一种逆变器兼做有源滤波器的UPS的制作方法

一种逆变器兼做有源滤波器的ups
技术领域
1.本实用新型涉及ups领域，更具体地说，涉及一种逆变器兼做有源滤波器的ups。


背景技术：

2.不间断电源(ups，uninterruptible power supply))分为在线式ups、离线式ups和在线互动式ups。在线式ups在逆变供电时，使用双变换模式，将市电输入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。因此在线式ups在提供不间断电源功能的同时，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。但在线式ups这种ac
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dc，dc
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ac的双变换模式，会造成系统较大的损耗，常见的高频在线式ups，在双变换模式下满载的最高效率一般在96％左右。基于目前日趋严格的环保要求和节能法规，较多的客户在使用在线式ups时采用了eco模式，eco模式的原理是，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，而且eco模式下旁路与逆变的切换时间虽短，但也有近2ms的切换时间，难以满足某些对切换时间要求严苛的精密设备负载。
3.因此，现有的ups存在逆变模式下系统效率不高，而在eco模式下负载谐波影响电网的问题。


技术实现要素：

4.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，提供一种逆变器兼做有源滤波器的ups，其通过使用逆变器作为有源滤波器，可以有效提高系统效率，并且保证负载供电质量。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种逆变器兼做有源滤波器的ups，包括旁路装置、市电转换装置、直流转换装置、逆变器、控制装置，用于检测旁路电压频率并基于所述旁路电压频率生成旁路模式信号或者主路模式信号的旁路判断装置，所述逆变器的输入端连接所述市电转换装置和所述直流转换装置、输出端直接连接ups的输出端，所述控制装置控制所述逆变器基于所述旁路模式信号作为有源滤波器工作并基于所述主路模式信号作为逆变器工作。
6.在本实用新型所述的逆变器兼做有源滤波器的ups中，所述旁路装置包括旁路输入电源、旁路输入开关和静态开关，所述旁路输入开关和所述静态开关串联在所述旁路输入电源和所述ups的输出端。
7.在本实用新型所述的逆变器兼做有源滤波器的ups中，所述控制装置进一步包括用于检测负载电流中的谐波和无功电流，并将其反极性以生成补偿电流信号的检测模块，基于所述补偿电流信号和实际补偿电流之间的关系生成所述逆变器的开关管器件的pwm驱动信号的电流控制器，以及用于控制所述ups的直流母线电压的直流电压控制器。
8.在本实用新型所述的逆变器兼做有源滤波器的ups中，所述市电转换装置包括主
路输入开关和整流器，市电输入经所述主路输入开关连接所述整流器的输入端，所述整流器的输出端连接所述逆变器的输入端。
9.在本实用新型所述的逆变器兼做有源滤波器的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。
10.在本实用新型所述的逆变器兼做有源滤波器的ups中，所述逆变器兼做有源滤波器的ups为在线式ups、后备式ups或者在线互动式ups。
11.实施本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups，ups工作在旁路模式时，使用逆变器作为有源滤波器，有效的提高了系统效率，并保证负载供电质量，并且逆变器的输出端直接连接ups的输出端，因此取消了静态开关，从而大大改善了旁路逆变切换时间。
附图说明
12.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：
13.图1是本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups的第一实施例的原理框图；
14.图2是本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups的第二实施例的电路原理示意图；
15.图3是图2所示的逆变器兼做有源滤波器的ups的旁路模式下功率流向示意图；
16.图4是图2所示的逆变器兼做有源滤波器的ups旁路模式下的控制部分的等效原理示意图；
17.图5是图2所示的逆变器兼做有源滤波器的ups的主路模式下功率流向示意图。
具体实施方式
18.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。
19.本实用新型涉及一种逆变器兼做有源滤波器的ups，包括旁路装置、市电转换装置、直流转换装置、逆变器、控制装置，用于检测旁路电压频率并基于所述旁路电压频率生成旁路模式信号或者主路模式信号的旁路判断装置，所述逆变器的输入端连接所述市电转换装置和所述直流转换装置、输出端直接连接ups的输出端，所述控制装置控制所述逆变器基于所述旁路模式信号作为有源滤波器工作并基于所述主路模式信号作为逆变器工作。实施本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups，ups工作在旁路模式时，使用逆变器作为有源滤波器，有效的提高了系统效率，并保证负载供电质量，并且逆变器的输出端直接连接ups的输出端，因此取消了静态开关，从而大大改善了旁路逆变切换时间。
20.图1是本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups的第一实施例的原理框图。如图1所示，本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups，包括旁路装置100、市电转换装置200、直流转换装置300、逆变器400、控制装置500，以及用于检测旁路电压频率并基于所述旁路电压频率生成旁路模式信号或者主路模式信号的旁路判断装置600。如图1所示，所述逆变器400的输入端连接所述市电转换装置200和所述直流转换装置300、输出端直接连接ups的输出端。所述旁路判断装置600电连接所述旁路装置100并且通信连接所述控制装置500。所
述控制装置500通信连接所述逆变器400。
21.在本实用新型的优选实施例中，所述旁路装置可以包括旁路输入电源、旁路输入开关和静态开关，所述旁路输入开关和所述静态开关串联在所述旁路输入电源和所述ups的输出端。所述市电转换装置200可以包括主路输入开关和整流器，市电输入经所述主路输入开关连接所述整流器的输入端，所述整流器的输出端连接所述逆变器400的输入端。所述直流转换装置300包括电池和电池变换器300，所述电池的输出端连接所述直流转换装置300的输入端，所述直流转换装置300的输出端连接所述逆变器400的输入端。
22.所述旁路判断装置600可以是任何适合的电路或者芯片，其可以通过电压实时波形检测的方式检测旁路电压，当旁路电压的电压频率超过设定范围时，判定旁路装置异常，ups从旁路切换到逆变器400供电，即当旁路电压的电压频率位于设定范围内时，生成旁路模式信号，ups由旁路装置100供电，而当旁路电压的电压频率超出设定范围内时，生成主路模式信号，ups由逆变器400供电。例如所述旁路判断装置600可以包括电压实时检测电路和比较器以实现上述功能。
23.所述控制装置500控制所述逆变器400基于所述旁路模式信号作为有源滤波器工作并基于所述主路模式信号作为逆变器400工作。即当所述旁路判断装置600检测所述旁路装置100正常时，ups由旁路供电给负载，同时ups的逆变器400作为有源滤波器补偿负载产生的谐波和无功功率。当所述旁路装置100异常时，ups由逆变器400供电给负载，此时逆变器400此时正常作为逆变器工作。
24.实施本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups，ups工作在旁路模式时，使用逆变器作为有源滤波器，有效的提高了系统效率，并保证负载供电质量，并且逆变器的输出端直接连接ups的输出端，因此取消了静态开关，从而大大改善了旁路逆变切换时间。
25.图2是本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups的第二实施例的电路原理示意图。图3是图2所示的逆变器兼做有源滤波器的ups的旁路模式下功率流向示意图。图4是图2所示的逆变器兼做有源滤波器的ups旁路模式下的控制部分的等效原理示意图。图5是图2所示的逆变器兼做有源滤波器的ups的主路模式下功率流向示意图。下面结合图2
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5对本实用新型的第二优选实施例说明如下。
26.如图2和4所示，本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups，包括旁路装置、市电转换装置、直流转换装置、逆变器400、控制装置，以及用于检测旁路电压频率并基于所述旁路电压频率生成旁路模式信号或者主路模式信号的旁路判断装置。
27.如图2所示，所述旁路装置100包括旁路输入电源110、旁路输入开关120和静态开关130。所述旁路输入开关120和所述静态开关130串联在所述旁路输入电源110和所述ups的输出端。所述市电转换装置200包括主路输入开关210和整流器220。市电输入经所述主路输入开关210连接所述整流器220的输入端，所述整流器220的输出端连接所述逆变器400的输入端。所述直流转换装置300包括电池310和电池变换器320，所述电池310的输出端连接所述电池变换器320的输入端，所述电池变换器320的输出端连接所述逆变器400的输入端。所述逆变器400的输出端直接连接ups的输出端。所述ups的输出端连接输出开关。同样地，在本实施例中，所述旁路判断装置600电连接所述旁路装置100并且通信连接所述控制装置500。所述控制装置500通信连接所述逆变器400。
28.进一步地，如图4所示，在本优选实施中，所述控制装置500进一步包括用于检测负
载电流中的谐波和无功电流，并将其反极性以生成补偿电流信号的检测模块510，基于所述补偿电流信号和实际补偿电流之间的关系生成所述逆变器400的开关管器件的pwm驱动信号的电流控制器520，以及用于控制所述ups的直流母线电压的直流电压控制器530。
29.下面结合图3
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5对本实施例的工作原理说明如下。
30.如前所述，当旁路电压的电压频率位于设定范围内时，所述旁路判断装置600生成旁路模式信号，ups由旁路装置100供电，这时逆变器400作为有源滤波器补偿负载产生的谐波和无功功率，其功率流向如图3所示。
31.进一步的，图4示出了控制部分的等效原理示意图。如图4所示，isa，isb，isc为市电电流，ila，ilb，ilc为负载电流，ifa，ifb，ifc为有源滤波器提供的补偿电流，三者关系如下式：
32.isa＝ila+ifa；
33.isb＝ilb+ifb；
34.isc＝ilc+ifc；
35.非线性负载为谐波源，因此负载电流中包含谐波和无功分量。检测模块510的作用是实时检测负载电流中的谐波和无功电流，并将检测到的谐波和无功电流反极性，进而得到作为有源滤波器工作的逆变器400提供的补偿电流的指令信号。逆变器400作为有源滤波器在工作时，由ups的直流母线电容提供在旁路给负载供电时的谐波和无功补偿，因此需要直流电压控制器530将直流母线电压需控制为一个适当的定值。本领域技术人员可以根据具体电路情况设置该定值。电流控制器520的作用是根据补偿电流的指令信号和实际的补偿电流之间的相互关系，得出控制主电路中功率开关器件的pwm驱动信号。本领域技术人员知悉逆变器作为有源滤波器工作时的各个控制原理和方式，在此就不再累述了。
36.而当旁路电压的电压频率超出设定范围内时，所述旁路判断装置600生成主路模式信号，ups由逆变器400供电，其功率流向如图5所示。
37.在本实用新型的优选实施例中，所述逆变器兼做有源滤波器的ups可以是各种类型的ups，比如在线式ups，后备式ups、在线互动式ups。不过后备式ups没有双变换模式，在电网质量较差的应用场合下，为了不频繁切换到电池放电，负载必须忍受长时间的质量较差的电网供电。而且后备式ups市电模式和电池模式切换的时间远大于在线式ups实施的方案。
38.实施本实用新型的逆变器兼做有源滤波器的ups，ups工作在旁路模式时，使用逆变器作为有源滤波器，有效的提高了系统效率，并保证负载供电质量，并且逆变器的输出端直接连接ups的输出端，因此取消了静态开关，从而大大改善了旁路逆变切换时间。
39.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。
40.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。