CN2785231Y - 一种高电压大容量不间断电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及不间断电源，尤其涉及一种高电压大容量不间断电源装置，包括电源隔离变压器和3×n(n为大于1的整数)个功率单元；电源隔离变压器的输入端与外接三相交流电源相连，其输出端与所述3×n个功率单元的输入端相连；功率单元分为三组，每组n个功率单元串联后星型连接，另一端分别与负载电连接。由于本实用新型采用了功率单元串联技术，大大提高了不间断电源装置的单台容量；系统元器件大大减少，供电可靠性大大增加。本实用新型装置还可作为不间断变频电源装置使用。也可以作为电力行业移峰填谷电源装置使用，解决各地区高峰用电与供电线路容量不够相互矛盾的瓶颈问题，以减少拉闸限电引起的一系列社会、经济问题。

Description

一种高电压大容量不间断电源装置

[技术领域]

本实用新型涉及不间断电源，尤其涉及一种高电压大容量不间断电源装置。

[背景技术]

现有的不间断电源装置主要是为解决中小容量的不间断供电问题而设计的。目前国内单台容量只能做到120KVA以下，再大一些的不间断电源装置要靠多台并联运行，并且目前只能做到最多8台并联运行。单台容量最大到800KVA，8台并联，也只有6400KVA。这种结构使得不间断电源装置体积庞大、控制复杂。由于选用电力电子器件多，降低了不间断电源装置的运行可靠性，增大了装置的投资和成本。目前不间断电源装置的原理示意图如图1所示。由于采用多套不间断电源装置并联运行，必须在每套装置之间加设锁相同步控制装置，以确保各装置同步运行。这种装置运行方式的最大问题是装置之间有环流流动，由于环流导致发热及增加电能损失，装置效率降低。

[发明内容]

本实用新型的目的是要提供一种单台容量大、体积小、控制简单、运行可靠、成本低的高电压大容量不间断电源装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高电压大容量不间断电源装置，包括电源隔离变压器和3×n(n为大于1的整数)个功率单元；所述电源隔离变压器的输入端与外接三相交流电源相连，其输出端与所述3×n个功率单元的输入端相连；所述功率单元分为三组，每组n个功率单元串联后星型连接，另一端分别与负载电连接。

n可以取3或4或5。

还包括输出变压器，连接于所述功率单元和负载之间，用于完成降压。

所述电源隔离变压器的二次侧每相包括n个绕组，且每个绕组之间存在相位差、分别与处于同一组的n个功率单元的输入端相连。

所述3×n(n为大于1的整数)个功率单元的结构相同。

所述功率单元包括PWM整流充电电路、PWM逆变电路和控制电路；所述PWM整流充电电路的输入端与电源隔离变压器的输出端电连接，其输出端与所述PWM逆变电路的输入端相连；所述PWM逆变电路的输出端与处于同一组的另一个功率单元的输出端串联连接；所述控制电路的输出端与PWM整流充电电路和PWM逆变电路的控制端相连。

所述功率单元还包括直流电池电源和二极管，所述直流电池电源并联连接于所述PWM整流充电电路和PWM逆变电路之间；所述二极管的正极与所述PWM整流充电电路的正极相连，其阴极与直流电池电源的正极相连。

所述功率单元还包括与直流电池电源相并联的直流储能滤波电容，其正极与直流电池电源的正极电连接。

所述PWM整流充电电路包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT，第四IGBT、第五IGBT和第六IGBT，形成一三相AC/DC整流桥；各IGBT的控制端分别与所述控制电路的输出端相连。

所述PWM逆变电路包括第七IGBT、第八IGBT、第九IGBT和第十IGBT，形成一DC/AC逆变电路；各IGBT的控制端分别与所述控制电路的输出端相连。

还包括与各个IGBT相反并联的二极管。

由于本实用新型采用了功率单元串联技术，大大提高了不间断电源装置的单台容量。在30MVA容量范围下避免了使用复杂的“1+1并机冗余系统”和“单机双总线系统”。系统元器件大大减少，供电可靠性大大增加。可应用于计算机通讯系统、电力系统、银行计算机中心、工业计算机控制中心、广播电视中心及其他需要高供电可靠性和高供电质量的场合。

由于本实用新型装置中的功率单元经其控制电路控制后，其输出电源频率是可变的，因此又可作为不间断变频电源装置使用。可大量应用于金属冶练、石油化工、水泥行业及发电厂风机、水泵类产品的节能和提高供电可靠性。

由于本实用新型装置中的功率单元经其控制电路控制后，还可以作为电力行业移峰填谷电源装置使用，解决各地区高峰用电与供电线路容量不够相互矛盾的瓶颈问题，以减少拉闸限电引起的一系列社会、经济问题。

[附图说明]

图1是现有技术中的低压大容量不间断电源装置原理示意图。

图2是本实用新型装置的系统结构示意图。

图3是本实用新型具体实施例的系统结构示意图。

图4是本实用新型装置中功率单元的电路结构原理图。

图5是本实用新型装置中同组功率单元的输出叠加示意图。

图6是本实用新型装置的交流电压叠加示意图。

[具体实施方式]

下面根据附图和具体实施例对本实用新型作进一步地阐述。

如图2所示，一种高电压大容量不间断电源装置包括电源隔离变压器T1和3×5个功率单元。电源隔离变压器T1的输入端与外接三相交流电源相连，其输出端与所述3×n个功率单元的输入端相连。功率单元分为三组，每组n个功率单元串联后星型连接，另一端分别与负载电连接。可直接为负载提供高电压，也可以进行降压后再为负载供电，如下所述：

如图3所示，一种高电压大容量不间断电源装置包括电源隔离变压器T1，3×5个功率单元和输出变压器T2。

电源隔离变压器T1高压侧绕组(一次绕组)可以为Y形连接或△形连接；其输入电压可以是小于20.8KV的各种电压等级，如10KV、6KV、380V等。功率单元分为三组，每组串联后星型连接，另一端分别与输出变压器T2的输入端相连。其中，A相第一功率单元A1到A相第五功率单元A5串联组成A相输出，B相第一功率单元B1到B相第五功率单元B5串联组成B相输出，C相第一功率单元C1到C相第五功率单元C5串联组成C相输出。输出变压器T2的输出端与负载相连。电源隔离变压器T1的二次侧每相由五个绕组组成，每个绕组之间存在相位差(例如5或12或20度电角度，本实施例选用较佳角度为12度电角度)，以实现多重输入，消除各单元产生的谐波。每相的五个绕组都分别与处于同一组的5个功率单元的输入端相连。

上述功率单元分组后还可以以三角形连接。

如图4所示，本实用新型装置中的15个功率单元的结构相同，都包括PWM整流充电电路1、PWM逆变电路2、控制电路3、直流电池电源E、二极管B和直流储能滤波电容C。PWM整流充电电路1的输入端与电源隔离变压器T1的输出端电连接，其输出端与PWM逆变电路2的输入端相连。PWM整流充电电路1和电源隔离变压器T1之间还包括快速熔断器F。PWM逆变电路2的输出端与处于同一组的另一个功率单元的输出端串联连接。直流电池电源E并联连接于所述PWM整流充电电路1和PWM逆变电路2之间。直流储能滤波电容C与直流电池电源E相并联，其正极与直流电池电源E的正极电连接。所述二极管B的正极与所述PWM整流充电电路1的正极相连，其阴极与直流电池电源E的正极相连。控制电路3的输出端与PWM整流充电电路1和PWM逆变电路2的控制端相连。

所述直流电池电源E采用蓄电池。当PWM整流充电电路1的输出电压大于直流电池电源E的电压时，由PWM整流充电电路1为PWM逆变电路2供电，同时对直流电池电源E和直流储能滤波电容C进行充电。当PWM整流充电电路1的输出小于直流电池电源E的电压时，由直流电池电源E和直流储能滤波电容C为PWM逆变电路2供电。

所述PWM整流充电电路1包括第一IGBTQ1、第二IGBTQ2、第三IGBTQ3，第四IGBTQ4、第五IGBTQ5和第六IGBTQ6，形成一三相AC/DC整流桥。第一IGBTQ1和第四IGBTQ4组成的串联支路分别与第二IGBTQ2和第五IGBTQ5组成的串联支路、第三IGBTQ3和第六IGBTQ6组成的串联支路相并联后与所述PWM逆变电路2的输入端相连，且各串联支路中两个IGBT的连接点分别与所述电源隔离变压器T1的输出端电连接。所述PWM逆变电路2包括第七IGBTQ7、第八IGBTQ8、第九IGBTQ9和第十IGBTQ10，形成一DC/AC逆变电路。第七IGBTQ7和第九IGBTQ9组成的串联支路与第八IGBTQ8和第十IGBTQ10组成的串联支路相并联后与所述PWM整流充电电路1的输出端电连接，且各串联支路中两个IGBT的连接点作为本功率单元的输出端与处于同一组的另一个功率单元的输出端串联连接。各IGBT的控制端分别与所述控制电路3的输出端相连，且每个IGBT的两端还反并联一个二极管。

PWM整流充电电路1在控制电路3的控制下向直流电池电源E提供均、浮充充电电流。直流电池电源E在交流侧停电时，可向PWM逆变电路2提供直流不间断电源。第七IGBTQ7、第八IGBTQ8、第九IGBTQ9和第十IGBTQ10组成单相输出的脉宽调制逆变电路，直流储能滤波电容C形成直流滤波器。当高电压大容量不间断电源装置由交流电力系统供电时，直流电池电源E处于充电状态，当系统停电(或电压低于一定限制时)高电压大容量不间断电源装置由直流电池电源E向负荷供电，以达到不间断供电的目的。

功率单元单相输出(X1，X2)的输出电压状态为1，0，-1。每相5个功率单元叠加就可产生11种不同的电压等级(±5、±4、±3、±2、±1、0)，由此就可合成正弦电压波形，如图4所示。

外接三相交流高压电源经过电源隔离变压器T1，将电压转换为低压690V。由于电源隔离变压器孔的二次侧每相由五个绕组组成，因此，组成每相相电压为3450V，所对应的线电压为6000V，(当每相4个功率单元，每个单元额定输出电压为480V时，输出线电压为3300V)。图5、图6显示了如何由低压输出叠加达到高压输出的目的。提高电压的目的是为了提高装置的单台容量。经输出变压器T2隔离降压输出，可将6000V降为380V以便适应更为广泛的用户。

由于每个功率单元串联技术的突破，致使同样是100安的器件，所输出的容量(6000伏)是现有技术中并联装置(380伏)的15789倍，从而大大提高了这种电力电子装置的单台容量。目前单台容量可作到电流1400A、电压13.8KV、容量30MVA。从而在30MVA容量范围下避免了使用复杂的“1+1并机冗余系统”和“单机双总线系统”。系统元器件大大减少，供电可靠性大大增加。可应用于计算机通讯系统、电力系统、银行计算机中心、工业计算机控制中心、广播电视中心及其他需要高供电可靠性和高供电质量的场合。

由于本实用新型装置中的功率单元经其控制电路控制后，其输出电源频率是可变的，因此又可作为不间断变频电源装置使用。可大量应用于金属冶练、石油化工、水泥行业及发电厂风机、水泵类产品的节能和提高供电可靠性。

由于本实用新型装置中的功率单元经其控制电路控制后，交流输出和直流电池电源可根据控制程序按预先确定的控制要求交替供电，因此还可以作为电力行业移峰填谷电源装置使用，解决各地区高峰用电与供电线路容量不够相互矛盾的瓶颈问题，以减少拉闸限电引起的一系列社会、经济问题。

Claims (10)

1、一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：包括电源隔离变压器(T1)和3×n(n为大于1的整数)个功率单元；所述电源隔离变压器(T1)的输入端与外接三相交流电源相连，其输出端与所述3×n个功率单元的输入端相连；所述功率单元分为三组，每组n个功率单元串联后星型连接，另一端分别与负载电连接。

2、根据权利要求1所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：还包括输出变压器(T2)，连接于所述功率单元和负载之间，用于完成降压。

3、根据权利要求1所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述电源隔离变压器(T1)的二次侧每相包括n个绕组，且每个绕组之间存在相位差、分别与处于同一组的n个功率单元的输入端相连。

4、根据权利要求1所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述3×n(n为大于1的整数)个功率单元的结构相同。

5、根据权利要求4所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述功率单元包括PWM整流充电电路(1)、PWM逆变电路(2)和控制电路(3)；所述PWM整流充电电路(1)的输入端与电源隔离变压器(T1)的输出端电连接，其输出端与所述PWM逆变电路(2)的输入端相连；所述PWM逆变电路(2)的输出端与处于同一组的另一个功率单元的输出端串联连接；所述控制电路(3)的输出端与PWM整流充电电路(1)和PWM逆变电路(2)的控制端相连。

6、根据权利要求5所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述功率单元还包括直流电池电源(E)和二极管(B)，所述直流电池电源(E)并联连接于所述PWM逆变电路(2)的输入端之间；所述二极管(B)的正极与所述PWM整流充电电路(1)的共阳极相连，其阴极与直流电池电源(E)的正极相连。

7、根据权利要求6所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述功率单元还包括与直流电池电源(E)相并联的直流储能滤波电容(C)，其正极与直流电池电源(E)的正极电连接。

8、根据权利要求5所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述PWM整流充电电路(1)包括第一IGBT(Q1)、第二IGBT(Q2)、第三IGBT(Q3)，第四IGBT(Q4)、第五IGBT(Q5)(Q4)和第六IGBT(Q6)(Q6)，形成一三相AC/DC整流桥；各IGBT的控制端分别与所述控制电路(3)的输出端相连。

9、根据权利要求5所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：所述PWM逆变电路(2)包括第七IGBT(Q7)、第八IGBT(Q8)、第九IGBT(Q9)和第十IGBT(Q10)，形成一DC/AC逆变电路；各IGBT的控制端分别与所述控制电路(3)的输出端相连。

10、根据权利要求8或9所述的一种高电压大容量不间断电源装置，其特征在于：还包括与各个IGBT相反并联的二极管。

Images