一种新型交直流混供式不间断电源结构、装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型交直流混供式不间断电源结构、装置及方法，电源结构包括交流供电回路、直流供电回路和充电回路，充电回路包括整流器、蓄电池，整流器的一侧接入交流系统，整流器的另一侧连接蓄电池，通过整流器为蓄电池充电；交流供电回路的输入端接入交流系统，将交流系统的交流输入给自动切换开关单元，由自动切换开关单元控制输出给下游用电设备供交流电；直流供电回路包括蓄电池和自动切换开关单元，蓄电池与自动切换开关单元连接，由蓄电池直流输入到自动切换开关单元，由自动切换开关单元控制输出给下游用电设备供直流电；正常情况下交流供电回路供电，当交流供电回路供电中断时，自动切换开关单元切换至直流供电回路提供直流供电。

【技术实现步骤摘要】
一种新型交直流混供式不间断电源结构、装置及方法
本专利技术涉及电源系统
，尤其涉及一种新型交直流混供式不间断电源结构、装置及方法。
技术介绍
当前常用的电子信息设备如服务器/交换机/显示器/控制屏等，通常均同时具有支持交流输入和直流输入作为供电电源的功能。由于此类设备要求实现不间断供电，为满足为此类设备供电，当前常用的电源设备，以数据中心为例为交流不间断电源(简称UPS)和高压直流(简称HVDC)。对于同时支持交流和直流输入的电子信息设备，既可使用UPS供电，也可使用HVDC供电。因此，当前尤其数据中心领域内，服务器/交换机等设备，使用的不间断供电电源设备为UPS和/或HVDC。UPS实现不间断供电的原理如下(UPS工作原理示意图见图1)：正常供电时，UPS通过整流器将输入的交流电变为直流电，再通过逆变器将直流电变为交流电(能量流动路径为图1的n1流向)，整流器与逆变器之间配置蓄电池。当交流输入电源中断时，整流器停止工作，由蓄电池通过逆变器为下游负荷提供电源(能量流动路径为图1的n2流向)，从而实现不间断供电。当逆变器故障时，UPS自动快速切换开关切换至旁路供电(能量流动路径为图1的n3流向)，切换时间小于10ms，满足电子信息设备对电源中断的要求。本原理讲解过程中不含UPS检修时通过维修旁路对下游负荷实施供电。特别说明：市电A和市电B可在设计/施工中引自不同电源或同一电源，并非确定性来自不同电源。由前述UPS的工作原理可知，UPS实现交流输出为下游负荷供电，需要整流器、逆变器、蓄电池、自动快速切换开关四大部件。整流器和逆变器的容量必须同时满足供电负荷的容量需求且工作时整流器和逆变器带所有负荷。(1)可靠性：在UPS中，整流器、逆变器、自动快速切换开关为串联关系，可靠性为各部件可靠性的算术积。假定整流器可靠性为N1，逆变器可靠性为N2，自动快速切换开关可靠性为N3，则整体可靠性为N1*N2*N3。由于N1/N2/N3均小于1，故整体可靠性小于任一部件的可靠性。另外，整流器、逆变器、自动快速切换开关均为电子元器件组成的设备，该类设备对温度敏感，负荷越大，温度越高，可靠性越低；(2)效率：由于UPS工作中，整流器/逆变器/自动切换开关通过的负荷电流相等，均等于负载容量，负荷越大，上述三大部件的损耗越大，因而从而使UPS的效率较低，有明显的理论瓶颈；(3)成本：由于整流器和逆变器持续同时工作为满足负荷供电，因此，整流器和逆变器在进行容量选择时，必须满足下游负荷的容量，需要配置大于下游负荷的容量才能满足需求。HVDC实现不间断供电的原理如下(HVDC工作原理示意图见图2)：正常供电时，HVDC通过整流器将输入的交流电变为直流电，直接供给下游的电子信息设备(能量流动路径为图2的n1流向)。当交流输入电源中断时，整流器停止工作，由蓄电池直接为下游负荷供电(能量流动路径为图2的n2流向)。由前述HVDC的工作原理可知，HVDC实现直流输出为下游负荷供电，需要整流器和蓄电池两大部件。整流器容量必须满足供电负荷的容量需求工作时整流器带所有负荷。(1)可靠性。由于HVDC通过整流器直接为下游负荷供电，因此，HVDC的可靠性直接取决于整流器的可靠性。与UPS类似，可靠性为N1。同UPS类似，由电子元器件组成的整流器对温度敏感，负荷越大，温度越高，可靠性越低；(2)效率。由于HVDC工作时，整流器需输出的容量与下游负荷容量相同，负荷越大，整流器的损耗越大，从而降低HVDC的效率，也有理论瓶颈；(3)成本：同UPS类似，由于整流器必须持续为负荷供电，因此，整流器的容量必须大于下游负荷的容量才能满足需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的交流不间断电源UPS用于为用电设备提供交流不间断供电，高压直流电源HVDC用于为用电设备提供直流不间断供电，两类电源存在可靠性低、效率低和成本不足的技术问题，且不能实现交、直流混供式不间断电源；本专利技术提供了解决上述问题的一种新型交直流混供式不间断电源结构、装置及方法。本专利技术从可靠性/效率/成本方面，相对于现有的两类不间断电源供电设备均由显著提升并特别适用于分布式场景下对于不间断电源的需求。本专利技术通过下述技术方案实现：一种新型交直流混供式不间断电源结构，包括交流供电回路、直流供电回路和充电回路；所述充电回路包括整流器、蓄电池，所述整流器的一侧接入交流系统，整流器的另一侧连接蓄电池，通过整流器为蓄电池充电；所述交流供电回路的输入端接入交流系统，将交流系统的交流输入给自动切换开关单元，由自动切换开关单元控制输出给下游用电设备供交流电；所述整流器容量的配置小于等于20％蓄电池容量，整流器容量的配置大于等于1％蓄电池10h放电率容量，即整流器容量区间值[1％蓄电池10h放电率容量，20％蓄电池容量]；所述直流供电回路包括蓄电池和自动切换开关单元，蓄电池与自动切换开关单元连接，由蓄电池直流输入到自动切换开关单元，由自动切换开关单元控制输出给下游用电设备供直流电；所述交流供电回路为下游用电设备提供交流供电，当所述交流供电回路供电中断时，自动切换开关单元自动切换至所述直流供电回路给下游用电设备提供直流供电。工作原理如下：基于现有的交流不间断电源UPS用于为用电设备提供交流不间断供电，高压直流电源HVDC用于为用电设备提供直流不间断供电，两类电源存在可靠性低、效率低和成本不足的技术问题，且不能实现交、直流混供式不间断电源；本专利技术采用上述方案实现交、直流混供式不间断电源；正常工作时，本电源结构工作在交流供电回路，将交流系统的交流电源直接通过自动切换开关单元供交流电给下游负荷；而整流器仅用于为蓄电池充电，并形成本电源结构的充电回路；当交流供电回路供电中断时，蓄电池与自动切换开关单元之间形成蓄电池回路(即直流供电回路)，自动切换开关单元自动切换至直流供电回路供直流电，这样实现了交、直流混供式不间断电源，方便快捷。基于本专利技术设计没有逆变器，整流器容量变小了，和相同容量的UPS或者HVDC相比，整流器容量仅为其1-20％。比如：500kVA的UPS或者HVDC，需要配置500kVA的整流器，因为对于UPS或者HVDC而言，整流器不仅负责充电，还负责带用电负荷；而本专利技术整流器只负责充电，无需带负荷，因此，整流器容量相比常规UPS或HVDC，可为其1-20％；本专利技术可靠性好、效率高和成本低。相比与现有技术，本专利技术在可靠性方面，由于本专利技术正常工作时负荷仅通过自动切换开关单元，整流器不作为带工作负荷的电源，供电可靠性仅取决于自动切换开关单元的可靠性N3，因此，在供电可靠性方面显著优于UPS；由于自动切换开关单元的电子元器件组成又显著少于整流器，因此，在可靠性方面优于HVDC。自动切换开关单元的损耗显著小于整流器和逆变器(以UPS的高效ECO模式的实测数据为基础)，损耗减少，发热减少，温度降低，从而进一步提升自动快速切换开关的可靠性(温度对电子元器件可靠性的影响)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型交直流混供式不间断电源结构，其特征在于，包括交流供电回路、直流供电回路和充电回路；/n所述充电回路包括整流器(1)、蓄电池(2)，所述整流器(1)的一侧接入交流系统，整流器(1)的另一侧连接蓄电池(2)，通过整流器(1)为蓄电池(2)充电；/n所述交流供电回路的输入端接入交流系统，将交流系统的交流输入给自动切换开关单元(3)，由自动切换开关单元(3)控制输出给下游用电设备供交流电；/n所述整流器(1)容量的配置小于等于20％蓄电池(2)容量，整流器(1)容量的配置大于等于1％蓄电池10h放电率容量；/n所述直流供电回路包括蓄电池(2)和自动切换开关单元(3)，蓄电池(2)与自动切换开关单元(3)连接，由蓄电池(2)直流输入到自动切换开关单元(3)，由自动切换开关单元(3)控制输出给下游用电设备供直流电；/n所述交流供电回路为下游用电设备提供交流供电，当所述交流供电回路供电中断时，自动切换开关单元(3)自动切换至所述直流供电回路给下游用电设备提供直流供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型交直流混供式不间断电源结构，其特征在于，包括交流供电回路、直流供电回路和充电回路；
所述充电回路包括整流器(1)、蓄电池(2)，所述整流器(1)的一侧接入交流系统，整流器(1)的另一侧连接蓄电池(2)，通过整流器(1)为蓄电池(2)充电；
所述交流供电回路的输入端接入交流系统，将交流系统的交流输入给自动切换开关单元(3)，由自动切换开关单元(3)控制输出给下游用电设备供交流电；
所述整流器(1)容量的配置小于等于20％蓄电池(2)容量，整流器(1)容量的配置大于等于1％蓄电池10h放电率容量；
所述直流供电回路包括蓄电池(2)和自动切换开关单元(3)，蓄电池(2)与自动切换开关单元(3)连接，由蓄电池(2)直流输入到自动切换开关单元(3)，由自动切换开关单元(3)控制输出给下游用电设备供直流电；
所述交流供电回路为下游用电设备提供交流供电，当所述交流供电回路供电中断时，自动切换开关单元(3)自动切换至所述直流供电回路给下游用电设备提供直流供电。


2.根据权利要求1所述的一种新型交直流混供式不间断电源结构，其特征在于，所述交流供电回路为下游用电设备提供交流供电，当所述交流供电回路供电中断时，自动切换开关单元(3)自动切换至所述直流供电回路，由充电回路和直流供电回路合流给下游用电设备提供直流供电。


3.根据权利要求1所述的一种新型交直流混供式不间断电源结构，其特征在于，直流供电回路的直流输入到自动切换开关单元(3)，其中，所述直流输入的正极或负极采用分支化布置。


4.根据权利要求3所述的一种新型交直流混供式不间断电源结构，其特征在于，所述直流输入的正极进行分支化布置，当所述交流系统采用三相四线制时，所述直流输入的正极包括第一正极分支、第二正极分支和第三正极分支，第一正极分支、第二正极分支和第三正极分支、负极与三相四线的火线...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢敏，李海平，
申请(专利权)人：卢敏，李海平，
类型：发明
国别省市：四川;51