一种不间断电源装置

1.本技术属于供电技术领域，特别是涉及一种不间断电源装置。


背景技术：

2.ups(uninterruptible power system)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。
3.随着我国高新科技发展与新兴产业转型，工业生产、医疗卫生、it通信等领域对电能质量提出了更高的要求。电压暂降与短时中断是生产生活中最常见的电能质量问题，目前应用较为广泛的解决方案是使用动态电压恢复器(dvr)和不间断电源(ups)。
4.其中，串联型dvr电压补偿深度有限，在主电源电压暂降幅度较大或发生短时中断情况时，无法有效为负载提供稳定的电能；并联型dvr系统容量受直流侧储能元件制约，只能进行短时供电；在线式ups在线损耗较大且成本较高；后备式ups响应速度较慢无法满足敏感负荷的要求，且系统容量受直流侧储能元件制约。


技术实现要素：

5.1.要解决的技术问题
6.基于在线式ups在线损耗较大且成本较高，后备式ups响应速度较慢系统容量受直流侧储能元件制约的问题，本技术提供了一种不间断电源装置。
7.2.技术方案
8.为了达到上述的目的，本技术提供了一种不间断电源装置，包括依次连接的第一快速开关、第一双向变流器、储能单元、第二双向变流器和第二快速开关，所述储能单元并联于所述第一双向变流器与所述第二双向变流器之间，所述第一快速开关、旁路开关与所述第二快速开关依次连接。
9.本技术提供的另一种实施方式为：所述第一快速开关一端通过第一线路与第一主电源连接，所述第一快速开关另一端通过所述第一线路与第一负荷连接；所述第二快速开关一端通过第二线路与第二主电源连接，所述第二快速开关另一端通过所述第二线路与第二负荷连接。
10.本技术提供的另一种实施方式为：所述第一双向变流器的交流侧并联于所述第一线路，所述第二双向变流器交流侧并联于所述第二线路；所述第一双向变流器与所述第二双向变流器共直流母线，所述储能单元并联于所述共直流母线上。
11.本技术提供的另一种实施方式为：所述旁路开关并联于所述第一双向变流器的交流输出侧与所述第二双向变流器的交流输出侧。
12.本技术提供的另一种实施方式为：所述第一双向变流器为三相变流器或单相变流器；所述第二双向变流器为三相变流器或单相变流器；所述第一双向变流器拓扑为两电平拓扑、三电平拓扑或多电平拓扑；所述第二双向变流器拓扑为两电平拓扑、三电平拓扑或多
电平拓扑。
13.本技术提供的另一种实施方式为：所述储能单元为蓄电池或超级电容。
14.本技术提供的另一种实施方式为：所述第一快速开关为快速断路器、继电器或反并联晶闸管；所述第二快速开关为快速断路器、继电器或反并联晶闸管。
15.本技术提供的另一种实施方式为：所述不间断电源装置在所述第一主电源和所述第二主电源正常工况、所述第一主电源故障或所述第二主电源故障工况、所述第一主电源和所述第二主电源同时故障工况或者所述第一主电源发生电压暂降或所述第二主电源发生电压暂降工况下进行工作。
16.本技术提供的另一种实施方式为：所述不间断电源装置包括谐波治理模块。
17.本技术提供的另一种实施方式为：所述不间断电源装置包括十种工作切换方式。
18.3.有益效果
19.与现有技术相比，本技术提供的不间断电源装置的有益效果在于：
20.本技术提供的不间断电源装置，为一种双进双出离线式供电的不间断电源(ups)装置，维持双路负荷稳定的高质量电能供应。
21.本技术提供的不间断电源装置，在主电源故障或发生电压暂降等暂态电能质量问题时，可为负荷进行高质量稳定供电。
22.本技术提供的不间断电源装置，实现在主电源故障或发生电压暂降等暂态电能质量问题时的ups稳定供电。
23.本技术提供的不间断电源装置，有效解决主电源长时间故障时ups在容量约束下无法为负荷稳定供电的问题，在不增加单台ups储能成本的基础上拓展系统容量，兼顾电压暂降等暂态电能质量问题，为负荷提供高质量稳定供电。
24.本技术提供的不间断电源装置，在主电源长时间故障时，实现在系统容量约束下的稳定电能供应。
25.本技术提供的不间断电源装置，在不增加单台ups储能成本的基础上拓展了整体系统容量。
26.本技术提供的不间断电源装置，避免变流器长时间带载，降低变流器热损，与相同容量的后备式ups相比有效降低成本。
27.本技术提供的不间断电源装置，提高在主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题时的负荷供电质量。
28.本技术提供的不间断电源装置，可选在主电源正常工作时的谐波治理功能开启与否，在不增加额外电能治理设备的前提下，改善负荷供电电能质量。
附图说明
29.图1是本技术的不间断电源装置结构示意图；
30.图2是本技术的不间断电源装置工作流程示意图。
具体实施方式
31.在下文中，将参考附图对本技术的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本技术，并能够实施本技术。在不违背本技术原理
的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
32.本技术中的“第一”或者“第二”只是为了对部件进行区分，部件的功能及构造完全相同。
33.参见图1～2，本技术提供一种不间断电源装置，包括依次连接的第一快速开关1、第一双向变流器2、储能单元3、第二双向变流器4和第二快速开关5，所述储能单元3并联于所述第一双向变流器2与所述第二双向变流器之4间，所述第一快速开关1、旁路开关6与所述第二快速开关5依次连接。
34.进一步地，所述第一快速开关1一端通过第一线路与第一主电源7连接，所述第一快速开关1另一端通过所述第一线路与第一负荷8连接；所述第二快速开关5一端通过第二线路与第二主电源9连接，所述第二快速开关5另一端通过所述第二线路与第二负荷10连接。
35.进一步地，所述第一双向变流器2的交流侧并联于所述第一线路，所述第二双向变流器4交流侧并联于所述第二线路；所述第一双向变流器2与所述第二双向变流器4共直流母线，所述储能单元3并联于所述共直流母线上。
36.进一步地，所述旁路开关6并联于所述第一双向变流器2的交流输出侧与所述第二双向变流器4的交流输出侧。
37.所述第一快速开关1串接于第一线路，第二快速开关5串接于第二线路，用于快速切离或投入相应线路上的主电源。
38.所述第一双向变流器2的交流侧并联于第一线路，第二双向变流器4交流侧并联于第二线路。所述储能单元3并联于第一双向变流器2与第二双向变流器4的公共直流母线上。
39.进一步地，所述第一双向变流器2为三相变流器或单相变流器；所述第二双向变流器4为三相变流器或单相变流器；所述第一双向变流器拓扑为两电平拓扑、三电平拓扑或多电平拓扑；所述第二双向变流器拓扑为两电平拓扑、三电平拓扑或多电平拓扑。
40.进一步地，所述储能单元3为蓄电池或超级电容等具备输出直流电压能力的储能器件及其相应控制电路。
41.进一步地，所述第一快速开关为快速断路器、继电器或反并联晶闸管等高速开关器件；所述第二快速开关为快速断路器、继电器或反并联晶闸管等高速开关器件。
42.进一步地，所述不间断电源装置在所述第一主电源7和所述第二主电源9正常工况、所述第一主电源7故障或所述第二主电源9故障工况、所述第一主电源7和所述第二主电源9同时故障工况或者所述第一主电源7发生电压暂降或所述第二主电源9发生电压暂降工况下进行工作。
43.进一步地，所述不间断电源装置包括谐波治理模块。
44.主电源(包括第一主电源7和第二主电源9，统一简称为主电源)正常情况。不间断电源装置快速开关保持导通状态，不间断电源装置可为内部储能单元3进行充电，旁路开关6保持关断状态，由主电源为负荷供电；在主电源正常工况下，可以选择是否开启谐波治理模块，若开启，则一台变流器工作在定直流电压模式，另一台变流器作为电流源治理该侧主线路谐波电流。
45.也就是说，两台变流器中的一台工作在恒压或者恒流模式为储能单元充电，另一
台热待机；储能单元3充电结束后，两台变流器都进入热待机状态。
46.两台变流器正常情况下有两种工况：
47.①
一台为储能单元3充电，一台热待机；充电结束后，都进入热待机；
48.②
一台定直流侧电压，一台作为电流源补偿该变流器侧主线路上的谐波电流。
49.单侧主电源故障情况。不间断电源装置故障侧快速开关关断，非故障侧快速开关保持导通状态，由非故障侧主电源为故障侧负荷供电；
50.双侧主电源故障情况。不间断电源装置双侧快速开关关断，ups离线带载，旁路开关保持关断状态。
51.任一主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题情况。不间断电源装置问题侧快速开关关断，非问题侧快速开关保持导通状态，由非问题侧主电源为问题侧负荷供电。
52.具体的，所述主电源正常工作—储能单元3充电工况。快速开关保持导通状态，主变流器2与主变流器4，一台工作在定直流电压模式或恒流模式为储能单元3进行恒压或恒流充电，另一台热待机，当储能单元3充满电后，两台主变流器均处于热待机状态，旁路开关6保持关断状态，由主电源为负荷供电。
53.所述主电源正常工作—谐波治理工况。快速开关保持导通状态，第一双向变流器2与第二双向变流器4，一台工作在定直流电压模式为储能单元3提供直流电压，另一台作为电流源治理该侧主线路谐波电流，旁路开关保持关断状态，由主电源为负荷供电。
54.所述单侧主电源故障情况中，非故障侧快速开关保持导通状态，故障侧快速开关关断；故障侧变流器工作在电压源模式，带载追踪非故障侧主电源，追踪同步后闭合旁路开关6，由非故障侧主电源为故障侧负荷供电，故障侧变流器转变为热待机状态，非故障侧变流器为储能单元3充电，充电结束后转为热待机状态；
55.所述双侧主电源故障情况中，第一快速开关1和第二快速开关5关断，第一双向变流器2和第二双向变流器4工作在电压源模式，分别为第一负荷8和第二负荷10供电；第一双向变流器2和第二双向变流器4公共直流母线处电压由储能单元3维持；旁路开关6保持关断状态。
56.所述任一主电源发生电压暂降等电能质量问题的情况中，非问题侧快速开关保持导通状态，问题侧快速开关关断；问题侧变流器工作在电压源模式，带载追踪非问题侧主电源，追踪同步后闭合旁路开关6，由非问题侧主电源为问题侧负荷供电，问题侧变流器转变为热待机状态，非问题侧变流器为储能单元3充电，充电结束后转为热待机状态。
57.进一步地，所述不间断电源装置包括十种工作切换方式。
58.方式
①
，主电源正常工作情况下的储能单元3充电工况转谐波治理工况；方式
②
，主电源正常工作情况下的谐波治理工况转储能单元3充电工况；方式
③
，主电源正常工作转单侧主电源故障情况；方式
④
，单侧主电源故障情况转主电源正常工作；方式
⑤
，主电源正常工作转双侧主电源故障情况；方式
⑥
，双侧主电源故障情况转主电源正常工作；方式
⑦
，单侧主电源故障情况转双侧主电源故障情况；方式
⑧
，双侧主电源故障情况转单侧主电源故障情况；方式
⑨
，主电源正常工作情况转任一主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题情况；方式
⑩
，任一主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题情况转主电源正常工作情况。
59.具体的，所述工作切换方式
①
，主电源正常工作情况下的储能单元充电工况转谐波治理工况，第一快速开关1和第二快速开关5保持导通，第一双向变流器2与第二双向变流
器4，其中一台工作在定直流电压模式为储能单元3提供直流电压，另一台启动谐波电流检测与谐波电流治理功能，旁路开关6保持关断，不间断电源装置整机进入主电源正常工作——谐波治理工况。
60.所述工作切换方式
②
，主电源正常工作情况下的谐波治理工况转储能单元充电工况，第一双向变流器2或第二双向变流器4关闭谐波电流检测与谐波电流治理功能，其中一台工作在定直流电压模式或恒流模式为储能单元3进行恒压或恒流充电，另一台热待机，当储能单元3充满电后，两台主变流器均处于热待机状态，不间断电源装置整机进入主电源正常工作——储能单元充电工况。
61.所述工作切换方式
③
，主电源正常工作转单侧主电源故障情况，故障侧快速开关由导通转为关断，故障侧变流器由主电源正常情况下的任一工况转为电压源模式，带故障侧负荷追踪非故障侧主电源，追踪同步后闭合旁路开关6，由非故障侧主电源同时为故障侧负荷供电，故障侧变流器从电压源模式转为热待机状态，非故障侧变流器为储能单元3充电，充电结束后非故障侧变流器转为热待机状态，不间断电源装置整机进入单侧主电源故障情况。
62.所述工作切换方式
④
，单侧主电源故障情况转主电源正常工作，关断旁路开关6，原故障侧变流器由热待机状态转为电压源模式带原故障侧负荷追踪原故障侧主电源，追踪同步后导通原故障侧快速开关，原故障侧变流器从电压源模式转为给储能单元充电，装置整机进入主电源正常工作情况。
63.所述工作切换方式
⑤
，主电源正常工作转双侧主电源故障情况，第一快速开关1和第二快速开关5由导通转为关断，第一双向变流器2和第二双向变流器4由主电源正常情况下的任一工况转为电压源模式，装置整机进入双侧主电源故障情况。
64.所述工作切换方式
⑥
，双侧主电源故障情况转主电源正常工作，第一双向变流器2带第一负荷8追踪第一主电源7，第二双向变流器4带第二负荷10追踪第二主电源9，追踪同步后，第一快速开关1和第二快速开关5由关断转为导通，第一双向变流器2和第二双向变流器4从电压源模式转变为主电源正常工作情况下的储能单元充电工况，装置整机进入主电源正常工作。
65.所述工作切换方式
⑦
，单侧主电源故障情况转双侧主电源故障情况，原非故障侧快速开关由导通转为关断，旁路开关6由导通转为关断，原非故障侧双向变流器由储能单元充电模式或热待机状态转为电压源模式，装置整机进入双侧主电源故障情况。
66.所述工作切换方式
⑧
，双侧主电源故障情况转单侧主电源故障情况，第一双向变流器2和第二双向变流器4带载追踪故障恢复侧主电源，追踪同步完成后，故障恢复侧快速开关由关断转为导通，旁路开关6由关断转为导通，装置整机进入单侧主电源故障情况。
67.所述工作切换方式
⑨
，主电源正常工作情况转任一主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题情况，问题侧快速开关由导通转为关断，问题侧变流器由主电源正常情况下的任一工况转为电压源模式，带问题侧负荷追踪非问题侧主电源，追踪同步后闭合旁路开关6，由非问题侧主电源同时为问题侧负荷供电，问题侧变流器从电压源模式转为热待机状态，非问题侧变流器为储能单元3充电，充电结束后非问题侧变流器转为热待机状态，不间断电源装置整机进入任一主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题情况。
68.所述工作切换方式
⑩
，任一主电源发生电压暂降等暂态电能质量问题情况转主电
源正常工作情况，关断旁路开关6，原问题侧变流器由热待机状态转为电压源模式带原问题侧负荷追踪原问题侧主电源，追踪同步后导通原问题侧快速开关，原问题侧变流器从电压源模式转为给储能单元充电，装置整机进入主电源正常工作情况。
69.尽管在上文中参考特定的实施例对本技术进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本技术公开的原理和范围内，可以针对本技术公开的配置和细节做出许多修改。本技术的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。