CN102624053B - 一种可持续供电的不间断电源*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可持续供电的不间断电源***，包括发电机组单元、UPS单元、选择开关(8)和控制单元(9)，该发动机组单元与UPS单元构成备用回路，该备用回路与市电回路(11)通过选择开关(8)分别与负载连接，在所述市电回路(11)异常时，所述控制单元(9)控制选择开关(8)切换到市电回路(11)，以提供备用供电给所述负载，实现不间断供电。本发明能够在市电断电情况下通过UPS切换至备用发电机供电实现对居民家庭不间断供电目的，同时满足无限时长可持续地节能环保的供电模式。

Description

一种可持续供电的不间断电源***

技术领域

本发明属于不间断电源领域，具体涉及一种可持续供电的不间断电源***，特别适用于边远城郊零散居民区用电(如别墅供电)。

背景技术

随着社会的发展，社会生活越来越离不开电力。但是，一到夏季用电高峰，拉闸限电十分流行。同时，以拉闸限电为特征的节能减排也经常席卷全国。此外，受自然灾害极端天气等不确定因素影响，也会使电网出现意外断电。突然停电，给居民生活带来了极大不便。

为了解决上述问题，目前基本采用UPS(Uninterruptible Power Supply即不间断电源)方案。现有的UPS技术，正常工作时将市电经过整流变成直流，与蓄电池电压并联，再经过逆变输出稳定的交流电给负载供电。当市电故障时，由蓄电池经过逆变给负载供电。当UPS装置内部某模块出现故障时，市电直接通过旁路给负载供电。但是目前的UPS不间断电源由于电池容量有限往往供电时间较短，能够支持的供电负载比较小，无法在市电长时间断电情况下持续工作。如果要实现UPS长时间供电或增加供电设备的功率则必须增大蓄电池组的容量。若供电时间呈几何倍数增长，设备投资也会成几何倍数增长，供电时间却仍然是有限的。随着设备的运行，电池电压的降低，很难保证不间断电源输出电压的稳定性。并且蓄电池长期处于欠压状态，导致蓄电池损坏严重，缩短其寿命，需要定期更换，造成巨大的运行投资负担。此外，该技术方案还存在供电效率低、体积大、重量重、维护困难等诸多缺陷。另有一些用户自己配备备用发电机，解决市电故障后的长时间供电问题。但备用发电机在市电突然断电时不能立即启动。断电间隔期间还是会对一些重要的用电设备带来影响。

目前已有众多国内外专家、学者和用户探索不间断发电机供电技术，如专利文献CN102111004提出了一种不间断备用电力***，其采用柴油机或汽油机发电机组与不间断电源装置联合工作，实现不间断供电。无论市电正常与否，负载均使用UPS蓄电池内电流，外部电源始终为蓄电池涓流浮充，蓄电池板始终处于活化状态。当市电异常蓄电池电压降低至保护电压时启动发电机组为蓄电池充电。但该方案需要配置容量很大的蓄电池组，成本较高，寿命较短，不易维护。而且柴油机体积大，启动慢，运行噪声大，汽油机较之柴油机在上述方面有改进，但是无论汽油还是柴油发电成本都比较高，发电效率不高。同时该方案需要长期储备大量燃油，构成安全隐患。更核心的问题是不间断供电***基本安装在居住区附近，当汽油机或柴油机长时间工作时会产生大量废气和PM2.5(直径小于或等于2.5微米颗粒物)悬浮颗粒等最主要的大气污染物。上述污染物会严重污染生活区周围的空气，给人体健康和大气环境质量的带来巨大负面影响。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种可持续供电的节能环保型不间断电源***，其能够在市电断电情况下通过UPS切换至备用发电机供电实现对居民家庭不间断供电目的，同时满足无限时长可持续地节能环保的供电模式。

为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：

一种可持续供电节能环保型不间断电源***，包括机组启动装置、燃气燃油双燃料发动机、小型发电机、整流模块、逆变模块、充放电模块、控制模块、蓄电池组以及选择开关。

机组启动装置、燃气燃油双燃料发动机、小型发电机构成发电机组单元，整流模块、逆变模块、充放电模块构成，发电机组单元和UPS单元电连接，一起构成备用回路，以提供备用供电给负载。

备用供电回路和市电回路两者通过选择开关连接至负载。发电机输出电能经过整流模块变成直流电，再经过逆变模块变换成交流电，接通选择开关后向负载供电。蓄电池组经过充放电模块连接至整流模块之后，控制模块分别连接至机组启动装置、选择开关和充放电模块。控制模块通过监测市电线路电压电流情况控制UPS蓄电池组的投退、备用发电机组的启停，并相应控制选择开关切换不同供电模式。此外控制模块还在线监测蓄电池组的电压情况，保证蓄电池处于正常备用状态，一旦电压过低就会启动充电功能为蓄电池组充电。蓄电池组充电可采用交直流两种模式，以保证电池组能够在各种工况下均能够及时充电。

该可持续供电节能环保型不间断电源***发电机组动力装置为燃气燃油双燃料发动机。以更为环保的天然气/沼气等气体燃料为主，也可储备少量汽油作为后备燃料。其供气或供油接口连接至机组启动装置，在控制模块协调控制之下为发动机自动供气或供油。

本发明采用以上技术方案后的有益效果是：

一、以天然气/沼气等更节能环保的新型能源为燃料，与传统汽油柴油燃料相比，气体燃料颗粒物排放几乎为零，一氧化碳气体、氮氧化合物气体和碳氢化合物气体的排放也显著降低，所以天然气/沼气等气体燃料在改善空气质量方面有很大的优势。同时气体燃料发动机效率较高，燃料成本明显下降，约为汽油的1/3左右。使用生物沼气燃料更体现了节能环保的时代要求。

二、通过城市天然气管道或农村沼气罐持续供应气体燃料能够保障该***无限时长连续工作。预留汽油燃料接口，作为后备燃料，可进一步提高该***的灵活性和可靠性。

三、市电正常时，市电直接通过选择开关向负载供电，不经过整流模块和逆变模块双变换，提高UPS模块寿命。控制模块监测市电状况，保证UPS处于最佳备用状态。市电故障时，UPS模块仅工作在发电机组启动期间10秒左右时间，即使采用冗余方案选择支持负载工作20-30秒时间的蓄电池容量，所需蓄电池容量也较小，降低成本。设备整体体积小巧，便于操作维护。在UPS***过渡下实现零切换不间断供电。

附图说明

图1是本发明的原理结构方框示意图。

图2是发电机组***。

图3是UPS***。

附图标识说明：

1.机组启动装置

2.双燃料发动机

3.小型发电机

4.整流模块

5.逆变模块

6.充放电模块

7.蓄电池

8.选择开关

9.控制模块

10.直流母线

11.市电线路

说明：图中较粗的实线部分为一次供电线，较细的虚线部分为二次控制线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。

请参见图1所示，其为本发明之可持续供电节能环保型不间断电源***较佳实施例的原理结构示意图，包括机组启动装置1、燃气燃油双燃料发动机2、小型发电机3、整流模块4、逆变模块5、充放电模块6、蓄电池组7、选择开关8以及控制模块9。

请参见图2所示，机组启动装置1、双燃料发动机2、小型发电机3三个模块构成发电机组单元，在市电异常情况下，通过机组启动装置1启动双燃料发动机2，带动小型发电机3工作，产生无限时长的备用供电。

请参见图3所示，整流模块4、逆变模块5、充放电模块6、蓄电池7等四个模块为UPS单元，小型发电机3产生的电力输出到整流模块4，整流模块4与逆变模块5通过直流母线10连接，该逆变模块5连接到选择开关8，充放电模块6则分别与蓄电池组7、直流母线10和市电回路11连接。

发电机组单元与UPS单元连接构成备用回路。备用回路与市电回路11通过选择开关8与负载连接。

控制模块9分别与选择开关8、充放电模块6、机组启动装置1连接，其通过监控市电电压的变化以分别控制选择开关8选择市电或备用回路供电、控制机组启动装置1的启动，以及控制充放电模块6对蓄电池进行充放电。

上述可持续供电节能环保型不间断电源***工作模式为：

市电正常时，市电通过市电回路10经选择开关8向负载供电。蓄电池7通过充放电模块6连接市电线路10。控制模块9通过充放电模块6监测市电线路10和蓄电池组7的工作情况。当蓄电池7电压降低时，控制模块9开启充电功能，通过市电线路10给蓄电池7充电，保证UPS***始终处于正常备用状态。当控制模块9检测到市电线路10异常时，控制模块9立即切换选择开关8并投入UPS***，此过程可在10毫秒内完成，同时控制模块9经机组启动装置1启动发电机组***。UPS***投入后，立即由蓄电池经过逆变模块5给负载供电，等待发电机组***启动。发电机组***启动过程需10秒左右。发电机组***启动完毕后，通过整流模块4、逆变模块5经选择开关8向负载供电。发电机输出电能经过上述整流逆变双变换过程后，大大提高了电能质量的稳定性。发电机组***正常工作后，控制模块9将蓄电池7退出供电模式，蓄电池7经过前面的工作过程已将存储的电能释放，电压降低，控制模块6检测到此信息后通过直流母线9经充放电模块6给蓄电池7充电，保证UPS***始终处于正常备用状态。

双燃料发动机2可支持多种气体燃料(如天然气、石油气、垃圾填埋气等)和汽油燃料。燃料以为气体燃料为主，汽油燃料做后备。一般情况下采用气体燃料工作模式。由于每种气体的成分有很大的不同，因此其燃烧曲线也各不相同。只需根据各种燃料的气体成分，就可以针对这种可燃气体在控制模块9上选择相应的控制模式，机组启动装置1就根据控制模式执行针对性燃料供给策略，就可以实现同一台机组来燃烧不同的气体，提高能源利用效率。该发动机体积小，噪音小。

汽油燃料工作模式作为紧急状态备用方案，进一步提高***灵活性和可靠性。发电机组***启动过程中，当气体燃料供应出故障时，控制模块9检测到10秒后发电机组***未能正常启动会立即将机组启动装置1切换至汽油燃料工作模式。此间一直由UPS***给负载供电。故只需要根据负载大小选择可支持负载工作20-30秒容量的蓄电池7即满足***需求。

一、本发明可持续供电节能环保型不间断电源***中发电机组***采用气体燃料和汽油燃料双燃料发动机，以气体燃料工作模式为主，实现不限时长可持续不间断供电目标。

二、本发明可持续供电节能环保型不间断电源***中发电机组***可适应多种气体燃料，燃料灵活多样。并可根据具体气体成分调整燃料控制策略，提高气燃料利用率，整体效率高，发电成本低，既经济又节能环保，具有良好的经济效益和环境效益。

三、本发明可持续供电节能环保型不间断电源***在市电正常时直接通过选择开关给负载供电，不经过UPS***整流模块和逆变模块，提高了UPS***的寿命。只有市电异常的情况下，才切换至UPS***供电，作为发电机组***完全启动之前的过渡。可选择较小容量的蓄电池组即可满足***要求。整个UPS***成本低、体积小、寿命长、维护方便、使用简单。采用此技术后，在市电故障情况下可实现零切换，实现不间断供电。

四、本发明可持续供电节能环保型不间断电源***中控制模块采用嵌入式设计，监控市电和UPS***蓄电池状态，并根据实际情况调整选择开关，启动对应的供电模式，同时及时给蓄电池组充电，确保UPS***处于正常备用状态。

Claims (4)

1.一种可持续供电的不间断电源***，包括发电机组单元、UPS单元、选择开关(8)和控制模块(9)，其中，所述发电机组单元与UPS单元构成备用回路，该备用回路和市电回路(11)通过选择开关(8)分别与负载电连接，在所述市电回路(11)异常时，所述控制模块(9)控制选择开关(8)将供电线路从市电回路(11)切换到备用回路，以提供备用供电给所述负载，实现不间断供电； 

其中，所述备用供电包括发电机组单元提供的第一备用供电和UPS单元中的蓄电池(7)提供的第二备用供电，当蓄电池(7)电压降低时，控制模块(9)开启充电功能，通过市电回路(11)给蓄电池(7)充电； 

所述控制模块(9)分别与选择开关(8)、充放电模块(6)和机组启动装置(1)电连接，其根据市电回路(11)上的电压变化以分别控制选择开关(8)选择市电回路或备用回路对负载的供电、控制机组启动装置(1)的启动或关闭，以及控制充放电模块(6)对蓄电池进行充放电； 

在所述市电回路(11)异常时，所述控制模块(9)先控制所述蓄电池(7)放电，以提供第二备用供电给负载，再控制发电机组单元启动产生第一备用供电，以替换所述第二备用供电，发电机组单元正常工作后，控制模块(9)将蓄电池(7)退出供电模式，控制模块(9)检测到蓄电池(7)电压降低的信息后通过直流母线(10)经充放电模块(6)给蓄电池(7)充电，保证UPS***始终处于正常备用状态； 

所述发电机组单元包括机组启动装置(1)、发动机(2)和发电机(3)，所述发电机与整流模块(4)电连接，所述机组启动装置(1)用于启动发动机(2)，以带动发电机(3)工作，产生供电输出到整流模块(4)，经过整流模块(4)变成直流电，再经过逆变模块(5)变换成交流电，接通选择开关后向负载供电，以用于提供所述第一备用供电；

在所述市电回路(11)恢复正常时，所述控制模块(9)控制选择开关(8) 将供电线路从备用回路切换到市电回路(11)。 

2.根据权利要求1所述的不间断电源***，其特征在于，所述的UPS单元包括： 

整流模块(4)，其与发电机组单元电连接，用于将发电机组单元的供电整流为直流电； 

逆变模块(5)，其与整流模块(4)通过直流母线(10)电连接，整流后的直流电通过该逆变模块(5)逆变为交流电，并传输到与其电连接的选择开关(8)，作为第一备用供电以提供给所述负载； 

充放电模块(6)，其分别与蓄电池(7)、直流母线(10)和市电回路(11)电连接，所述蓄电池(7)通过该充放电模块(6)进行充放电，其中，放电时，蓄电池(7)提供的直流电经该直流母线(10)和逆变模块(5)后传输到选择开关(8)，作为第二备用供电以提供给所述负载；充电时，直流母线(10)或市电回路(11)上的电流经该充放电模块(6)后对所述蓄电池(7)进行充电。 

3.根据权利要求1或2所述的不间断电源***，其特征在于，所述第一备用供电提供无限时长的持续供电。 

4.根据权利要求1所述的不间断电源***，其特征在于，所述发动机(2)为双燃料发动机，燃料为气体燃料或汽油燃料。