一種輸出無間斷切換的應急電源系統的製作方法

2023-05-14 01:53:21

本發明涉及應急電源技術領域，具體涉及一種輸出無間斷切換的應急電源系統。

背景技術：

集中蓄電池式應急電源作為常規電氣設備在建築電氣、工業行業中有廣泛應用，特別在一些經濟發達地區如蘇州、廈門等地，已經將集中蓄電池式應急電源作為常規建築電氣，設計在建築電氣設計圖紙中，國家為應急電源產品制定了一系列標準，如：gb16806－2006《消防聯動控制系統》、gb17945-2010《消防應急照明和疏散指示系統》、jg/t371-2012《集中式蓄電池應急電源裝置》等，這些產品標準有力的推動應急電源發展與應用。

集中蓄電池式應急電源的基本工作原理是：在電網電壓工作正常時，一路到充電模塊對應急電源內的蓄電池組進行充電。另一路經過轉換開關給負載供電，也就是說，電網電壓工作正常時，負載直接使用電網電源。當電網電壓異常或掉電時系統自動切換為電池後備供電模式，保證負載的應急供電，這種原理形式也被稱為後備式應急電源。

後備式應急電源和電網之間的切換存在一個切換斷電過程，由於受到cpu運算速度、檢測方式、切換器件和控制方法等條件得限制，普通集中蓄電池式應急電源與和電網在切換過程中，一般負載端產生2次斷電過程，第一次是電網斷電後，到應急電源正常輸出並切換到負載。另一次是電網恢復後，應急電源停止供電，負載切換到電網供電的過程。因為這兩次切換過程，應急設備產生兩次中斷和兩次啟動，必將對應急設備的應急效果產生影響，如消防泵必須兩次啟動等，如何減少斷電帶來的危害，減少切換時間，是後備式應急電源的重要技術方向，另外切換時間也是重要的技術指標。另一方面當市電電源與逆變器電源之間的相位差過大或瞬態電壓差過大時，會因環流過大會發生事故，這種故障，輕者會造成出現在負載上的正弦波電源的輸出波形嚴重畸變相引起電源擾動，嚴重時會因為在上述兩種交流電源間出現的環流電流過大而燒毀可控矽或逆變器中的功率模塊。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種輸出無間斷切換的應急電源系統，該應急電源系統採用逆變同步技術，採用先逆變供電與電網供電疊加，後斷開逆變供電的方法，實現恢復電網電源供電時與逆變電源間無間斷切換，同時切換前先檢測市電的相位、頻率和幅值，再調整逆變器輸出的相位與幅度，當兩路交流電的幅度、頻率和相位差應控制在一定的範圍內，再執行疊加切換操作，避免了過大環流引起的電源擾動，系統控制轉換智能靈活，具有較高的實用價值和較廣泛的應用前景。

本發明解決技術問題採用如下技術方案：

一種輸出無間斷切換的應急電源系統，包括：

主控模塊、市電輸入模塊、逆變器模塊、蓄電池模塊、充放電控制模塊、充放電保護模塊、數據採集模塊、無間斷切換模塊；所述主控模塊與充放電控制模塊、數據採集模塊、無間斷切換模塊電連接；所述市電輸入模塊與充放電控制模塊、無間斷切換電路電連接；所述充放電控制模塊與充放電保護模塊、逆變器模塊電連接；所述充放電保護模塊和逆變器模塊分別與蓄電池模塊電連接；所述無間斷切換電路與逆變器模塊電連接；

所述主控模塊用於接收處理數據採集模塊檢測到的數據，並根據分析處理後的結果對充放電控制模塊、無間斷切換模塊發出相應的指令信號；

所述市電輸入模塊用於提供在正常情況下的供電電源以及蓄電池模塊充電所需的電力來源；

所述逆變器模塊用於將蓄電池模塊輸入的直流電轉化為交流電輸出，以供負載使用；

所述蓄電池模塊用於給系統其他模塊提供所需的直流電以及在市電異常情況下向負載供電；

所述充放電控制模塊用於根據主控模塊發出的指令信號，一方面控制蓄電池模塊合理的在充電和放電間進行切換，另一方面可以控制蓄電池模塊對外放電輸出滿足負載要求的合適電壓或者將交流電轉換為合適電壓大小的直流電供蓄電池模塊充電使用；

所述充放電保護模塊用於防止蓄電池充電過衝中出現過壓現象、在放電過程中出現深度放電，同時有效防止電路中的毛刺現象對蓄電池模塊的損害；

所述數據採集模塊用於採集市電輸入模塊的交流電壓相位、頻率和幅值數據以及蓄電池模塊的溫度、電量、容量等數據；

所述無間斷切換電路用於將電源輸出從蓄電池模塊輸出到市電輸出間進行平穩轉換，同時避免切換過程中斷電情況發生。

優選地，所述主控模塊為fpga、arm、dsp微處理器中的一種。

優選地，所述逆變器模塊為正弦波逆變器。

優選地，所述充放電控制模塊包括充放電切換模塊、交直流變換電路、升壓電路、降壓電路。

優選地，所述充放電保護電路包括深度放電保護模塊、穩流穩壓模塊、脈寬調製電路。

優選地，所述無間斷切換模塊包括第一晶閘管、第二晶閘管，通斷控制電路。

優選地，所述主控模塊通過切換前數據採集模塊採集的市電輸入模塊的相位、頻率和幅值，發出指令信號調整逆變器模塊輸出的相位、頻率與幅值，當兩路交流電的幅度、頻率和相位差應控制在一定的範圍內，再由無間斷切換模塊執行疊加操作，等輸出穩定後再斷開逆變器模塊供電，實現從應急電源到市電電源之間不間斷地平穩轉換。

優選地，所述蓄電池模塊為鉛酸蓄電池和鋰電池中的一種。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

（1）本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統採用先逆變供電與電網供電疊加，後斷開逆變供電（先合後斷）的方法，實現恢復電網電源供電時與逆變電源間無間斷切換。具體方法是切換前先檢測市電的相位和幅值，再調整逆變器輸出的相位與幅度，當兩路交流電源的幅度、頻率和相位差應控制在一定的範圍內，再執行疊加切換操作就沒有過大環流。這樣就可以實現從應急電源到市電電源之間不間斷地平穩轉換，其無間斷轉換過程。這樣可以避免二次切換過程，避免負載供電中斷和第兩次啟動，減少斷電對電應急設備帶來的危害，有效的避免了負載上的正弦波電源的輸出波形嚴重畸變引起電源擾動，以及因為在上述兩種交流電源間出現的環流電流過大而燒毀可控矽或逆變器中的功率模塊的危害。

（2）本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統的主控模塊採用了fpga、arm、dsp中的一種微處理器，其功耗較小、可靠性性較高、編程簡單、效率較高、價格較低、數據處理速度較快、指令執行速度更快，能夠有效提高管控系統的靈敏度和可靠性，降低的能耗，節約了資源。

（3）本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統的充放電保護模塊當電池模塊電壓較低時，在設定的最大電流下充電，隨著電池模塊電壓的不斷增加，充電電流隨之減小，最終將電池模塊恆定在一個設定的電壓值上，進行浮充，避免超出蓄電池模塊的容量或出現虛滿，避免了過電流和過電壓現象，一方面在電池下降到預定值才允許給電池充電，讓電池不會長期維持在充滿狀態，另一方面對電池實行恆流充電避免了過電流和過電壓現象，有效提高了電池的使用壽命；同時由於放電深度的高低和充電電池的充電壽命有很深的關係，當電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會導致電池的使用壽命變短，因此深度放電保護模塊能有效避免這一點。

（4）本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統能夠實時監控蓄電池狀態，有效控制蓄電池的充放電過程，充放電保護模塊能最大程度的延長電池的使用壽命，整個系統管控準確靈敏效率高、控制智能靈活耗能少，具有較高的使用價值和較廣泛的應用前景。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統示意圖；

圖2為本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統的無間斷切換模塊切換前示意圖；

圖3為本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統的無間斷切換模塊切換中示意圖；

圖4為本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統的無間斷切換模塊切換後示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖1-4所示，本實施例中提供了一種輸出無間斷切換的應急電源系統，包括：

主控模塊1、市電輸入模塊2、逆變器模塊3、蓄電池模塊4、充放電控制模塊5、充放電保護模塊6、數據採集模塊7、無間斷切換模塊8；所述主控模塊1與充放電控制模塊5、數據採集模塊7、無間斷切換模塊8電連接；所述市電輸入模塊2與充放電控制模塊5、無間斷切換電路8電連接；所述充放電控制模塊5與充放電保護模塊6、逆變器模塊3電連接；所述充放電保護模塊6和逆變器模塊3分別與蓄電池模塊4電連接；所述無間斷切換電路8與逆變器模塊3電連接；

所述主控模塊1用於接收處理數據採集模塊7檢測到的數據，並根據分析處理後的結果對充放電控制模塊5、無間斷切換模塊8發出相應的指令信號；

所述市電輸入模塊2用於提供在正常情況下的供電電源以及蓄電池4充電所需的電力來源；

所述逆變器模塊3用於將蓄電池模塊4輸入的直流電轉化為交流電輸出，以供負載使用；

所述蓄電池模塊4用於給系統其他模塊提供所需的直流電以及在市電異常情況下向負載供電；

所述充放電控制模塊5用於根據主控模塊1發出的指令信號，一方面控制蓄電池模塊4合理的在充電和放電間進行切換，另一方面可以控制蓄電池模塊4對外放電輸出滿足負載要求的合適電壓或者將交流電轉換為合適電壓大小的直流電供蓄電池模塊4充電使用；

所述充放電保護模塊6用於防止蓄電池模塊4充電過衝中出現過壓現象、在放電過程中出現深度放電，同時有效防止電路中的毛刺現象對蓄電池模塊4的損害；

所述數據採集模塊7用於採集市電輸入模塊2的交流電壓相位、頻率和幅值數據以及蓄電池模塊4的溫度、電量、容量等數據；

所述無間斷切換電路8用於將電源輸出從蓄電池模塊4輸出到市電輸出間進行平穩轉換，同時避免切換過程中斷電情況發生。

本實施例中主控模塊1為fpga微處理器。

本實施例中逆變器模塊3為正弦波逆變器。

本實施例中充放電控制模塊5包括充放電切換模塊、交直流變換電路、升壓電路、降壓電路。

本實施例中充放電保護電路6包括深度放電保護模塊、穩流穩壓模塊、脈寬調製電路。

本實施例中無間斷切換模塊8包括第一晶閘管81、第二晶閘管82，通斷控制電路83。

本實施例中主控模塊1通過切換前數據採集模塊7採集的市電輸入模塊2的相位、頻率和幅值，發出指令信號調整逆變器輸出的相位、頻率與幅值，當兩路交流電的幅度、頻率和相位差應控制在一定的範圍內，再由無間斷切換模塊8執行疊加操作，等輸出穩定後再斷開逆變器模塊3供電，實現從應急電源到市電電源之間不間斷地平穩轉換，如圖2所示為無間斷切換模塊切換前示意圖，此時只有電池供電；圖3為無間斷切換模塊切換中示意圖，此時電池和市電均供電；圖4為無間斷切換模塊切換後示意圖，此時只有市電供電。

本實施例中蓄電池模塊4為鋰電池。

本發明的一種輸出無間斷切換的應急電源系統採用逆變同步技術，採用先逆變供電與電網供電疊加，後斷開逆變供電的方法，實現恢復電網電源供電時與逆變電源間無間斷切換，同時切換前先檢測市電的相位、頻率和幅值，再調整逆變器輸出的相位與幅度，當兩路交流電的幅度、頻率和相位差應控制在一定的範圍內，再執行疊加切換操作，避免了過大環流引起的電源擾動，該系統具有開放式、模塊化的特點，系統控制轉換智能靈活，具有較高的實用價值和較廣泛的應用前景。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。