[发明专利]一种基于固态切换开关强迫换向的不间断供电系统及方法

说明书

本发明提供一种基于固态切换开关强迫换向的不间断供电系统，包括固态切换开关、柴油发电机、自动切换开关、整流单元、储能单元、逆变单元、滤波单元和控制系统。本发明提供一种基于固态切换开关强迫换向的不间断供电系统及方法，该系统可在电网故障时加速基于自动切换开关的不间断供电系统经济模式下的强迫换向。与利用LC谐振实现晶闸管的强迫换向相比，该强迫换向方法降低了整个系统的控制复杂性和成本，既考虑电网故障和负载等情况，还考虑电压暂降、非单位功率因数等关键电能质量问题，同时系统只需要一路电源，降低保供电现场的要求，提升整个系统工作的适用性。

技术领域

本发明涉及电力设备控制技术领域，具体涉及一种基于固态切换开关强迫换向的不间断供电系统。

背景技术

不间断供电系统已广泛应用在IT企业、商业电话公司、数据中心、云计算中心等工业现场。同时，采用不间断供电系统为关键环节提供更可靠、安全的电力供应已表现出强大的需求。传统的不间断供电系统分为离线式和在线式两种。从基本应用原理上来说，不间断供电系统是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备，主要由整流器、蓄电池、逆变器和固态切换开关等几部分组成，其中：(1)整流器，是将交流转化为直流的整流装置，主要给逆变器供能和蓄电池提供充电电压；(2)蓄电池，是不间断供电系统用来作为储存电能的装置，由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电的时间，市电正常时将电能转换成化学能储存在电池内部，市电故障时将化学能转换成电能提供给逆变器或负载；3)逆变器，是一种将直流电转化为交流电的装置，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成；4)固态切换开关，是用两个可控硅反向并联组成的一种无触点交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。

这样的不间断供电系统为客户提供在线模式和经济模式的复杂选择。在线模式，负载是由逆变器供电，因此它提供出色应对电网频率波动的免疫能力，然而这也导致其电力电子开关损耗的增加；经济模式是一种非常经济高效且方便的方法来提升不间断供电系统的效率，因为负载是通过固态切换开关来供电。然后，在电网故障期间固态切换开关的晶闸管换向问题必须得到充分解决才能充分利用该机制。与门关断或集成门极换向晶闸管系统相比，基于晶闸管的固态切换开关具有成本低、传导损耗低等许多优点，但是晶闸管的自然换向机制须要较长的时间才能关断。此外，它受负载和电网故障条件的影响较大，另外一个功率问题，这甚至会延长从经济模式到在线模式的切换过程。但市电扰动发生后，典型离线式不间断供电系统应在1-5ms内接管负载以抵抗任何电压中断，因此自然换向不能满足这些要求，进而降低经济模式的有效性。为解决上述问题，有学者提出一种脉冲换向固态切换开关方法，该方法是利用LC谐振实现晶闸管的强迫换向，然而，额外系统电路的设计增加系统的控制复杂性和成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于固态切换开关强迫换向的不间断供电系统及方法，建立一种控制机制来加速基于晶闸管的固态切换开关系统的换向，该方法既考虑电网故障和负载等情况，还考虑电压暂降、非单位功率因数等关键电能质量问题，具体技术方案如下：

一种基于固态切换开关强迫换向的不间断供电系统，包括固态切换开关、柴油发电机、自动切换开关、整流单元、储能单元、逆变单元、滤波单元和控制系统；

所述固态切换开关串联在交流电网和敏感负载之间，输入交流电网，输出至敏感负载；

所述柴油发电机，其输出接入自动切换开关；

所述自动切换开关连接柴油发电机，输入交流电网，输出交流至整流单元；

所述整流单元输入自动切换开关的交流电，输出直流给储能单元；

所述储能单元变量在整流单元和逆变单元之间，用于能量的存储；

所述逆变单元输入储能单元的直流电，逆变输出交流电；

所述滤波单元输入逆变单元，输出的交流电经过滤波输出，与固态切换开关输出对应相连接，为三相敏感负荷供电；