一種雙能源不間斷電源裝置及其方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙能源不間斷電源裝置及其方法。裝置中電網(wǎng)和天然氣管道具有獨(dú)立公共基礎(chǔ)設(shè)施，為裝置提供了兩種獨(dú)立的輸入能源，電池或者超級(jí)電容作為儲(chǔ)能單元。同時(shí)裝置包含了靜態(tài)開(kāi)關(guān)、網(wǎng)側(cè)整流器、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、燃?xì)庹髌?、?chǔ)能單元雙向直流變換器、逆變器和負(fù)載。電網(wǎng)和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)可以互為冗余，獨(dú)立地向負(fù)載提供能量。當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)，電網(wǎng)作為主要能源為負(fù)載供電。電網(wǎng)故障時(shí)，天然氣提供主要能源，由燃?xì)獍l(fā)電機(jī)為負(fù)載供電。兩種具有獨(dú)立公共設(shè)施的能源提高了負(fù)載供電的可靠性。儲(chǔ)能單元僅需在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程中，短時(shí)間為負(fù)載供電，從而有效減小了儲(chǔ)能單元的容量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種雙能源不間斷電源裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙能源不間斷電源裝置及其方法，雙能源不間斷電源裝置具有兩種獨(dú)立的公共基礎(chǔ)設(shè)施。

【背景技術(shù)】
[0002]不間斷電源裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、交通樞紐等重要負(fù)荷，這些系統(tǒng)的中斷供電將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。傳統(tǒng)的不間斷電源裝置采用電網(wǎng)作為輸入能源，蓄電池組作為儲(chǔ)能單元。當(dāng)發(fā)生海嘯、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害時(shí)，電力傳輸線(xiàn)路可能發(fā)生故障，并長(zhǎng)時(shí)間處于癱瘓狀態(tài)，此時(shí)傳統(tǒng)的不間斷電源裝置由于其輸入能源的單一性，只能依靠?jī)?chǔ)能單元短時(shí)間為負(fù)載供能，無(wú)法保證重要負(fù)荷、關(guān)鍵部門(mén)等的持續(xù)高可靠的供電。為了延長(zhǎng)后備供電時(shí)間，就需要增加儲(chǔ)能單元容量，但同時(shí)又導(dǎo)致投資和維護(hù)成本的提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有不間斷電源裝置的不足，提供一種雙能源不間斷電源裝置及其方法。
[0004]雙能源不間斷電源裝置包括傳統(tǒng)不間斷電源模塊，傳統(tǒng)不間斷電源模塊包括電網(wǎng)接口、網(wǎng)側(cè)整流器、直流母線(xiàn)、靜態(tài)開(kāi)關(guān)，逆變器、負(fù)載、雙向直流變換器、儲(chǔ)能單元，網(wǎng)側(cè)整流器輸入連接到電網(wǎng)接口，網(wǎng)側(cè)整流器輸出連接到直流母線(xiàn)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸入連接到電網(wǎng)接口，靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出連接到負(fù)載，逆變器輸入連接到直流母線(xiàn)，逆變器輸出連接到負(fù)載，雙向直流變換器輸入連接到直流母線(xiàn)，雙向直流變換器輸出連接到儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元可以選擇電池或者超級(jí)電容；還包括燃?xì)獍l(fā)電模塊，燃?xì)獍l(fā)電模塊包括天然氣管道接口、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、燃?xì)庹髌?，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的輸入連接到天然氣管道接口，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的輸出連接到燃?xì)庹髌鞯妮斎?，燃?xì)庹髌鬏敵鲞B接到直流母線(xiàn)。
[0005]雙能源不間斷供電方法為:
當(dāng)電網(wǎng)接口供電正常，同時(shí)逆變器故障時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉合，裝置工作在旁路模式，網(wǎng)側(cè)整流器、雙向直流變換器均不工作，燃?xì)獍l(fā)電模塊不工作；
當(dāng)電網(wǎng)接口供電正常，同時(shí)逆變器正常工作，靜態(tài)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，燃?xì)獍l(fā)電模塊不工作，網(wǎng)側(cè)整流器工作，控制直流母線(xiàn)電壓，當(dāng)儲(chǔ)能單元未充滿(mǎn)，雙向直流變換器工作，將直流母線(xiàn)電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元中，當(dāng)儲(chǔ)能單元充滿(mǎn)時(shí)，儲(chǔ)能單元工作在浮充模式；
當(dāng)電網(wǎng)接口供電故障，轉(zhuǎn)由燃?xì)獍l(fā)電模塊向負(fù)載供電，在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程中，雙向直流變換器控制直流母線(xiàn)，儲(chǔ)能單元工作在放電模式，為負(fù)載提供電能；
當(dāng)電網(wǎng)接口供電故障時(shí)，網(wǎng)側(cè)整流器關(guān)閉，由燃?xì)獍l(fā)電模塊向負(fù)載供電，燃?xì)庹髌鞴ぷ骺刂浦绷髂妇€(xiàn)，當(dāng)儲(chǔ)能單元未充滿(mǎn)，雙向直流變換器工作，將直流母線(xiàn)電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元中，當(dāng)儲(chǔ)能單元充滿(mǎn)時(shí)，儲(chǔ)能單元工作在浮充模式。
[0006]本發(fā)明采用電網(wǎng)、天然氣兩種具有獨(dú)立公共基礎(chǔ)設(shè)施的能源，這兩種公共基礎(chǔ)設(shè)施相互獨(dú)立，提高了設(shè)備供電的可靠性。當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)，由電網(wǎng)作為主要能源向負(fù)載提供電能。電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，以另一種獨(dú)立能源天然氣作為輸入能源的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)向負(fù)載供電。另夕卜，由于傳統(tǒng)不間斷電源裝置在電網(wǎng)故障條件下僅能依靠?jī)?chǔ)能單元為負(fù)載供電，導(dǎo)致為了延長(zhǎng)后備供電時(shí)間，就需要增加儲(chǔ)能單元容量，造成投資和維護(hù)成本的大幅提高。而在雙能源不間斷電源裝置中，儲(chǔ)能單元僅在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)啟動(dòng)的間歇短時(shí)間為負(fù)載供電，從而有效減小儲(chǔ)能單元的容量，顯著降低成本。由于儲(chǔ)能容量較小，可以采用電池或者超級(jí)電容。本發(fā)明對(duì)于裝置內(nèi)電力電子變換器的拓?fù)錄](méi)有特殊要求。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為雙能源不間斷電源裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為雙能源不間斷電源裝置旁路供電模式；
圖3為雙能源不間斷電源裝置電網(wǎng)供電模式；
圖4為雙能源不間斷電源裝置儲(chǔ)能單元供電模式；
圖5為雙能源不間斷電源裝置燃?xì)夤╇娔Ｊ健?br>
【具體實(shí)施方式】
[0008]參照?qǐng)D1，雙能源不間斷電源裝置包括傳統(tǒng)不間斷電源模塊1，傳統(tǒng)不間斷電源模塊包括電網(wǎng)接口 101、網(wǎng)側(cè)整流器102、直流母線(xiàn)103、靜態(tài)開(kāi)關(guān)104，逆變器105、負(fù)載106、雙向直流變換器107、儲(chǔ)能單元108，網(wǎng)側(cè)整流器102輸入連接到電網(wǎng)接口 101，網(wǎng)側(cè)整流器輸出連接到直流母線(xiàn)103，靜態(tài)開(kāi)關(guān)104輸入連接到電網(wǎng)接口 101，靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出連接到負(fù)載106，逆變器105輸入連接到直流母線(xiàn)103，逆變器輸出連接到負(fù)載106，雙向直流變換器107輸入連接到直流母線(xiàn)103，雙向直流變換器輸出連接到儲(chǔ)能單元108，儲(chǔ)能單元可以選擇電池或者超級(jí)電容；還包括燃?xì)獍l(fā)電模塊2，燃?xì)獍l(fā)電模塊包括天然氣管道接口 201、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)202、燃?xì)庹髌?03，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)202的輸入連接到天然氣管道接口 201，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的輸出連接到燃?xì)庹髌?03的輸入，燃?xì)庹髌?03輸出連接到直流母線(xiàn)103。
[0009]燃?xì)獍l(fā)電模塊2在傳統(tǒng)不間斷電源模塊I的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)能源輸入通道，使不間斷電源裝置具有兩種獨(dú)立的輸入能源，并且這兩種輸入能源分別基于互相獨(dú)立的兩種公共基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)傳統(tǒng)不間斷電源模塊I中的電網(wǎng)接口 101或者網(wǎng)側(cè)整流器102故障時(shí)，裝置可通過(guò)燃?xì)獍l(fā)電模塊經(jīng)天然氣管道接口 201，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)202，燃?xì)庹髌?03，直流母線(xiàn)103，逆變器105向負(fù)載提供電能。
[0010]如圖2所示，當(dāng)電網(wǎng)接口 101供電正常，同時(shí)逆變器105故障時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)104閉合，裝置工作在旁路模式，網(wǎng)側(cè)整流器102、雙向直流變換器107均不工作，燃?xì)獍l(fā)電模塊2不工作。
[0011]如圖3所示，當(dāng)電網(wǎng)接口 101供電正常，同時(shí)逆變器105正常工作，靜態(tài)開(kāi)關(guān)104斷開(kāi)，燃?xì)獍l(fā)電模塊2不工作，網(wǎng)側(cè)整流器102工作，控制直流母線(xiàn)103電壓，當(dāng)儲(chǔ)能單元108未充滿(mǎn)，雙向直流變換器107工作，將直流母線(xiàn)103電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元108中，當(dāng)儲(chǔ)能單元108充滿(mǎn)時(shí)，工作在浮充模式。
[0012]如圖4所示，當(dāng)電網(wǎng)接口 101供電故障，轉(zhuǎn)由燃?xì)獍l(fā)電模塊2向負(fù)載供電，在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)202啟動(dòng)的過(guò)程中，雙向直流變換器107控制直流母線(xiàn)103，儲(chǔ)能單元108工作在放電模式，為負(fù)載提供電能。
[0013]如圖5所示，當(dāng)電網(wǎng)接口 101供電故障時(shí)，網(wǎng)側(cè)整流器102關(guān)閉，由燃?xì)獍l(fā)電模塊2向負(fù)載供電，燃?xì)庹髌?03工作控制直流母線(xiàn)，當(dāng)儲(chǔ)能單元108未充滿(mǎn)，雙向直流變換器107工作，將直流母線(xiàn)103電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元108中，當(dāng)儲(chǔ)能單元108充滿(mǎn)時(shí)，儲(chǔ)能單元工作在浮充模式。
【權(quán)利要求】
1.一種雙能源不間斷電源裝置，它包括傳統(tǒng)不間斷電源模塊(1)，傳統(tǒng)不間斷電源模塊包括電網(wǎng)接口(101)、網(wǎng)側(cè)整流器(102)、直流母線(xiàn)(103)、靜態(tài)開(kāi)關(guān)(104)，逆變器(105)、負(fù)載(106)、雙向直流變換器(107)、儲(chǔ)能單元(108)，網(wǎng)側(cè)整流器(102)輸入連接到電網(wǎng)接口( 101)，網(wǎng)側(cè)整流器輸出連接到直流母線(xiàn)(103)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)(104)輸入連接到電網(wǎng)接口(101)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)輸出連接到負(fù)載(106)，逆變器(105)輸入連接到直流母線(xiàn)(103)，逆變器輸出連接到負(fù)載(106)，雙向直流變換器(107)輸入連接到直流母線(xiàn)(103)，雙向直流變換器輸出連接到儲(chǔ)能單元(108)，儲(chǔ)能單元可以選擇電池或者超級(jí)電容； 其特征在于還包括燃?xì)獍l(fā)電模塊(2)，燃?xì)獍l(fā)電模塊包括天然氣管道接口(201)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)(202)、燃?xì)庹髌?203)，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)(202)的輸入連接到天然氣管道接口(201 )，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的輸出連接到燃?xì)庹髌?203)的輸入，燃?xì)庹髌?203)輸出連接到直流母線(xiàn)(103)。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的雙能源不間斷供電方法，其特征在于: 當(dāng)電網(wǎng)接口(101)供電正常，同時(shí)逆變器(105)故障時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)(104)閉合，裝置工作在旁路模式，網(wǎng)側(cè)整流器(102 )、雙向直流變換器(107 )均不工作，燃?xì)獍l(fā)電模塊(2 )不工作； 當(dāng)電網(wǎng)接口(101)供電正常，同時(shí)逆變器(105)正常工作，靜態(tài)開(kāi)關(guān)(104)斷開(kāi)，燃?xì)獍l(fā)電模塊(2)不工作，網(wǎng)側(cè)整流器(102)工作，控制直流母線(xiàn)(103)電壓，當(dāng)儲(chǔ)能單元(108)未充滿(mǎn)，雙向直流變換器(107)工作，將直流母線(xiàn)(103)電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元(108)中，當(dāng)儲(chǔ)能單元(108)充滿(mǎn)時(shí)，儲(chǔ)能單元工作在浮充模式； 當(dāng)電網(wǎng)接口( 101)供電故障，轉(zhuǎn)由燃?xì)獍l(fā)電模塊(2)向負(fù)載供電，在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)(202)啟動(dòng)的過(guò)程中，雙向直流變換器(107)控制直流母線(xiàn)(103)，儲(chǔ)能單元(108)工作在放電模式，為負(fù)載提供電能； 當(dāng)電網(wǎng)接口(101)供電故障時(shí)，網(wǎng)側(cè)整流器(102)關(guān)閉，由燃?xì)獍l(fā)電模塊(2)向負(fù)載供電，燃?xì)庹髌?203)工作控制直流母線(xiàn)，當(dāng)儲(chǔ)能單元(108)未充滿(mǎn)，雙向直流變換器(107)工作，將直流母線(xiàn)(103)電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元(108)中，當(dāng)儲(chǔ)能單元(108)充滿(mǎn)時(shí)，儲(chǔ)能單元工作在浮充模式。
【文檔編號(hào)】H02J9/08GK104242442SQ201410423254
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】徐德鴻, 許彬慈, 李海津 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)