一种具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源，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】

本技术属于不间断供电设备
，具体地说，是涉及一种兼具有无功功率补偿和有源滤波双重功能的不间断电源。
技术介绍
随着当今社会对电能的质量、安全及可靠性要求的逐渐提高以及用电需求量的不断增加，利用UPS来提高系统运行的稳定性已渐渐成为一种发展趋势。UPS即不间断电源，结构如图1所示，通常包括整流器、逆变器和蓄电池。其中，整流器直接连接电网，在市电正常时，通过整流器将交流市电整流成直流电，传输至蓄电池，利用蓄电池存储电能。当市电中断或者出现故障时，UPS立即将蓄电池储存的直流电能通过逆变器逆变成交流电，输出至负载，向负载继续供电，使负载维持正常工作并保护负载的软、硬件不受损坏。现有的UPS不间断电源，虽然可以将适当的交流市电整流、逆变后获得稳定性较好的交流输出，但是转换效率最高不超过95%，这就降低了能源的利用率，造成了不必要的能源浪费，并且转换过程中会产生大量的热量，影响了UPS设备的使用寿命。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源，既能满足负载的不间断用电需求，又能提高供电质量。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现：一种具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源，包括用于连接外部市电的市电输入端、用于外接负载并为负载提供交流供电的负载输出端、用于滤除市电中的谐波的有源滤波器、用于补偿感性负载所消耗的无功功率的无功补偿器、用于交直流电源的双向转换的变流器、连接所述变流器的直流侧并用于储存电能的蓄电池以及双切换装置；所述双切换装置包括两组切换开关，第一组切换开关连接在所述市电输入端与负载输出端之间，第二组切换开关连接在所述变流器的交流侧与负载输出端之间；在所述不间断电源中还包括集中控制器，连接所述的有源滤波器、无功补偿器、变流器和双切换装置；所述集中控制器在市电正常时，控制所述双切换装置中的两组切换开关导通，并控制所述变流器工作在整流状态，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，通过导通的第一组切换开关一方面经由负载输出端为外接负载供电，另一方面经由导通的第二组切换开关传输至变流器，将交流市电转换成直流电为蓄电池蓄能；所述集中控制器在市电异常时，关闭所述的有源滤波器和无功补偿器，控制所述双切换装置中的第一组切换开关断开，第二组切换开关导通，并控制所述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，通过第二组切换开关传输至负载输出端，为外接负载供电。进一步的，所述市电输入端通过主电源传输线路连接所述双切换装置中的第一组切换开关；所述有源滤波器连接在所述的主电源传输线路上，根据接入的市电产生与所述市电的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流输出至所述的主电源传输线路，以滤除市电中的谐波；所述无功补偿器连接在所述的主电源传输线路上，根据感性负载所消耗的无功功率产生无功电流输出至所述的主电源传输线路，以补偿电网的无功损耗。优选的，在所述双切换装置中，两组切换开关为两组晶闸管，第一组晶闸管的阴极连接所述的市电输入端，阳极连接第二组晶闸管的阴极，第二组晶闸管的阳极连接所述的变流器，所述负载输出端连接所述两组晶闸管的中间节点，两组晶闸管的控制极连接所述的集中控制器，接收集中控制器输出的开关控制信号。进一步的，在所述变流器中设置有由六个开关管连接而成的三相桥；所述集中控制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，控制所述变流器工作在整流状态或者逆变状态。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集中控制器输出的所述调制脉冲信号。又进一步的，在所述变流器的交流侧，其三个输出端一一对应连接三组L型感容滤波电路，通过变流器逆变输出的三相交流电源经由所述L型感容滤波电路滤波后，通过所述第二组切换开关和负载输出端传输至外接负载。再进一步的，在所述不间断电源的市电输入端连接有用于采集电流、电压的第一检测装置，所述集中控制器根据所述第一检测装置输出的检测信号监测市电的异常状况。更进一步的，在所述不间断电源的负载输出端连接有用于采集电流、电压的第二检测装置，所述集中控制器根据所述第二检测装置输出的检测信号监测通过所述负载输出端输出的交流电源的状况。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是：本技术的不间断电源在市电正常时，采用有源滤波和无功补偿来优化市电，滤除市电中的高次谐波，并通过无功补偿来稳定输出电压，同时为不间断电源中的蓄电池充电，以补充电力，由此可以提高通过不间断电源输出的三相电压的稳定性，改善电能质量。当市电故障时，本技术的不间断电源可以立即将蓄电池储存的电能逆变输出，为负载提供不间断供电，从而在满足负载用电需求的同时，还可以大大提高不间断电源的转换效率，提高能源的利用率，减少系统电路的发热量，延长不间断电源的使用寿命。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是现有不间断电源的系统结构图；图2是本技术所提出的具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源的一种实施例的系统结构图；图3是图2所示不间断电源在市电正常时的工作原理图；图4是图2所示不间断电源在市电异常时的工作原理图；图5是图2中变流器的一种实施例的电路原理框图。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。本实施例的不间断电源为了提高转换效率并改善供电质量，提出了一种全新的电路拓扑结构，如图2所示，包括市电输入端VIN、负载输出端VOUT、有源滤波器APF、无功补偿器SVG、变流器、集中控制器、双切换装置KD和蓄电池BAT等主要组成部分。其中，市电输入端VIN用于外接电网，接入交流市电。在不间断电源内部，所述市电输入端VIN可以通过主电源传输线路连接到双切换装置KD，进而通过双切换装置KD连通所述的负载输出端VOUT，在市电正常时，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向与其外接的负载供电。为了改善通过所述不间断电源输出的电能的质量，本实施例在所述不间断电源中设置有源滤波器APF和无功补偿器SVG，分别连接在所述的主电源传输线路中，以改善接入的交流市电。具体来讲，在市电正常时，启动有源滤波器APF和无功补偿器SVG运行，通过有源滤波器APF检测接入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、相位相反的谐波电流，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。在不间断电源中加入无功补偿器SVG，可以对电网中因感性负载所消耗的无功功率进行补偿，即，根据感性负载所消耗的无功功率产生无功电流输出至所述的主电源传输线路，以补偿电网的无功损耗，进而提高输出电源的功率因数，抑制三相电压不平衡，维持三相电压稳定，达到改善电能质量的目的。为了在市电发生故障或者出现异常时，能够为外部负载提供不间断供电，本实施例在所述不间断电源中设置变流器和蓄电池BAT，在市电正常时，通过将交流市电整流成直流电，储存在蓄电池BAT中，从而在市电出现异常时，便可以利用蓄电池BAT储存的电能，采用逆变输出的方式继续提供给外接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源，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，为负载提供交流供电；有源滤波器，用于滤除市电中的谐波；无功补偿器，用于补偿感性负载所消耗的无功功率；变流器，用于交直流电源的双向转换；蓄电池，连接所述变流器的直流侧，用于储存电能；双切换装置，包括两组切换开关，第一组切换开关连接在所述市电输入端与负载输出端之间，第二组切换开关连接在所述变流器的交流侧与负载输出端之间；集中控制器，连接所述的有源滤波器、无功补偿器、变流器和双切换装置；所述集中控制器在市电正常时，控制所述双切换装置中的两组切换开关导通，并控制所述变流器工作在整流状态，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，通过导通的第一组切换开关一方面经由负载输出端为外接负载供电，另一方面经由导通的第二组切换开关传输至变流器，将交流市电转换成直流电为蓄电池蓄能；所述集中控制器在市电异常时，关闭所述的有源滤波器和无功补偿器，控制所述双切换装置中的第一组切换开关断开，第二组切换开关导通，并控制所述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，通过第二组切换开关传输至负载输出端，为外接负载供电。...

【技术特征摘要】
1.一种具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源，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，为负载提供交流供电；有源滤波器，用于滤除市电中的谐波；无功补偿器，用于补偿感性负载所消耗的无功功率；变流器，用于交直流电源的双向转换；蓄电池，连接所述变流器的直流侧，用于储存电能；双切换装置，包括两组切换开关，第一组切换开关连接在所述市电输入端与负载输出端之间，第二组切换开关连接在所述变流器的交流侧与负载输出端之间；集中控制器，连接所述的有源滤波器、无功补偿器、变流器和双切换装置；所述集中控制器在市电正常时，控制所述双切换装置中的两组切换开关导通，并控制所述变流器工作在整流状态，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，通过导通的第一组切换开关一方面经由负载输出端为外接负载供电，另一方面经由导通的第二组切换开关传输至变流器，将交流市电转换成直流电为蓄电池蓄能；所述集中控制器在市电异常时，关闭所述的有源滤波器和无功补偿器，控制所述双切换装置中的第一组切换开关断开，第二组切换开关导通，并控制所述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，通过第二组切换开关传输至负载输出端，为外接负载供电。2.根据权利要求1所述的具有无功补偿和有源滤波功能的不间断电源，其特征在于，所述市电输入端通过主电源传输线路连接所述双切换装置中的第一组切换开关；所述有源滤波器连接在所述的主电源传输线路上，根据接入的市电产生与所述市电的谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流输出至所述的主电源传输线路，以滤除市电中的谐波；所述无功补偿器连接在所述的主电源传输线路上，根据感性负载所消耗的无功功率产生无功电流输出至所述的主电源传输线路，以补偿电网的无功损耗。3.根据权利要求2所述的具...

【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