不间断电源系统及其控制方法技术方案

一种不间断电源系统，包括储能蓄电池；监测电路；可控开关；并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路；离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路；模式切换开关及变流器。上述不间断电源系统在并网时，并网控制电路根据市电中的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号并通过电流闭环控制进行无功和谐波补偿，减少了电能损耗。离网控制电路在并网模式时不参与控制，但仍处于运行状态，会根据电压环给定电压值、输出电压反馈信号以及输出电流反馈信号生成离网控制信号。当系统由并网切至离网模式时，变流器根据离网控制信号对输出进行控制，实现并网/离网模式的无缝切换。本发明专利技术还涉及一种不间断电源系统的控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供电电源
，特别是涉及一种不间断电源系统及其控制方法。
技术介绍
随着近年来数据中心电源负荷的快速增长，能效指标要求越来越高。对于应用于高密度数据中心的不间断电源系统(UPS)，不仅要为IT设备供电，还要保证IT设备运行的空调等辅助设备供电，电源需求会持续增加。由于数据中心的高密度化是一种必然的趋势，因此对为其提供电力保障的UPS提出了全新的要求。传统的数据中心供电方式中，一般采用基于双变换技术的在线式UPS电源。这种在线式UPS的主要缺点是在强电网供电环境下的电能损耗较大，运行成本较高，并且，传统的UPS在电网电能质量差时不能有效的进行改善，因此不能满足数据中心高质量供电的需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种电能损耗较小且能够实现对电网电能质量进行改善的不间断电源系统及其控制方法。一种不间断电源系统，包括储能蓄电池，还包括：监测电路，用于监测市电是否正常，并在市电正常时输出第一监测信号，在市电异常时输出第二监测信号；可控开关，连接于市电和公共连接点之间且与所述监测电路连接；所述可控开关在所述第一监测信号的控制下导通，使得所述不间断电源系统进入并网模式；所述可控开关在所述第二监测信号的控制下断开，使得所述不间断电源系统进入离网模式；并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路；所述谐波和无功电流提取电路分别与所述公共连接点的市电侧、所述电流环控制电路连接；所述电流环控制电路还与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电流反馈信号；所述谐波和无功电流提取电路用于根据市电电流的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号；所述电流环控制电路用于根据所述谐波和无功补偿指令信号、所述输出电流反馈信号生成并网控制信号；离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路；所述电压外环电路的第一输入端与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电压反馈信号；所述电压外环电路的第二输入端用于接收电压环给定电压值；所述电压外环电路的输出端与所述电流内环电路的第一输入端连接；所述电流内环电路的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收所述变流器的输出电流反馈信号；所述电压外环电路用于根据所述电压环给定电压值和所述变流器的输出电压反馈信号生成电流内环给定信号；所述电流内环电路用于根据所述电流内环给定信号和所述输出电流反馈信号生成离网控制信号；模式切换开关；所述模式切换开关的固定端与所述变流器的控制端连接；所述模式切换开关的第一触点与所述并网控制电路的输出端连接；所述模式切换开关的第二触点与所述离网控制电路的输出端连接；所述模式切换开关用于在所述第一监测信号的控制下接通第一触点，在所述第二监测信号的控制下接通第二触点；以及变流器，所述变流器连接于所述储能蓄电池和所述公共连接点之间；所述变流器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号对输出电压或者输出电流进行控制。在其中一个实施例中，还包括驱动信号发生器；所述驱动信号发生器连接于所述模式切换开关的固定端和所述变流器的控制端之间；所述驱动信号发生器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号生成驱动信号，以对所述变流器进行控制。在其中一个实施例中，所述谐波和无功电流提取电路包括顺次连接的第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块、低通滤波器、第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块以及第一三相加法器；所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端连接于所述公共连接点的市电侧，且还与所述第一三相加法器的输入端连接；所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块用于对三相市电电流进行转换得到具有低频纹波的d轴直流量和q轴直流量后送入所述低通滤波器分别进行滤波处理；所述第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块用于将处理后的d轴直流量和q轴直流量转换成三相电网电流基波分量；所述第一三相加法器用于将谐波和无功电流提取电路得到的三相电网电流基波分量与所述三相市电电流进行相减后得到三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号；所述并网控制电路的电流环控制电路包括顺次连接的第二三相加法器和电流环控制器；所述第二三相加法器的输入端分别与所述第一三相加法器的输出端、变流器的输出端连接；所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的第一触点连接；所述第二三相加法器用于将所述三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号与三相输出电流反馈信号进行相减后得到三相误差信号；所述电流环控制器则用于根据所述三相误差信号进行闭环控制并生成三相并网控制信号。在其中一个实施例中，所述电压外环电路包括相互串联的电压环加法器和电压环控制器；所述电压环加法器的第一输入端与所述变流器的输出端连接，用于接收输出电压反馈信号；所述电压环加法器的第二输入端用于接收所述电压环给定电压值；所述电压环加法器用于将所述电压环给定电压值与所述输出电压反馈信号进行相减得到电压误差信号；所述电压环控制器用于根据所述误差信号进行闭环控制并生成电流内环给定信号；所述电流内环电路包括顺次连接的电流环加法器和电流环控制器；所述电流环加法器的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收输出电流反馈信号；所述电流环加法器的第一输入端与所述电压环控制器的输出端连接；所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的第二触点连接；所述电流环加法器用于将所述电流内环给定信号与所述输出电流反馈信号进行相减得到电流误差信号；所述电流环控制器用于根据所述电流误差信号进行闭环控制并生成离网控制信号。在其中一个实施例中，所述电压外环电路还包括第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块；所述电压环加法器包括电压环d轴加法器和电压环q轴加法器；所述电压环控制器包括电压环d轴控制器和电压环q轴控制器；所述第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述变流器的输出端连接，所述第二三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电压环d轴加法器、电压环q轴加法器连接；所述电流内环电路还包括第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块和第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块；所述电流环加法器包括电流环d轴加法器和电流环q轴加法器；所述电流环控制器包括电流环d轴控制器和电流环q轴控制器；所述第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述变流器的输出端连接；所述第三三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电流环d轴加法器、所述电流环q轴加法器连接；所述第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块的输入端分别与所述电流环d轴控制器、电流环q轴控制器的输出端连接，所述第二两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块的输出端则与所述模式切换开关的第二触点连接。在其中一个实施例中，所述电压环控制器和所述电流环控制器均为PI调节器。在其中一个实施例中，所述变流器为双向变流器；所述监测电路还用于对所述储能蓄电池的电压或者剩余容量进行实时监测并输出电压值或者剩余容量值；所述不间断电源系统还包括比较电路；所述比较电路分别与所述监测电路、所述双向变流器连接；所述比较电路用于在并网模式时判断所述电压值或者所述剩余容量值是否低于预设值，并在所述电压值或者所述剩余容量值低于预设值时输出充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不间断电源系统，包括储能蓄电池，其特征在于，还包括：监测电路，用于监测市电是否正常，并在市电正常时输出第一监测信号，在市电异常时输出第二监测信号；可控开关，连接于市电和公共连接点之间且与所述监测电路连接；所述可控开关在所述第一监测信号的控制下导通，使得所述不间断电源系统进入并网模式；所述可控开关在所述第二监测信号的控制下断开，使得所述不间断电源系统进入离网模式；并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路；所述谐波和无功电流提取电路分别与所述公共连接点的市电侧、所述电流环控制电路连接；所述电流环控制电路还与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电流反馈信号；所述谐波和无功电流提取电路用于根据市电电流的谐波和无功分量提取谐波和无功补偿指令信号；所述电流环控制电路用于根据所述谐波和无功补偿指令信号、所述输出电流反馈信号生成并网控制信号；离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路；所述电压外环电路的第一输入端与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电压反馈信号；所述电压外环电路的第二输入端用于接收电压环给定电压值；所述电压外环电路的输出端与所述电流内环电路的第一输入端连接；所述电流内环电路的第二输入端与所述变流器的输出端连接，以接收所述变流器的输出电流反馈信号；所述电压外环电路用于根据所述电压环给定电压值和所述变流器的输出电压反馈信号生成电流内环给定信号；所述电流内环电路用于根据所述电流内环给定信号和所述输出电流反馈信号生成离网控制信号；模式切换开关；所述模式切换开关的固定端与所述变流器的控制端连接；所述模式切换开关的第一触点与所述并网控制电路的输出端连接；所述模式切换开关的第二触点与所述离网控制电路的输出端连接；所述模式切换开关用于在所述第一监测信号的控制下接通第一触点，在所述第二监测信号的控制下接通第二触点；以及变流器，所述变流器连接于所述储能蓄电池和所述公共连接点之间；所述变流器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号对输出电压或者输出电流进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种不间断电源系统，包括储能蓄电池，其特征在于，还包括：
监测电路，用于监测市电是否正常，并在市电正常时输出第一监测信号，
在市电异常时输出第二监测信号；
可控开关，连接于市电和公共连接点之间且与所述监测电路连接；所述可
控开关在所述第一监测信号的控制下导通，使得所述不间断电源系统进入并网
模式；所述可控开关在所述第二监测信号的控制下断开，使得所述不间断电源
系统进入离网模式；
并网控制电路，包括谐波和无功电流提取电路和电流环控制电路；所述谐
波和无功电流提取电路分别与所述公共连接点的市电侧、所述电流环控制电路
连接；所述电流环控制电路还与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电
流反馈信号；所述谐波和无功电流提取电路用于根据市电电流的谐波和无功分
量提取谐波和无功补偿指令信号；所述电流环控制电路用于根据所述谐波和无
功补偿指令信号、所述输出电流反馈信号生成并网控制信号；
离网控制电路，包括电压外环电路和电流内环电路；所述电压外环电路的
第一输入端与变流器的输出端连接，以接收变流器的输出电压反馈信号；所述
电压外环电路的第二输入端用于接收电压环给定电压值；所述电压外环电路的
输出端与所述电流内环电路的第一输入端连接；所述电流内环电路的第二输入
端与所述变流器的输出端连接，以接收所述变流器的输出电流反馈信号；所述
电压外环电路用于根据所述电压环给定电压值和所述变流器的输出电压反馈信
号生成电流内环给定信号；所述电流内环电路用于根据所述电流内环给定信号
和所述输出电流反馈信号生成离网控制信号；
模式切换开关；所述模式切换开关的固定端与所述变流器的控制端连接；
所述模式切换开关的第一触点与所述并网控制电路的输出端连接；所述模式切
换开关的第二触点与所述离网控制电路的输出端连接；所述模式切换开关用于
在所述第一监测信号的控制下接通第一触点，在所述第二监测信号的控制下接
通第二触点；以及
变流器，所述变流器连接于所述储能蓄电池和所述公共连接点之间；所述

\t变流器用于根据所述并网控制信号或者所述离网控制信号对输出电压或者输出
电流进行控制。
2.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，还包括驱动信号
发生器；所述驱动信号发生器连接于所述模式切换开关的固定端和所述变流器
的控制端之间；所述驱动信号发生器用于根据所述并网控制信号或者所述离网
控制信号生成驱动信号，以对所述变流器进行控制。
3.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述谐波和无功
电流提取电路包括顺次连接的第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块、
低通滤波器、第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块以及第一三相加法
器；所述第一三相静止坐标到两相旋转坐标系转换模块的输入端连接于所述公
共连接点的市电侧，且还与所述第一三相加法器的输入端连接；所述第一三相
静止坐标到两相旋转坐标系转换模块用于对三相市电电流进行转换得到具有低
频纹波的d轴直流量和q轴直流量后送入所述低通滤波器分别进行滤波处理；
所述第一两相旋转坐标到三相静止坐标系转换模块用于将处理后的d轴直流量
和q轴直流量转换成三相电网电流基波分量；所述第一三相加法器用于将谐波
和无功电流提取电路得到的三相电网电流基波分量与所述三相市电电流进行相
减后得到三相市电电流的谐波和无功补偿指令信号；
所述并网控制电路的电流环控制电路包括顺次连接的第二三相加法器和电
流环控制器；所述第二三相加法器的输入端分别与所述第一三相加法器的输出
端、变流器的输出端连接；所述电流环控制器的输出端与所述模式切换开关的
第一触点连接；所述第二三相加法器用于将所述三相市电电流的谐波和无功补
偿指令信号与三相输出电流反馈信号进行相减后得到三相误差信号；所述电流
环控制器则用于根据所述三相误差信号进行闭环控制并生成三相并网控制信
号。
4.根据权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，所述电压外环电
路包括相互串联的电压环加法器和电压环控制器；所述电压环加法器的第一输
入端与所述变流器的输出端连接，用于接收输出电压反馈信号；所述电压环加
法器的第二输入端用于接收所述电压环给定电压值；所述电压环加法器用于将

\t所述电压环给定电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，于玮，徐海波，
申请(专利权)人：易事特集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44