高效低功耗电压暂降治理装置的制作方法

本实用新型涉及电网电压暂降领域，特别是涉及一种高效低功耗电压暂降治理装置。

背景技术：

随着现代化工业、军事部门、通信、计算中心、金融、商业以及其它各行各业等敏感用户对用电质量要求越来越高，一旦电压出现短时中断或暂降，将会造成重大经济损失。目前，常采用的方式有在线式UPS实现对电压暂降的补偿治理。在线式UPS硬件由电源输入电路，AC/DC整流器，DC/AC逆变器，旁路电路以及蓄能电池，负载所用的交流电压经过逆变电路。当停电时，UPS将蓄电池存储的电能通过逆变器转化为交流电对负载进行供电。

发明人在实施过程中，发现传统技术至少存在以下缺点：在线工作模式使整流器和逆变器一直处于工作状态，效率低，功率损耗比较大，同时会往电网中注入谐波，电压暂降治理效果差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对在线式UPS供电方式的治理效果差的问题，提供一种高效低功耗电压暂降治理装置。

本实用新型实施例提供了一种高效低功耗电压暂降治理装置，包括：逆变器、开关模块、超级电容、供电网电信号检测模块、电抗模组和控制器；

供电网电信号检测模块用于采集供电网的输出电信号，并输出供电网的输出电信号至控制器；开关模块串接在供电网与负载之间；

超级电容依次与逆变器和电抗模组串接后并入供电网；

控制器与逆变器连接。

在其中一个实施例中，开关模块包括双向晶闸管模块，双向晶闸管模块用于串接在供电网与负载之间；超级电容依次与逆变器和电抗模组串接后与双向晶闸管靠近负载的一端连接。

在其中一个实施例中，逆变器为三相四桥臂逆变器；逆变器包括四个并联的桥臂，且各个桥臂上均包括两个串接的晶体管；

超级电容的一端与三相四桥臂逆变器的上桥臂公共端连接；超级电容的另一端与三相四桥臂逆变器的下桥臂公共端连接；

三相四桥臂逆变器的第一桥臂中点通过电抗模组与供电网的第一相线连接；三相四桥臂逆变器的第二桥臂中点通过电抗模组与供电网的第二相线连接；三相四桥臂逆变器的第三桥臂中点通过电抗模组与供电网的第三相线连接；三相四桥臂逆变器的第四桥臂中点通过电抗模组与供电网的零线连接；

控制器与三相四桥臂逆变器的各个晶体管连接。

在其中一个实施例中，开关模块还包括旁路开关，旁路开关并联在双向晶闸管模块的两端。

在其中一个实施例中，双向晶闸管模块包括第一双向晶闸管单元、第二双向晶闸管单元和第三双向晶闸管单元；旁路开关包括第一开关、第二开关和第三开关；

第一双向晶闸管单元用于连接供电网的第一相线与负载；

第二双向晶闸管单元用于连接供电网的第二相线与负载；

第三双向晶闸管单元用于连接供电网的第三相线与负载；

第一开关与第一双向晶闸管单元并联，第二开关并联与第二双向晶闸管单元并联，第三开关与第三双向晶闸管单元并联。

在其中一个实施例中，高效低功耗电压暂降治理装置还包括逆变器输出信号采集模块采集逆变器输出的反馈电信号，并发送逆变器输出的反馈电信号至控制器。

在其中一个实施例中，逆变器输出信号采集模块包括第一反馈电信号采集器、第二反馈电信号采集器和第三反馈电信号采集器；

第一反馈电信号采集器的一端连接三相四桥臂逆变器的第一桥臂中点，第一反馈电信号采集器的另一端连接供电网的第一相线；

第二反馈电信号采集器的一端连接三相四桥臂逆变器的第二桥臂中点，第二反馈电信号采集器的另一端连接与供电网的第二相线；

第三反馈电信号采集器的一端连接三相四桥臂逆变器的第三桥臂中点，第三反馈电信号采集器的另一端连接供电网的第三相线。

在其中一个实施例中，电抗模组包括第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器和第四电抗器，第一电抗器串接在三相四桥臂逆变器的第一桥臂中点和供电网的第一相线之间；第二电抗器串接在三相四桥臂逆变器的第二桥臂中点和供电网的第二相线之间；第三电抗器串接在三相四桥臂逆变器的第三桥臂中点和第三相线之间；第四电抗器串接在三相四桥臂逆变器的第四桥臂中点和供电网的零线之间。

在其中一个实施例中，高效低功耗电压暂降治理装置还包括第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器；

第一滤波器的一端与三相四桥臂逆变器的第一桥臂中点连接，另一端与供电网的零线连接；

第二滤波器的一端与三相四桥臂逆变器的第二桥臂中点连接，另一端与供电网的零线连接；

第二滤波器的一端与三相四桥臂逆变器的第三桥臂中点连接，另一端与供电网的零线连接。

在其中一个实施例中，高效低功耗电压暂降治理装置还包括第五电抗器、第六电抗器和第七电抗器；

第五电抗器的一端与第一电抗器连接，第五电抗器的另一端与供电网的第一相线连接；

第六电抗器的一端与第二电抗器连接，第六电抗器的另一端与供电网的第二相线连接；

第七电抗器的一端与第三电抗器连接，第七电抗器的另一端与供电网的第三相线连接。

本实用新型提供的一个或多个实施例至少具有以下有益效果：本实用新型实施例提供的高效低功耗电压暂降治理装置，正常情况下，供电网为负载供电。高效低功耗电压暂降治理装置，包括：逆变器、开关模块、超级电容、供电网电信号检测模块、电抗模组和控制器，供电网电信号检测模块用于采集供电网的输出电信号，并输出供电网的输出电信号至控制器，开关模块串接在供电网与负载之间，超级电容依次与逆变器和电抗模组串接后并入供电网，控制器与逆变器连接。采用超级电容依次串接逆变器和电抗模组并入供电网的方式，一方面可以减小对供电网的干扰，另一方面采用并联的方式，逆变器不用一直处于工作状态，效率高、功耗低，电压暂降治理效果好。

附图说明

图1为一个实施例中高效低功耗电压暂降治理装置的结构示意图；

图2为另一个实施例中高效低功耗电压暂降治理装置的电路结构示意图；

图3为再一个实施例中高效低功耗电压暂降治理装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供了一种高效低功耗电压暂降治理装置，如图1所示，包括：逆变器10、开关模块11、超级电容20、供电网电信号检测模块30、电抗模组40和控制器50；供电网电信号检测模块30用于采集供电网60的输出电信号，并输出供电网60的输出电信号至控制器50；开关模块11串接于供电网60与负载/70之间，超级电容20依次与逆变器10和电抗模组40串接后并入供电网60；控制器50与逆变器10连接。

其中，供电网电信号检测模块30是指用于检测供电网60侧及供电网60供给负载70的电流、电压信号的模块(例如，可以是如图2中所示的电压传感器PV1/PV2/PV3和电流传感器PA1/PA2/PA3等组成的模块)。电抗模组40是指由电抗组成的模组。开关模块11是指用于实现供电网供电切换的模块。

具体的，正常情况下，供电网60为负载70供电，且为超级电容20充电。当电压发生暂降时，控制器50根据接收的供电网电信号检测模块30采集的供电网60的输出电信号，可以判断出当前发生电压暂降，然后控制器50控制开关模块11断开，断开供电网60向负载70的供电通路，并控制逆变器10工作，可以是通过向逆变器10的晶体管发送触发脉冲来实现对逆变器10的控制，使逆变器10将超级电容20中存储的电能转换为适用于负载70的交流电，以解决电压暂降引起的负载70无法正常运行的问题。本实用新型实施例采用超级电容20依次串接逆变器10、电抗模组40后并入供电网60的方式，可以保证在备用供电回路的器件损坏时，不会影响供电网60的正常供电，另一方面，采用超级电容20免维护，体积小，适用于短时间内高功率输出，且充电方式简单，允许大电流充电，充电时间短。而且采用逆变器10串联电抗模组40并网的方式，比传统采用逆变器10加变压器的方式来说，大大减小了成本和体积。总的来说，本实用新型实施例提供的高效低功耗电压暂降治理装置优化了电压暂降的效果。

在其中一个实施例中，开关模块11包括双向晶闸管模块80，双向晶闸管模块80用于串接在供电网60与负载70之间；超级电容20依次与逆变器10和电抗模组40串接后与双向晶闸管靠近负载70的一端连接。

电压暂降时可能对负载70造成损伤，尤其是对于敏感设备更是如此，所以发生电压暂降时，快速切断供电网60与负载70之间的供电通路是十分重要的。本实用新型实施例采用强迫式控制断开晶闸管的方式实现电压暂降时的供电网60与负载70通路的切断。具体的，控制器50根据接收的供电网电信号检测模块30采集的供电网60的输出电信号，可以判定供电网60当前是否发生电压暂降，若判定供电网60当前发生电压暂降，则进一步根据供电网60的输出电信号判定流过双向晶闸管模块80的电流方向，根据流过双向晶闸管的电流方向，控制逆变器10输出强迫关断电压，提供与双向晶闸管电流方向相反的电流，快速关断晶闸管，切除供电网60供电。其中，电压暂降可以是指供电网60发生单相、两相或三相10％～90％的电压暂降或短时中断等情况。强迫关断电压是指能够提供与发生电压暂降时刻的双向晶闸管流过的电流方向相反的电流的电压。

例如，供电网60的输出电信号可以包括电压信号和电流信号，控制器50通过接收供电网电信号检测模块30采集的供电网60的输出电信号中的电压信号可以判定当前供电网60发生电压暂降，同时可以根据供电网60的输出电信号中的电流信号，检测各个相线上的晶闸管的电流方向和晶闸管的两端电压。可以标定电流由供电网60流向负载70时的方向为正，当控制器50判定电网电压暂降时，控制器50输出PWM脉冲控制逆变器10输出电压Um，使得加在晶闸管两端的电压差Um-Us的方向与电流方向一致，即可触发对应的晶闸管立即关断。当电网恢复正常时检测电网电压和逆变器10输出电压相位和幅值相同时，控制器50触发正向晶闸管J1的门级信号，同时控制逆变器10停止工作，切换为供电网60供电。且采用双向晶闸管的方式，可以应对电压升高和降低的情况。

本实用新型实施例提供的高效低功耗电压暂降治理装置，将逆变器10通过强迫式关断双向晶闸管的方式，大大减小了电压暂降时，断开供电网60与负载70之间供电通路所需的时间，提高电压暂降治理效果，且超级电容20的备用供电通路以并联方式并入供电网60，在备用供电通路上的任意元器件或模组发生故障时，也不会影响供电网60的正常供电，从而提高供电可靠性。

在其中一个实施例中，如图2所示，逆变器10为三相四桥臂逆变器10；逆变器10包括四个并联的桥臂，且各个桥臂上均包括两个串接的晶体管；超级电容20的一端与三相四桥臂逆变器10的上桥臂公共端连接；超级电容20的另一端与三相四桥臂逆变器10的下桥臂公共端连接；三相四桥臂逆变器10的第一桥臂中点通过电抗模组40与供电网60的第一相线连接；三相四桥臂逆变器10的第二桥臂中点通过电抗模组40与供电网60的第二相线连接；三相四桥臂逆变器10的第三桥臂中点通过电抗模组40与供电网60的第三相线连接；三相四桥臂逆变器10的第四桥臂中点通过电抗模组40与供电网60的零线连接；控制器50与三相四桥臂逆变器10的各个晶体管连接。

其中，上桥臂公共端是指每个桥臂上其中一侧的晶体管的公共连接端，下桥臂公共端是指每个桥臂上的另一侧晶体管的公共连接端。桥臂中点是指每个桥臂上两个晶体管之间的电气连接线上的任意位置。具体的，供电网60正常供电时，由供电网60为负载70供电，控制器50根据供电网60的输出电信号和逆变器10输出的反馈电信号，对供电网60进行无功补偿，提高供电网60的供电质量。且供电网60正常供电时，供电网60给蓄电模快充电，控制器50根据逆变器10输出的反馈电信号对供电网60进行前馈补偿，可以补偿负载70电流变化，使超级电容20具有较快的动态响应，提高高效低功耗电压暂降治理装置性能的平稳性。当控制器50根据供电网60的输出电信号判定供电网60发生电压暂降时，控制器50再进一步根据供电网60的输出电信号判定流过双向晶闸管的电流方向，再根据流过双向晶闸管的电流方向输出PWM控制脉冲给逆变器10的各晶体管，使逆变器10输出强迫关断电压，提供发生电压暂降的相线上的晶闸管相同性质的电压，即晶闸管供电网60侧的电位高于负载70侧的电位时，强迫关断电压要高于供电网60侧电压，使晶闸管两端端压逐渐减小到开启电压以下，从而关断晶闸管，实现供电网60供电的快速切除。需要说明的是，控制器50可以由逻辑电路和电压比较器、电流比较器等硬件电路组成。

本实用新型实施例采用三相四桥臂逆变器10并联于供电网60的方式进行电压暂降治理相比串联装置可靠性高，避免本身时故障影响负载70供电，大大提高了供电可靠性。且相对于传统技术中采用在输出端串接变压器的方式进行供电，本实用新型实施例中的逆变器10输出端无变压器，补偿电压直接送入负载70，占地面积小。另外，本实用新型实施例采用的三相四桥臂逆变器10有中性点，三相电压均可独立控制，对不平衡负载70能输出对称电压，比传统技术中采用三个独立全桥所需要的晶体管数量大大减少，从而降低成本。

在其中一个实施例中，如图2、图3所示，开关模块11还包括旁路开关90，旁路开关90并联在双向晶闸管模块80的两端。

为提高高效低功耗电压暂降治理装置的可靠性，双向晶闸管模块80的两端并联旁路开关90，在晶闸管失灵或其他模块故障时，可以通过控制旁路开关90的断开和闭合，断开或接通供电网60与负载70之间的供电通路。

在其中一个实施例中，如图2、图3所示，双向晶闸管模块80包括第一双向晶闸管单元、第二双向晶闸管单元和第三双向晶闸管单元；旁路开关90包括第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3；第一双向晶闸管单元用于连接供电网60的第一相线与负载70；第二双向晶闸管单元用于连接供电网60的第二相线与负载70；第三双向晶闸管单元用于连接供电网60的第三相线与负载70；第一开关K1与第一双向晶闸管单元并联，第二开关K2并联与第二双向晶闸管单元并联，第三开关K3与第三双向晶闸管单元并联。对于三相供电系统来说，各个相均单独设置一双向晶闸管单元，当发生电压暂降时，控制器50控制逆变器10输出电压，强迫关断相应相线上的晶闸管。可以实现单个相线的独立控制。

在其中一个实施例中，高效低功耗电压暂降治理装置还包括逆变器输出信号采集模块91，逆变器输出信号采集模块91采集逆变器10输出的反馈电信号，并发送逆变器10输出的反馈电信号至控制器50。

具体的，供电网电信号检测模块30采集供电网60的输出电信号并发送给控制器50，控制器50根据接收到的供电网60的输出电信号，判断供电网60是否发生电压暂降，同时，控制器50还接收逆变器输出信号采集模块91获取的逆变器10的实际输出的反馈电信号，当控制器50判断供电网60发生电压暂降时，控制器50根据供电网60的输出电信号判定流过各相线的晶闸管的电流方向，并根据流过该相线的晶闸管的电流方向控制逆变器10的相应桥臂输出强迫关断电压，提供反向的电流给晶闸管，使晶闸管的两端端压差低于晶闸管的导通电压，实现供电网60的快速切除。在切除供电网60后，控制器50根据逆变器10输出的反馈电信号输出PWM控制脉冲给逆变器10，从而让逆变器10工作，输出补偿电压，为负载70供电，对电压暂降进行治理，实现电压暂降的快速恢复。提高供电网60稳定性和可靠性。

在其中一个实施例中，如图2所示，逆变器输出信号采集模块91包括第一反馈电信号采集器、第二反馈电信号采集器和第三反馈电信号采集器；第一反馈电信号采集器的一端连接三相四桥臂逆变器10的第一桥臂中点，第一反馈电信号采集器的另一端连接供电网60的第一相线；第二反馈电信号采集器的一端连接三相四桥臂逆变器10的第二桥臂中点，第二反馈电信号采集器的另一端连接与供电网60的第二相线；第三反馈电信号采集器的一端连接三相四桥臂逆变器10的第三桥臂中点，第三反馈电信号采集器的另一端连接供电网60的第三相线。

对于三相供电网60来说，逆变器10也为配套的三路输出，以实现为供电网60的每一相线的电压都能起到治理作用。所以逆变器10每一相线的输出端均设置有反馈电信号采集器。具体的，第一反馈电信号采集器、第二反馈电信号采集器和第三反馈电信号采集器分别对应连接逆变器10的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，以获取各个桥臂输出的反馈电信号，并传输给控制器50。控制器50根据接收到的供电网60的输出电信号判定供电网60发生电压暂降时，可以根据第一反馈电信号采集器、第二反馈电信号采集器和第三反馈电信号采集器分别采集到的第一反馈电信号、第二反馈电信号和第三反馈电信号，生成8路PWM控制脉冲分别发送到对应的桥臂上的晶体管，以使得各个相线对应的桥臂输出合适的补偿电压给负载70。

在其中一个实施例中，如图2所示，电抗模组40包括第一电抗器L1、第二电抗器L2、第三电抗器L3和第四电抗器L4，第一电抗器L1串接在三相四桥臂逆变器10的第一桥臂中点和供电网60的第一相线之间；第二电抗器L2串接在三相四桥臂逆变器10的第二桥臂中点和供电网60的第二相线之间；第三电抗器L3串接在三相四桥臂逆变器10的第三桥臂中点和第三相线之间；第四电抗器L4串接在三相四桥臂逆变器10的第四桥臂中点和供电网60的零线之间。逆变器10的各个桥臂的输出均通过电抗器并入供电网60，相对于传统技术中采用变压器的方式，大大减小了体积和维护成本。

在其中一个实施例中，如图2所示，高效低功耗电压暂降治理装置还包括第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器；第一滤波器的一端与三相四桥臂逆变器10的第一桥臂中点连接，另一端与供电网60的零线连接；第二滤波器的一端与三相四桥臂逆变器10的第二桥臂中点连接，另一端与供电网60的零线连接；第二滤波器的一端与三相四桥臂逆变器10的第三桥臂中点连接，另一端与供电网60的零线连接。采用滤波器，可以进一步对逆变器10输出的补偿电压进行整形，提高逆变器10输出至负载70的电压质量。可选的，如图2所示，各个滤波器可以由电阻和电容构成。例如，第一滤波器可以是由R1和C1组成，第二滤波器可以是由R2和C2组成，第三滤波器可以是由R3和C3组成。

在其中一个实施例中，如图2所示，高效低功耗电压暂降治理装置还包括第五电抗器L5、第六电抗器L6和第七电抗器L7；第五电抗器L5的一端与第一电抗器L1连接，第五电抗器L5的另一端与供电网60的第一相线连接；第六电抗器L6的一端与第二电抗器L2连接，第六电抗器L6的另一端与供电网60的第二相线连接；第七电抗器L7的一端与第三电抗器L3连接，第七电抗器L7的另一端与供电网60的第三相线连接。

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。

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本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。