CN216489897U - 一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的ups - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，包括旁路装置、整流器、逆变器、直流转换装置、控制装置、输出开关、第一和第二隔离开关。在UPS工作在旁路模式时，控制装置控制第二隔离开关断开且第一隔离开关闭合，整流器和逆变器均用作有源滤波器工作。在UPS工作在逆变模式时，控制装置控制第二隔离开关断开且第一隔离开关闭合，整流器用作逆变器工作。在UPS工作在双变换模式时，控制装置控制第二隔离开关闭合且第一隔离开关断开以分隔整流器和UPS输出。本实用新型增加了旁路输出与整流器输入之间的功率连接，使得整流器也可作为有源滤波器工作以增大其容量，也可作为逆变器工作以提供逆变器冗余。

Description

一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS

技术领域

本实用新型涉及UPS领域，更具体地说，涉及一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS。

背景技术

在线式不间断电源(UPS，Uninterruptible Power Supply)的常见工作模式包括双变换模式和ECO模式。双变换模式是将市电输入电源的交流电转换为直流，再由直流逆变转换为交流输出给后端的负载，其优点是UPS为负载提供纯净的供电同时还将市电与负载隔离开来，使得市电不受负载产生的谐波影响，缺点是效率相对不高，难以满足目前日趋严格的环保要求和节能法规。ECO模式是UPS通过旁路给后端负载供电，UPS的逆变器处于热备份状态，在旁路异常时再切换到逆变供电，ECO模式的优点是系统效率可高达99％，其缺点是市电与负载直连，负载产生的谐波会影响电网。

为解决以上两种模式各自的缺点，现有技术中提出了如图1所示的逆变器兼做有源滤波器的UPS，其工作模式是UPS仍由旁路供电，UPS的逆变器作为有源滤波器，对旁路供电下负载产生的无功和谐波进行补偿，一旦旁路供电发生异常，UPS瞬间切换到逆变供电，为后端负载继续提供纯净的电源。该模式能很好的解决双变换模式和ECO模式的缺点，既能提升系统效率，又能解决负载产生的谐波污染电网的问题。但是，由图1可见，整流器的输入端与旁路静态开关的后端，即旁路的输出并无功率连接，因此，当其工作在ECO模式或者逆变器兼作有源滤波器的模式下，整流器无法参与工作。因此，图1所示的逆变器兼做有源滤波器的UPS的缺陷在于，仅有逆变器在工作，而整流器一直处于闲置状态，对一款电力电子变换设备而言，存在较大的浪费。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，通过将整流器兼作逆变器和有源滤波器，不仅避免了整流器的闲置，还使得UPS的功率容量翻倍。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，包括：旁路装置、整流器、逆变器、直流转换装置、控制装置、输出开关、第一隔离开关和第二隔离开关，所述整流器的输入端经所述第一隔离开关连接所述逆变器的输出端、所述旁路装置的输出端和所述输出开关，并经所述第二隔离开关连接市电输入电源；所述整流器的输出端连接所述逆变器的输入端和所述直流转换装置的输出端，所述控制装置电连接所述旁路装置、所述第一隔离开关和所述第二隔离开关；

在UPS工作在旁路模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关断开且所述第一隔离开关闭合，所述整流器和所述逆变器均用作有源滤波器工作；在UPS工作在逆变模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关断开且所述第一隔离开关闭合，所述整流器用作逆变器工作；在UPS工作在双变换模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关闭合且所述第一隔离开关断开以分隔所述整流器和所述输出开关。

在本实用新型所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS中，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关为双向功率开关器件。

在本实用新型所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS中，所述双向功率开关器件包括断路器、接触器或功率管。

在本实用新型所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS中，所述整流器和所述逆变器为双向变换器。

在本实用新型所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS中，所述双向变换器包括三电平双向变换器、两电平双向变换器或多电平双向变换器。

在本实用新型所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS中，所述旁路装置包括旁路输入电源和静态开关，所述静态开关串联在所述旁路输入电源和所述输出开关之间。

在本实用新型所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS中，所述直流转换装置包括电池和电池变换器，所述电池的输出端连接所述电池变换器的输入端，所述电池变换器的输出端连接所述逆变器的输入端和所述整流器的输出端。

实施本实用新型的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，通过设置第一隔离开关和第二隔离开关，增加了旁路输出与整流器输入之间的功率连接，使得整流器也可作为有源滤波器工作，使得有源滤波器的容量增大一倍，且电池逆变供电时，整流器也可作为逆变器工作，提供了逆变器的冗余。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的逆变器兼做有源滤波器的UPS的电路原理示意图；

图2是本实用新型的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS的电路原理示意图；

图3是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在旁路模式下功率流向示意图；

图4是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS的优选实施例的电路示意图；

图5是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在逆变模式下功率流向示意图；

图6是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在双变换模式下功率流向示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型涉及一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，包括：旁路装置、整流器、逆变器、直流转换装置、控制装置、输出开关、第一隔离开关和第二隔离开关，所述整流器的输入端经所述第一隔离开关连接所述逆变器的输出端、所述旁路装置的输出端和所述输出开关，并经所述第二隔离开关连接市电输入电源；所述整流器的输出端连接所述逆变器的输入端和所述直流转换装置的输出端，所述控制装置电连接所述旁路装置、所述第一隔离开关和所述第二隔离开关；在UPS工作在旁路模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关断开且所述第一隔离开关闭合，所述整流器和所述逆变器均用作有源滤波器工作；在UPS工作在逆变模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关断开且所述第一隔离开关闭合，所述整流器用作逆变器工作；在UPS工作在双变换模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关闭合且所述第一隔离开关断开以分隔所述整流器和所述输出开关。实施本实用新型的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，通过设置第一隔离开关和第二隔离开关，增加了旁路输出与整流器输入之间的功率连接，使得整流器也可作为有源滤波器工作，使得有源滤波器的容量增大一倍，且电池逆变供电时，整流器也可作为逆变器工作，提供了逆变器的冗余。

图2是本实用新型的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS的电路原理示意图。图3是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在旁路模式下功率流向示意图。图4是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS的优选实施例的电路示意图。图5是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在逆变模式下功率流向示意图。图6是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在双变换模式下功率流向示意图。下面结合图2-6对本实用新型的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS的优选实施例说明如下。

如图2所示，该整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，包括：旁路装置、整流器20、逆变器30、直流转换装置、控制装置60、输出开关50，隔离开关1和隔离开关2。

在图2所示的优选实施例中，所述旁路装置包括旁路输入电源11和静态开关12，所述静态开关12串联在所述旁路输入电源11和所述输出开关50之间，其第一端连接所述所述旁路输入电源11、第二端连接所述输出开关50以控制旁路通断。在本实用新型的进一步的优选实施例中，所述静态开关12和所述旁路输入电源之间还可以设置旁路输入开关。在本实用新型的优选实施例中，所述隔离开关1和所述隔离开关2为双向功率开关器件，例如可以采用断路器、接触器或功率管。在图2所示的优选实施例中，所述直流转换装置包括可以包括电池41和电池变换器42，所述电池41的输出端连接所述电池变换器42的输入端，所述电池变换器42的输出端连接所述逆变器30的输入端。在图2所示的优选实施例中，整流器20、逆变器30、所述控制装置60以及所述输出开关50可以采用任何已知的整流器、逆变器、控制器和开关构建。优选地，所述整流器20和逆变器30为双向变换器，特别优选三电平双向变换器。

如图2所示，所述静态开关12的第一端连接旁路输入电源11，第二端连接输出开关50的第一端。输出开关50的第二端输出UPS电压。所述整流器20的输入端经所述隔离开关1连接所述逆变器30的输出端、所述静态开关12的第二端和所述输出开关50的第一端。同时，所述整流器20的输入端还经所述隔离开关2连接市电输入电源60。所述整流器20的输出端连接所述逆变器30的输入端和电池变换器42的输出端。

所述控制装置60电连接所述旁路装置以用于检测所述旁路装置的旁路电压电压频率并基于所述旁路电压频率控制UPS的工作模式，即旁路模式，逆变模式和双变换模式。UPS的不同工作模式的切换控制过程和原理是本领域中已知的，在此就不再累述了。所述控制装置60还电连接所述隔离开关1和所述隔离开关2，并基于UPS的工作模式控制其闭合或断开，从而将旁路输出端与整流器20的输入端之间连通或断开，使两者之间可实现功率连通，进而从而让整流器20可作为逆变器或有源滤波器进行工作。

在UPS工作在旁路模式时，所述控制装置60控制所述隔离开关2断开且所述隔离开关1闭合，所述整流器20和所述逆变器30均用作有源滤波器工作。参见图2可知，当隔离开关1闭合时，整流器20的输入端与旁路装置的输出端是连通的。当隔离开关1断开时，整流器20的输入端与旁路装置的输出端是断开的。因此，隔离开关1可以实现旁路输出端与整流器输入端的连通和断开。而隔离开关2断开时，可以断开主路市电输入和整流器输入，因此可以分隔旁路装置的输出和市电主路的输入。

图3是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在旁路模式下功率流向示意图。如图3所示，此时隔离开关2断开，分隔开市电输入电源60的主路市电输入和整流器20的输入端。隔离开关1闭合，静态开关12的输出端与整流器20的输出端连通。在此，整流器20和逆变器30都是双向变换器，因此两者均可作为有源滤波器对负载产生的谐波和无功进行调节。图4是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS的优选实施例的电路示意图，其中所述整流器20和逆变器30都是三电平双向变换器。当然，在本实用新型的其他优选实施例中，所述整流器20和逆变器30可以采用两电平双向变换器或多电平双向变换器，在此多电平双向变换器是指四电平或者以上的双向变换器。

相对只有逆变器作为有源滤波器的工作模式，本实用新型可将有源滤波器的容量增大一倍。此时整流器和逆变器也可以同时经电池变换器42对电池充电，相较原来只有逆变器对电池充电的情况，提供了冗余。且只需将电池变换器硬件功率提升一倍，即可将充电容量提升一倍。

在UPS工作在逆变模式时，所述控制装置60控制所述隔离开关2断开且所述隔离开关1闭合，所述整流器20用作逆变器工作。

图5是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在逆变模式下功率流向示意图。参照图5可知，在旁路异常时，所述控制装置60将UPS工作模式切换到逆变模式，在UPS工作在逆变模式时，所述控制装置60控制所述隔离开关2断开且所述隔离开关1闭合。由于隔离开关2依旧断开，市电输入电源60的主路市电输入和整流器20的输入端依旧被分隔开。隔离开关1闭合，此时整流器20转换为逆变器工作，与原来的逆变器30一起为UPS的后端提供逆变电源。原本在电池逆变模式时，只有逆变器工作，现在整流器也转变成逆变器工作，提供了逆变器的冗余。这时，只需将电池变换器42的硬件功率提升一倍，即可将放电能力提升一倍。

在UPS工作在双变换模式时，所述控制装置60控制所述隔离开关2闭合且所述隔离开关1断开以分隔所述整流器20和所述输出开关50。图6是图2所示的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS在双变换模式下功率流向示意图。参见图6可知，此时隔离开关1断开，因此整流器20与静态开关12的输出端、逆变器30的输出端以及输出开关50分隔开，因此整流器20与整个UPS的UPS输出分隔开，同时隔离开关2闭合。所述整流器20的输入端接收市电输入电源60的主路市电输入，因此正常按照双变换模式工作。

实施本实用新型的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，通过设置第一隔离开关和第二隔离开关，增加了旁路输出与整流器输入之间的功率连接，使得整流器也可作为有源滤波器工作，使得有源滤波器的容量增大一倍，且电池逆变供电时，整流器也可作为逆变器工作，提供了逆变器的冗余。由于整流器可作为逆变器和有源滤波器工作，使得花较少的成本就可将UPS的无功补偿能力，充放电能力提升一倍，具有极大的商业价值。

虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，包括：旁路装置、整流器、逆变器、直流转换装置、控制装置和输出开关，其特征在于，进一步包括第一隔离开关和第二隔离开关，所述整流器的输入端经所述第一隔离开关连接所述逆变器的输出端、所述旁路装置的输出端和所述输出开关，并经所述第二隔离开关连接市电输入电源；所述整流器的输出端连接所述逆变器的输入端和所述直流转换装置的输出端，所述控制装置电连接所述旁路装置、所述第一隔离开关和所述第二隔离开关；

在UPS工作在旁路模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关断开且所述第一隔离开关闭合，所述整流器和所述逆变器均用作有源滤波器工作；在UPS工作在逆变模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关断开且所述第一隔离开关闭合，所述整流器用作逆变器工作；在UPS工作在双变换模式时，所述控制装置控制所述第二隔离开关闭合且所述第一隔离开关断开以分隔所述整流器和所述输出开关。

2.根据权利要求1所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，其特征在于，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关为双向功率开关器件。

3.根据权利要求2所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，其特征在于，所述双向功率开关器件包括断路器、接触器或功率管。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，其特征在于，所述整流器和所述逆变器为双向变换器。

5.根据权利要求4所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，其特征在于，所述双向变换器包括三电平双向变换器、两电平双向变换器或多电平双向变换器。

6.根据权利要求1所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，其特征在于，所述旁路装置包括旁路输入电源和静态开关，所述静态开关串联在所述旁路输入电源和所述输出开关之间。

7.根据权利要求1所述的整流器兼作逆变器和有源滤波器的UPS，其特征在于，所述直流转换装置包括电池和电池变换器，所述电池的输出端连接所述电池变换器的输入端，所述电池变换器的输出端连接所述逆变器的输入端和所述整流器的输出端。

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