一种具有应急电源和有源滤波功能的复合电源制造技术

本实用新型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；所述充电器将交流市电转换成直流电能为电池组充电；所述逆变器的输入侧通过切换开关分别与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；所述监控器在市电正常时控制逆变器工作在有源滤波器状态，滤除电网中的高次谐波；在市电异常时控制逆变器工作在逆变状态，为外接负载提供应急电源。采用该复合电源在提高电能质量的同时可以降低产品成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于应急电源
，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，另一路通过第三开关元件连接所述的主电源传输线路；所述监控器其根据所述交流市电的异常状况控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件以及切换开关的通断状态，并控制所述逆变器在交流市电正常时工作在有源滤波器状态，在交流市电异常时工作在逆变状态。为了进一步提高有源滤波效果，将所述逆变器的输出侧通过LC滤波电路连接所述的第三开关元件，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；所述第四开关元件接收所述监控器输出的开关控制信号，在LC滤波电路首次接入系统电路时闭合，将所述电阻接入系统电路，给LC滤波电路中的电容充电。优选的，所述LC滤波电路包括电感和电容，所述电感和电容相串联。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；所述监控器输出六路调制脉冲信号传输至六个开关管的控制极，通过改变所述六个开关管的通断时序，以控制所述逆变器工作在有源滤波器状态或者逆变状态。优选的，所述六个开关管为六个带反向并联二极管的IGBT功率管，所述IGBT功率管的栅极接收所述监控器输出的所述调制脉冲信号。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设置的第一组选通开关连接所述三相四线制交流供电的零线，所述监控器在检测到所述交流市电正常时，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，并控制所述逆变器工作在有源滤波器状态，输出与交流市电中的高次谐波大小相等、相位相反的补偿电流，传输至所述的主电源传输线路，以消除交流市电中的高次谐波。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设置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，并控制所述逆变器工作在逆变状态，逆变输出三相交流供电，通过所述负载输出端继续为外接负载供电。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，通过闭合的所述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。更进一步的，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所述交流市电的异常状况。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是：本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。结合附图阅读本技术实施方式的详细描述后，本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。具体实施方式下面结合附图对本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端VOUT，进而通过负载输出端VOUT向与其外接的用电负载供电。为了提高供电质量，本实施例在所述复合电源中设置有源变频器INV，在市电正常时，利用有源变频器INV检测接入到复合电源的交流市电中的高次谐波，进而生成与所述高次谐波大小相等、相位相反的补偿电流，传输至所述的主电源传输线路，对所述交流市电中的谐波进行补偿和抵消，进而达到滤除市电谐波的目的。对于通过有源变频器INV输出的补偿电流，可以经由LC滤波电路进行滤波处理后，再传输至所述的主电源传输线路，以提高谐波抑制效果。为了确保所述LC滤波电路能够有效运行，本实施例在所述LC滤波电路的基础上增设电阻R，如图1所示，在LC滤波电路初次运行时，通过将所述电阻R接入系统电路，以确保LC滤波电路中的电容C在充满电后投入运行。具体来讲，可以采用将电感L和电容C串联的方式构成所述的LC滤波电路，将所述LC滤波电路通过第三本文档来自技高网...

【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，另一路通过第三开关元件连接所述的主电源传输线路；监控器，其根据所述交流市电的异常状况控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件以及切换开关的通断状态，并控制所述逆变器在交流市电正常时工作在有源滤波器状态，在交流市电异常时工作在逆变状态。

【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，另一路通过第三开关元件连接所述的主电源传输线路；监控器，其根据所述交流市电的异常状况控制所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件以及切换开关的通断状态，并控制所述逆变器在交流市电正常时工作在有源滤波器状态，在交流市电异常时工作在逆变状态。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，所述逆变器的输出侧通过LC滤波电路连接所述的第三开关元件，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；所述第四开关元件接收所述监控器输出的开关控制信号。3.根据权利要求2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LC滤波电路包括电感和电容，所述电感和电容相串联。4.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，在所述逆变器中设置有由六个开关管连接而成的三相桥；所述监控器输出六路调制脉冲信号传输至六个开关管的控制极，通过改变所述六个开关管的通断时序，以控制所述逆变器工作在有源滤波器状态或者逆变状态。5.根据权利要求4所述的具有应急...

【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：新型
国别省市：山东;37