CN211930327U - 一种基于三相六开关容错逆变器的ups系统 - Google Patents

一种基于三相六开关容错逆变器的ups系统 Download PDF

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李宇烨
赵祖鑫
刘文韬
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石瑞才
钟志东
李元良
王成成
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    • Y04S20/20—End-user application control systems

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，所述UPS系统包括：蓄电池、逆变器和整流器，其中：所述逆变器包括并联在直流侧母线上的电容电路、三相六开关电路和备用开关管支路，其中：三相六开关电路的输入端连接在蓄电池组上，所述三相六开关电路具有三相电源输出端，所述备用开关管支路包括三路开关管线路，所述三路开关管线路的输入端连接在所述电容电路的电容电路中点，所述三路开关管线路上的每一开关管线路的输出端连接一路相电源输出端。本实用新型实施例所提供的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，可以实现逆变器功率开关器件故障后的容错运行，提高了系统的可靠性以及运行时间和效率。

Description

一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统
技术领域
本实用新型涉及UPS技术领域，尤其涉及一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)，即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。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将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V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。
UPS主要由整流器、逆变器和蓄电池三大部分组成。作为一种电力电子设备，其被广泛用作重要负载的紧急备用电源方面。逆变器是UPS中的核心部分，其性能好坏直接影响整个UPS系统的工作表现，其中的电力电子开关器件是较为薄弱的部分，若逆变器中的电力电子开关器件发生故障，逆变器达不到期望输出效果，将会降低整个系统的稳定性和可靠性。若逆变器某一开关管发生开路故障，此故障开关管所在桥臂的相电流只有半波波形，逆变器故障会对系统的控制性能及期望效果产生很大的影响。为了提高系统的可靠性以及运行时间和效率，针对逆变器某一开关管发生开路故障的情况，提出一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统拓扑结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，可以实现逆变器功率开关器件故障后的容错运行，提高了系统的可靠性以及运行时间和效率。
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，所述UPS系统包括：蓄电池、逆变器和整流器，其中：所述逆变器包括并联在直流侧母线上的电容电路、三相六开关电路和备用开关管支路，其中：三相六开关电路的输入端连接在蓄电池组上，所述三相六开关电路具有三相电源输出端，所述备用开关管支路包括三路开关管线路，所述三路开关管线路的输入端连接在所述电容电路的电容电路中点，所述三路开关管线路上的每一开关管线路的输出端连接一路相电源输出端。
所述电容电路包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2串联在一起，所述电容电路中点位于所述第一电容C1和第二电容C2之间的串联线路上。
所述UPS系统还包括LC滤波电路，所述LC滤波电路连接在三相电源输出端上。
所述LC滤波电路包括三路滤波线路，所述三路滤波线路中的每一路滤波线路连接三相电源所对应的一路相电源输出端。
所述三相六开关电路的每一开关管包括三极管和二极管，所述二极管与所述三极管并联连接在输入端和输出端上。
所述三路开关管线路上的每一开关管包括三极管和二极管，所述二极管与所述三极管并联连接在输入端和输出端上。
所述三相电源输出端连接着负载。
在实用新型实施例基于三相六开关容错逆变器的UPS系统拓扑结构，可以实现逆变器功率开关器件故障后的容错运行，提高了系统的可靠性以及运行时间和效率，同时拓扑结构中的LC滤波电路减小了逆变器输出中的高次谐波。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了本实用新型实施例中的基于三相六开关容错逆变器的UPS 系统结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例中的a相两个开关管同时故障的逆变器容错拓扑结构原理图。
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作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。
本实用新型实施例所提供的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，所述UPS系统包括：蓄电池、逆变器和整流器，其中：所述逆变器包括并联在直流侧母线上的电容电路、三相六开关电路和备用开关管支路，其中：三相六开关电路的输入端连接在蓄电池组上，所述三相六开关电路具有三相电源输出端，所述备用开关管支路包括三路开关管线路，所述三路开关管线路的输入端连接在所述电容电路的电容电路中点，所述三路开关管线路上的每一开关管线路的输出端连接一路相电源输出端。
具体的，图1示出了本实用新型实施例中的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统结构示意图，该UPS系统包括：蓄电池Udc、逆变器和整流器等等，逆变器包括并联在直流侧母线上的电容电路、三相六开关电路和备用开关管支路，其中：三相六开关电路的输入端连接在蓄电池组上，所述三相六开关电路具有三相电源输出端，备用开关管支路包括三路开关管线路，三路开关管线路的输入端连接在所述电容电路的电容电路中点，三路开关管线路上的每一开关管线路的输出端连接一路相电源输出端。
这里的三相六开关电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管 S4、开关管S5、开关管S6，其中：S1和S4串联在一起，并连接在蓄电池 Udc两端上，S1和S4形成一路相电源(a相电源)输出；S3和S6串联在一起，并连接在蓄电池Udc两端上，S3和S6形成一路相电源(b相电源)输出； S5和S2串联在一起，并连接在蓄电池Udc两端上，S5和S2形成一路相电源(c相电源)输出。三相六开关电路上的每一开关管包括三极管和二极管，该二极管与所述三极管并联连接在输入端和输出端上。
这里的备用开关管支路包括开关管S7、开关管S8、开关管S9，其中 S7、S8、S9输入端连接着电容电路中点，S7、S8、S9各自所在的线路接入至所对应的一路相电源输出端上，即S7接入至a相电源输出上，S8接入至 b相电源输出上，S9接入至c相电源输出上。备用开关管支路上的每一开关管包括三极管和二极管，该二极管与所述三极管并联连接在输入端和输出端上。
这里的电容电路包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2串联在一起，电容电路中点位于所述第一电容C1和第二电容C2 之间的串联线路上。
这里的UPS系统还包括LC滤波电路(即L和C所构成的电路)，该 LC滤波电路连接在三相电源输出端上，LC滤波电路包括三路滤波线路，三路滤波线路中的每一路滤波线路连接三相电源所对应的一路相电源输出端。
这里的三相电源输出端连接着负载。
发生单管故障时，以开关管S1发生故障为例，若不对逆变器进行容错控制，则a相电流的输出波形为半波，且只有下部波形。采用容错拓扑结构，将三相六开关逆变器的三相负载支路通过相应的备用开关管连接到直流侧并联电容的中点，开关管S1发生开路故障时，关闭开关管S1，启用开关管S7，对开关管S2和开关管S7加以控制，用开关管S7替代故障的开关管S1，形成三相六开关拓扑结构，实现三相电压源型逆变器的容错控制，逆变器和正常运行时效果相同。
发生连锁故障时(即两个开关管同时发生故障)。(1)故障的两个开关管不在同一桥臂，以开关管S1和开关管S3发生故障为例，通过关闭开关管S1和开关管S3，启用开关管S7和开关管S8，用开关管S7和开关管S8 分别替代开关管S1和开关管S3，重新构成故障状态下的三相六开关拓扑结构。(2)故障的两个开关管在同一桥臂，以开关管S1和开关管S4故障为例，同时关闭开关管S1和开关管S4，让开关管S7一直导通，从而负载的 a相绕组连接到直流侧电容的中点，形成三相四开关拓扑结构，即形成图2 所示的a相两个开关管同时故障的逆变器容错拓扑结构原理图，实现逆变器在双管故障下的容错控制，逆变器和正常运行时的效果相同。
本实用新型实施例所提出的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，可以实现逆变器功率开关器件故障后的容错运行，提高了系统的可靠性以及运行时间和效率，同时拓扑结构中的LC滤波电路，对电路中的高次谐波有抑制作用，有利于减小逆变器输出中包含的高次谐波，提高系统的性能。
综上，本实用新型实施例基于三相六开关容错逆变器的UPS系统拓扑结构，可以实现逆变器功率开关器件故障后的容错运行，提高了系统的可靠性以及运行时间和效率，同时拓扑结构中的LC滤波电路减小了逆变器输出中的高次谐波。
另外，以上对本实用新型实施例所提供的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，其特征在于，所述UPS系统包括：蓄电池、逆变器和整流器，其中：所述逆变器包括并联在直流侧母线上的电容电路、三相六开关电路和备用开关管支路，其中：三相六开关电路的输入端连接在蓄电池组上，所述三相六开关电路具有三相电源输出端，所述备用开关管支路包括三路开关管线路，所述三路开关管线路的输入端连接在所述电容电路的电容电路中点，所述三路开关管线路上的每一开关管线路的输出端连接一路相电源输出端。
2.如权利要求1所述的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，其特征在于，所述电容电路包括第一电容C1和第二电容C2，所第一电容C1和所述第二电容C2串联在一起，所述电容电路中点位于所述第一电容C1和第二电容C2之间的串联线路上。
3.如权利要求1所述的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，其特征在于，所述UPS系统还包括LC滤波电路，所述LC滤波电路连接在三相电源输出端上。
4.如权利要求3所述的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，其特征在于，所述LC滤波电路包括三路滤波线路，所述三路滤波线路中的每一路滤波线路连接三相电源所对应的一路相电源输出端。
5.如权利要求1所述的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，其特征在于，所述三相六开关电路的每一开关管包括三极管和二极管，所述二极管与所述三极管并联连接在输入端和输出端上。
6.如权利要求1所述的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，其特征在于，所述三路开关管线路上的每一开关管包括三极管和二极管，所述二极管与所述三极管并联连接在输入端和输出端上。
7.如权利要求1至6任一项所述的基于三相六开关容错逆变器的UPS系统，所述三相电源输出端连接着负载。
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