專利名稱：一種可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不間斷電源領(lǐng)域，具體涉及一種可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)，特別適用于邊遠(yuǎn)城郊零散居民區(qū)用電(如別墅供電)。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，社會生活越來越離不開電力。但是，一到夏季用電高峰，拉閘限電十分流行。同時，以拉閘限電為特征的節(jié)能減排也經(jīng)常席卷全國。此外，受自然災(zāi)害極端天氣等不確定因素影響，也會使電網(wǎng)出現(xiàn)意外斷電。突然停電，給居民生活帶來了極大不便。為了解決上述問題，目前基本采用UPS (Uninterruptible Power Supply即不間斷電源)方案?，F(xiàn)有的UPS技術(shù)，正常工作時將市電經(jīng)過整流變成直流，與蓄電池電壓并聯(lián)，再經(jīng)過逆變輸出穩(wěn)定的交流電給負(fù)載供電。當(dāng)市電故障時，由蓄電池經(jīng)過逆變給負(fù)載供電當(dāng)UPS裝置內(nèi)部某模塊出現(xiàn)故障時，市電直接通過旁路給負(fù)載供電。但是目前的UPS不間斷電源由于電池容量有限往往供電時間較短，能夠支持的供電負(fù)載比較小，無法在市電長時間斷電情況下持續(xù)工作。如果要實(shí)現(xiàn)UPS長時間供電或增加供電設(shè)備的功率則必須增大蓄電池組的容量。若供電時間呈幾何倍數(shù)增長，設(shè)備投資也會成幾何倍數(shù)增長，供電時間卻仍然是有限的。隨著設(shè)備的運(yùn)行，電池電壓的降低，很難保證不間斷電源輸出電壓的穩(wěn)定性。并且蓄電池長期處于欠壓狀態(tài)，導(dǎo)致蓄電池?fù)p壞嚴(yán)重，縮短其壽命，需要定期更換，造成巨大的運(yùn)行投資負(fù)擔(dān)。此外，該技術(shù)方案還存在供電效率低、體積大、重量重、維護(hù)困難等諸多缺陷。另有一些用戶自己配備備用發(fā)電機(jī)，解決市電故障后的長時間供電問題。但備用發(fā)電機(jī)在市電突然斷電時不能立即啟動。斷電間隔期間還是會對一些重要的用電設(shè)備帶來影響。目前已有眾多國內(nèi)外專家、學(xué)者和用戶探索不間斷發(fā)電機(jī)供電技術(shù)，如專利文獻(xiàn)CN102111004提出了一種不間斷備用電力系統(tǒng)，其采用柴油機(jī)或汽油機(jī)發(fā)電機(jī)組與不間斷電源裝置聯(lián)合工作，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。無論市電正常與否，負(fù)載均使用UPS蓄電池內(nèi)電流，外部電源始終為蓄電池涓流浮充，蓄電池板始終處于活化狀態(tài)。當(dāng)市電異常蓄電池電壓降低至保護(hù)電壓時啟動發(fā)電機(jī)組為蓄電池充電。但該方案需要配置容量很大的蓄電池組，成本較高，壽命較短，不易維護(hù)。而且柴油機(jī)體積大，啟動慢，運(yùn)行噪聲大，汽油機(jī)較之柴油機(jī)在上述方面有改進(jìn)，但是無論汽油還是柴油發(fā)電成本都比較高，發(fā)電效率不高。同時該方案需要長期儲備大量燃油，構(gòu)成安全隱患。更核心的問題是不間斷供電系統(tǒng)基本安裝在居住區(qū)附近，當(dāng)汽油機(jī)或柴油機(jī)長時間工作時會產(chǎn)生大量廢氣和PM2. 5 (直徑小于或等于2. 5微米顆粒物)懸浮顆粒等最主要的大氣污染物。上述污染物會嚴(yán)重污染生活區(qū)周圍的空氣，給人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的帶來巨大負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可持續(xù)供電的節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)，其能夠在市電斷電情況下通過UPS切換至備用發(fā)電機(jī)供電實(shí)現(xiàn)對居民家庭不間斷供電目的，同時滿足無限時長可持續(xù)地節(jié)能環(huán)保的供電模式。為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)，包括機(jī)組啟動裝置、燃?xì)馊加碗p燃料發(fā)動機(jī)、小型發(fā)電機(jī)、整流模塊、逆變模塊、充放電模塊、控制模塊、蓄電池組以及選擇開關(guān)。機(jī)組啟動裝置、燃?xì)馊加碗p燃料發(fā)動機(jī)、小型發(fā)電機(jī)構(gòu)成發(fā)電機(jī)組單元，整流模塊、逆變模塊、充放電模塊構(gòu)成，發(fā)電機(jī)組單元和UPS單元電連接，一起構(gòu)成備用回路，以提供備用供電給負(fù)載。備用供電回路和市電回路兩者通過選擇開關(guān)連接至負(fù)載。發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)過整流模塊變成直流電，再經(jīng)過逆變模塊變換成交流電，接通選擇開關(guān)后向負(fù)載供電。蓄電池組經(jīng)過充放電模塊連接至整流模塊之后，控制模塊分別連接至機(jī)組啟動裝置、選擇開關(guān)和充放電模塊?？刂颇K通過監(jiān)測市電線路電壓電流情況控制UPS蓄電池組的投退、備用發(fā)電機(jī)組的啟停，并相應(yīng)控制選擇開關(guān)切換不同供電模式。此外控制模塊還在線監(jiān)測蓄電池組的電壓情況，保證蓄電池處于正常備用狀態(tài)，一旦電壓過低就會啟動充電功能為蓄電池組充電。蓄電池組充電可采用交直流兩種模式，以保證電池組能夠在各種工況下均能夠及時充電。該可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組動力裝置為燃?xì)馊加碗p燃料發(fā)動機(jī)。以更為環(huán)保的天然氣/沼氣等氣體燃料為主，也可儲備少量汽油作為后備燃料。其供氣或供油接口連接至機(jī)組啟動裝置，在控制模塊協(xié)調(diào)控制之下為發(fā)動機(jī)自動供氣或供油。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后的有益效果是一、以天然氣/沼氣等更節(jié)能環(huán)保的新型能源為燃料，與傳統(tǒng)汽油柴油燃料相比，氣體燃料顆粒物排放幾乎為零，一氧化碳?xì)怏w、氮氧化合物氣體和碳?xì)浠衔餁怏w的排放也顯著降低，所以天然氣/沼氣等氣體燃料在改善空氣質(zhì)量方面有很大的優(yōu)勢。同時氣體燃料發(fā)動機(jī)效率較高，燃料成本明顯下降，約為汽油的1/3左右。使用生物沼氣燃料更體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的時代要求。二、通過城市天然氣管道或農(nóng)村沼氣罐持續(xù)供應(yīng)氣體燃料能夠保障該系統(tǒng)無限時長連續(xù)工作。預(yù)留汽油燃料接口，作為后備燃料，可進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的靈活性和可靠性。三、市電正常時，市電直接通過選擇開關(guān)向負(fù)載供電，不經(jīng)過整流模塊和逆變模塊雙變換，提高UPS模塊壽命?？刂颇K監(jiān)測市電狀況，保證UPS處于最佳備用狀態(tài)。市電故障時，UPS模塊僅工作在發(fā)電機(jī)組啟動期間10秒左右時間，即使采用冗余方案選擇支持負(fù)載工作20-30秒時間的蓄電池容量，所需蓄電池容量也較小，降低成本。設(shè)備整體體積小巧，便于操作維護(hù)。在UPS系統(tǒng)過渡下實(shí)現(xiàn)零切換不間斷供電。


圖I是本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)方框示意圖。圖2是發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)。圖3是UPS系統(tǒng)。
附圖標(biāo)識說明I.機(jī)組啟動裝置2.雙燃料發(fā)動機(jī)3.小型發(fā)電機(jī)4.整流模塊5.逆變模塊6.充放電模塊7.蓄電池8.選擇開關(guān)9.控制模塊10.直流母線11.市電線路說明圖中較粗的實(shí)線部分為一次供電線，較細(xì)的虛線部分為二次控制線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。請參見圖I所示，其為本發(fā)明之可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)較佳實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖，包括機(jī)組啟動裝置I、燃?xì)馊加碗p燃料發(fā)動機(jī)2、小型發(fā)電機(jī)3、整流模塊4、逆變模塊5、充放電模塊6、蓄電池組7、選擇開關(guān)8以及控制模塊9。請參見圖2所示，機(jī)組啟動裝置I、雙燃料發(fā)動機(jī)2、小型發(fā)電機(jī)3三個模塊構(gòu)成發(fā)電機(jī)組單元，在市電異常情況下，通過機(jī)組啟動裝置I啟動雙燃料發(fā)動機(jī)2,帶動小型發(fā)電機(jī)3工作，產(chǎn)生無限時長的備用供電。請參見圖3所示，整流模塊4、逆變模塊5、充放電模塊6、蓄電池7等四個模塊為UPS單元，小型發(fā)電機(jī)3產(chǎn)生的電力輸出到整流模塊4，整流模塊4與逆變模塊5通過直流母線10連接，該逆變模塊5連接到選擇開關(guān)8，充放電模塊6則分別與蓄電池組7、直流母線10和市電回路11連接。發(fā)電機(jī)組單元與UPS單元連接構(gòu)成備用回路。備用回路與市電回路11通過選擇開關(guān)8與負(fù)載連接?？刂颇K9分別與選擇開關(guān)8、充放電模塊6、機(jī)組啟動裝置I連接，其通過監(jiān)控市電電壓的變化以分別控制選擇開關(guān)8選擇市電或備用回路供電、控制機(jī)組啟動裝置I的啟動，以及控制充放電模塊6對蓄電池進(jìn)行充放電。上述可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)工作模式為市電正常時，市電通過市電回路10經(jīng)選擇開關(guān)8向負(fù)載供電。蓄電池7通過充放電模塊6連接市電線路10?？刂颇K9通過充放電模塊6監(jiān)測市電線路10和蓄電池組7的工作情況。當(dāng)蓄電池7電壓降低時，控制模塊9開啟充電功能，通過市電線路10給蓄電池7充電，保證UPS系統(tǒng)始終處于正常備用狀態(tài)。當(dāng)控制模塊9檢測到市電線路10異常時，控制模塊9立即切換選擇開關(guān)8并投入UPS系統(tǒng)，此過程可在10毫秒內(nèi)完成，同時控制模塊9經(jīng)機(jī)組啟動裝置I啟動發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)。UPS系統(tǒng)投入后，立即由蓄電池經(jīng)過逆變模塊5給負(fù)載供電，等待發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)啟動。發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)啟動過程需10秒左右。發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、啟動完畢后，通過整流模塊4、逆變模塊5經(jīng)選擇開關(guān)8向負(fù)載供電。發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)過上述整流逆變雙變換過程后，大大提高了電能質(zhì)量的穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)正常工作后，控制模塊9將蓄電池7退出供電模式，蓄電池7經(jīng)過前面的工作過程已將存儲的電能釋放，電壓降低，控制模塊6檢測到此信息后通過直流母線9經(jīng)充放電模塊6給蓄電池7充電，保證UPS系統(tǒng)始終處于正常備用狀態(tài)。雙燃料發(fā)動機(jī)2可支持多種氣體燃料(如天然氣、石油氣、垃圾填埋氣等)和汽油燃料。燃料以為氣體燃料為主，汽油燃料做后備。一般情況下采用氣體燃料工作模式。由于每種氣體的成分有很大的不同，因此其燃燒曲線也各不相同。只需根據(jù)各種燃料的氣體成分，就可以針對這種可燃?xì)怏w在控制模塊9上選擇相應(yīng)的控制模式，機(jī)組啟動裝置I就根據(jù)控制模式執(zhí)行針對性燃料供給策略，就可以實(shí)現(xiàn)同一臺機(jī)組來燃燒不同的氣體，提高能源利用效率。該發(fā)動機(jī)體積小，噪音小。汽油燃料工作模式作為緊急狀態(tài)備用方案，進(jìn)一步提高系統(tǒng)靈活性和可靠性。發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)啟動過程中，當(dāng)氣體燃料供應(yīng)出故障時，控制模塊9檢測到10秒后發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)未能正常啟動會立即將機(jī)組啟動裝置I切換至汽油燃料工作模式。此間一直由UPS系統(tǒng)給負(fù)載供電。故只需要根據(jù)負(fù)載大小選擇可支持負(fù)載工作20-30秒容量的蓄電池7即滿足系統(tǒng)需求。一、本發(fā)明可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)采用氣體燃料和汽油燃料雙燃料發(fā)動機(jī)，以氣體燃料工作模式為主，實(shí)現(xiàn)不限時長可持續(xù)不間斷供電目標(biāo)。二、本發(fā)明可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)可適應(yīng)多種氣體燃料，燃料靈活多樣。并可根據(jù)具體氣體成分調(diào)整燃料控制策略，提高氣燃料利用率，整體效率高，發(fā)電成本低，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。三、本發(fā)明可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)在市電正常時直接通過選擇開關(guān)給負(fù)載供電，不經(jīng)過UPS系統(tǒng)整流模塊和逆變模塊，提高了 UPS系統(tǒng)的壽命。只有市電異常的情況下，才切換至UPS系統(tǒng)供電，作為發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)完全啟動之前的過渡。可選擇較小容量的蓄電池組即可滿足系統(tǒng)要求。整個UPS系統(tǒng)成本低、體積小、壽命長、維護(hù)方便、使用 簡單。采用此技術(shù)后，在市電故障情況下可實(shí)現(xiàn)零切換，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。四、本發(fā)明可持續(xù)供電節(jié)能環(huán)保型不間斷電源系統(tǒng)中控制模塊采用嵌入式設(shè)計，監(jiān)控市電和UPS系統(tǒng)蓄電池狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整選擇開關(guān)，啟動對應(yīng)的供電模式，同時及時給蓄電池組充電，確保UPS系統(tǒng)處于正常備用狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組單元、UPS單元、選擇開關(guān)(8)和控制單元(9),其中，所述發(fā)動機(jī)組單元與UPS單元構(gòu)成備用回路,該備用回路和市電回路(11)通過選擇開關(guān)(8)分別與負(fù)載電連接，在所述市電回路(11)異常時，所述控制單元(9)控制選擇開關(guān)(8)將供電線路從市電回路(11)切換到備用回路，以提供備用供電給所述負(fù)載，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述備用供電包括發(fā)動機(jī)組單元提供的第一備用供電和UPS單元中的蓄電池(7)提供的第二備用供電，在所述市電回路(11)異常時，所述控制單元(9)先控制所述蓄電池(7)放電，以提供第二備用供電給負(fù)載，再控制發(fā)動機(jī)組單元啟動產(chǎn)生第一備用供電，以替換所述第二備用供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述的UPS單元包括 整流模塊(4)，其與發(fā)電機(jī)組單元電連接，用于將發(fā)電機(jī)組單元的供電整流為直流電； 逆變模塊(5)，其與整流模塊(4)通過直流母線(10)電連接，整流后的直流電通過該逆變模塊(5)逆變?yōu)榻涣麟姡鬏數(shù)脚c其電連接的選擇開關(guān)(8)，作為第一備用供電以提供給所述負(fù)載； 充放電模塊(6)，其分別與蓄電池組(7)、直流母線(10)和市電回路(11)電連接，所述蓄電池組(7)通過該充放電模塊(6)進(jìn)行充放電，其中，放電時，蓄電池組(7)提供的直流電經(jīng)該直流母線(10)和逆變模塊(5)后傳輸?shù)竭x擇開關(guān)(8)，作為第二備用供電以提供給所述負(fù)載；充電時，直流母線(10)或市電回路(11)上的電流經(jīng)該充放電模塊(6)后對所述蓄電池組(7)進(jìn)行充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一備用供電可提供無限時長的持續(xù)供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)組單元包括機(jī)組啟動裝置(I)、發(fā)動機(jī)(2)和發(fā)電機(jī)(3)，所述發(fā)電機(jī)與所述整流模塊(4)電連接，所述機(jī)組啟動裝置(I)用于啟動發(fā)動機(jī)(2)，以帶動發(fā)電機(jī)(3)工作，產(chǎn)生供電輸出到整流模塊(4)，以用于提供所述第一備用供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)(2)為雙燃料發(fā)動機(jī)，燃料可以為氣體燃料或汽油燃料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊(9)分別與選擇開關(guān)(8)、充放電模塊(6)和機(jī)組啟動裝置(I)電連接，其根據(jù)市電回路(11)上的電壓變化以分別控制選擇開關(guān)(8)選擇市電回路或備用回路對負(fù)載的供電、控制機(jī)組啟動裝置⑴的啟動或關(guān)閉，以及控制充放電模塊(6)對蓄電池進(jìn)行充放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，在所述市電回路(11)恢復(fù)正常時，所述控制單元(9)控制選擇開關(guān)(8)將供電線路從備用回路切換到市電回路(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可持續(xù)供電的不間斷電源系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組單元、UPS單元、選擇開關(guān)(8)和控制單元(9)，該發(fā)動機(jī)組單元與UPS單元構(gòu)成備用回路，該備用回路與市電回路(11)通過選擇開關(guān)(8)分別與負(fù)載連接，在所述市電回路(11)異常時，所述控制單元(9)控制選擇開關(guān)(8)切換到市電回路(11)，以提供備用供電給所述負(fù)載，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。本發(fā)明能夠在市電斷電情況下通過UPS切換至備用發(fā)電機(jī)供電實(shí)現(xiàn)對居民家庭不間斷供電目的，同時滿足無限時長可持續(xù)地節(jié)能環(huán)保的供電模式。
文檔編號H02J7/00GK102624053SQ201210078178
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者張明, 蔡鑫, 饒波, 黃福強(qiáng) 申請人:華中科技大學(xué)