不间断电源系统的制作方法
【专利摘要】一种不间断电源系统，包括储能蓄电池；监测电路；可控开关；并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路；离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路；模式切换开关及变流器。上述不间断电源系统在并网时，并网控制电路根据市电中的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号并通过电流闭环控制进行无功和谐波补偿，减少了电能损耗。离网控制电路在并网模式时不参与控制，但仍处于运行状态，会根据电压环给定电压值、输出电压反馈信号以及输出电流反馈信号生成离网控制信号。当系统由并网切至离网模式时，变流器根据离网控制信号对输出进行控制，实现并网/离网模式的无缝切换。
【专利说明】
不间断电源系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及供电电源技术领域，特别是涉及一种不间断电源系统。
【背景技术】
[0002]随着近年来数据中心电源负荷的快速增长，能效指标要求越来越高。对于应用于高密度数据中心的不间断电源系统(UPS)，不仅要为IT设备供电，还要保证IT设备运行的空调等辅助设备供电，电源需求会持续增加。由于数据中心的高密度化是一种必然的趋势，因此对为其提供电力保障的UPS提出了全新的要求。传统的数据中心供电方式中，一般采用基于双变换技术的在线式UPS电源。这种在线式UPS的主要缺点是在强电网供电环境下的电能损耗较大，运行成本较高，并且，传统的UPS在电网电能质量差时不能有效的进行改善，因此不能满足数据中心高质量供电的需求。
【实用新型内容】
[0003]基于此，有必要提供一种电能损耗较小且能够实现对电网电能质量进行改善的不间断电源系统
[0004]—种不间断电源系统，包括储能蓄电池，还包括:监测电路，用于监测市电是否正常，并在市电正常时输出第一监测信号，在市电异常时输出第二监测信号；可控开关，连接于市电和公共连接点之间且与所述监测电路连接;所述可控开关在所述第一监测信号的控制下导通，使得所述不间断电源系统进入并网模式;所述可控开关在所述第二监测信号的控制下断开，使得所述不间断电源系统进入离网模式;并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路;所述谐波和无功电流提取电路分别与所述公共连接点的市电侧、所述电流环控制电路连接;所述电流环控制电路还与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电流反馈信号;所述谐波和无功电流提取电路用于根据市电电流的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号;所述电流环控制电路用于根据所述谐波和无功补偿指令信号、所述输出电流反馈信号生成并网控制信号;离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路;所述电压外环电路的第一输入端与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电压反馈信号;所述电压外环电路的第二输入端用于接收电压环给定电压值;所述电压外环电路的输出端与所述电流内环电路的第一输入端连接;所述电流内环电路的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收所述变流器的输出电流反馈信号;所述电压外环电路用于根据所述电压环给定电压值和所述变流器的输出电压反馈信号生成电流内环给定信号;所述电流内环电路用于根据所述电流内环给定信号和所述输出电流反馈信号生成离网控制信号;模式切换开关;所述模式切换开关的固定端与所述变流器的控制端连接;所述模式切换开关的第一触点与所述并网控制电路的输出端连接;所述模式切换开关的第二触点与所述离网控制电路的输出端连接;所述模式切换开关用于在所述第一监测信号的控制下接通第一触点，在所述第二监测信号的控制下接通第二触点；以及变流器，所述变流器连接于所述储能蓄电池和所述公共连接点之间;所述变流器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号对输出电压或者输出电流进行控制。
[0005]在其中一个实施例中，还包括驱动信号发生器;所述驱动信号发生器连接于所述模式切换开关的固定端和所述变流器的控制端之间;所述驱动信号发生器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号生成驱动信号，以对所述变流器进行控制。
[0006]在其中一个实施例中，所述谐波和无功电流提取电路包括顺次连接的第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块、低通滤波器、第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块以及第一三相加法器;所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端连接于所述公共连接点的市电侧，且还与所述第一三相加法器的输入端连接;所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块用于对三相市电电流进行转换得到具有低频纹波的d轴直流量和q轴直流量后送入所述低通滤波器分别进行滤波处理;所述第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块用于将处理后的d轴直流量和q轴直流量转换成三相电网电流基波分量;所述第一三相加法器用于将谐波和无功电流提取电路得到的三相电网电流基波分量与所述三相市电电流进行相减后得到三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号；所述并网控制电路的电流环控制电路包括顺次连接的第二三相加法器和电流环控制器;所述第二三相加法器的输入端分别与所述第一三相加法器的输出端、变流器的输出端连接；所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的第一触点连接;所述第二三相加法器用于将所述三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号与三相输出电流反馈信号进行相减后得到三相误差信号;所述电流环控制器则用于根据所述三相误差信号进行闭环控制并生成三相并网控制信号。
[0007]在其中一个实施例中，所述电压外环电路包括相互串联的电压环加法器和电压环控制器;所述电压环加法器的第一输入端与所述变流器的输出端连接，用于接收输出电压反馈信号;所述电压环加法器的第二输入端用于接收所述电压环给定电压值;所述电压环加法器用于将所述电压环给定电压值与所述输出电压反馈信号进行相减得到电压误差信号;所述电压环控制器用于根据所述误差信号进行闭环控制并生成电流内环给定信号;所述电流内环电路包括顺次连接的电流环加法器和电流环控制器;所述电流环加法器的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收输出电流反馈信号;所述电流环加法器的第一输入端与所述电压环控制器的输出端连接;所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的第二触点连接;所述电流环加法器用于将所述电流内环给定信号与所述输出电流反馈信号进行相减得到电流误差信号;所述电流环控制器用于根据所述电流误差信号进行闭环控制并生成离网控制信号。
[0008]在其中一个实施例中，所述电压外环电路还包括第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块;所述电压环加法器包括电压环d轴加法器和电压环q轴加法器;所述电压环控制器包括电压环d轴控制器和电压环q轴控制器;所述第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述变流器的输出端连接，所述第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电压环d轴加法器、电压环q轴加法器连接;所述电流内环电路还包括第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块和第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块;所述电流环加法器包括电流环d轴加法器和电流环q轴加法器;所述电流环控制器包括电流环d轴控制器和电流环q轴控制器;所述第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述变流器的输出端连接;所述第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电流环d轴加法器、所述电流环q轴加法器连接;所述第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块的输入端分别与所述电流环d轴控制器、电流环q轴控制器的输出端连接，所述第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块的输出端则与所述模式切换开关的第二触点连接。
[0009]在其中一个实施例中，所述电压环控制器和所述电流环控制器均为PI调节器。
[0010]在其中一个实施例中，所述变流器为双向变流器;所述监测电路还用于对所述储能蓄电池的电压或者剩余容量进行实时监测并输出电压值或者剩余容量值;所述不间断电源系统还包括比较电路;所述比较电路分别与所述监测电路、所述双向变流器连接;所述比较电路用于在并网模式时判断所述电压值或者所述剩余容量值是否低于预设值，并在所述电压值或者所述剩余容量值低于预设值时输出充电信号;所述变流器还用于根据所述充电信号由逆变状态转为整流状态对所述储能蓄电池进行充电。
[0011]在其中一个实施例中，还包括电抗器;所述电抗器的输入端与所述可控开关的输出端连接;所述电抗器的输出端接入公共连接点。
[0012]在其中一个实施例中，还包括旁路开关;所述旁路开关分别与市电、负载连接;所述旁路开关用于在所述不间断电源系统需要进行维修时导通从而由市电直接向负载供电。
[0013]上述不间断电源系统具有并网和离网两种工作模式。在市电正常时，并网控制电路根据市电电流中的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号并通过对变流器的电流闭环控制将谐波和无功补偿电流注入到电网以进行无功和谐波补偿，从而对电网电能质量进行改善，减少了电能损耗，具有较高的能效指数。并且，离网控制电路在并网模式时不参与控制，但仍处于运行状态，会根据电压环给定电压值、输出电压反馈信号以及输出电流反馈信号生成离网控制信号。当不间断电源系统由并网模式切换至离网模式时，变流器根据离网控制电路输出的离网控制信号对其输出进行控制，从而实现并网/离网模式的无缝切换。
【附图说明】
[0014]图1为一实施例中的不间断电源系统的电路框图；
[0015]图2为图1中的不间断电源系统的电路原理图；
[0016]图3为不间断电源系统并网运行时对PCC点A相电能质量改善的示意图；
[0017]图4为不间断电源系统并网到离网无缝切换时的A相效果示意图。
【具体实施方式】
[0018]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。
[0019]图1为一实施例中的不间断电源系统的电路框图，图2为图1中的不间断电源系统的电路原理图。该不间断电源系统包括储能蓄电池110、监测电路(图中未示)、可控开关120、并网控制电路130、离网控制电路140、模式切换开关150以及变流器160。
[0020]储能蓄电池110用于存储电能，从而可以向外输出电能以供负载进行正常工作。储能蓄电池110可以采用不间断电源系统常用的电池类型来实现。
[0021]监测电路用于对市电进行监测，从而根据监测情况判断市电是否正常。具体地，监测电路通过对市电的三相电压进行监测来判断市电是否正常。在本实施例中，市电正常是指市电的电压处于稳定状态，不会发生急剧变化(短时间内电压有较大的提升或者下降)且能够正常输出给负载进行供电；市电异常则是指市电的电压处于不稳定状态或中断(即不能正常输出给负载供电)。监测电路在监测到市电正常时输出第一监测信号，并在市电异常时输出第二监测信号。
[0022]可控开关120连接于市电和负载之间，用于控制市电和负载之间的连接。具体地，可控开关120包括输入端、输出端以及控制端。可控开关120的输入端与市电连接，输出端则通过公共连接点PCC与负载连接。可控开关120的控制端则与监测电路连接。可控开关120用于接收监测电路输出的第一监测信号和第二监测信号，并根据接收到的监测信号进行相应的操作。可控开关120在接收到第一监测信号时导通，从而使得市电与负载连接，由市电向负载供电，不间断电源系统并网运行，进入并网模式。可控开关120在第二监测信号的控制下断开，从而断开市电与负载之间的连接，避免市电异常对负载造成的危害。此时不间断电源系统独立向负载供电，进入离网模式。
[0023]并网控制电路130用于生成并网控制信号，以对并网过程中变流器的工作进行控制。具体地，并网控制电路130包括谐波和无功电流提取电路132和电流环控制电路134。谐波和无功电流提取电路132的输入端连接于公共连接点PCC的市电侧，输出端则与电流环控制电路134的输入端连接。电流环控制电路134的输入端还与变流器140的输出端连接，以接收变流器140的输出电流反馈信号。电流环控制电路134的输出端与模式切换开关150的第一触点连接。谐波和无功电流提取电路132用于根据市电电流中的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号并送入到电流环控制电路134中。电流环控制电路134根据谐波和无功补偿指令信号以及变流器160的输出电流反馈信号生成并网控制信号。
[0024]离网控制电路140用于生成离网控制信号，以对离网过程中变流器的工作进行控制。离网控制电路140包括电压外环电路142和电流内环电路144。其中，电压外环电路142的第一输入端与变流器160的输出端连接，以接收变流器160的输出电压反馈信号。电压外环电路160的第二输入端用于接收电压环给定电压值。在本实施例中，电压环给定电压值即为市电正常向负载供电时提供的电压。在其他的实施例中，也可以根据实际并网模式中市电的供电电压进行设置。电压外环电路142的输出端与电流内环电路144的第一输入端连接。电流内环电路144的第二输入端则与变流器160的输出端连接，以接收变流器160的输出电流反馈信号。电流内环电路144的输出端与模式切换开关150的第二触点连接。电压外环电路142用于根据电压环给定电压值和输出电压反馈信号生成电流内环给定信号。电流内环电路144则根据电流内环给定信号和变流器160的输出电流反馈信号生成离网控制信号。在本实施例中，并网控制电路130和离网控制电路140在不间断电源系统运行过程中一直处于运行状态，但是是否参与控制则需要根据模式切换开关150的状态来进行控制。
[0025]模式切换开关150的固定端与变流器160的控制端连接，模式切换开关150的控制端则与监测电路连接。模式切换开关150在第一监测信号(也即并网模式)的控制下接通第一触点，从而将并网控制电路130生成的并网控制信号输出至变流器160的控制端。变流器160在该并网控制信号的控制下输出实际需要的谐波和无功补偿电流注入到电网，和原来电网电流中的谐波和无功电流相抵消，从而实现电网电流正弦化、单位功率因数的效果，减小了电能损耗，提高了能效指数。模式切换开关150在第二监测信号的控制下由第一触点转接至第二触点。由于离网控制电路140在并网模式时也处于运行状态，因此可以在切换完成时即将生成的离网控制信号输出给变流器160。变流器160根据该离网控制信号对输出进行控制，从而满足负载的供电需求。由于模式切换前后，离网控制电路14 O输出的离网控制信号相同，没有大的突变，降低了不间断电源系统由并网模式切换为离网模式时造成的切换冲击，实现并网/离网模式无缝切换。
[0026]上述不间断电源系统具有并网和离网两种工作模式。在市电正常时，并网控制电路130根据市电电流中的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号并通过对变流器160的电流闭环控制将谐波和无功补偿电流注入到电网以进行无功和谐波补偿，从而对PCC点电能质量进行改善，减少了电能损耗，具有较高的能效指数。并且，离网控制电路140在并网模式时不参与控制，但仍处于运行状态，会根据电压环给定电压值、输出电压反馈信号以及输出电流反馈信号生成离网控制信号。当不间断电源系统由并网模式切换至离网模式时，变流器160根据离网控制电路140输出的离网控制信号对其输出进行控制。模式切换前后，离网控制电路140输出的离网控制信号相同，从而实现不间断电源系统的并网/离网模式无缝切换。
[0027]在本实施例中，上述不间断电源系统还包括驱动信号发生器170、滤波电路180、电抗器190以及旁路开关(图中未示)。驱动信号发生器170连接于模式切换开关150的固定端和变流器160的控制端之间。驱动信号发生器170用于根据模式切换开关150传输的并网控制信号或者离网控制信号生成驱动信号，以对变流器160进行控制。在本实施例中，驱动信号发生器170为SPffM信号发生器，变流器160为PffM变流器。
[0028]滤波电路180连接于变流器160的输出端和公共连接点PCC之间。滤波电路180用于对变流器160的输出电流进行滤波处理。具体地，滤波电路180为LC滤波电路。
[0029]电抗器190连接于可控开关120和公共连接点PCC之间。电抗器190用于将市电与负载隔离开，确保电网侧电流的正弦化。旁路开关则连接于负载和市电之间，用于在不间断电源系统需要进行维修时导通，从而由市电直接向负载供电，确保不间断电源系统异常时负载仍能够正常工作。
[0030]在本实施例中，谐波和无功电流提取电路132包括顺次连接的第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块(即第一 abc/dq转换模块)1322、低通滤波器1324、第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块(即第一dq/abc转换模块)1326以及第一三相加法器1328。第一 abc/dq转换模块1322的输入端连接于公共连接点PCC的市电侧，用于接收三相市
。第一abc/dq转换模块1322的输入端还与第一三相加法器1328的输入端连接，从而将三相市电电流(igA、igB、igc)输入至第一三相加法器1328中。第一abc/dq转换模块1322用于实现abc三相静止坐标系至dq两相旋转坐标系的转换，即将三相市电电流(igA、igB、igG)转换为含有低频纹波的d轴直流量Igdh和q轴直流量Igqh，并分别送入至低通滤波器1324中。低通滤波器1324分别对输入的d轴直流量Igdh和q轴直流量Igqh进行滤波处理以得到相应的纯净的d轴直流量Ig4Pq轴直流量Igq。第一 dq/abc转换模块1326的输入端与低通滤波器1324的输出端连接，其输出端则与第一三相加法器1328的输入端连接。第一 dq/abc转换模块1326用于将输入的d轴直流量Igt^Pq轴直流量Igq转换成三相电网电流基波分量(igAf、igBf、igCf)。一般三相电网电流可分解为基波电流、谐波和无功电流两部分，即:
[0031]igA=igAf+igAh；
[0032]igB = igBf+igBh；
[0033]igc = igcf+igch。
[0034]第一三相加法器1328则用于将三相电网电流基波分量(丨成、丨邮、丨抑)与三相市电电流(igA、igB、igC)进行相减后得到三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号(igAhre3f、
igBhref、igChref )，即:
[0035]igAf—IgA= IgAf— (igAf+igAh) = — igAh= IgAhref O[0030 ] igBf — igB= IgBf — (igBf+igBh) = — igBh= I gBhref o[0037 ] igcf 一 igc = igCf 一 (igcf+igch) = 一 i gch = i gchref。
[0038]电流环控制电路140包括顺次连接的第二三相加法器1342和电流环控制器1344。其中，第二三相加法器1342的输入端分别与第一三相加法器1328的输出端、以及变流器130的输出端连接。第二三相加法器1342的输出端则与电流环控制器1344的输入端连接。电流环控制器1344的输出端与模拟式切换开关150的第一触点I连接。第二三相加法器1342用于将第一三相加法器1328输出的谐波和无功补偿指令信号(igAhref、igBhref、igChref )与变流器160输出端的输出电流反馈信号(iA、iB、ic)进行相减后得到误差信号后送入到电流环控制器1344中。电流环控制器1344用于根据该误差信号进行闭环控制并生成三相并网控制信号(Varef^VbreflIrefl)。在本实施例中，电流环控制器1344为PI调节器。
[0039]离网控制电路140中的电压外环电路包括第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块(即第二abc/dq转换模块)310、电压环加法器以及电压环控制器。其中，电压环加法器包括电压环d轴加法器322和电压环q轴加法器324;电压环控制器同样包括电压环d轴控制器332和电压环q轴控制器334。第二 abc/dq转换模块310的输入端与变流器160的输出端连接，其输出端则分别与电压环d轴加法器322、电压环q轴加法器324连接。电压环d轴加法器322与电压环d轴控制器332连接，电压环q轴加法器324则与电压环q轴控制器334连接。第二 abc/dq转换模块310用于将变流器160输出端的三相输出电压(uA、ub、uc)转换为d轴电压反馈值Ud和q轴电压Uq后分别送入至电压环d轴加法器322和电压环q轴加法器324的第一输入端。电压环d轴加法器322的第二输入端则用于接收电压环d轴给定电压值Udrrf'电压环q轴加法器324的第二输入端则用于接收电压环q轴给定电压值UqreA电压环d轴加法器322将输入的电压环d轴给定电压值UdrZ与d轴电压反馈值Ud进行相减后得到误差信号后送入到电压环d轴控制器332中。电压环d轴控制器332用于根据该误差信号进行闭环控制并生成d轴电流内环给定信号I/。电压环q轴加法器334和电压环q轴控制器332的工作原理类似，不重复说明。
[0040]离网控制电路140中的电流内环电路包括第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块(即第三abc/dq转换模块)340、电流环加法器、电流环控制器以及第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块(即第二dq/abc转换模块)370。其中，电流环加法器包括电流环d轴加法器352和电流环q轴加法器354，电流环控制器同样包括电流环d轴控制器362和电流环q轴控制器364。第三abc/dq转换模块340的输入端与变流器160的输出端连接，以接收三相输出电流反馈信号(iA、iB、ic)。第三abc/dq转换模块340的输出端分别与电流环d轴加法器352的第二输入端、电流环q轴加法器354的第二输入端连接。电流环d加法器352的第一输入端则与电压环d轴控制器332的输出端连接，其输出端则与电流环d轴控制器362连接。电流环q轴加法器354的第一输入端与电压环q轴控制器334的输出端连接，其输出端则与电流环q轴控制器364连接。电流环d轴控制器362和电流环q轴控制器364的输出端分别与第二dq/abc转换模块370的输入端连接。第二 dq/abc转换模块370的输出端则与模式切换开关150的第二触点2连接。其中，第三abc/dq转换模块340用于将变流器160的三相输出电流(U、iB、ic)转换为d轴电流Id和q轴电流Iq并分别送入至电流环d轴加法器352和电流环q轴加法器354中。电流环d轴加法器352将输入的d轴电流内环给定信号I/和d轴电流Id相减后得到误差信号并送入到电流环d轴控制器362以生成d轴控制信号Ud。。同样的，电流环q轴控制器也会生成q轴控制信号uq。。第二 dq/abc转换模块370根据输入的d轴控制信号Ud。以及q轴控制信号uq。生成三相离网控制信号(Varef2 Jbref2Jcref2)。在本实施例中，电流环控制器和电压环控制器均为PI调节器。
[0041 ] 上述不间断电源系统的工作过程如下:
[0042]在系统启动后，监测电路持续工作，监测市电是否正常。
[0043]在市电正常时，监测电路输出第一监测信号控制可控开关120导通，不间断电源系统进入并网模式。此时，模式切换开关150接至第一触点I，从而由并网控制电路130输出的并网控制信号(Varefl、Vbrefl、Vcrefl)经由驱动信号发生器170生成驱动信号后对变流器160的输出进行控制。变流器160根据接收到的驱动信号输出实际需要的谐波和无功补偿电流并注入到电网，和原来电网电流中的谐波和无功电流相抵消，从而实现电网电流正弦化、单位功率因数的效果。图3为不间断电源系统并网运行时对PCC点A相电能质量改善的示意图。在to时刻之前，不间断电源系统没有并入电网，由市电给负载供电。当负载A相电流中含有谐波时，A相电网电流igA波形畸变严重，同时PCC点处A相电压超前A相电流，说明A相电网电流igA中无功分量也比较大，需要补偿。在to时刻，UPS电源系统投入，并入电网，对A相电网电流中的谐波和无功进行补偿。因为电网电流可分解为基波电流和谐波加无功电流两部分，即igA= igAf+igAh WPS输出谐波和无功补偿电流对电网电流中的谐波及无功进行补偿。补偿后，A相电网电流波形变为纯正弦，A相电流和电压相位一致，消除了无功，只存在有功分量，因此很好的完成电能质量改善的功能，降低电能损耗。
[0044]在并网模式时，监测电路还对储能蓄电池110的电压或者剩余电量进行监测并输出电压值和剩余电量值。不间断电源系统则还包括比较电路(图中未示)。比较电路的其中一个输入端与监测电路连接，另一输入端则用于接收预设值，输出端则与变流器160的控制端连接。比较电路用于将输入电压值或者剩余容量值与预设值进行比较，判断电池电压值或者剩余容量值是否低于预设值，如果是则输出充电信号(为电平信号)。变流器160在该充电信号的控制下由逆变状态转换为整流状态，对市电进行整流后给储能蓄电池110进行充电。在系统启动后，监测电路以及比较电路一直处于工作状态，从而实现并网过程中对储能蓄电池110充电的控制。离网控制电路在并网模式时，也处于运行状态，但是并不参与控制过程。
[0045]在并网模式时，不间断电源系统与大电网并网运行，但同时监测电路会对市电的三相电压进行实时监测。一旦监测到市电异常或中断，可控开关120将被断开，不间断电源系统进入离网模式。模式切换开关150则由第一触点I转接至第二触点2。离网控制电路140将生成的离网控制信号(Vare3f2、Vbre3f2、Vc^f2)通过第二触点2送入到驱动信号发生器170中以生成驱动信号。变流器160在该驱动信号的控制下对其输出进行控制，从而给负载供电。图4为不间断电源系统并网到离网无缝切换时的A相效果示意图。在to时刻之前，不间断电源系统并网运行，由市电给重要负载供电，同时变流器从市电取电给储能蓄电池充电，即igA =ILA +iA。由于充电电流iA很小，因此负载电流iLA几乎等于市电电流igA。在to时刻，UPS电源系统从并网模式切换到离网模式，市电电流igA为零，变流器160从充电状态切换到逆变工作状态，由储能蓄电池110经变流器160给负载供电，此时负载电流i LA完全等于UPS输出电流i A，
BPiLA=IAo
[0046]当市电电压恢复正常时，可控开关120将被重新闭合，由市电给重要负载供电，并根据市电电流中的谐波和无功分量进行谐波和无功补偿，改善PCC点的电能质量。
[0047]上述不间断电源系统具有并网模式和离网运行两种工作模式。在市电正常时并入电网，市电电流中的谐波和无功分量进行谐波和无功补偿，改善PCC点市电的电能质量，同时在储能蓄电池110的电压或容量低于预设值时给储能蓄电池110充电。在市电异常时无缝切换至离网模式，保证负载的持续供电。上述不间断电源系统在强电网情况下耗能最少，能效最高，维护成本极低，其电池的寿命远长于传统UPS，而且整套系统可以安装在户外，为用户节约宝贵的室内空间。
[0048]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0049]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种不间断电源系统，包括储能蓄电池，其特征在于，还包括: 监测电路，用于监测市电是否正常，并在市电正常时输出第一监测信号，在市电异常时输出第二监测信号； 可控开关，连接于市电和公共连接点之间且与所述监测电路连接;所述可控开关在所述第一监测信号的控制下导通，使得所述不间断电源系统进入并网模式;所述可控开关在所述第二监测信号的控制下断开，使得所述不间断电源系统进入离网模式； 并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路;所述谐波和无功电流提取电路分别与所述公共连接点的市电侧、所述电流环控制电路连接;所述电流环控制电路还与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电流反馈信号;所述谐波和无功电流提取电路用于根据市电电流的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号;所述电流环控制电路用于根据所述谐波和无功补偿指令信号、所述输出电流反馈信号生成并网控制信号； 离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路;所述电压外环电路的第一输入端与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电压反馈信号;所述电压外环电路的第二输入端用于接收电压环给定电压值;所述电压外环电路的输出端与所述电流内环电路的第一输入端连接;所述电流内环电路的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收所述变流器的输出电流反馈信号;所述电压外环电路用于根据所述电压环给定电压值和所述变流器的输出电压反馈信号生成电流内环给定信号;所述电流内环电路用于根据所述电流内环给定信号和所述输出电流反馈信号生成离网控制信号； 模式切换开关;所述模式切换开关的固定端与所述变流器的控制端连接;所述模式切换开关的第一触点与所述并网控制电路的输出端连接;所述模式切换开关的第二触点与所述离网控制电路的输出端连接;所述模式切换开关用于在所述第一监测信号的控制下接通第一触点，在所述第二监测信号的控制下接通第二触点；以及 变流器，所述变流器连接于所述储能蓄电池和所述公共连接点之间；所述变流器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号对输出电压或者输出电流进行控制。2.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括驱动信号发生器;所述驱动信号发生器连接于所述模式切换开关的固定端和所述变流器的控制端之间;所述驱动信号发生器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号生成驱动信号，以对所述变流器进行控制。3.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述谐波和无功电流提取电路包括顺次连接的第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块、低通滤波器、第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块以及第一三相加法器;所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端连接于所述公共连接点的市电侧，且还与所述第一三相加法器的输入端连接;所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块用于对三相市电电流进行转换得到具有低频纹波的d轴直流量和q轴直流量后送入所述低通滤波器分别进行滤波处理;所述第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块用于将处理后的d轴直流量和q轴直流量转换成三相电网电流基波分量;所述第一三相加法器用于将谐波和无功电流提取电路得到的三相电网电流基波分量与所述三相市电电流进行相减后得到三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号； 所述并网控制电路的电流环控制电路包括顺次连接的第二三相加法器和电流环控制器;所述第二三相加法器的输入端分别与所述第一三相加法器的输出端、变流器的输出端连接;所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的第一触点连接;所述第二三相加法器用于将所述三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号与三相输出电流反馈信号进行相减后得到三相误差信号;所述电流环控制器则用于根据所述三相误差信号进行闭环控制并生成三相并网控制信号。4.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述电压外环电路包括相互串联的电压环加法器和电压环控制器;所述电压环加法器的第一输入端与所述变流器的输出端连接，用于接收输出电压反馈信号;所述电压环加法器的第二输入端用于接收所述电压环给定电压值;所述电压环加法器用于将所述电压环给定电压值与所述输出电压反馈信号进行相减得到电压误差信号;所述电压环控制器用于根据所述误差信号进行闭环控制并生成电流内环给定信号； 所述电流内环电路包括顺次连接的电流环加法器和电流环控制器;所述电流环加法器的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收输出电流反馈信号;所述电流环加法器的第一输入端与所述电压环控制器的输出端连接;所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的第二触点连接;所述电流环加法器用于将所述电流内环给定信号与所述输出电流反馈信号进行相减得到电流误差信号;所述电流环控制器用于根据所述电流误差信号进行闭环控制并生成离网控制信号。5.根据权利要求4所述的不间断电源系统，其特征在于，所述电压外环电路还包括第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块;所述电压环加法器包括电压环d轴加法器和电压环q轴加法器;所述电压环控制器包括电压环d轴控制器和电压环q轴控制器;所述第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述变流器的输出端连接，所述第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电压环d轴加法器、电压环q轴加法器连接； 所述电流内环电路还包括第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块和第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块;所述电流环加法器包括电流环d轴加法器和电流环q轴加法器;所述电流环控制器包括电流环d轴控制器和电流环q轴控制器;所述第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述变流器的输出端连接;所述第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电流环d轴加法器、所述电流环q轴加法器连接;所述第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块的输入端分别与所述电流环d轴控制器、电流环q轴控制器的输出端连接，所述第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块的输出端则与所述模式切换开关的第二触点连接。6.根据权利要求4所述的不间断电源系统，其特征在于，所述电压环控制器和所述电流环控制器均为PI调节器。7.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述变流器为双向变流器;所述监测电路还用于对所述储能蓄电池的电压或者剩余容量进行实时监测并输出电压值或者剩余容量值； 所述不间断电源系统还包括比较电路;所述比较电路分别与所述监测电路、所述双向变流器连接;所述比较电路用于在并网模式时判断所述电压值或者所述剩余容量值是否低于预设值，并在所述电压值或者所述剩余容量值低于预设值时输出充电信号;所述变流器还用于根据所述充电信号由逆变状态转为整流状态对所述储能蓄电池进行充电。8.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括电抗器;所述电抗器的输入端与所述可控开关的输出端连接;所述电抗器的输出端接入公共连接点。9.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括旁路开关;所述旁路开关分别与市电、负载连接;所述旁路开关用于在所述不间断电源系统需要进行维修时导通从而由市电直接向负载供电。
【文档编号】H02J3/38GK205489525SQ201620169676
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】张涛, 于玮, 徐海波
【申请人】易事特集团股份有限公司