专利名称：以升压脉冲为保障充电的中压应急电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及66KV—IOKV (本专利所定义的“中压”)不间断电源领域，更具体地说，更具体地说，涉及以升压脉冲为保障充电的中压应急电源。
背景技术：
在工业电源领域广380/220系统的低压型应急电源作为工业及民用领域应急照明和动力负载的应急供电装置在国内已经有十余年历史，形成相关专利十余项，在 380V供电系统中显示了节能、环保、快速、高可靠性、便于维护、智能化管理、提高供电可靠性等一系列优势。而伴随着工业领域大功率拖动负载的出现，用于拖动系统的、.66KVIOKV交流电动机早在70年代就已经问世，经过30多年的发展可谓十分成熟。近年来，为了减小大容量电动机的体积和重量，更为了回避大电流载体的敷设安装、连接和过度等安全类难题，许多程控类工业领域流水线上的大容量电动机逐步被中压型电动机所取代，启动和控制中压型电动机的中压变频产品(国外称之为“工业传动”或“交流动力传动”)也逐渐成熟。然而，中压级别的交流应急电源一直是国内外的市场空白，特别是工业领域，几乎找不到成功使用蓄电型交流应急电源的成功案例。一直以来，中压动力系统的工作可靠性完全取决于于电网电源的可靠性，一旦电网因故突然停电，程控类工业正在运行的流程就会骤停，将造成巨大损失(据中石油集团的一个年会报告仅炼化板块在2011年就发生电力系统故障几十起，因程控流程骤停造成直接和间接损失十几亿元)。为了尽量降低损失，许多程控工业的流水线不得不配置国外进口的气动型延迟系统，用于缓解电源故障流程骤停的损失，但此类气动型延迟系统只能起到有限的缓解作用，把突然停电的损失适当降低，无法把市网电源骤停的损失降到近于“0”，且此类气动延迟装置价格高昂，平时的附加运行成本也不可忽视。在如前所述的 380V及以下的低压不间断电源(UPS和EPS )中，对内部串联蓄电池组的充电往往靠输入电压直接整流来完成。因此，如果蓄电池总串联电压等于交流输入电源整流后的直流电压值，则无法将串联蓄电池组充满电(只有充电电压高于被充电的蓄电池总电压10左右或以上才能将蓄电池充满电)；如果蓄电池串联总电压低于输入电源的整流电压值，虽然可能将串联蓄电池组充满电，但在停电应急时又不能保证应急输出的交流电压值符合要求。为了保证蓄电池组能被充满电而应急输出电压又符合要求，不是需要升压整流充电、就是在逆变前或逆变后进行升压处理，而这两种措施在中压系统中相对困难和复杂，前者需要重新实验和构造一套较高的直流电压和较大功率环境的升压整流装置，后者需要重新构造一套大功率中压直流电源或交流变压装置，二者技术上都较难于实施，安全可靠性不高,成本却很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现代工业程控领域气动延迟系统的技术缺陷，提供一种中压应急电源；又针对交流供电母线直接整流后的直流电压值不能满足为普通应急电源内串联蓄电池组充满电的技术缺陷，提供一种以升压脉冲为保障充电的中压系统应急电源。本发明提供一种以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，脉冲主开关的正极接充放电母线正极，负极接脉冲升压变压器的一次绕组正极，防反开关的正极接脉冲升压变压器二次绕组的正极，负极接串联蓄电池组的正极，充电主开关的正极接充放 电母线正极，负极接串联蓄电池组的正极，放电控制开关的正极接串联蓄电池组的正极，负极接充放电母线的正极；脉冲升压变压器一次绕组的负极、二次绕组的负极以及串联蓄电池组的负极均与充放电母线的负极连接；当中压交流供电母线电压正常时，放电控制开关关断，脉冲主开关关断，工业传动的中间值流通过充电主开关对串联蓄电池组充电，当蓄电池串联总电压接近工业传动中间直流电压值时，脉冲主开关开始工作，系统进入脉冲升压提升充电阶段；当应急电源放电时，脉冲主开关关断，放电控制开关接通。优选地，充放电母线的正极与工业传动的中间直流母线的正极连接，负极与工业传动的中间直流母线的负极连接。优选地，工业传动的能量变换的交流电压输出值的范围为0. 66KV至10KV。优选地，脉冲主开关和放电控制开关为可控类无触点开关。优选地，充电主开关为无触点开关。优选地，充电主开关为可控型无触点开关。优选地，防反开关为无触点开关。优选地，防反开关为可控型无触点开关。实施本发明的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，具有以下有益效果1)通过采用脉冲升压回路的充电保障，可以充分利用成熟的工业传动主机的整流环节对蓄电池组充电且充满电；2)可以保证中压交流动力系统遇到中压供电母线或系统电源故障时，在任意设定时间内不停止工作，尤其是在电网突然断电的情况下能持续正常工作，从而使电网故障停电的损失降为“O”。
图I是本发明以升压脉冲为保障充电的中压应急电源的一具体实施例的结构示意图。
具体实施例方式图I是本发明以升压脉冲为保障充电的中压应急电源的一具体实施例的结构示意图。如图所示，脉冲主开关G3的正极接充放电母线M的正极，负极接脉冲升压变压器B的一次绕组正极，控制极接控制器K ;防反开关G4的正极接脉冲升压变压器B 二次绕组的正极，负极接串联蓄电池组E的正极；充电主开关Gl的正极接充放电母线正极，负极接串联蓄电池组E的正极；放电控制开关G2的正极接串联蓄电池组E的正极，负极接充放电母线M的正极，控制极接控制器K ;脉冲升压变压器B—次绕组的负极、二次绕组的负极以及串联蓄电池组E的负极均与充放电母线M的负极连接。充放电母线的正极与工业传动PM的中间直流母线的正极连接，负极与工业传动PM的中间直流母线的负极连接。工业传动PM的输入端连接中压交流供电母线L2，输出端连接中压应急动力负载D，例如电动机。工业传动PM主要由中压整流环节CZ和逆变环节SW构成，基本原理与低压(380V)整流逆变原理基本相同，信号与控制功能略有不同，中间直流电压为891V左右。当配置专用控制器时，也可以用相应的中压整流器和逆变器取而代之。在本发明中，脉冲主开关G3和放电控制开关G2为可控类无触点开关，可以是IGCT、IGBT、IPM、电力-M0SFET、(GT0)、SITH、MCT等器件或由电子器件构成的开关模块或开关电路。充电主开关Gl为任意电力电子类无触点开关，可以是P_MOSFET、IGBT、IGCT、IPM、SITH、MCT、可关断晶闸管(GT0)，也可以是二极管、晶闸管或由电力电子器件组合而成的开 关电路。防反开关G4为任意电力电子类无触点开关，可以是可控型，也可以是不可控型，当采用可控型无触点开关时，效果更好。脉冲变压器可为工频或中频或高频的升压类脉冲变压器。本发明的工业传动PM能量变换输出的交流电压值的范围为0. 66KV至10KV。工业传动PM作为交流能量变换装置，可以是ABB、西门子或施奈德等著名品牌的工业传动型变频主机，也可以是国产的中压变频装置，还可以是中压宽频逆变装置。在本实施例中，工业传动PM输出值采用0. 66KV，即660V。工业传动PM逆变环节的输入直流电压应不低于891V，所需要的每组串联蓄电池组E的数量为12V系列的74节或者2V系列的445节以上。为了给串联蓄电池组E充电，则需要保证充电总电压高于串联蓄电池组E总电压的10% —15%，交流传动主机中间直流电压只能等于上述蓄电池的串联电压值，只能对亏电的串联蓄电池组充电但无法保证充满电。因此，本发明利用控制器K监测串联蓄电池组E的被充电情况，适时地启动脉冲充电回路。控制器K可以为具有控制功能的单片机、单板机、工控机、智能控制仪表、PLC或其他计算机类控制装置，也可以由工业传动控制器代替。当中压交流供电母线L2正常时，中压动力所需的660V应急交流电源由中压交流供电母线L2经整流逆变环节提供，此时，放电控制开关G2处于关断状态。此时若串联蓄电池组E充电电压明显低于891V (工业传动中间直流电压值)，则由充电主开关Gl的正向导通来保持对串联蓄电池组E的正常充电；当控制器K监测到串联蓄电池组E电压临近891V(参数可调)时，控制器K便向脉冲主开关G3发出控制信号，脉冲主开关G3则按照设定的频率反复开关动作，产生脉冲电流，并在一次绕组中建立脉冲变化磁场，通过二次绕组升压后将高压感应脉冲电流不断地充进串联蓄电池组E，直到蓄电池完全充满后停止工作并进入间歇充电工况状态。当控制器K通过检测信号V监测到中压交流供电母线L2因故停电时，控制器K向脉冲主开关G3发出控制信号，控制脉冲主开关G3的关断，向放电控制开关G2发出控制信号，控制放电控制开关G2接通。串联蓄电池组E经放电控制开关G2放电为工业传动PM的逆变环节提供直流电源，此时工业传动PM输出端的660V电源为应急电源。串联蓄电池组E的能量放尽，欠压保护启动后放电控制开关G2自动关断，工业传动PM停止输出；或上位机发来停机信号，放电控制开关G2自动关断，工业传动PM停止输出；*660V中压交流供电母线L2电源恢复，放电控制开关G2自动关断时，串联蓄电池组E在控制器K的控制下重新进入充电状态。根据需要，串联蓄电池组E可以是I组，也可以是2组以上，只要各组正极和负极均分别并联即可。本发明可广泛应用于工业领域各类过程控制系统，特别是化工、石油、石化和煤化工领域的应急电源系统。本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保 护范围。
权利要求
1.一种以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，脉冲主开关的正极接充放电母线正极，负极接脉冲升压变压器的一次绕组正极，防反开关的正极接脉冲升压变压器二次绕组的正极，负极接串联蓄电池组的正极，充电主开关的正极接充放电母线正极，负极接串联蓄电池组的正极，放电控制开关的正极接串联蓄电池组的正极，负极接充放电母线的正极；脉冲升压变压器一次绕组的负极、二次绕组的负极以及串联蓄电池组的负极均与充放电母线的负极连接；当中压交流供电母线电压正常时，放电控制开关关断，脉冲主开关关断，工业传动的中间值流通过充电主开关对串联蓄电池组充电，当蓄电池串联总电压接近工业传动中间直流电压值时，脉冲主开关开始工作，系统进入脉冲升压提升充电阶段；当应急电源放电时，脉冲主开关关断，放电控制开关接通。
2.根据权利要求I所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，充放电母线的正极与工业传动的中间直流母线的正极连接，负极与工业传动的中间直流母线的负极连接。
3.根据权利要求I或2所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，工业传动的能量变换的交流电压输出值的范围为O. 66KV至10KV。
4.根据权利要求3所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，脉冲主开关和放电控制开关为可控类无触点开关。
5.根据权利要求4所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，充电主开关为无触点开关。
6.根据权利要求5所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，充电主开关为可控型无触点开关。
7.根据权利要求6所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，防反开关为无触点开关。
8.根据权利要求7所述的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，防反开关为可控型无触点开关。
全文摘要
本发明提供一种以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，其特征在于，当中压交流供电母线电压正常时，放电控制开关关断，脉冲主开关关断，工业传动的中间值流通过充电主开关对串联蓄电池组充电，当蓄电池串联总电压接近工业传动中间直流电压值时，脉冲主开关开始工作，系统进入脉冲升压提升充电阶段；当应急电源放电时，脉冲主开关关断，放电控制开关接通。实施本发明的以升压脉冲为保障充电的中压应急电源，可以保证中压交流动力系统遇到中压供电母线或系统电源故障时，在任意设定时间内不停止工作，尤其是在电网突然断电的情况下能持续正常工作，从而使电网故障停电的损失降为“0”。
文档编号H02J7/00GK102624046SQ20121004177
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者刘娜, 孙毅彪, 徐云胜, 范延勇 申请人:国彪电源集团有限公司