供电系统及供电方法与流程

发电;变电;配电装置的制造技术1.本技术涉及电源技术领域，具体涉及一种供电系统及供电方法。背景技术：2.在数据机房供电中，需要不间断电源，目前现有技术推出了直流(directc urrent，dc)系统和中压10kvac直转直流系统，无论是dc系统和中压10kvac直转直流系统，都是将储能电池直接并联在整个供电系统的输出侧作为备电，导致供电系统的输出电压范围受储能电池电压制约，只能以储能电池的最低电池电压来设计供电系统下游的配电线缆等，在供电系统的下游线缆的选择上存在较多局限性。技术实现要素：3.本技术提供一种将储能电池设置于供电系统的整流环节中，本技术的供电输出侧的电压范围不再局限于储能电池的电压范围，输出侧的电压可以更高，供电系统的下游线缆有更多的选择，便于降低供电系统整体成本的一种供电系统及供电方法。4.一方面，本技术提供一种供电系统，包括依次耦接的电源输入端、整流器和电源输出端，所述整流器包括交转直流转换单元和直转直流转换单元，所述交转直流转换单元和所述直转直流转换单元通过第一直流母线耦接，所述供电系统还包括至少一个储能单元，所述储能单元耦接于所述第一直流母线；5.所述交转直流转换单元，用于当交流电输入所述电源输入端时，将所述交流电转换为第一直流电并向所述储能单元输入所述第一直流电进行充电；6.所述储能单元，用于当所述交流电停止输入所述电源输入端时，向所述直转直流转换单元输出第二直流电进行放电。7.在本技术一种可能的实现方式中，所述储能单元包括：8.充放电子单元，所述充放电子单元通过第二直流母线耦接于所述第一直流母线，用于进行输入所述第一直流电和/或输出第二直流电的充放电转换；9.至少一个储能电池，所述储能电池耦接于所述充放电子单元。10.在本技术一种可能的实现方式中，所述储能单元还包括开关子单元，所述开关子单元耦接于至少一个所述储能电池与所述充放电子单元的连接线路中，用于将所述至少一个储能电池与所述充放电子单元连接或断开。11.在本技术一种可能的实现方式中，所述储能单元还包括过流保护子单元，所述第二直流母线上耦接有所述过流保护子单元，所述过流保护子单元用于抑制所述第一直流电和/或所述第二直流电中的过载电流。12.在本技术一种可能的实现方式中，所述整流器还包括输入滤波单元，所述输入滤波单元耦接于所述电源输入端和所述交转直流转换单元之间，用于消除所述交流电中的电磁干扰。13.在本技术一种可能的实现方式中，所述整流器还包括输出滤波单元，所述输出滤波单元耦接于所述直转直流转换单元与所述电源输出端之间，用于消除输出至所述电源输出端的直流电中的电磁干扰。14.在本技术一种可能的实现方式中，所述整流器还包括防倒灌单元，所述防倒灌单元耦接于所述输出滤波单元与所述电源输出端之间，用于防止所述电源输出端的直流电倒灌至所述供电系统内。15.在本技术一种可能的实现方式中，所述供电系统还包括输入变压器，所述输入变压器耦接于所述电源输入端和所述整流器之间，用于将所述交流电转换为预设电压值的交流电并将所述预设电压值的交流电输出至所述整流器。16.在本技术一种可能的实现方式中，所述供电系统还包括输出配电单元，所述输出配电单元耦接于所述整流器和所述电源输出端之间，用于将所述整流器输出的直流电分配到各个用电支路。17.另一方面，本技术提供一种供电方法，应用于如所述的供电系统中，所述供电方法包括：18.当交流电输入所述电源输入端时，通过所述交转直流转换单元将所述交流电转换为第一直流电，并向所述储能单元输入所述第一直流电，对所述储能单元进行充电；19.当所述交流电停止输入所述电源输入端时，通过所述储能单元进行放电，向所述直转直流转换单元输出第二直流电。20.本技术包括依次耦接的电源输入端、整流器和电源输出端，整流器包括交转直流转换单元和直转直流转换单元，交转直流转换单元和直转直流转换单元通过第一直流母线耦接，本技术中的储能单元耦接于第一直流母线，应用过程中，当交流电输入电源输入端时，通过交转直流转换单元将交流电转换为第一直流电并向储能单元输入第一直流电进行充电；当交流电停止输入电源输入端时，通过储能单元向直转直流转换单元输出第二直流电进行放电，因此本技术的供电系统的电源输出端的电压范围不再局限于储能电池的电压范围，即本技术的电源输出端的电压范围可以更大，使供电系统的下游线缆可以有更多的选择，便于降低供电系统整体成本，同时本技术的储能单元的设置方式能够有效避免储能单元频繁充放电，从而降低储能单元的损耗，使储能单元的使用寿命更长。附图说明21.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。22.图1是本技术背景技术提供的现有供电系统结构图；23.图2是本技术实施例中提供的供电系统的一个实施例结构示意图；24.图3是本技术实施例中提供的供电系统的一个实施例结构示意图；25.图4是本技术实施例中提供的供电系统的一个实施例结构示意图。具体实施方式26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。28.在本技术中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明。”本技术中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。29.在数据机房供电中，需要不间断电源，目前现有技术推出了直流(directc urrent，dc)系统，dc系统其输出电压为直流，并联简单可靠，电池直接并联在dc母线上，作为备电，已经形成了《yd/t2378-2020通信用240v直流供电系统》和《yd/t3089_通信用336v直流供电系统》两个通信行业标准。近几年业内还出现了中压10kvac(v为电压单位，ac表示是交流，alternating current，ac)直转直流系统，如图1所示，中压10kvac直转直流系统集成了10kvac配电、移相变压器、交流转直流(alternating current/direct current，a c/dc)电源和输出配电单元等环节，直接将中压10kvac降低到240vdc或336vdc，电池也直接并联在dc母线上，作为备电。30.无论是中压直供直流系统，还是dc系统，这两种供电系统的储能电池均是直接并联在整个供电系统的输出侧作为备电，所以整个供电系统的输出电压需要与储能电池的电压范围相匹配，示例性的，对于240v的不间断电源系统，其储能电池的电压范围是210vdc～285vdc，对于336v的不间断电源系统，其储能电池的电压范围是294vdc～400vdc。由于下游用电设备的断路器，线缆，服务器电源等都需要满足该电压范围，会造成供电系统中的断路器和线缆需要按照最低的工作电压选取，即240v的不间断电源系统的最低工作电压是210vdc，336v的不间断电源系统的最低工作电压是294vdc。31.根据电路原理可知，相同系统功率，输出侧电压越低，电流就越大，开关容量就越大，线缆越粗，若采用上述现有技术的储能电池的配置方式，即会导致供电系统下游的直流配电系统成本就会越高，同时储能电池挂在供电系统的输出侧，会导致供电系统的输出电压范围受储能电池电压制约，只能以储能电池的最低电池电压来设计供电系统下游的配电线缆等。另外，由于储能电池直接并联在供电系统的输出侧，同时被供电的负载也并联在供电系统的输出侧，当负载变化时，存在储能电池对负载放电、且供电系统给储能电池充电的情况，增加了储能电池的充放电次数，损耗较大，容易缩短储能电池的电池寿命。32.因此，为解决以上技术问题，本技术实施例提供一种供电系统及供电方法，以下分别进行详细说明。33.如图2和图3所示，为本技术实施例中供电系统的一个实施例结构示意图。34.本技术的供电系统可以是10kvac直转直流供电系统，该供电系统包括依次耦接的电源输入端101、整流器200和电源输出端102。35.具体的，电源输入端101接入市电，用于向供电系统输入三相交流电，在本实施例中，将电源输入端101输入的三相交流电称为交流电，再通过整流器200将交流电转换为预设电压值的直流电，并输出至电源输出端102，通过电源输出端102给供电系统外接的负载进行供电。36.在本实施例中，整流器200包括通过交转直流转换单元201和直转直流转换单元202，交转直流转换单元201和直转直流转换单元202通过第一直流母线耦接，供电系统还包括至少一个储能单元500，如图3所示，储能单元500耦接于第一直流母线。37.交转直流转换单元201，用于当交流电输入电源输入端101时，将交流电转换为第一直流电并向储能单元500输入第一直流电进行充电；38.储能单元500，用于当交流电停止输入电源输入端101时，向直转直流转换单元202输出第二直流电进行放电。39.在本实施例中，如图4所示，交转直流转换单元201具体包括全桥整流桥，通过全桥整流桥对输入至整流器200中的交流电进行整流，得到直流电，交转直流转换单元201也可以采用其他可以实现整流作用的器件，本实施例对此不做具体限定。40.在本实施例中，直转直流转换单元202包括第四电感l4、第一二极管d1、功率开关管q1和第四电容c4，第四电感l4与第一二极管d1的正极串联后耦接于交转直流转换单元201的第一输出节点y1，功率开关管q1耦接于第一二极管d1的正极和交转直流转换单元201的第二输出节点y2之间，第四电容c4的两端分别耦接于第一二极管d1的负极和交转直流转换单元201的第二输出节点y2。其中，第四电感l4为储能电感，第四电容c4为滤波电容。本实施例中的第四电感l4、第一二极管d1、功率开关管q1和第四电容c4的具体型号和参数可以根据实际情况进行调整，这里不做具体限定。41.应用过程中，当功率开关管q1导通时，第四电感l4内的电流上升，当功率开关管q1截止时，储存在第四电感l4中的电流通过第一二极管d1对第四电容c4进行充电，当第四电容c4两端的电压达到目标电压值时，则使交转直流转换单元201和电源输出端102导通；42.当交流电输入电源输入端101且功率开关管q1导通时，通过交转直流转换单元201将交流电转换为第一直流电，向储能单元500输入第一直流电进行充电的同时，通过直转直流转换单元202将第一直流电转换为目标电压值的第一直流电，并将目标电压值的第一直流电输出至电源输出端102；43.当交流电断开输入电源输入端101且功率开关管q1导通时，通过储能单元500向直转直流转换单元202输出第二直流电进行放电，再通过直转直流转换单元202将第二直流电转换为具有目标电压值的第二直流电，并将目标电压值的第二直流电输出至电源输出端102。44.基于上述电路原理分析可知，输出至电源输出端102的直流电可以是经过直转直流转换单元202转换得到的具有目标电压值的第一直流电，也可以是经过直转直流转换单元202转换得到的具有目标电压值的第二直流电；即不论是通过电源输入端输入的交流电进行供电，还是通过储能电池放电进行供电，电源输出端102输出的直流电的电压均是经过直转直流转换单元202转换后得到的，因此，电源输出端102输出的直流电的电压范围不再局限于储能单元500输出的第二直流电的电压范围。45.在传统的供电系统中，通常是将储能电池并联在供电系统输出侧的直流母线上，导致供电系统的下游线缆必须与储能电池匹配，使供电系统成本变高；同时由于被供电的负载也并联在供电系统的输出侧，当负载变化时，存在储能电池对负载放电、且供电系统给储能电池充电的情况，增加了储能电池的充放电次数，存在损耗较大，容易缩短储能电池的电池寿命的问题。46.而本技术储能单元500不并联在输出侧，本技术中的储能单元500通过第二直流母线耦接于第一直流母线，所以供电系统的输出电压范围可以很小，示例性的，对于240v的供电系统，供电系统的输出电压范围可以在240vdc～285vd c，对于336v的供电系统，供电系统的范围可以在360vdc～400vdc。47.因此，本技术的供电系统的电源输出端102的电压范围不再局限于储能电池502的电压范围，即本技术的电源输出端102的电压可以更高，电流更小，对应的使用的开关容量越小，供电系统的输出侧使用的线缆越细，因此使得供电系统的下游用电设备的断路器qf1、线缆、服务器电源等设备可以有更多的选择，便于降低供电系统整体成本；同时本技术的储能单元500的设置方式能够有效避免储能单元500频繁充放电，从而降低储能单元500的损耗，使储能单元500的使用寿命更长。48.在本实施例中，如图3和图4所示，储能单元500具体包括：49.充放电子单元501，充放电子单元501通过第二直流母线耦接于第一直流母线，用于进行输入第一直流电和/或输出第二直流电的充放电转换；50.至少一个储能电池502，储能电池502耦接于充放电子单元501。本技术的储能电池502可以设置为一组，即交转直流转换单元并联有一组储能电池502，也可以根据需要设置多组储能电池502，即交转直流转换单元同时并联多组储能电池502，在本实施例中，储能电池502的配置数量不做具体限定。51.在本实施的另一个实施例中，充放电子单元501包括双向直转直流转换器，双向直转直流转换器通过第二直流母线耦接于第一直流母线用于进行输入第一直流电和输出第二直流电的充放电转换。52.双向直转直流转换器可以采用非隔离型双向直转直流转换器，也可以采用隔离型双向直转直流转换器。53.在本实施例中，非隔离型双向直转直流转换器包括降压式(buck)和升压式(boost)构成buck-boost双向直转直流转换器，还包括由升降压式(buck/boost)直转直流转换器构成同类双向直转直流转换器，也可以包括其他结构的如非隔离型双向直转直流转换器；同理，隔离型双向直转直流转换器包括由单管反激式直流转换器构成的反激式双向直转直流转换器，还包括由单管正激式直流转换器构成的正激式双向直转直流转换器，也可以包括其他的如由双管半桥直转直流转换器和推挽直流直转直流转换器构成的双向半桥和推挽直转直流转换器等，也可以采用其他结构的隔离型双向直转直流转换器，所有能够实现本技术充放电子单元501所具备的功能的双向直转直流转换结构均在本技术的覆盖范围内。54.在本实施的另一个实施例中，充放电子单元501还包括两个直转直流转换器，即充放电子单元501包括充电直转直流转换器和放电直转直流转换器，充电直转直流转换器和放电直转直流转换器同时通过第二直流母线耦接于第一直流母线其中，储能单元500充电时，充电直转直流转换器用于向储能电池502输入第一直流电，储能单元500放电时，放电直转直流转换器用于向电源输出端102输出第二直流电。55.充电直转直流转换器和放电直转直流转换器可以采用相同类型的直转直流转换器，也可以采用不同类型的直转直流转换器。充电直转直流转换器和放电直转直流转换器可以是同一个双向直转直流转换器。56.直转直流转换器可以采用非隔离型直转直流转换器，也可以采用隔离型直转直流转换器。57.在本实施例中，非隔离型直转直流转换器包括降压式(buck)直转直流转换器、升压式(boost)转直流转换器以及buck-boost直转直流转换器，也可以包括其他结构的非隔离型转换器等；同理，隔离型直转直流转换器包括反激式直转直流转换器、正激式直转直流转换器、双管半桥直转直流转换器以及推挽直流直转直流转换器，也可以采用其他结构的隔离型直转直流转换器，所有能够实现本技术充放电子单元501所具备的功能的直转直流转换结构均在本技术的覆盖范围内。58.在本技术的另一个实施例中，如图4所示，储能单元500还包括开关子单元503，开关子单元503耦接于至少一个储能电池502与充放电子单元501的连接线路中，用于使至少一个储能电池502与充放电子单元501连接或断开。本实施例中的开关子单元503可以采用单刀单掷开关k1，也可以为其他能够实现开关子单元503所具备的功能的开关器件，本技术对开关子单元503不做具体限定。59.在本技术的另一个实施例中，储能单元500还包括过流保护子单元504，第二直流母线上耦接有过流保护子单元504，过流保护子单元504用于抑制第一直流电和/或第二直流电中的过载电流。60.具体的，过流保护子单元504可以是第一保险丝f1，第二直流母线上耦接有第一保险丝f1，通过第一保险丝f1用于抑制第一直流电和/或第二直流电中的短路电流或者过载电流，在本实施例中，过流保护子单元还可以电阻、二极管、断路器等，还可以是任何能够起到抑制第一直流电和/或第二直流电中的短路电流或者过载电流的作用的器件，本实施例对此不做具体限定。61.在本技术的另一个实施例中，如图3和图4所示，整流器200还包括输入滤波单元204，输入滤波单元204耦接于电源输入端101和交转直流转换单元201之间，用于消除交流电中的电磁干扰。62.在本实施例中，输入滤波单元204通过三个输入相线耦接于输入变压器300(具体参照下文)，并通过三个输出相线耦接于交转直流转换单元201，输入变压器300的三个三相交流输入端，即三相交流输入端r、三相交流输入端s和三相交流输入端t分别与三个输入相线耦接，可以设定与三相交流输入端r耦接的输入相线为第一输入相线，与三相交流输入端s耦接的输入相线为第二输入相线，与三相交流输入端t耦接的输入相线为第三输入相线。63.具体的，如图4所示，输入滤波单元204包括第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3均采用的是x电容，第一电容c1的两端分别耦接于第一输入相线和第二输入相线，第二电容c2的两端分别耦接于第二输入相线和第三输入相线，第三电容c3的两端分别耦接于第一输入相线和第三输入相线；64.输入滤波单元204还包括第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3，第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3分别耦接于第一输入相线、第二输入相线和第三输入相线上。65.应用过程中，通过第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3以及第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3分别对三相交流输入端r、三相交流输入端s、三相交流输入端t输入的交流电进行滤波，以滤除交流电中不需要的干扰信号。66.输入滤波单元204还包括第二保险丝f2，第二保险丝f2分别耦接于于三个输入相线上，用于抑制交流电中的短路电流或者过载电流。67.在本技术的另一个实施例中，如图3和图4所示，整流器200还包括输出滤波单元205，输出滤波单元205耦接于直转直流转换单元202与电源输出端102之间，用于消除输出至电源输出端102的直流电中的电磁干扰。68.具体的，输出滤波单元205具体包括第五电感l5和第五电容c5，第五电感l5的一端与第一二极管d1的负极耦接，第五电感l5的另一端与第五电容c5的一端耦接，第五电容c5的另一端耦接于交转直流转换单元201的第二输出节点y2。在本实施例中，第五电感l5与第五电容c5构成一个滤波器，通过第五电感l5与第五电容c5构成的滤波器对输出至电源输出端102的直流电进行滤波，以滤除直流电中不必要的信号干扰。69.在本技术的另一个实施例中，如图3和图4所示，整流器200还包括防倒灌单元206，防倒灌单元206耦接于输出滤波单元205与电源输出端102之间，用于防止电源输出端102的直流电倒灌至供电系统内。70.防倒灌单元206具体包括第二二极管d2，第二二极管d2的正极耦接于第五电感l5与第五电容c5的耦接点处，第二二极管d2的负极与电源输出端102的其中一个输出直流母线耦接。第二二极管d2为防反接二极管，防反接二极管能够防止电源输出端102的电信号倒灌至供电系统内，以使供电系统安全性更高，本实施例中的防倒灌单元206也可采用其他能够实现相同功能的器件，本技术对此不做具体限定。71.在本技术的另一个实施例中，如图3和图4所示，供电系统还包括输入变压器300，输入变压器300耦接于电源输入端101和整流器200之间，用于将交流电转换为预设电压值的交流电并将预设电压值的交流电输出至整流器200。72.具体的，输入变压器300用于将电源输入端101输入的三相交流电配置为多路具有预设电压值的三相交流电，并将每一路的三相交流电输入至对应的整流器200。73.在本实施例中，供电系统还包括：74.断路器qf1，断路器qf1与电源输入端101耦接，用于使输入变压器300断开或连接三相交流电；75.在本实施例中，供电系统可以包括多组整流器200，每组整流器200相互隔离，输入变压器300可以采用多绕组的移相变压器，移相变压器的输出各绕组分别接入相互隔离的多组整流器200，从而将电源输入端101输入的三相交流电配置为分别输入至多组整流器200的多路三相交流电。本实施例采用的移相变压器可以大大减小输入变压器300副边绕组的短路电流，另外，输入变压器300也可以采用传统变压器，本实施例对此不做具体限定。76.在本技术的另一个本实施例中，如图3和图4所示，供电系统还包括输出配电单元400，输出配电单元400耦接于整流器200和电源输出端102之间，用于将整流器200输出的直流电分配到各个用电支路。77.其中，供电系统可以同时为一个或者多个负载进行供电，输出配电单元400包括分别与多个负载耦接的用电支路，还可以包括耦接于输出线路上的熔断器、防浪涌器件等部件(图中未示出)，用电支路的数量和容量可以根据实际情况调整，本技术对此不做具体限定。即本技术输出配电单元400可以根据负载型号的不同，通过输出配电单元400为不同的负载配置对应的直流电，再通过电源输出端102向对应负载输出直流电进行供电。78.在本技术的一个实施例中，本技术提供一种供电方法，应用于如上述的供电系统中，供电方法包括：79.当交流电输入电源输入端101时，通过交转直流转换单元201将交流电转换为第一直流电并向储能单元500输入第一直流电，对所述储能单元500进行充电；80.当交流电停止输入电源输入端101时，通过储能单元500进行放电，向直转直流转换单元202输出第二直流电。81.以上对本技术实施例所提供的一种供电系统及供电方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。









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