專利名稱：升壓整流獨立充電式中壓應急電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及66KV—^lOKV (本專利所指的“中壓”)級別的不間斷電源領域，更具體地說，涉及升壓整流獨立充電式中壓應急電源。
背景技術：
在工業(yè)電源領域廣380/220系統(tǒng)的低壓型應急電源作為工業(yè)及民用領域應急照明和動力負載的應急供電裝置在國內已經有十余年歷史，形成相關專利十余項，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)領域大功率拖動負載的出現(xiàn)，用于拖動系統(tǒng)的66KV—^lOKV電 動機早在70年代就已經問世，經過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安裝、連接和過度等安全類難題，許多程控類工業(yè)領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，中壓級別的交流應急電源一直是國內外的市場空白，特別是工業(yè)領域，幾乎找不到成功使用蓄電型交流應急電源的成功案例。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電源的可靠性，一旦電網因故突然停電，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降低，無法把市網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。在如前所述的 380V及以下的低壓不間斷電源(UPS和EPS)中，對內部串聯(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，但在停電應急時又不能保證應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急輸出電壓又符合要求，需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)中相對困難和復雜，需要重新構造一套大功率中壓直流電源或交流變壓裝置，技術上較難實施，安全可靠性不高，成本卻很高。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)代工業(yè)程控領域氣動延遲系統(tǒng)的技術缺陷，提供一種中壓應急電源；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急電源內串聯(lián)蓄電池組充滿電的技術缺陷，提供一種以獨立充電式中壓系統(tǒng)應急電源。本實用新型中對串聯(lián)蓄電池組的充電不是靠工業(yè)傳動的中間直流，而是靠升壓整流充電器，即工業(yè)傳動中間直流不承擔充電工作，而是由充電電源獨立完成對蓄電池組的全過程充電。因此，本實用新型的充電電源不是保障充電器，而是主充電電源。本發(fā)明提供一種升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，包括充電電源，至少一個串聯(lián)蓄電池組，至少一個充電開關和至少一個放電開關，其中，充電電源輸出端的正極與充放電母線正極連接，負極與充放電母線的負極連接，充電開關的負極和放電開關的正極與串聯(lián)蓄電池組的正極連接，充電開關的正極和放電開關的負極與充放電母線的正極連接，串聯(lián)蓄電池組的負極與充放電母線的負極連接，當應急電源充電時，放電開關關斷，當應急電源放電時，放電開關接通。優(yōu)選地，包括兩個以上串聯(lián)蓄電池組，一個充電開關和一個放電開關，串聯(lián)蓄電池組的正負極分別并聯(lián)，共用一個充電開關和放電開關。優(yōu)選地，包括兩個以上串聯(lián)蓄電池組，與串聯(lián)蓄電池組等數(shù)量的充電開關和放電開關，每個串聯(lián)蓄電池組各配置一個充電開關和放電開關。 優(yōu)選地，還包括放電控制器，放電器控制的正極連接充放電母線的正極，負極連接充放電母線的負極，當應急電源充電時，放電控制器和放電開關關斷，當應急電源放電時，放電控制器和放電開關開通。優(yōu)選地，充電電源包括充電變壓器和整流充電器，充電變壓器的輸入端連接交流供電主母線，輸出端連接整流充電器。優(yōu)選地，放電控制器的正極連接工業(yè)傳動中間直流電源的正極，負極連接工業(yè)傳動中間直流電源的負極。優(yōu)選地，放電控制器為可控類開關。優(yōu)選地，充電開關為無觸點開關。優(yōu)選地，充電開關為可控無觸點開關。優(yōu)選地，當應急電源包括兩個以上串聯(lián)蓄電池組時，每個串聯(lián)蓄電池組的電壓值相等。實施本實用新型的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，具有以下有益效果(1)充電能量來自于180/220V供電主母線，不受中壓專用母線故障的影響，充電可靠性提高，從而提高了中壓應急電源系統(tǒng)的可靠性；(2)采用升壓整流充電方案可以確保將備用蓄電池組充滿電，從而保證中壓交流動力系統(tǒng)遇到中壓動力專用供電母線因故停電時，能在任意設定時間內不停止工作，尤其是在突然斷電的情況下正常工作，從而使電網故障停電的損失降為“O”。

圖I是本實用新型升壓整流獨立充電式中壓應急電源的一實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型的工業(yè)傳動的一實施例的結構示意圖。圖3為本實用新型的充電電源的一實施例的結構示意圖。圖4為本實用新型的充電電源的另一實施例的結構示意圖。圖5為本實用新型的充電電源的又一實施例的結構示意圖。
具體實施方式
[0021]本實用新型的工業(yè)傳動能量變換的交流電壓輸出值的范圍為0. 66KV至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，也可以是國產的中壓變頻裝置，還可以是中壓寬頻逆變裝置等等。作為蓄電儲能裝置的蓄電池組，可以選用12V系列的，也可選用2V系列的，還可以選用6V系列的等，但每組蓄電池組在充滿電后，其串聯(lián)總電壓值應不低于工業(yè)傳動主機的中間直流電壓值，每組串聯(lián)蓄電池組內電池的總數(shù)量根據(jù)串聯(lián)總電壓值的需求計算需要確定,每個應急電源系統(tǒng)內所需要的串聯(lián)蓄電池組的數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)容量需求計算確定。作為放電控制器，可以直接選用可控類無觸點電力電子開關或由其構成的開關電路，也可以通過與信號控制器或工業(yè)傳動主機的配合控制選用可控類有觸點的電器或機械開關。充電電源、充電和放電開關、放電控制器、工業(yè)傳動主機等的容量根據(jù)系統(tǒng)計算電流選定。圖I是具有多個串聯(lián)蓄電池組(El" En)、多個充電開關(gl "gn)和多個放電開關(Gl-Gn)升壓整流獨立充電式中壓應急電源的一具體實施例的結構示意圖。如圖所示，充電電源C包括充電變壓器B和整流充電器CZ，充電電源C的輸入端與交流供電主母線LI 連接，充電電源C輸出端的正極與充放電母線M正極連接，其負極與充放電母線M的負極連接，充電開關(gl*"gn)的負極和放電開關(Gl "Gn)的正極分別與串聯(lián)蓄電池組(El" En)的正極連接，充電開關(gl…gn)的正極和放電開關(Gl*“Gn)的負極與充放電母線M的正極連接，串聯(lián)蓄電池組(El-En)的負極與充放電母線M的負極連接，放電控制器Kg的輸入正極連接充放電母線M的正極，其輸入負極連接充放電母線M的負極，工業(yè)傳動中間直流電源的正負極分別連接放電控制器Kg輸出端正負極，工業(yè)傳動PM的輸入端與中壓動力專用供電母線L2連接，工業(yè)傳動PM的輸出端連接中壓應急動力負載D，例如電動機。在本實施例中，交流供電主母線LI為180V/220V的低壓交流供電母線，中壓動力專用供電母線L2為飛60V的中壓動力設備專用供電母線。在控制器K的作用下，當中壓動力專用供電母線L2正常供電時，放電控制器Kg和各放電開關(Gl-Gn)均關斷，保證串聯(lián)蓄電池組(El-En)各自充電；中壓動力專用供電母線L2故障停電或電網突然停電時，放電控制器Kg接通，放電開關(Gl-Gn)中的一個或多個接通，應急電源放電。直到串聯(lián)蓄電池組(El…En)的能量放盡欠壓保護啟動后放電開關關斷，各放電開關(Gl-Gn)和放電控制器Kg關斷、工業(yè)傳動PM停止輸出；或直到收到上位機發(fā)來的停機信號時放電開關和放電控制器Kg關斷、工業(yè)傳動PM停止輸出；或直到中壓動力專用供電母線L2電源恢復時，放電控制器Kg和各放電開關(Gl-Gn)關斷，應急電源進入充電狀態(tài)。其中，串聯(lián)蓄電池組(El-En)中的每個電壓值相等。本實用新型中，充電變壓器主要用于升壓，可以是普通電力變壓器，也可以是專用整流變壓器。整流充電器是指由任意電力電子類器件構成的整流器，可以是半可控的，還可以是全控的。充電開關是指無觸點類電力電子開關，可以是可控的或不可控的或半可控的。放電開關是指可控制的無觸點開關或任意開關類電力電子器件構成的開關電路，也可以是有觸點類可控的電器或機械開關?？刂破魇侵妇哂锌刂乒δ艿膯纹瑱C、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)傳動主機控制器代替。圖2為本實用新型的工業(yè)傳動的結構示意圖。圖中L2為中壓動力專用供電母線，CZ為工業(yè)傳動主機的整流環(huán)節(jié)，其輸入交流電壓范圍為 0. 66kv10KV。SW為工業(yè)傳動主機的逆變環(huán)節(jié)，其輸出交流電壓值可以為66KV10KV。[0026]圖3為本實用新型的充電電源的一實施例的結構示意圖。如圖所示，充電電源C包括充電變壓器B和整流充電器CZ，充電變壓器B的輸入端連接第一交流供電母線LI，輸出端連接整流充電器CZ的輸入端。變壓器二次電壓為 750V，整流電壓最高(電網峰值)可達1070V，選用可關斷型全控或半控型整流器作為充電整流器，由信號控制器K控制其工作狀態(tài)，可根據(jù)蓄電池電壓值自動調整輸出電壓值，以確保足夠而又有限的充電功率，完成限流、橫流、恒壓和浮充等全過程充電。圖4為本實用新型的充電電源的另一實施例的結構示意圖，與圖3相比，圖4中的CZ為普通整流器，但其直流輸出受開關Pl控制。其開關Pl可以是可控類電力電子無觸點開關，也可以是可控類機械或電器開關及控制器。圖5為本實用新型的充電電源的又一實施例的結構示意圖，與圖3相比，圖5中的CZ為普通整流器，但保障充電器的180/220V輸入受開關P的控制。其開關P可以是可控 類電力電子無觸點開關，也可以是可控類機械或電器開關及控制器。本實用新型的升壓整流獨立充電式中壓應急電源還可以通過兩個以上的串聯(lián)蓄電池組、一個充電開關和一個放電開關實現(xiàn)。所有串聯(lián)蓄電池組的正極并接后通過同一個充電開關和放電開關與充放電母線M正極連接，其負極全部并接于負極充放電母線。本實用新型的升壓整流獨立充電式中壓應急電源還可以通過給每組串聯(lián)蓄電池組各配置一個充電開關和一個放電開關，各蓄電池組均通過各自的充電開關和放電開關與充放電母線連接來實現(xiàn)。本實用新型可廣泛應用于工業(yè)領域各類過程控制系統(tǒng)，特別是化工、石油、石化和煤化工領域的應急電源系統(tǒng)。本實用新型是通過實施例進行描述的，本領域技術人員知悉，在不脫離本實用新型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，在本實用新型的教導下，可以對這些特征和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本實用新型的精神和范圍。因此，本實用新型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利要求范圍內的實施例都屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，包括充電電源，至少一個串聯(lián)蓄電池組，至少一個充電開關和至少一個放電開關，其中，充電電源輸出端的正極與充放電母線正極連接，負極與充放電母線的負極連接，充電開關的負極和放電開關的正極與串聯(lián)蓄電池組的正極連接，充電開關的正極和放電開關的負極與充放電母線的正極連接，串聯(lián)蓄電池組的負極與充放電母線的負極連接，當應急電源充電時，放電開關關斷，當應急電源放電時，放電開關接通。
2.根據(jù)權利要求I所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，包括兩個以上串聯(lián)蓄電池組，一個充電開關和一個放電開關，串聯(lián)蓄電池組的正負極分別并聯(lián)，共用一個充電開關和放電開關。
3.根據(jù)權利要求I所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，包括兩個以上串聯(lián)蓄電池組，與串聯(lián)蓄電池組等數(shù)量的充電開關和放電開關，每個串聯(lián)蓄電池組各配置一個充電開關和放電開關。
4.根據(jù)權利要求I所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，還包括放電控制器，放電器控制的正極連接充放電母線的正極，負極連接充放電母線的負極，當應急電源充電時，放電控制器和放電開關關斷，當應急電源放電時，放電控制器和放電開關開通。
5.根據(jù)權利要求4所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，充電電源包括充電變壓器和整流充電器，充電變壓器的輸入端連接交流供電主母線，輸出端連接整流充電器。
6.根據(jù)權利要求5所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，放電控制器的正極連接工業(yè)傳動中間直流電源的正極，負極連接工業(yè)傳動中間直流電源的負極。
7.根據(jù)權利要求6所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，放電控制器為可控類開關。
8.根據(jù)權利要求7所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，充電開關為無觸點開關。
9.根據(jù)權利要求8所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，充電開關為可控無觸點開關。
10.根據(jù)權利要求9所述的升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其特征在于，當應急電源包括兩個以上串聯(lián)蓄電池組時，每個串聯(lián)蓄電池組的電壓值相等。
專利摘要本實用新型提供一種升壓整流獨立充電式中壓應急電源，其包括充電電源，至少一個串聯(lián)蓄電池組，至少一個充電開關和至少一個放電開關，充電電源輸出端的正極與充放電母線正極連接，負極與充放電母線的負極連接，充電開關的負極和放電開關的正極與串聯(lián)蓄電池組的正極連接，充電開關的正極和放電開關的負極與充放電母線的正極連接，串聯(lián)蓄電池組的負極與充放電母線的負極連接，當應急電源充電時，放電開關關斷，當應急電源放電時，放電開關接通。實施本實用新型，可以確保將備用蓄電池組充滿電，從而保證中壓交流動力系統(tǒng)遇到中壓動力專用供電母線因故停電時，能在任意設定時間內不停止工作，從而使電網故障停電的損失降為“0”。
文檔編號H02J7/02GK202474999SQ20122007459
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權日2012年3月2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