一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源制造技术

本发明专利技术公开了一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，包括用于市电输入端、负载输出端、有源滤波器、无功补偿器、变流器、蓄电池、双切换装置以及集中控制器；所述集中控制器在市电正常时控制变流器工作在整流状态，并启动所述有源滤波器和无功补偿器对市电进行谐波抑制和无功补偿后，为外接负载供电，并为蓄电池蓄能；在市电异常时控制变流器工作在逆变状态，将蓄电池输出的直流电逆变成交流电，为外接负载提供不间断供电，从而在满足负载用电需求的同时，改善了电源质量，并大大提高了不间断电源的转换效率，提高了能源的利用率，减少了系统电路的发热量，延长了不间断电源的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应急电源
，具体地说，是涉及一种兼具有应急电源和有源滤波器两种功能的复合电源。
技术介绍
随着社会的进步，科技的发展，越来越多的用电设备对供电的质量、安全性和可靠性提出了越来越高的要求。这些用电设备(如消防设施、电梯、基站等)一方面需要配置第二路电源，以便在电网突然断电时能够为其提供应急电源，使用电设备能够持续运行一段时间，避免用电设备因突然断电而停止运行所可能引发的安全事故发生；另一方面，这些用电设备在工作期间会产生大量的谐波,这些谐波回馈至电网，会对电网造成污染，影响市电品质，因此需要配置滤波装置，滤除掉电网中的高次谐波，以优化市电质量。为了满足用电设备的上述用电需求，现有的解决办法是针对两方面问题分别采取解决措施，分而治之。例如，为用电设备单独配置应急电源，在电网断电时为用电设备提供不间断供电；同时，在电网中单独配置有源滤波器，消除电网中的高次谐波，提高供电质量。即，一个问题对应一个解决装置，资源不能共享，问题解决局限性很大，造成了资源的严重浪费，并且解决效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，在市电正常时可以作为有源滤波器使用，在市电故障时可以作为应急电源使用，不仅能够满足用电设备的不间断供电的使用需求，而且可以改善供电质量，降低成本。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，包括市电输入端、负载输出端、充电器、电池组、逆变器和监控器；所述市电输入端用于连接外部市电；所述负载输出端用于外接负载，并通过主电源传输线路连接所述的市电输入端，在所述主电源传输线路中串联有第一开关元件；所述充电器将通过所述市电输入端接入的交流市电转换成直流电能输出；所述电池组接收并储存所述充电器输出的直流电能；所述逆变器的输入侧通过切换开关分别与所述的主电源传输线路和电池组连接，其输出侧一路通过第二开关元件连通所述的负载输出端，另一路通过LC滤波电路经由第三开关元件连接所述的主电源传输线路，在所述第三开关元件的两端并联有电阻和第四开关元件的串联支路；所述监控器检测通过所述市电输入端接入的交流市电是否正常，若市电正常，则控制所述第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件断开，第三开关元件在所述LC滤波电路中的电容充满电后闭合，并在所述第三开关元件闭合后，控制所述第四开关元件断开；控制所述切换开关将逆变器的输入侧与主电源传输线路连通，控制逆变器输出与市电中的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流经由所述LC滤波电路滤波后输出至所述主电源传输线路，进而利用滤除谐波后的市电为所述外接负载供电；若市电异常，则控制所述第一开关元件和第三开关元件断开，第二开关元件闭合，并控制所述切换开关将逆变器的输入侧与电池组连通，控制逆变器将电池组输出的直流电能逆变成交流电，为所述外接负载供电。进一步的，所述监控器在检测到市电由正常变为异常，再由异常恢复到正常时，控制所述第一开关元件和第三开关元件闭合，直接短路所述电阻。为了提高市电检测的准确性并缩短检测时间，所述监控器在检测通过所述市电输入端接入的交流市电是否正常的过程中，优选执行以下检测过程：对所述交流市电的三相电压ua、ub、uc进行αβ变换，将abc三相旋转坐标系变换到α、β两相静止坐标系，生成αβ坐标系下的α轴分量和β轴分量其中，U为所述交流市电的电压向量；对所述β轴分量uβ做矩阵变换，使uβ移相-90°，得到α轴分量uα’；对所述α轴分量uα’和β轴分量uβ进行dq变换，生成dq坐标系下的d轴分量ud和q轴分量uq；将所述d轴分量ud和q轴分量uq通过低通滤波器，获得其中的直流成分ud0和uq0；将所述直流成分ud0、uq0与标准市电的电压额定值进行比较，若其中之一偏差所述电压额定值15％或以上，则判定市电异常；否则，判定市电正常。进一步的，在所述逆变器中设置有由六个开关管连接而成的三相桥；所述监控器通过改变其输出的六路调制脉冲信号，以改变所述六个开关管的通断时序，进而控制所述逆变器工作在有源滤波状态或者逆变状态。又进一步的，所述交流市电为380V的三相四线制交流供电，在所述逆变器中包含有两个电容，所述的两个电容串联后连接在三相桥的直流侧的两端，两个电容的中间节点通过所述切换开关中的第一组选通开关连接所述三相四线制交流供电的零线，在所述监控器检测到市电正常时，控制所述第一组选通开关闭合，将所述零线上的工作电流传输至所述逆变器，并控制三相桥生成与市电中的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，输出至所述三相四线制交流供电的相线，使所述逆变器工作在有源滤波状态。再进一步的，在所述逆变器中，三相桥的直流侧的两端通过所述切换开关中的第二组选通开关连接所述电池组；所述监控器在检测到市电异常时，控制所述第二组选通开关闭合，将电池组输出的直流电能传输至所述逆变器，并生成六路调制脉冲信号控制所述逆变器工作在逆变状态，逆变输出三相交流供电。优选的，通过所述逆变器逆变输出的三相交流供电经由变压器进行电压变换以及滤波电容滤波后，通过闭合的第二开关元件传输至所述的负载输出端，进而为外接负载供电。进一步的，在所述复合电源的市电输入端连接有用于采集电流、电压的检测装置，所述监控器根据所述检测装置输出的检测信号监测市电的异常状况。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的复合电源集成了应急电源和有源滤波器两种功能，在市电正常时可以作为有源滤波器，滤除市电中的高次谐波并可以提供一定的无功补偿，以优化市电，改善供电质量；在市电异常时，可以为用电负载提供第二路电源，以满足某些负载的不间断用电需求。本专利技术的复合电源将应急电源和有源滤波两种功能集成在一起，在满足负载供电要求的同时，可以消除负载对电网的谐波和无功影响，在提高电能质量的同时降低了产品成本。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本专利技术所提出的具有应急电源和有源滤波功能的复合电源的一种实施例的系统架构图；图2是图1中有源变频器以及电池组的一种实施例的电路原理框图；图3是图2中逆变器的一种实施例的电路原理图；图4是图2所示有源变频器在市电正常时的工作原理图；图5是图2所示有源变频器在市电异常时的工作原理图；图6是市电检测方法的一种实施例的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细地描述。本实施例的复合电源针对某些用电负载要求配置第二路电源并在负载运行过程中易产生谐波，对电网造成污染的问题，提出了一种全新的电源电路拓扑结构，使得一台电源设备兼具应急电源和有源滤波两种功能，通过共享硬件资源，在改善供电质量的同时，达到了降低产品成本的设计目的。如图1所示，本实施例的复合电源主要设置有市电输入端VIN、负载输出端VOUT、有源变频器INV、LC滤波电路、电池组BAT以及多路开关元件KM1、KM2、MK3、KM4。其中，市电输入端VIN用于外接电网，接入交流市电，并且在复合电源的内部，所述市电输入端VIN可以通过主电源传输线路经由第一开关元件KM1连接到负载输出端VOUT，在市电正常时，通过控制第一开关元件KM1闭合，以将通过市电输入端VIN接入的交流市电传输至负载输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，其特征在于，包括：市电输入端，用于连接外部市电；负载输出端，用于外接负载，并通过主电源传输线路连接所述的市电输入端，在所述主电源传输线路中串联有第一开关元件；充电器，将通过所述市电输入端接入的交流市电转换成直流电能输出；电池组，接收并储存所述充电器输出的直流电能；逆变器，其输入侧通过切换开关分别与所述的主电源传输线路和电池组连接，其输出侧一路通过第二开关元件连通所述的负载输出端，另一路通过LC滤波电路经由第三开关元件连接所述的主电源传输线路，在所述第三开关元件的两端并联有电阻和第四开关元件的串联支路；监控器，其检测通过所述市电输入端接入的交流市电是否正常，若市电正常，则控制所述第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件断开，第三开关元件在所述LC滤波电路中的电容充满电后闭合，并在所述第三开关元件闭合后，控制所述第四开关元件断开；控制所述切换开关将逆变器的输入侧与主电源传输线路连通，控制逆变器输出与市电中的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流经由所述LC滤波电路滤波后输出至所述主电源传输线路，进而利用滤除谐波后的市电为所述外接负载供电；若市电异常，则控制所述第一开关元件和第三开关元件断开，第二开关元件闭合，并控制所述切换开关将逆变器的输入侧与电池组连通，控制逆变器将电池组输出的直流电能逆变成交流电，为所述外接负载供电。...

【技术特征摘要】
1.一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，其特征在于，包括：市电输入端，用于连接外部市电；负载输出端，用于外接负载，并通过主电源传输线路连接所述的市电输入端，在所述主电源传输线路中串联有第一开关元件；充电器，将通过所述市电输入端接入的交流市电转换成直流电能输出；电池组，接收并储存所述充电器输出的直流电能；逆变器，其输入侧通过切换开关分别与所述的主电源传输线路和电池组连接，其输出侧一路通过第二开关元件连通所述的负载输出端，另一路通过LC滤波电路经由第三开关元件连接所述的主电源传输线路，在所述第三开关元件的两端并联有电阻和第四开关元件的串联支路；监控器，其检测通过所述市电输入端接入的交流市电是否正常，若市电正常，则控制所述第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件断开，第三开关元件在所述LC滤波电路中的电容充满电后闭合，并在所述第三开关元件闭合后，控制所述第四开关元件断开；控制所述切换开关将逆变器的输入侧与主电源传输线路连通，控制逆变器输出与市电中的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流经由所述LC滤波电路滤波后输出至所述主电源传输线路，进而利用滤除谐波后的市电为所述外接负载供电；若市电异常，则控制所述第一开关元件和第三开关元件断开，第二开关元件闭合，并控制所述切换开关将逆变器的输入侧与电池组连通，控制逆变器将电池组输出的直流电能逆变成交流电，为所述外接负载供电。2.根据权利要求1所述的具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，其特征在于，所述监控器在检测到市电由正常变为异常，再由异常恢复到正常时，控制所述第一开关元件和第三开关元件闭合，直接短路所述电阻。3.根据权利要求1所述的具有应急电源和有源滤波功能的复合电源，其特征在于，所述监控器在检测通过所述市电输入端接入的交流市电是否正常的过程中，执行以下检测过程：对所述交流市电的三相电压ua、ub、uc进行αβ变换，将abc三相旋转坐标系变换到α、β两相静止坐标系，生成αβ坐标系下的α轴分量和β轴分量其中，U为所述交流市电的电压向量；对所述β轴分量uβ做矩阵变换，使uβ移相-90°，得到α轴分量uα’；对所述α轴分量uα’和β轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜克存，隋学礼，
申请(专利权)人：青岛创统科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37