用电负载特别是压缩机组的供电需求。

Description

交直流一体化不间断电源

技术领域

本实用新型属于供电系统技术领域，具体地说，是涉及一种可以提供连续的直流供电和交流供电的不间断电源。

背景技术

目前，中石油、中石化、中海油所投资建设并仍在使用的输油输气系统，其压缩机组所使用的电源系统已连续运行了12年以上，电源系统中的控制部件都已超出了其设计时所限定的使用寿命，且这类控制部件大多已经停产，部分控制部件在采用新型元器件替代时可能会出现系统不兼容的情况，继而导致现场设备故障率呈逐年上升的态势，影响了压缩机组的运行安全。并且，现有设备的原生产厂商均为外国公司，无法及时、有效地提供技术服务和备件供应，一旦电源系统出现故障，将严重影响着整套输油输气管线的工作效率。

因此，独立、自主地研发一套适用于压缩机组的供电系统，是保证目前输油输气管线能够维持正常运行的一种有效解决手段。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种交直流一体化不间断电源，能够提供不间断的交流供电和直流供电，可以很好地满足不同类型的用电负载特别是压缩机组的供电需求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种交直流一体化不间断电源，包括电网接入端、不间断交流电源输出端、不间断直流电源输出端、充电器、蓄电池组、逆变器、交流检测单元和主控模块；其中，所述电网接入端用于外接电网，接入交流网电；所述充电器接收所述交流网电，并将所述交流网电整流成直流电压；所述蓄电池组接收所述充电器输出的直流电压并进行充电蓄能；所述逆变器在交流网电正常时，对接入到逆变器的交流网电进行跟踪，输出与交流网电同相位的交流电源至所述不间断交流电源输出端；在交流网电异常时，其接收所述蓄电池组输出的直流电压，并逆变成交流电源传输至所述不间断交流电源输出端，以输出不间断的交流电源；所述交流检测单元用于检测通过所述电网接入端接入的交流网电，并根据交流网电的实际状况生成相应的检测信号；所述主控模块接收所述交流检测单元输出的检测信号，并在交流网电正常时，控制所述逆变器工作在跟踪状态；在交流网电异常时，控制所述逆变器工作在逆变状态；所述不间断直流电源输出端用于输出不间断的直流电源，所述直流电源为所述充电器或蓄电池组输出的直流电压和/或由所述直流电压转换生成。

由于不同的用电负载或者同一用电负载（例如压缩机组）所要求接入的直流电源存在差异，为提高适用性，本实用新型优选在所述不间断直流电源输出端中配置有低压直流电源输出端、高压直流动力电源输出端和高压直流控制电源输出端；其中，所述低压直流电源输出端连接直流转换器，所述直流转换器对所述充电器或蓄电池组输出的直流电压进行降压转换，生成低压直流电源，传输至所述低压直流电源输出端；所述高压直流动力电源输出端输出所述充电器或蓄电池组输出的直流电压；所述高压直流控制电源输出端连接稳压硅链，所述稳压硅链接收所述充电器或蓄电池组输出的直流电压，并对所述直流电压进行稳压处理后，传输至所述高压直流控制电源输出端。

优选的，所述直流转换器优选配置多个，多个所述直流转换器相并联，当其中一个或多个直流转换器故障时，出现故障的直流转换器可以自动停止退出运行，不影响不间断电源的正常持续运行。

为了提高不间断电源运行的安全性，本实用新型在所述不间断电源中还设置有漏电流检测器和绝缘检测电路；其中，所述漏电流检测器连接所述不间断直流电源输出端，用于检测通过所述不间断直流电源输出端输出的每一路直流电源的漏电流；所述绝缘检测电路接收每一路所述的漏电流，并在所述漏电流超出预先设定的门限值时，生成报警信号发送至所述主控模块，以切断通过所述不间断直流电源输出端输出的直流电源。

当电网电压与用电负载所需要的不间断交流电源的电压不同时，可以在本实用新型的不间断电源中设置变压器，所述变压器接收通过所述电网接入端接入的交流网电，并进行电压变换后，传输至所述逆变器；所述逆变器在交流网电正常时，对变压器输出的交流电压进行跟踪并输出同相位的交流电源至所述不间断交流电源输出端。

优选的，所述逆变器优选配置多个，多个所述逆变器相并联，当其中一个或多个逆变器故障时，出现故障的逆变器可以自动停止退出运行，保证不间断电源持续运行。

优选的，所述充电器也优选配置多个，多个所述充电器相并联，当其中一个或多个充电器故障时，出现故障的充电器可以自动停止退出运行。采用冗余设计，可以保证不间断电源长期、不间断、持续稳定运行。

为了保持蓄电池组的充放电安全，本实用新型在所述不间断电源中还设置有电池巡检电路，用于检测所述蓄电池组中的每一节电池两端的电压，并在检测到电池电压异常时，生成报警信号发送至所述主控模块，以停止蓄电池组的充放电过程。

为了尽可能地消除电网故障对不间断电源工作的影响，本实用新型优选在所述电网接入端设置双路互投开关，用于外接两路电网，并可自动在所述两路电网中选择输电正常的电网进行投切，以接入投切电网的交流网电。

进一步的，本实用新型在所述不间断电源中还设置有交流网电输出端，其直接输出交流网电，可以为无需不间断交流供电的用电负载供电。

优选的，本实用新型在所述不间断电源中还配置有触摸式主监控屏，连接所述主控模块，用于接收操作指令并反馈系统运行状况，以方便技术人员现场监控。

为了满足远程监控的要求，本实用新型在所述不间断电源中还可以进一步设置上位机，配置所述上位机与主控模块通信，将远程技术人员的操作指令下发至控制模块，控制系统按要求运行，并接收主控模块上传的系统运行参数，显示给技术人员便于监测。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的不间断电源不仅可以提供不间断的交流供电，亦可以提供不间断的直流供电，整体电路设计集成化程度高，通过对电路中的大功率模块采用并联冗余设计，可以保证系统长时间稳定运行，不会因为某部分大功率模块故障而导致所有的直流负载和交流负载失去电力供应，满足了对电源有特殊要求的用电负载特别是输油输气系统中的压缩机组的供电要求，提高了用电负载运行的可靠性。在将本实用新型的不间断电源应用于输油输气系统中，为系统中的压缩机组供电时，无需改变压缩机组的现有供电方式与对应机组的连锁关系及通信方式，因此，可以极大简化系统的优化改造工程，满足了实际需要。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的交直流一体化不间断电源的一种实施例的电路原理图。

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地描述。

如图1所示，本实施例的交直流一体化不间断电源在电路设计上，主要由电网接入端、不间断交流电源输出端、不间断直流电源输出端、充电器、蓄电池组、逆变器、交流检测单元和主控模块等部分组成。

其中，电网接入端用于外接电网，例如交流市电网等，以将交流网电接入到本实施例的不间断电源中。作为一种优选实施例，本实施例优选在电网接入端设置双路互投开关，通过双路互投开关同时外接两路电网，一路作为主电网，例如交流市电网；另外一路作为辅电网，例如发电机组提供的交流供电线。在主电网供电正常时，双路互投开关自动投切至主电网，将主电网提供的交流网电接入到不间断电源中。而当主电网出现异常时，双路互投开关自动投切至辅电网，将辅电网提供的交流供电接入到不间断电源中。采用这种电路设计，可以保证本实施例的不间断电源即使在交流市电停电或者异常时，也能维持正常运行，为用电负载提供连续的电力供应，而无需控制用电负载停机。

在双路互投开关的输出侧可以进一步连接浪涌抑制电路，以起到防雷击的作用。

在本实施例中，通过双路互投开关投切接入的交流网电优选分成三路传输：一路可以直接传输至交流网电输出端，此部分交流电源可以用于为系统中的空调、风扇、照明设备等对电源要求不高的交流用电负载供电；另一路传输至变压器，利用变压器进行降压变换处理，例如将380V的交流网电降压成同频率、同相位的220V的交流电源传输至逆变器；对于通过逆变器输出的交流电源的电压与交流网电相同的情况，可以省去变压器的配置；本实施例的逆变器具有跟踪和逆变两种工作模式，当其工作在跟踪模式时，可以将接入的交流电源进行相位跟踪，以生成与交流网电同相位的交流电源，输出至不间断交流电源输出端；而当其工作在逆变模式时，可以将接入到逆变器的直流电压（由蓄电池提供）逆变成交流电源，传输至所述不间断交流电源输出端，以通过所述不间断交流电源输出端输出不间断的交流供电，此部分交流电源可以用于为压缩机组等对电源要求较高的交流负载供电，以保证该类负载在电网异常时仍能够执行完正常的关机流程，由此可以避免该类交流负载因突然掉电而遭受损伤；第三路传输至充电器，利用充电器将交流网电整流成直流电压，传输至蓄电池组，为蓄电池组充电蓄能，并实现对蓄电池组的充放电控制。

为了准确地控制逆变器工作在适当的工作模式，本实施例在不间断电源中设置交流检测单元，检测通过双路互投开关接入的交流网电的实时状况，并生成检测信号发送至主控模块。主控模块根据接收到的检测信号判断交流网电的异常情况，在交流网电正常时，控制逆变器工作在跟踪模式；当发现交流网电异常时，控制逆变器工作在逆变模式。

为了满足用电负载对直流供电的不同要求，本实施例优选在不间断电源中配置多组用于提供不同类型直流电源的不间断直流电源输出端，如图1所示，例如包括低压直流电源输出端、高压直流动力电源输出端、高压直流控制电源输出端等。同时，配置直流转换器和稳压硅链，以用于对充电器或蓄电池组输出的直流电压进行降压或稳压处理。

具体而言，在交流网电正常时，直流转换器接收充电器输出的直流电压，例如110V直流母线电压，对其进行降压变换后，生成低压直流电源，例如24V直流电源，传输至低压直流电源输出端，此部分电源可以为直流仪表等低压直流用电负载提供电力供应。与此同时，通过充电器输出的直流电压还可以通过高压直流动力电源输出端直接输出，此部分电源适于为那些对供电电源的稳定性要求不高的高压直流用电负载，例如直流动力负载等提供电力供应。配置稳压硅链对充电器输出的直流电压进行稳压处理，将充电器输出的直流电压限定在设定的幅值范围内，以生成稳定的高压直流电源，例如稳定的110V直流电源，传输至高压直流控制电源输出端，此部分电源可以满足那些对直流供电的稳定性要求较高的高压直流用电负载，例如控制类直流负载的用电需求。

在交流电网断电时，充电器停止运行，此时转由蓄电池组向直流转换器、稳压硅链和高压直流动力电源输出端持续提供直流电源，以保证通过低压直流电源输出端、高压直流动力电源输出端、高压直流控制电源输出端输出的直流电源不间断，进而控制系统中的直流用电负载即使在电网异常时仍能够执行完正常的关机流程，避免该类直流负载因突然掉电而发生损坏。

作为稳压硅链的一种优选电路设计，本实施例优选在稳压硅链中设置多个依次串联的二极管，将多个二极管形成的串联支路连接在充电器的直流侧与高压直流控制电源输出端之间。在每一个二极管的两端分别并联一个旁路开关，配置分压电路（例如由分压电阻连接而成的电阻分压网络）或电压检测元件检测通过充电器或蓄电池组输出的直流电压。当所述直流电压超过设定阈值时，例如超过110V时，控制各路旁路开关逐一断开，将二极逐一接入工作电路，直到通过稳压硅链输出的直流电源达到或低于设定阈值时，停止对剩余各路旁路开关的断开操作，使通过高压直流控制电源输出端输出的直流电源稳定。反之，当所述直流电压低于设定阈值时，例如低于110V时，可以控制各路旁路开关逐一闭合，以逐一短路掉二极管，直到通过稳压硅链输出的直流电源达到或高于设定阈值时，停止对剩余各路旁路开关的闭合操作，使通过高压直流控制电源输出端输出的直流电源稳定。

为了提高不间断电源运行的稳定性，本实施例对不间断电源中的大功率模块，例如逆变器、充电器、直流转换器等进行多模块并联冗余配置，如图1所示，通过将多个相同型号的大功率模块并联接入工作电路，每一个大功率模块既可以在主控模块的控制下选择投入运行，亦可以独立工作，当其中一个或多个逆变器、充电器或直流转换器出现故障时，故障模块自动停止运行，退出工作，不影响其他功率模块的正常工作，亦不会导致所有直流负载和交流负载失去电力供应。

为了保证不间断电源运行的安全性，本实施例在不间断电源中还设置有电池巡检电路、绝缘检测电路、数据采集及开关量检测电路，如图1所示。

其中，电池巡检电路用于检测蓄电池组的异常情况。作为一种优选实施例，可以在蓄电池组的每一节电池的两端分别并联一个电压检测元件，用于检测每一节电池两端的电压。在蓄电池组充电过程中，若检测到其中一节电池的电压明显高于其余电池，或者，在蓄电池组放电过程中，其中一节电池的电压明显低于其余电池，则认为蓄电池组故障，生成报警信号发送至主控模块，以控制不间断电源停止运行，避免故障扩大化。

绝缘检测电路用于检测通过不间断电源输出的直流电源是否存在漏电问题。具体可以在不间断直流电源输出端上配置漏电流检测器Ai，如图1所示，用于检测通过不间断直流电源输出端输出的每一路直流电源的漏电流，并发送至绝缘检测电路。绝缘检测电路将接收到每一路漏电流分别与预先设定的门限值进行比较，若超过门限值，例如超过10mA，则认为存在严重的漏电问题。此时，可以通过绝缘检测电路生成报警信号，发送至主控模块，以通过主控模块切断经由不间断直流电源输出端输出的直流电源，进而保证直流用电负载的供电安全。

数据采集及开关量检测电路实现数据采集和开关量检测两种功能。具体而言，可以采集稳压硅链检测到的直流电压波动情况、采集电池巡检电路检测到的蓄电池组中的每一节电池的电压变化、采集绝缘检测电路检测到的每一路直流电源的漏电流情况，并将采集到的各项参数发送至主控模块，利用主控模块驱动触摸式主监控屏进行显示，以便于作业人员现场监测。

同时，在不间断电源的每一路电源输出端分别配置可控开关元件KK1、KK2……KK18，如图1所示，控制模块可以根据用电负载的实际用电情况控制相应的可控开关元件KK1、KK2……KK18闭合，为用电负载提供所需的交流电源和/或直流电源。利用数据采集及开关量检测电路检测各路开关的开闭情况，以生成相应的开关量信号发送至控制模块，继而识别出各路开关的实际打开和闭合状态，并通过触摸式主监控屏进行显示，以便于现场的作业人员及时地掌握是否存在跳闸情况。

在本实施例中，所述控制模块可以是触摸式主监控屏的其中一部分，亦可以独立于触摸式主监控屏单独配置。现场的作业人员可以在触摸式主监控屏上进行触摸操作，以输入操作指令，调整不间断电源的工作状态。

为了便于远程的技术人员能够随时地对现场的不间断电源进行监控，本实施例优选为不间断电源配置上位机，通过485总线或者采用无线通信方式与不间断电源中的主控模块通信，远程的技术人员可以操作上位机对现场的不间断电源下发控制指令，控制不间断电源按要求运行。主控模块可以将采集到的各类参数上传至上位机，以便于远程的技术人员对现场的不间断电源的工作状况进行实时监控。

本实施例的交直流一体化不间断电源，自动化程度高，便于维护，可以为中石油、中石化、中海油目前所使用的输油输气系统中的压缩机组提供其所需要的各类直流供电和交流供电，使企业能够彻底摆脱对原外国生产厂商的技术依赖，保障了输油输气管线的正常运行。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种交直流一体化不间断电源，其特征在于，包括：

电网接入端，其用于外接电网，接入交流网电；

不间断交流电源输出端，其用于输出不间断的交流电源；

充电器，其接收所述交流网电，并将所述交流网电整流成直流电压；

蓄电池组，其接收所述充电器输出的直流电压并进行充电蓄能；

逆变器，其在交流网电正常时，对接入到逆变器的交流网电进行跟踪，输出与交流网电同相位的交流电源至所述不间断交流电源输出端；在交流网电异常时，其接收所述蓄电池组输出的直流电压，并逆变成交流电源传输至所述不间断交流电源输出端；

交流检测单元，其用于检测通过所述电网接入端接入的交流网电，并根据交流网电的实际状况生成相应的检测信号；

主控模块，其接收所述交流检测单元输出的检测信号，并在交流网电正常时，控制所述逆变器工作在跟踪状态；在交流网电异常时，控制所述逆变器工作在逆变状态；

不间断直流电源输出端，其用于输出不间断的直流电源，所述直流电源为所述充电器或蓄电池组输出的直流电压和/或由所述直流电压转换生成。

2.根据权利要求1所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，所述不间断直流电源输出端包括：

低压直流电源输出端，其连接直流转换器，所述直流转换器对所述充电器或蓄电池组输出的直流电压进行降压转换，生成低压直流电源，传输至所述低压直流电源输出端；

高压直流动力电源输出端，其输出所述充电器或蓄电池组输出的直流电压；

高压直流控制电源输出端，其连接稳压硅链，所述稳压硅链接收所述充电器或蓄电池组输出的直流电压，并对所述直流电压进行稳压处理后，传输至所述高压直流控制电源输出端。

3.根据权利要求2所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，所述直流转换器包括多个，多个所述直流转换器相并联，当其中一个或多个直流转换器故障时，出现故障的直流转换器自动停止退出运行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，还包括：

漏电流检测器，其连接所述不间断直流电源输出端，用于检测通过所述不间断直流电源输出端输出的每一路直流电源的漏电流；

绝缘检测电路，其接收每一路所述的漏电流，并在所述漏电流超出预先设定的门限值时，生成报警信号发送至所述主控模块，以切断通过所述不间断直流电源输出端输出的直流电源。

5.根据权利要求1所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，还包括：

变压器，其接收通过所述电网接入端接入的交流网电，并进行电压变换后，传输至所述逆变器；所述逆变器在交流网电正常时，对变压器输出的交流电压进行跟踪并输出同相位的交流电源至所述不间断交流电源输出端。

6.根据权利要求5所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，所述逆变器包括多个，多个所述逆变器相并联，当其中一个或多个逆变器故障时，出现故障的逆变器自动停止退出运行。

7.根据权利要求1所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，所述充电器包括多个，多个所述充电器相并联，当其中一个或多个充电器故障时，出现故障的充电器自动停止退出运行。

8.根据权利要求1至3、5至7中任一项所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，还包括：

电池巡检电路，其检测所述蓄电池组中的每一节电池两端的电压，在检测到电池电压异常时，生成报警信号发送至所述主控模块，以停止蓄电池组的充放电过程。

9.根据权利要求1至3、5至7中任一项所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，所述电网接入端包括：

双路互投开关，其外接两路电网，自动在所述两路电网中选择输电正常的电网投切，以接入投切电网的交流网电。

10.根据权利要求1至3、5至7中任一项所述的交直流一体化不间断电源，其特征在于，还包括：

交流网电输出端，其直接输出所述交流网电；

触摸式主监控屏，其连接所述主控模块，用于接收操作指令并反馈系统运行状况；

上位机，其与所述主控模块通信，用于远程监控。

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