專利名稱：新型串并聯(lián)變換型ups的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種UPS系統(tǒng)，尤其涉及一種新型串并聯(lián)變換型UPS。
背景技術(shù)：
不間斷電源系統(tǒng)(UPS, Uninterruptrible Power Supply)為適應(yīng)發(fā)展的要求,近年來(lái)也在不斷地進(jìn)行完善和改進(jìn)，先后出現(xiàn)了后備式、在線式、三端口在線互動(dòng)式以及雙變流器串-并聯(lián)補(bǔ)償式等幾種結(jié)構(gòu)類型的UPS。其中由Kamran和Silva提出的雙變流器串并聯(lián)補(bǔ)償式UPS，既可以補(bǔ)償非線性負(fù)載中的無(wú)功電流及諧波電流，同時(shí)還可以補(bǔ)償電源電壓的諧波及基波偏差，較傳統(tǒng)雙變換在線式UPS而言，輸入功率因數(shù)高，輸出過(guò)載能力強(qiáng)，具有綜合的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)能力。因此，串并聯(lián)補(bǔ)償式在線UPS (以下稱之為串并聯(lián)變換型UPS 系統(tǒng))和其他型式的UPS相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。如圖I所示，現(xiàn)有串并聯(lián)變換型UPS系統(tǒng)包括串聯(lián)變流器1(即Delta變流器)和并聯(lián)變流器II，串聯(lián)變流器I通過(guò)補(bǔ)償變壓器串聯(lián)在市電和負(fù)載之間，相當(dāng)于一個(gè)正弦電流源，用來(lái)消除市電輸入電流中的無(wú)功與諧波分量，使輸入功率因數(shù)等于1，同時(shí)補(bǔ)償市電與輸出間的電壓差。當(dāng)市電電壓高于額定電壓時(shí)，串聯(lián)變流器I工作在整流狀態(tài)，吸收功率，對(duì)輸出電壓進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償；當(dāng)市電電壓低于額定電壓時(shí)，串聯(lián)變流器I工作在逆變狀態(tài)，輸出功率，對(duì)輸出電壓進(jìn)行正補(bǔ)償。并聯(lián)變流器II在電路的輸出端與負(fù)載并聯(lián),相當(dāng)于一個(gè)正弦電壓源，用來(lái)穩(wěn)定負(fù)載上的電壓和直流側(cè)電壓，同時(shí)提供負(fù)載所需要的無(wú)功與諧波電流。同樣，當(dāng)市電電壓高于額定電壓時(shí)，并聯(lián)變流器II工作在逆變狀態(tài)，對(duì)負(fù)載供電；當(dāng)市電電壓低于額定電壓時(shí)，并聯(lián)變流器II工作在整流狀態(tài)，維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。市電正常時(shí)，主電路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Kl閉合，市電電壓經(jīng)串聯(lián)變流器I為負(fù)載供電，并聯(lián)變流器II穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出電壓，市電和系統(tǒng)輸出之間的電壓差由串聯(lián)變流器I補(bǔ)償。當(dāng)UPS出現(xiàn)故障和進(jìn)行維護(hù)時(shí)，這時(shí)旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)K2閉合，負(fù)載由市電直接供電。但是當(dāng)市電停電時(shí)，主電路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Kl斷開(kāi)，這時(shí)只有與負(fù)載并聯(lián)的并聯(lián)變流器II向負(fù)載提供100%的功率，而串聯(lián)變流器I卻因主電路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Kl斷開(kāi)而斷路，從而處于閑置狀態(tài)，這樣無(wú)疑會(huì)造成資源的浪費(fèi)，降低了系統(tǒng)的輸出功率，運(yùn)行效率不高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用率高、運(yùn)行效率高的新型串并聯(lián)變換型UPS。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種新型串并聯(lián)變換型UPS，包括主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償變壓器、并聯(lián)變流器、串聯(lián)變流器和蓄電池，所述旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的一端與市電電源相連，另一端與負(fù)載相連，所述主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的一端與所述市電電源相連，所述并聯(lián)變流器的交流輸入輸出端分別與所述主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的另一端以及所述補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)繞組的一端相連，所述并聯(lián)變流器的直流輸入輸出端以及所述串聯(lián)變流器的直流輸入輸出端接所述蓄電池的正極，所述蓄電池的負(fù)極接地，所述串聯(lián)變流器的交流輸入輸出端與所述補(bǔ)償變壓器的二次側(cè)繞組構(gòu)成回路，所述補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)繞組的另一端與所述負(fù)載相連。本實(shí)用新型的新型串并聯(lián)變換型UPS，所述并聯(lián)變流器是其內(nèi)部的開(kāi)關(guān)器件為IGBT開(kāi)關(guān)器件的并聯(lián)變流器。本實(shí)用新型的新型串并聯(lián)變換型UPS，所述串聯(lián)變流器是其內(nèi)部的開(kāi)關(guān)器件為IGBT開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)變流器。本實(shí)用新型的新型串并聯(lián)變換型UPS包括主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償變壓器、并聯(lián)變流器、串聯(lián)變流器和蓄電池，旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的一端與市電電源相連，另一端與負(fù)載相連，主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的一端與市電電源相連，并聯(lián)變流器的交流輸入輸出端分別與主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的另一端以及補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)繞組的一端相連，并聯(lián)變流器的直流輸入輸出端以及串聯(lián)變流器的直流輸入輸出端接蓄電池的正極，蓄電池的負(fù)極接地，串聯(lián)變流器的交流輸入輸出端與補(bǔ)償變壓器的二次側(cè)繞組構(gòu)成回路，補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)繞組的另一端與負(fù)載相連，因此，本實(shí)用新型的新型串并聯(lián)變換型UPS的結(jié)構(gòu)決定了當(dāng)市電停電時(shí)，并 聯(lián)變流器和串聯(lián)變流器均可以向負(fù)載供電，從而提高了 UPS的利用率高和運(yùn)行效率。

圖I為現(xiàn)有串并聯(lián)變換型UPS的原理圖；圖2為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS的原理圖；圖3為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS的主電路的電路原理圖；圖4為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS在市電偏高時(shí)的能量流圖；圖5為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS在市電偏低時(shí)的能量流圖；圖6為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS在市電停電時(shí)的等效原理圖；圖7為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS在市電停電時(shí)的能量流圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述參考圖2所示，本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS包括主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Ka、旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Kb、補(bǔ)償變壓器Tr’、并聯(lián)變流器II’、串聯(lián)變流器I’和蓄電池B’，旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Kb的一端與市電電源相連，另一端與負(fù)載相連，主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Ka的一端與市電電源相連,并聯(lián)變流器II’的交流輸入輸出端分別與主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Ka的另一端以及補(bǔ)償變壓器Tr’的一次側(cè)繞組的一端相連，并聯(lián)變流器II’的直流輸入輸出端以及所述串聯(lián)變流器I’的直流輸入輸出端接所述蓄電池B’的正極，蓄電池B’的負(fù)極接地，所述串聯(lián)變流器I’的交流輸入輸出端與所述補(bǔ)償變壓器Tr’的二次側(cè)繞組構(gòu)成回路，補(bǔ)償變壓器Tr’的一次側(cè)繞組的另一端與負(fù)載相連。結(jié)合圖2所示，對(duì)于功率容量不大的UPS系統(tǒng)，兩個(gè)變流器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)器件最好為IGBT開(kāi)關(guān)器件，這樣有助于降低開(kāi)關(guān)損耗，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS工作原理如下一、市電工作時(shí)市電正常時(shí)，本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS工作在電池充電、無(wú)功補(bǔ)償和有源濾波/有源逆變狀態(tài)，并聯(lián)變流器II’工作在電流源模式，串聯(lián)變流器I’工作在電壓源模式。兩個(gè)變流器均為高頻PWM調(diào)制方式。在這種情況下，主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Kb閉合，串聯(lián)變流器I’相當(dāng)于一個(gè)受控電壓源，用來(lái)控制負(fù)載上的電壓為穩(wěn)定純凈的正弦波電壓，并且市電和系統(tǒng)輸出之間的電壓差由串聯(lián)變流器I’補(bǔ)償。其中，串聯(lián)變流器I’對(duì)負(fù)載電壓穩(wěn)定的補(bǔ)償，先采用波形瞬時(shí)值比較法來(lái)檢測(cè)電壓的波動(dòng)和諧波，得到調(diào)制波的指令信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行PWM控制，使負(fù)載上的電壓為穩(wěn)定純凈的正弦電壓。并聯(lián)變流器II’相當(dāng)于一個(gè)受控電流源，用來(lái)穩(wěn)定直流側(cè)的電壓，提供負(fù)載所需的無(wú)功與諧波電流。如圖4所示，當(dāng)市電電壓高于額定電壓時(shí)(以市電電壓高于額定電壓15%為例說(shuō)明)，從能量傳輸?shù)慕嵌葋?lái)說(shuō)，串聯(lián)變流器I’工作在電壓源整流狀態(tài)，起降壓作用，維持負(fù)載電壓為額定值；并聯(lián)變流器II’工作在電流源逆變狀態(tài)，用來(lái)維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定和能量的平衡。而當(dāng)UPS出現(xiàn)故障和進(jìn)行維護(hù)時(shí)，這時(shí)旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)Ka閉合，負(fù)載由市電直接供電。如圖5所示，當(dāng)市電電壓低于額定電壓時(shí)(以市電電壓低于額定電壓15%為例說(shuō)明)，串聯(lián)變流器I’工作在電壓源逆變狀態(tài)，補(bǔ)償市電電壓與額定電壓之差，維持輸出電壓 為額定值；并聯(lián)變流器II’仍工作在電流源整流狀態(tài)，用來(lái)穩(wěn)定直流側(cè)的電壓。二、市電停電時(shí)當(dāng)市電停電時(shí)，如圖6所示，為本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS等效電路，原來(lái)工作在電流源狀態(tài)的并聯(lián)變流器II’自動(dòng)轉(zhuǎn)入電壓源工作狀態(tài)，而串聯(lián)變流器I’依然工作在電壓源狀態(tài)，兩變流器的輸出電壓串聯(lián)后共同向負(fù)載供電。在市電停電時(shí)，并聯(lián)變流器II’輸出50Hz的低頻脈沖波電壓，串聯(lián)變流器I’輸出補(bǔ)償電壓波形，向負(fù)載輸出的總電壓為兩變流器輸出電壓之和，合成波形為正弦波，也就是說(shuō)，雖然并聯(lián)變流器II’輸出的波形中含有一定的高次諧波，但串聯(lián)變流器I’的輸出電壓把諧波抵消(補(bǔ)償)掉了，因此向負(fù)載輸出的總電壓為純凈正弦波。此時(shí)，等效電路的能令流通圖如圖7所示，市電輸出功率為0，并聯(lián)變流器II’和串聯(lián)變流器I’合成輸出功率為100%。在這種情況下，本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS與現(xiàn)有的串并聯(lián)UPS系統(tǒng)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)變流器II’輸出50Hz的低頻脈沖波電壓，其功率器件在一個(gè)工頻周期內(nèi)只開(kāi)關(guān)一次，大大降低了開(kāi)關(guān)損耗，而系統(tǒng)的輸出功率大部分就是由并聯(lián)變流器II’承擔(dān)；同時(shí)，盡管輸出補(bǔ)償波電壓的串聯(lián)變流器I’開(kāi)關(guān)頻率比較高，但串聯(lián)變流器I’只承擔(dān)系統(tǒng)輸出功率的一小部分，因此，總的開(kāi)關(guān)損耗還是比較小的，這樣便提高了系統(tǒng)的整體效率。另外，本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS改變了現(xiàn)有串并聯(lián)型UPS系統(tǒng)中當(dāng)市電停電時(shí)，只有并聯(lián)變流器向負(fù)載提供100%的功率的缺點(diǎn)，從而提高了串聯(lián)變流器的利用率，減輕了并聯(lián)變流器的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的負(fù)載能力。此外，本實(shí)施例的新型串并聯(lián)變換型UPS還可以實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電并網(wǎng)。當(dāng)直流側(cè)蓄電池B’存在外部直流電能輸入時(shí)，(比如將燃料電池或者太陽(yáng)能電池接入U(xiǎn)PS系統(tǒng)的直流側(cè))，那么，在市電停電的情況下，直流側(cè)蓄電池B’可繼續(xù)向負(fù)載供電；而在市電供電正常時(shí)，由于并聯(lián)變流器II’可實(shí)現(xiàn)有功電網(wǎng)回饋，因此可實(shí)現(xiàn)將UPS與再生能源發(fā)電并網(wǎng)合并為一個(gè)整體，拓展了 UPS的功能。以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種新型串并聯(lián)變換型UPS，包括主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)(Ka)、旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)(Kb)、補(bǔ)償變壓器(Tr’)、并聯(lián)變流器(II’)、串聯(lián)變流器(I’)和蓄電池(B’)，所述旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)(Kb)的一端與市電電源相連，另一端與負(fù)載相連，其特征在于，所述主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)(Ka)的一端與所述市電電源相連，所述并聯(lián)變流器(II’)的交流輸入輸出端分別與所述主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)(Ka)的另一端以及所述補(bǔ)償變壓器(Tr’)的一次側(cè)繞組的一端相連，所述并聯(lián)變流器(II’)的直流輸入輸出端以及所述串聯(lián)變流器(I’)的直流輸入輸出端接所述蓄電池(B’)的正極，所述蓄電池(B’)的負(fù)極接地，所述串聯(lián)變流器(I’)的交流輸入輸出端與所述補(bǔ)償變壓器(Tr’)的二次側(cè)繞組構(gòu)成回路，所述補(bǔ)償變壓器(Tr’)的一次側(cè)繞組的另一端與所述負(fù)載相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型串并聯(lián)變換型UPS，其特征在于，所述并聯(lián)變流器(II’)是其內(nèi)部的開(kāi)關(guān)器件為IGBT開(kāi)關(guān)器件的并聯(lián)變流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型串并聯(lián)變換型UPS，其特征在于，所述串聯(lián)變流器(I’)是其內(nèi)部的開(kāi)關(guān)器件為IGBT開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)變流器?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型串并聯(lián)變換型UPS，包括主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償變壓器、并聯(lián)變流器、串聯(lián)變流器和蓄電池，旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的一端與市電電源相連，另一端與負(fù)載相連，主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的一端與市電電源相連，并聯(lián)變流器的交流輸入輸出端分別與主路靜態(tài)開(kāi)關(guān)的另一端以及補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)繞組的一端相連，并聯(lián)變流器的直流輸入輸出端以及串聯(lián)變流器的直流輸入輸出端接蓄電池的正極，蓄電池的負(fù)極接地，串聯(lián)變流器的交流輸入輸出端與補(bǔ)償變壓器的二次側(cè)繞組構(gòu)成回路，補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)繞組的另一端與負(fù)載相連，因此，當(dāng)市電停電時(shí)并聯(lián)變流器和串聯(lián)變流器均可以向負(fù)載供電，從而提高了UPS的利用率高和運(yùn)行效率。
文檔編號(hào)H02J9/06GK202488205SQ201220003290
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者王仲根, 聶文艷, 韓微 申請(qǐng)人:淮南師范學(xué)院