專利名稱：以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及66KV—IOKV (本專利所定義的“中壓”)不間斷電源領(lǐng)域，更具體地說，涉及以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源。
背景技術(shù)：
I、在工業(yè)電源領(lǐng)域，180/220系統(tǒng)的低壓型應(yīng)急電源作為工業(yè)及民用領(lǐng)域應(yīng)急照明和動力負(fù)載的應(yīng)急供電裝置在國內(nèi)已經(jīng)有 十余年歷史，形成相關(guān)專利十余項，在 380V供電系統(tǒng)中顯示了節(jié)能、環(huán)保、快速、高可靠性、便于維護、智能化管理、提高供電可靠性等一系列優(yōu)勢。而伴隨著工業(yè)領(lǐng)域大功率拖動負(fù)載的出現(xiàn)，用于拖動系統(tǒng)的66KV—^lOKV系列電動機早在70年代就已經(jīng)問世，經(jīng)過30多年的發(fā)展可謂十分成熟。近年來，為了減小大容量電動機的體積和重量，更為了回避大電流載體的敷設(shè)安裝、連接和過度等安全類難題，許多程控類工業(yè)領(lǐng)域流水線上的大容量電動機逐步被中壓型電動機所取代，啟動和控制中壓型電動機的中壓變頻產(chǎn)品(國外稱之為“工業(yè)傳動”或“交流動力傳動”)也逐漸成熟。然而，中壓級別的交流應(yīng)急電源一直是國內(nèi)外的市場空白，特別是工業(yè)領(lǐng)域，幾乎找不到成功使用蓄電型交流應(yīng)急電源的成功案例。一直以來，中壓動力系統(tǒng)的工作可靠性完全取決于于電網(wǎng)電源的可靠性，一旦電網(wǎng)因故突然停電，程控類工業(yè)正在運行的流程就會驟停，將造成巨大損失(據(jù)中石油集團的一個年會報告僅煉化板塊在2011年就發(fā)生電力系統(tǒng)故障幾十起，因程控流程驟停造成直接和間接損失十幾億元)。為了盡量降低損失，許多程控工業(yè)的流水線不得不配置國外進口的氣動型延遲系統(tǒng)，用于緩解電源故障流程驟停的損失，但此類氣動型延遲系統(tǒng)只能起到有限的緩解作用，把突然停電的損失適當(dāng)降低，無法把市網(wǎng)電源驟停的損失降到近于“0”，且此類氣動延遲裝置價格高昂，平時的附加運行成本也不可忽視。2、在如前所述的 380V及以下的低壓不間斷電源(UPS和EPS)中，對內(nèi)部串聯(lián)蓄電池組的充電往往靠輸入電壓直接整流來完成。因此，如果蓄電池總串聯(lián)電壓等于交流輸入電源整流后的直流電壓值，則無法將串聯(lián)蓄電池組充滿電(只有充電電壓高于被充電的蓄電池總電壓10左右或以上才能將蓄電池充滿電)；如果蓄電池串聯(lián)總電壓低于輸入電源的整流電壓值，雖然可能將串聯(lián)蓄電池組充滿電，但在停電應(yīng)急時又不能保證應(yīng)急輸出的交流電壓值符合要求。為了保證蓄電池組能被充滿電而應(yīng)急輸出電壓又符合要求，不是需要升壓整流充電、就是在逆變前或逆變后進行升壓處理，而這兩種措施在中壓系統(tǒng)中相對困難和復(fù)雜，前者需要重新實驗和構(gòu)造一套較高的直流電壓和較大功率環(huán)境的升壓整流裝置，后者需要重新構(gòu)造一套大功率中壓直流電源或交流變壓裝置，二者技術(shù)上都較難于實施,安全可靠性不高,成本卻很高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)代工業(yè)程控領(lǐng)域氣動延遲系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，提供一種中壓應(yīng)急電源；又針對交流供電母線直接整流后的直流電壓值不能滿足為普通應(yīng)急電源內(nèi)串聯(lián)蓄電池組充滿電的技術(shù)缺陷，提供一種以升壓整流為保障充電的中壓系統(tǒng)應(yīng)急電源。本發(fā)明提供一種以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，包括工業(yè)傳動、保障充電器、主充電開關(guān)、放電控制開關(guān)和串聯(lián)蓄電池組，其特征在于，主充電開關(guān)的正極接應(yīng)急直流母線的正極，其負(fù)極接蓄電池組的正極；放電控制開關(guān)的正極接蓄電池組的正極，其負(fù)極接應(yīng)急直流母線的正極；保障充電器的輸入端接交流供電主母線，其輸出端的正極接蓄電池組的正極并同時接主充電開關(guān)的負(fù)極和放電控制開關(guān)的正極，保障充電器輸出端的負(fù)極接應(yīng)急直流母線的負(fù)極和蓄電池組的負(fù)極；在中壓交流供電母線電壓正常時，放電控制開關(guān)關(guān)斷，保障充電器無輸出，系統(tǒng)由工業(yè)傳動的中間直流經(jīng)主充電開關(guān)為蓄電池組充電，當(dāng)蓄電池組被充電到接近額定電壓時，保障充電器開始輸出，繼續(xù)對蓄電池進行提升充電；當(dāng)中壓交流供電母線斷電時，保障充電器自動停止輸出，放電控制開關(guān)開通，系統(tǒng)進入應(yīng)急放電狀態(tài)。優(yōu)選地，保障充電器包括充電變壓器和整流器，充電變壓器的一次繞組接交流供 電主母線，二次繞組接整流器的輸入端，整流器的輸出端的正極接串聯(lián)蓄電池組的正極；整 流器的負(fù)極接應(yīng)急直流母線的負(fù)極。優(yōu)選地，應(yīng)急直流母線的正極與工業(yè)傳動的中間直流母線的正極連接，其負(fù)極與工業(yè)傳動的中間直流母線的負(fù)極連接。優(yōu)選地，工業(yè)傳動的交流能量變換的交流電壓輸出值的范圍為O. 66KV至10KV。優(yōu)選地，整流器為可控整流器。優(yōu)選地，整流器為普通整流器與一個輸出控制開關(guān)的組合。優(yōu)選地，輸出控制開關(guān)是能夠控制整流器輸出通或斷的可控類電力電子開關(guān)，或者是可控類有觸點的電器開關(guān)。優(yōu)選地，整流器的為普通整流器，但保障充電器內(nèi)的變壓器輸入端有可控開關(guān)自動配合。優(yōu)選地，保障充電器輸入端的可控開關(guān)能控制保障充電器與主供電母線之間的通或斷，是可控類有觸點或無觸點的電力電子開關(guān)，或者是可控類電器開關(guān)或控制器。優(yōu)選地，主充電開關(guān)Gl和放電控制開關(guān)為可控開關(guān)。實施本發(fā)明的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，具有以下有益效果(1)在利用工業(yè)傳動的中間直流對串聯(lián)蓄電池組充電的同時，增設(shè)專用的升壓整流回路構(gòu)成保障充電器，能保障串聯(lián)蓄電池組被充滿電；(2)獨立的保障充電器還能在工業(yè)傳動整流環(huán)節(jié)發(fā)生斷路類故障或中壓供電母線故障情況下為串聯(lián)蓄電池組進行全程充電，成為可靠的備用充電電源，提高系統(tǒng)安全可靠性；(3)由于保障充電器在正常情況下不需要承受大負(fù)荷充電電流，變壓器功率小、體積小、重量輕、成本低、壽命長且運行安全。使用本專利技術(shù)可以保證中壓交流動力系統(tǒng)遇到中壓供電電源故障時，能在任意設(shè)定時間內(nèi)不停止工作，尤其是在突然斷電的情況下正常工作，從而使電網(wǎng)故障停電的損失降為“O”。

圖I是本發(fā)明以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0017]圖2是本發(fā)明的工業(yè)傳動的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的保障充電器的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的保障充電器的又一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的保障充電器的又一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖I是本發(fā)明以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，主充電開關(guān)Gl的正極接應(yīng)急直流母線M的正極，其負(fù)極接串聯(lián)蓄電池組E的正極；放電控制開關(guān)G2的正極接串聯(lián)蓄電池組E的正極，負(fù)極接應(yīng)急直流母線的正極，控制極接控制器K ;充電變壓器B —次繞組接交流供電母線LI，二次繞組接整流器器CZ的輸入端；整流器CZ的輸出端的正極接串聯(lián)蓄電池組的正極，其負(fù)極接串聯(lián)蓄電池組E的負(fù)極和應(yīng)急直流母線M的負(fù)極。應(yīng)急直流母線M的正極與工業(yè)傳動PM的中間直流母線的正 極連接，其負(fù)極與工業(yè)傳動PM中間直流母線的負(fù)極連接。工業(yè)傳動PM的輸入端連接中壓交流供電母線L2，輸出端連接中壓應(yīng)急動力負(fù)載DL，例如電動機。在本發(fā)明中，主充電開關(guān)Gl為任意無觸點類電力電子開關(guān)，也可以是可控的有觸點類電器或機械開關(guān)，放電控制開關(guān)G2為可控類無觸點電力電子開關(guān)或可控類有觸點的電器或機械開關(guān)。本發(fā)明中工業(yè)傳動能量變換的交流電壓輸出值范圍為O. 66KV — 10KV。工業(yè)傳動作為交流能量變換裝置，可以是ABB、西門子或施奈德等著名品牌的工業(yè)傳動型變頻主機，也可以是國產(chǎn)的中壓變頻裝置，還可以是中壓寬頻逆變裝置。在本實施例中，為了保證工業(yè)傳動的交流電壓輸出值為660V。需要保證蓄電池組在滿電情況下的串聯(lián)總電壓值為891V (660Vxl. 35=891V)左右，每個串聯(lián)蓄電池組E的數(shù)量為12V系列的74節(jié)以上或2V系列的445節(jié)以上。為了給串聯(lián)蓄電池組E充滿電，需保證充電總電壓高于串聯(lián)蓄電池組E總電壓的10% —15%左右，而交流傳動主機中間直流的電壓只能在891V左右，雖然可以對串聯(lián)蓄電池組充電但無法保證充滿電。因此，本發(fā)明利增設(shè)了保障充電器D，用以保障給蓄電池充滿電。其工作、停止及跟蹤由控制器K完成，控制器K能夠按照預(yù)先設(shè)定的時間不間斷的監(jiān)測中壓交流供電母線的供電情況和串聯(lián)蓄電池組E的充電情況?？刂破鱇可以為具有控制功能的單片機、單板機、工控機、智能控制儀表、PLC或其他計算機類控制裝置，也可以由工業(yè)傳動控制器代替。根據(jù)需要，串聯(lián)蓄電池組E可以是I組，也可以是2組以上(包括2組)，只要各組正極和負(fù)極均分別并聯(lián)即可。當(dāng)選用2組以上串聯(lián)蓄電池組時，保障充電器D或其中的整流器CZ可以共享，也可以各自獨立。主充電開關(guān)Gl和放電控制開關(guān)G2可以共享也可以各自獨立。本發(fā)明的原理如下當(dāng)660V中壓交流供電母線正常時，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)，此時放電開關(guān)G2關(guān)斷。若串聯(lián)蓄電池組E串聯(lián)總電壓明顯低于891V，則由工業(yè)傳動的中間直流電壓通過主充電開關(guān)對蓄電池充電，保障充電器不輸出。當(dāng)蓄電池被充電到臨近額定電壓值89IV時，保障充電器經(jīng)控制器K控制啟動，對蓄電池組進行提升充電和浮充電，直到將串聯(lián)蓄電池組充滿電為止。在660V中壓交流供電母線故障或中壓傳動整流環(huán)節(jié)發(fā)生故障時，保障充電器自啟動，由交流供電主母線LI經(jīng)保障充電器對串聯(lián)蓄電池組E進行全程充電。[0027]當(dāng)控制器K通過檢測信號V監(jiān)測到660V中壓交流供電母線L2因故停電時，系統(tǒng)進入應(yīng)急放電狀態(tài)，控制器K控制放電控制開關(guān)G2開通。串聯(lián)蓄電池組E經(jīng)放電控制開關(guān)G2放電，為工業(yè)傳動的逆變環(huán)節(jié)提供直流電源，此時工業(yè)傳動輸出端的660V電源為應(yīng)急電源。圖2為本發(fā)明的工業(yè)傳動的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該裝置主要由中壓整流環(huán)節(jié)CZ和逆變環(huán)節(jié)SW構(gòu)成，基本原理與低壓(380V)整流逆變原理基本相同，信號與控制功能略有不同，中間直流電壓為891V左右。當(dāng)配置專用控制器時，也可以用相應(yīng)的中壓整流器和逆變器取而代之。圖3為本發(fā)明的保障充電器的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，保障充電器D包括充電變壓器B和整流器CZ，充電變壓器B —次繞組接交流供電主母線LI，二次繞組接整流器CZ的輸入端；整流器CZ輸出端的正極接串聯(lián)蓄電池組E的正極，其負(fù)極接應(yīng)急 直流母線M的負(fù)極。圖4為本發(fā)明的保障充電器的又一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，與圖3相比，圖4中采用普通整流器CZ，但其直流輸出受開關(guān)Pl控制。開關(guān)Pl可以是可控類電力電子無觸點開關(guān)，也可以是可控類機械或電器開關(guān)及控制器。圖5為本發(fā)明的保障充電器的又一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，與圖3相比，圖5采用普通整流器器CZ，但保障充電器CZ的180/220V輸入受開關(guān)P的控制。其開關(guān)P可以是可控類電力電子無觸點開關(guān)，也可以是可控類機械或電器開關(guān)及控制器。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域各類過程控制系統(tǒng)，特別是化工、石油、石化和煤化工領(lǐng)域的應(yīng)急電源系統(tǒng)。本發(fā)明是通過實施例進行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些特征和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以對這些特征和實施例進行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，包括工業(yè)傳動、保障充電器、主充電開關(guān)、放電控制開關(guān)和串聯(lián)蓄電池組，其特征在于，主充電開關(guān)的正極接應(yīng)急直流母線的正極，其負(fù)極接蓄電池組的正極；放電控制開關(guān)的正極接蓄電池組的正極，其負(fù)極接應(yīng)急直流母線的正極；保障充電器的輸入端接交流供電主母線，其輸出端的正極接蓄電池組的正極并同時接主充電開關(guān)的負(fù)極和放電控制開關(guān)的正極，保障充電器輸出端的負(fù)極接應(yīng)急直流母線的負(fù)極和蓄電池組的負(fù)極；在中壓交流供電母線電壓正常時，放電控制開關(guān)關(guān)斷，保障充電器無輸出，系統(tǒng)由工業(yè)傳動的中間直流經(jīng)主充電開關(guān)為蓄電池組充電，當(dāng)蓄電池組被充電到接近額定電壓時，保障充電器開始輸出，繼續(xù)對蓄電池進行提升充電；當(dāng)中壓交流供電母線斷電時，保障充電器自動停止輸出，放電控制開關(guān)開通，系統(tǒng)進入應(yīng)急放電狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，保障充電器包括充電變壓器和整流器，充電變壓器的一次繞組接交流供電主母線，二次繞組接整流器的輸入端，整流器的輸出端的正極接串聯(lián)蓄電池組的正極；整流器的負(fù)極接應(yīng)急直流母線的負(fù)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，應(yīng)急直流母線的正極與工業(yè)傳動的中間直流母線的正極連接，其負(fù)極與工業(yè)傳動的中間直流母線的負(fù)極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，工業(yè)傳動的交流能量變換的交流電壓輸出值的范圍為O. 66KV至10KV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，整流器為可控整流器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，整流器為普通整流器與一個輸出控制開關(guān)的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，輸出控制開關(guān)是能夠控制整流器輸出通或斷的可控類電力電子開關(guān)，或者是可控類有觸點的電器開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，整流器的為普通整流器，但保障充電器內(nèi)的變壓器輸入端有可控開關(guān)自動配合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，保障充電器輸入端的可控開關(guān)能控制保障充電器與主供電母線之間的通或斷，是可控類有觸點或無觸點的電力電子開關(guān)，或者是可控類電器開關(guān)或控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，其特征在于，主充電開關(guān)Gl和放電控制開關(guān)為可控開關(guān)。
專利摘要本實用新型提供一種以升壓整流為充電保障的中壓應(yīng)急電源，包括工業(yè)傳動、保障充電器、主充電開關(guān)、放電控制開關(guān)和串聯(lián)蓄電池組，在中壓交流供電母線正常情況下，放電控制開關(guān)關(guān)斷，系統(tǒng)為蓄電池組充電，充電能源來自工業(yè)傳動中間直流，蓄電池組電壓提升至接近額定值時，充電能源來自保障充電器。當(dāng)應(yīng)急電源放電時，放電控制開關(guān)接通。在工業(yè)傳動整流環(huán)節(jié)發(fā)生斷路類故障或中壓供電母線故障情況下保障充電器還可以作為主充電回路對蓄電池組進行全程充電。實施本實用新型，從而保證中壓交流動力系統(tǒng)能在供電母線故障后的任意設(shè)定時間內(nèi)不停止工作，使電網(wǎng)故障停電的損失降為“0”。
文檔編號H02J7/00GK202474934SQ20122005993
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者劉娜, 孫毅彪, 徐云勝, 范延勇 申請人:國彪電源集團有限公司