專利名稱：具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能變換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
不間斷電源(Uninterrupted Power Supply)簡(jiǎn)稱UPS，是一種在主供電電源失電時(shí)能夠提供短時(shí)持續(xù)電能供應(yīng)的一種電源。在各行業(yè)、各領(lǐng)域，尤其是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的重要系統(tǒng)、重要部門和重要的用電設(shè)備，具有重要的實(shí)用價(jià)值。UPS電源主要分為備用式，在線式和備用互動(dòng)式幾種，其中在線式實(shí)現(xiàn)方案輸出電壓不受網(wǎng)側(cè)電壓質(zhì)量影響，輸出電壓質(zhì)量較高等特點(diǎn)在實(shí)際系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的UPS技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品的自主設(shè)計(jì)、制造能力與美國(guó)和歐洲相比還處于較落后的水平。對(duì)于UPS復(fù)雜的控制及保護(hù)電路技術(shù)的掌握程度和設(shè)計(jì)水平，還未達(dá)到能自主靈活設(shè)計(jì)的程度，而且現(xiàn)在的UPS還存在體積笨重，功能單一，諧波污染大等問(wèn)題。 目前，石油、煤炭等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)量正在加速枯竭，價(jià)格日益飆升，另外煤炭的巨量消費(fèi)已成為我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源。而與此同時(shí)隨著科技的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)能作為一種清潔、高效、永不衰竭的新能源其利用成本已經(jīng)越來(lái)越低。在常規(guī)能源的有限性和環(huán)境壓力日益增加的現(xiàn)實(shí)情況下，我國(guó)政府已經(jīng)將太陽(yáng)能資源利用作為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有使用不間斷電源的諧波污染大且不能長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行的缺點(diǎn)，提供一種具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源。 具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源包括儲(chǔ)能電容、第一二極管、第二二極管、控制組件和充放電控制單元，它還包括功率因數(shù)校正電路和太陽(yáng)能電池組件，所述功率因數(shù)校正電路的輸出端與第一二極管的陽(yáng)極端連接，所述第一二極管的陰極端同時(shí)與儲(chǔ)能電容的一端、第二二極管的陰極端、充放電控制單元的輸出端和控制組件的輸入端連接，所述第二二極管陽(yáng)極端與太陽(yáng)能電池組件的輸出端連接，儲(chǔ)能電容的另一端同時(shí)與功率因數(shù)校正電路的輸入端、充放電控制單元的輸入端、太陽(yáng)能電池組件的輸入端和控制組件的輸出端連接；所述功率因數(shù)校正電路的交流電壓輸入端為交流電網(wǎng)的輸入端，所述控制組件的負(fù)載輸出端為負(fù)載電流輸出端。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與UPS電源技術(shù)相結(jié)合，采用光伏電和網(wǎng)電混合式的供電方式；充分利用太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能，將電網(wǎng)能量作為補(bǔ)充電源，實(shí)現(xiàn)了 UPS電源的長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行。本發(fā)明采用功率因數(shù)校正電路對(duì)交流電網(wǎng)輸入電流進(jìn)行控制，降低裝置對(duì)交流電網(wǎng)的諧波和無(wú)功污染。


圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖，圖2為充放電控制電路中雙向變換器電路圖，圖3為
3直流_交流變換器控制原理圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源包括儲(chǔ)能電容C1、第一二極管D1、第二二極管D2、控制組件3和蓄電池充放電單元4，它還包括功率因數(shù)校正電路1和太陽(yáng)能電池組件2，所述功率因數(shù)校正電路1的輸出端與第一二極管D1的陽(yáng)極端連接，所述第一二極管D1的陰極端同時(shí)與儲(chǔ)能電容C1的一端、第二二極管D2的陰極端、蓄電池充放電單元4的輸出端和控制組件3的輸入端連接，所述第二二極管D2陽(yáng)極端與太陽(yáng)能電池組件2的輸出端連接，儲(chǔ)能電容C1的另一端同時(shí)與功率因數(shù)校正電路l的輸入端、蓄電池充放電單元4的輸入端、太陽(yáng)能電池組件2的輸入端和控制組件3的輸出端連接；所述功率因數(shù)校正電路1的交流電壓輸入端為交流電網(wǎng)的輸入端，并與交流電網(wǎng)的輸出端連接，所述控制組件3的負(fù)載輸出端為負(fù)載電流輸出端，并與負(fù)載連接。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，所述太陽(yáng)能電池組件2由太陽(yáng)能電池2-1和升壓電路2-2組成，所述太陽(yáng)能電池2-l的輸出端與升壓電路2-2的太陽(yáng)能電池輸入端連接，所述升壓電路2-2的太陽(yáng)能電池輸出端與太陽(yáng)能電池2-l的輸入端連接，所述升壓電路2-2的向外供電輸入輸出為太陽(yáng)能電池組件2的輸入輸出端。 本實(shí)施方式所述的升壓電路2-2采用直流輸出電壓的單環(huán)結(jié)構(gòu)，所述升壓電路2-2用于對(duì)太陽(yáng)能電池2-1輸出的電壓進(jìn)行升壓控制。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，所述蓄電池充放電單元4由蓄電池4-2和充放電控制電路4-1組成，所述蓄電池4-2的輸出端與充放電控制電路4-l的電池輸入端連接，所述充放電控制電路4-l的電池輸出端與蓄電池4-2的輸入端連接，所述充放電控制電路4-l的供電輸入輸出端為蓄電池充放電單元4的輸入輸出端。 本實(shí)施方式所述的充放電控制電路4-l由電感L、兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、第三二極管Tl、第四二極管T2和電容C3組成，所述電感的一端同時(shí)與第一晶體管Ql的源極S、第三二極管T1的陽(yáng)極端、第二晶體管Q2的漏極D和第四二極管T2的陰極端連接，第三二極管T1的陰極端同時(shí)與第一晶體管Q1的漏極D和電容C3的一端連接，第四二極管T2的陽(yáng)極端同時(shí)與第二晶體管Q2的源極S、電容C3的另一端和蓄電池4-2的輸入端連接，所述蓄電池4-2的輸出端與電感L的另一端連接。 本實(shí)施方式所述的充放電控制電路4-l采用雙向變換器，可實(shí)現(xiàn)兩種工作模式，分別為升壓模式和降壓模式，所述降壓模式用于實(shí)現(xiàn)蓄電池4-2的充電控制，升壓模式用于對(duì)蓄電池4-2輸出電能；所述蓄電池4-2用于存儲(chǔ)電能。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，所述功率因數(shù)校正電路l采用BOOST升壓電路。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同之處在于，所述升壓電路2-2采用BOOST升壓電路。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與實(shí)施方式三的不同之處在于，所述充放電控制電路4-l采用雙向變換器。
本發(fā)明的工作原理 本發(fā)明通過(guò)設(shè)置各個(gè)控制電路的不同的直流電壓給定值實(shí)現(xiàn)各個(gè)電源的自動(dòng)切換；將升壓電路2-2的輸出工作電壓設(shè)置為最高，功率因數(shù)校正電路1的輸出工作電壓稍低，充放電控制電路4-l的輸出工作電壓最低；所述太陽(yáng)能電池組件2、功率因數(shù)校正電路1和蓄電池充放電單元4分別為負(fù)載提供電能，所述第一二極管Dl用于防止電流反向?yàn)楣β室驍?shù)校正電路1充電，第二二極管D2用于防止電流反向流入太陽(yáng)能電池組件2，所述儲(chǔ)能電容4用于緩沖能量。 太陽(yáng)光能充足時(shí)，升壓電路2-2輸出的電壓最高，所述升壓電路2-2輸出電壓大于功率因數(shù)校正電路l的工作電壓，所述第一二極管D1反向截止，第二二極管D2導(dǎo)通，由太陽(yáng)能電池組件2為負(fù)載提供電能，所述交流電網(wǎng)不輸出能量；若蓄電池4-2的電壓低于充放電控制電路4-l設(shè)定的電壓值時(shí)，所述充放電控制電路4-l工作于降壓模式，為蓄電池4-2充電。 太陽(yáng)光能不足時(shí)，判斷交流電網(wǎng)電壓是否正常；如果是，所述交流電網(wǎng)電壓高于升壓電路2-2的工作電壓，第一二極管Dl導(dǎo)通，第二二極管D2反向截止，由交流電網(wǎng)為負(fù)載提供電能；若蓄電池4-2的電壓低于充放電控制電路4-1設(shè)定的電壓值時(shí)，所述充放電控制電路4-1工作于降壓模式，為蓄電池4-2充電。 如果否，所述升壓電路2-2的電壓與功率因數(shù)校正電路1的工作電壓均小于蓄電池充放電單元4的工作電壓，則第一二極管Dl和第二二極管D2均反向截止，所述蓄電池4-2的電壓高于充放電控制電路4-l設(shè)定的電壓值，充放電控制電路4-l工作于升壓模式，蓄電池4-2進(jìn)行放電，由蓄電池充放電控制單元4為負(fù)載供電， 當(dāng)蓄電池4-2電壓低于正常電壓的欠壓保護(hù)值時(shí)，系統(tǒng)停止工作，并發(fā)出欠壓報(bào)
警信號(hào)。 本實(shí)施方式所述控制組件的工作原理為結(jié)合圖3，所述控制單元3-3負(fù)責(zé)產(chǎn)生交
流給定電壓和采集交流輸出電壓，并與給定電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)；所述直流_交流逆變電路
3-1中的調(diào)節(jié)器采用滯環(huán)比較方式，直接輸出P麗信號(hào)，對(duì)所述P麗信號(hào)采用反相器取反后
用于驅(qū)動(dòng)功率器件，將直流_交流逆變電路3-1和控制單元3-3組成全橋式逆變器5作為
主電路，所述主電路輸出的交流電壓經(jīng)過(guò)濾波器3-2后提供給負(fù)載使用。 本發(fā)明將可再生能源發(fā)電技術(shù)與現(xiàn)有電能變換技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出新型高效節(jié)能
的電氣產(chǎn)品，是解決能源問(wèn)題的有效途徑，實(shí)現(xiàn)UPS電源的高效節(jié)能運(yùn)行，本發(fā)明把太陽(yáng)能
和不間斷電源結(jié)合在一起，獲得寬電壓輸入范圍，采用功率因數(shù)校正電路對(duì)輸入電流的幅
值和相位進(jìn)行控制，獲得低諧波污染及高功率因數(shù)運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)了無(wú)污染的節(jié)能運(yùn)行特性，通
過(guò)對(duì)直流電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，實(shí)現(xiàn)交流電壓的寬范圍輸入，使整個(gè)裝置的應(yīng)用范圍更廣，增
加對(duì)外部電網(wǎng)的適應(yīng)性，從而提高了不間斷電源的高效性、可用性與可靠性。
權(quán)利要求
具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源，它包括儲(chǔ)能電容(C1)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、控制組件(3)和蓄電池充放電單元(4)，其特征是，它還包括功率因數(shù)校正電路(1)和太陽(yáng)能電池組件(2)，所述功率因數(shù)校正電路(1)的輸出端與第一二極管(D1)的陽(yáng)極端連接，所述第一二極管(D1)的陰極端同時(shí)與儲(chǔ)能電容(C1)的一端、第二二極管(D2)的陰極端、蓄電池充放電單元(4)的輸出端和控制組件(3)的輸入端連接，所述第二二極管(D2)陽(yáng)極端與太陽(yáng)能電池組件(2)的輸出端連接，儲(chǔ)能電容(C1)的另一端同時(shí)與功率因數(shù)校正電路(1)的輸入端、蓄電池充放電單元(4)的輸入端、太陽(yáng)能電池組件(2)的輸入端和控制組件(3)的輸出端連接；所述功率因數(shù)校正電路(1)的交流電壓輸入端為交流電網(wǎng)輸入端，所述控制組件(3)的負(fù)載輸出端為負(fù)載電流輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源，其 特征在于，所述太陽(yáng)能電池組件(2)由太陽(yáng)能電池(2-1)和升壓電路(2-2)組成，所述太陽(yáng) 能電池(2-1)的輸出端與升壓電路(2-2)的太陽(yáng)能電池輸入端連接，所述升壓電路(2-2) 的太陽(yáng)能電池輸出端與太陽(yáng)能電池(2-1)的輸入端連接，所述升壓電路(2-2)的向外供電 輸入輸出為太陽(yáng)能電池組件(2)的輸入輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電 源，其特征在于，所述蓄電池充放電單元(4)由蓄電池(4-2)和充放電控制電路(4-1)組 成，所述蓄電池(4-2)的輸出端與充放電控制電路(4-1)的電池輸入端連接，所述充放電控 制電路(4-1)的電池輸出端與蓄電池(4-2)的輸入端連接，所述充放電控制電路(4-1)的 供電輸入輸出端為蓄電池充放電單元(4)的輸入輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電 源，其特征在于，所述升壓電路(2-2)采用BOOST升壓電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源，其 特征在于，所述充放電控制電路(41)采用雙向變換器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源，其 特征在于，所述功率因數(shù)校正電路(1)采用BOOST升壓電路。
全文摘要
具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正功能的光網(wǎng)混合供電不間斷電源，涉及電能變換領(lǐng)域，它解決現(xiàn)有使用不間斷電源的諧波污染大且不能長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行的缺點(diǎn)。其組成包括，儲(chǔ)能電容、第一二極管、第二二極管、控制組件和充放電控制單元，還包括功率因數(shù)校正電路和太陽(yáng)能電池組件，功率因數(shù)校正電路的輸出端與第一二極管的陽(yáng)極端連接，第一二極管的陰極端同時(shí)與儲(chǔ)能電容的一端、第二二極管的陰極端、充放電控制單元的輸出端和控制組件的輸入端連接，第二二極管陽(yáng)極端與太陽(yáng)能電池組件的輸出端連接，儲(chǔ)能電容的另一端同時(shí)與功率因數(shù)校正電路的輸入端、充放電控制單元的輸入端、太陽(yáng)能電池組件的輸入端和控制組件的輸出端連接。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于電能變換領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101741133SQ20091021744
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者吳鳳江, 孔勁松, 孫力, 孫立志, 戚彥強(qiáng), 趙克, 郭衛(wèi)群, 馬衛(wèi)濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)