一种双向充放电一体应急电源装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种双向充放电一体应急电源装置及其控制方法，包括直流输入电路、功率变流单元、升压隔离单元、交流输出滤波单元、控制单元、信号采集单元。本发明专利技术提供的一种双向充放电一体应急电源装置，能够实现旁路工作正常情况下的市电向直流电池充电，维持直流电池的储能，且在旁路供电异常情况下，由直流电池供电提供能量，将应急电池逆变得到三相交流电压为负荷供电，在工作过程中，应急电源装置通过功率变流单元进行能量双向流动，实现充放电一体化，避免了市场上无高压大功率充电机，而造成高压直流电压供电的大容量应急电源在应用上受到限制，并优化了优化了应急电源的控制方法，节省了成本。

A Bidirectional Charging and Discharging Integrated Emergency Power Supply Device and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种双向充放电一体应急电源装置及其控制方法
本专利技术属于应急电源
，涉及到一种双向充放电一体应急电源装置及其控制方法。
技术介绍
交流应急电源系统是满足化工、冶金、医院、消防等特殊要求的独立于电网之外的备用电源，被广泛应用于各种工业、民用建筑行业，近年来含蓄电池交流应急电源，被广泛应用，尤其是被用做消防应急电源。它的工作原理就是采用单体逆变技术双路供电以备应急，优点是自动切换、带载能力强。随着工业、消防设备重要负荷的增加，应急电源的容量越来越大，受限于功率半导体容量及散热，只能提高应急电源直流母线电压，这样可以在提高应急电源容量的同时减小功率半导体器件的工作电流，减小发热量。但在应急电源系统中，在应急电源不工作时需要给直流电池充电，而当前市面上的直流直流充机一般采用移相合桥BDC或LLC全桥，三相交流输入，输出直流电压一般在600V以内，最大电流不超过10A，不能满足高压大容量应急电源对直流电源充电的需求，同时在直流系统中加多个并联的充电机增了成本、控制复杂性、结构的复杂性，对高直流电压大容量应急电源的应用带来限制，因此寻求另一种技术路线成为必然。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供的一种双向充放电一体应急电源装置及其控制方法，能够实现正常旁路正常工作时，市电向直流电池充电，维持直流电池的储能，在旁路供电异常情况下，由直流电池供电提供能量，经应急电源逆变得到标准三相交流电压给重要负荷供电，应急电源装置通过功率变流单元进行能量双向流动，实现充放电一体化，解决了大容量应急电源在应用上受到限制的问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种双向充放电一体应急电源装置，包括直流输入电路、功率变流单元、升压隔离单元、交流输出滤波单元、控制单元、信号采集单元；所述直流输入电路包括直流电池组、直流侧开关Qc、直流熔断器FU1及FU2、直流接触器Kc2、直流预充电电路和直流母线储能电容C，直流预充电电路由直流接触器Kc1、电阻R组成；所述功率变流单元包括三相全桥型变流器S；所述升压隔离单元包括滤波电抗器T；所述交流输出滤波单元包括电容C1、应急电源输出切换接触器Km1、旁路电源输出切换接触器Km2和输出交流开关Q1；所述信号采集单元分别与直流输入电路、功率变流单元、交流输出滤波单元和控制单元连接。所述直流电池组阳极通过直流侧开关Qc与直流熔断器FU1一端连接，直流熔断器FU1另一端通过直流接触器Kc2与三相全桥型变流器S连接，直流接触器Kc1与电阻R串联后与直流接触器Kc2并联，直流电池组阴极通过直流熔断器FU2与三相全桥型变流器S连接，滤波电抗器T一端与三相全桥型变流器S连接，另一端分别与电容C1和应急电源输出切换接触器Km1一端连接，应急电源输出切换接触器Km1另一端分别与旁路电源输出切换接触器Km2和输出交流开关Q1连接，旁路电源输出切换接触器Km2与旁路电源连接；所述信号采样单元分别与直流熔断器FU1与直流接触器Kc2交点、直流接触器Kc2与三相全桥型变流器S交点、滤波电抗器T与应急电源输出切换接触器Km1交点以及旁路电源与旁路电源输出切换接触器Km2交点连接，分别用于采集直流电池电压、直流母线电压、直流母线电流、应急电源三相输出电压、应急电源三相输出电流和旁路电压，信号采样单元将采集的直流电池电压、直流母线电压、直流母线电流、应急电源三相输出电压、应急电源三相输出电流和旁路电压发送至控制单元，控制单元进行处理和控制后，输出PWM信号至功率变流单元，以对功率变流单元进行控制。进一步地，所述应急电源装置包括直流合闸软启动模式、应急电源并网充电P/Q模式和应急电源离网放电V/F模式。进一步地，所述应急电源装置在进行直流合闸软启动时，闭合直流侧开关Qc，信号采集单元检测直流电池电压Udc及直流母线电压Vdc，比较直流电池电压Udc及直流母线电压Vdc，当Udc-Vdc>δUdc时，断开直流接触器kc2，闭合直流接触器Kc1，通过直流输入预充电电阻R给直流母线储能电容C充电，直流母线电压Udc增加，当Udc-Vdc≤δUdc时，闭合直流接触器kc2，断开直流接触器Kc1，以完成直流合闸软启动，其中，δUdc为设定的阈值。进一步地，所述信号采集单元采集旁路电压Ua、Ub、Uc，直流电池电压信号Udc，将旁路电压Ua、Ub、Uc进行CLARKE得到alpha-beta坐标系下的的值Uα、Uβ，再经PARK变换，得到dq坐标系下的值Ud、Uq，求取Urms_dq为旁路相电压峰值，通过Urms_dq判断旁路电压是否正常，若旁路电压正常，并同时判断直流电池电压Udc是否低于设定的电池最高电压，若旁路电压正常且直流电池电压Udc低于设定的电池最高电压，则应急电源工作在并网充电模式下，此时应急电源装置不需配置另外充电设备，而是采用逆变变流器作为硬件平台，同步并入旁路电网，以电流源特性工作，把旁路电网电能存入直流电池，以对直流电池充电，若直流电池电压Udc达到预设的电池最高电压，则停止并网充电模式，应急电源处于待机状态。进一步地，当应急电源旁路正常且并网充电模式时，应急电源输出切换接触器Km1、旁路电源输出切换接触器Km2、输出交流开关Q1均吸合，应急电源并到旁路电网上，同时旁路给负荷供电，应急电源采用P/Q模式控制，采集旁路电压、应急电源三相输出电流和直流电池电压，设定直流电池电压的最终目标电压值，采用爬坡函数模型增加直流电池电压直至达到最终目标电压值，首先采用恒流充电模式，待直流电池电压值接近最终目标电压值，再采用恒压模式充电，最后采用恒压浮充模式。一种双向充放电一体应急电源装置的控制方法，包括以下步骤：S1、假设旁路电压初始角频率为ω0＝100π，对应频率为50Hz，实时角频率为ω，旁路A相电压相位为θ，采样周期为Δt，则实时相位为θ＝θ+ωΔt，对旁路三相电压Ua、Ub、Uc分别进行CLARK及PARK变换得到：alpha-beta坐标系中值dq坐标系中值S2、判断旁路电压是否正常：根据锁相得到的旁路电压A相相位θ，经PARK变换得到的dq坐标系下值根据公式计算出旁路相电压峰值Urms_dq，根据Urms_dq的值瞬时判断旁路电压是否异常，若连续判断5次Urms_dq均在预设的旁路电压正常范围内，则最终结果为旁路电压正常，否则为异常；S3、对应急电源三相输出电流采样得到旁路三相电流Ia、Ib、Ic，对采样得到的旁路三相电流进行CLARK及PARK变换：alpha-beta坐标系中值dq坐标系中值S4、根据S2步骤判断旁路是否正常，若旁路正常，同时，判断直流电池电压Vdc是否低于电池上限电压，若低于电池上限电压，则应急电源装置工作在并网充电模式模式下，在dq坐标系中进行双闭环控制，直流电池电压Udc与目标电压的差经PI控制得到dq坐标系下有功分量目标值采用电压外环控制，无功分量目标值将与应急电源输出电流进行电流内环PI控制,同时对旁路电压dq分量进行前馈控制，得到桥臂目标电压对dq坐标下桥臂目标电压进行逆PARK变换得到再进行SVPWM控制完成整个并网充电模式控制；S5、在并网充电模电模式下，若直流电池电压与电池目标电压值之差大于给定阈值，则采用恒流充电模式，将直流电流控制作为外环控制，Idc为实测直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向充放电一体应急电源装置，其特征在于：包括直流输入电路、功率变流单元、升压隔离单元、交流输出滤波单元、控制单元、信号采集单元；所述直流输入电路包括直流电池组、直流侧开关Qc、直流熔断器FU1及FU2、直流接触器Kc2、直流预充电电路和直流母线储能电容C，直流预充电电路由直流接触器Kc1、电阻R组成；所述功率变流单元包括三相全桥型变流器S；所述升压隔离单元包括滤波电抗器T；所述交流输出滤波单元包括电容C1、应急电源输出切换接触器Km1、旁路电源输出切换接触器Km2和输出交流开关Q1；所述信号采集单元分别与直流输入电路、功率变流单元、交流输出滤波单元和控制单元连接；所述直流电池组阳极通过直流侧开关Qc与直流熔断器FU1一端连接，直流熔断器FU1另一端通过直流接触器Kc2与三相全桥型变流器S连接，直流接触器Kc1与电阻R串联后与直流接触器Kc2并联，直流电池组阴极通过直流熔断器FU2与三相全桥型变流器S连接，滤波电抗器T一端与三相全桥型变流器S连接，另一端分别与电容C1和应急电源输出切换接触器Km1一端连接，应急电源输出切换接触器Km1另一端分别与旁路电源输出切换接触器Km2和输出交流开关Q1连接，旁路电源输出切换接触器Km2与旁路电源连接；所述信号采样单元分别与直流熔断器FU1与直流接触器Kc2交点、直流接触器Kc2与三相全桥型变流器S交点、滤波电抗器T与应急电源输出切换接触器Km1交点以及旁路电源与旁路电源输出切换接触器Km2交点连接，述信号采样单元分别用于采集直流电池电压、直流母线电压、直流母线电流、应急电源三相输出电压、应急电源三相输出电流和旁路电压，信号采样单元将采集的直流电池电压、直流母线电压、直流母线电流、应急电源三相输出电压、应急电源三相输出电流和旁路电压发送至控制单元，控制单元进行处理和控制后，输出PWM信号至功率变流单元，以对功率变流单元进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种双向充放电一体应急电源装置，其特征在于：包括直流输入电路、功率变流单元、升压隔离单元、交流输出滤波单元、控制单元、信号采集单元；所述直流输入电路包括直流电池组、直流侧开关Qc、直流熔断器FU1及FU2、直流接触器Kc2、直流预充电电路和直流母线储能电容C，直流预充电电路由直流接触器Kc1、电阻R组成；所述功率变流单元包括三相全桥型变流器S；所述升压隔离单元包括滤波电抗器T；所述交流输出滤波单元包括电容C1、应急电源输出切换接触器Km1、旁路电源输出切换接触器Km2和输出交流开关Q1；所述信号采集单元分别与直流输入电路、功率变流单元、交流输出滤波单元和控制单元连接；所述直流电池组阳极通过直流侧开关Qc与直流熔断器FU1一端连接，直流熔断器FU1另一端通过直流接触器Kc2与三相全桥型变流器S连接，直流接触器Kc1与电阻R串联后与直流接触器Kc2并联，直流电池组阴极通过直流熔断器FU2与三相全桥型变流器S连接，滤波电抗器T一端与三相全桥型变流器S连接，另一端分别与电容C1和应急电源输出切换接触器Km1一端连接，应急电源输出切换接触器Km1另一端分别与旁路电源输出切换接触器Km2和输出交流开关Q1连接，旁路电源输出切换接触器Km2与旁路电源连接；所述信号采样单元分别与直流熔断器FU1与直流接触器Kc2交点、直流接触器Kc2与三相全桥型变流器S交点、滤波电抗器T与应急电源输出切换接触器Km1交点以及旁路电源与旁路电源输出切换接触器Km2交点连接，述信号采样单元分别用于采集直流电池电压、直流母线电压、直流母线电流、应急电源三相输出电压、应急电源三相输出电流和旁路电压，信号采样单元将采集的直流电池电压、直流母线电压、直流母线电流、应急电源三相输出电压、应急电源三相输出电流和旁路电压发送至控制单元，控制单元进行处理和控制后，输出PWM信号至功率变流单元，以对功率变流单元进行控制。2.根据权利要求1所述的一种双向充放电一体应急电源装置，其特征在于：所述应急电源装置包括直流合闸软启动模式、应急电源并网充电P/Q模式和应急电源离网放电V/F模式。3.根据权利要求2所述的一种双向充放电一体应急电源装置，其特征在于：所述应急电源装置在进行直流合闸软启动时，闭合直流侧开关Qc，信号采集单元检测直流电池电压Udc及直流母线电压Vdc，比较直流电池电压Udc及直流母线电压Vdc，当Udc-Vdc>δUdc时，断开直流接触器kc2，闭合直流接触器Kc1，通过直流输入预充电电阻R给直流母线储能电容C充电，直流母线电压Udc增加，当Udc-Vdc≤δUdc时，闭合直流接触器kc2，断开直流接触器Kc1，以完成直流合闸软启动，其中，δUdc为设定的阈值。4.根据权利要求2所述的一种双向充放电一体应急电源装置，其特征在于：所述信号采集单元采集旁路电压Ua、Ub、Uc，直流电池电压信号Udc，将旁路电压Ua、Ub、Uc进行CLARKE得到alpha-beta坐标系下的的值Uα、Uβ，再经PARK变换，得到dq坐标系下的值Ud、Uq，求取Urms_dq为旁路相电压峰值，通过Urms_dq判断旁路电压是否正常，若旁路电压正常，并同时判断直流电池电压Udc是否低于设定的电池最高电压，若旁路电压正常且直流电池电压Udc低于设定的电池最高电压，则应急电源工作在并网充电模式下，此时应急电源装置不需配置另外充电设备，而是采用逆变变流器作为硬件平台，同步并入旁路电网，以电流源特性工作，把旁路电网电能存入直流电池，以对直流电池充电，若直流电池电压Udc达到预设的电池最高电压，则停止并网充电模式，应急电源处于待机状态。5.根据权利要求2所述的一种双向充放电一体应急电源装置，其特征在于：当应急电源旁路正常且并网充电模式时，应急电源输出切换接触器Km1、旁路电源输出切换接触器Km2、输出交流开关Q1均吸合，应急电源并到旁路电网上，同时旁路给负荷供电，应急电源采用P/Q模式控制，采集旁路电压、应急电源三相输出电流和直流电池电压，设定直流电池电压的最终目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，齐东流，孔朝朝，董仕岭，吴庭丰，
申请(专利权)人：合肥堃能电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34