綠色環(huán)保理念下經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源的設(shè)計(jì)

吳培明 羅曉冬

摘要：本研究主要將純電動汽車的大容量電池和無源逆變裝置結(jié)合，在保持電動汽車原有性能的前提下，改造為具有一定容量、單相電壓220伏、三相電壓400伏的獨(dú)立交流電源，為用電負(fù)荷需求較小、環(huán)境噪音和尾氣排放要求較高的臨時重要用戶提供靈活便捷的應(yīng)急電源，現(xiàn)研究內(nèi)容如下。

關(guān)鍵詞：移動不間斷電源;經(jīng)濟(jì)型;綠色環(huán)保;設(shè)計(jì)

在供電系統(tǒng)突發(fā)停電時，移動不間斷電源能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)，向保供電的重要設(shè)備實(shí)現(xiàn)不間斷供電，確保重要設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。與傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)相比，在空車待機(jī)及發(fā)電的過程中，具有安靜、無尾氣體和熱氣排放，發(fā)電能效高等優(yōu)點(diǎn)，有效提升了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，已經(jīng)成為新時期人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源設(shè)計(jì)的必要性

目前各供電局使用的500KV應(yīng)急發(fā)電車，占地面積在60平方左右。體積龐大的應(yīng)急發(fā)電車在一些狹小的空間范圍內(nèi)無法停放，導(dǎo)致無法有效地開展工作。同時，當(dāng)前存在的應(yīng)急發(fā)電車主要使用柴油或者是汽油作為能源發(fā)電。這些類型的應(yīng)急發(fā)電車在發(fā)電過程中噪音遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出用戶的需求標(biāo)注，令用戶無法接受。

經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源結(jié)構(gòu)簡單，通過大容量儲能電池電及大功率三相無源逆變裝置，將存儲在儲能電池中的直流電，轉(zhuǎn)換為工頻三相四線交流電，向外提供三相穩(wěn)定的交流電源。上述裝置可作為應(yīng)急發(fā)電設(shè)備，有效提升了系統(tǒng)運(yùn)行效益。本次設(shè)計(jì)中就主要從基于純電動汽車的移動應(yīng)急電源車出發(fā)，設(shè)計(jì)新型移動不間斷電源并進(jìn)行優(yōu)化。

2 經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)框架

本次設(shè)計(jì)過程中通過儲能電池的設(shè)置，可以在發(fā)電的過程中保持靜音且無排放的狀態(tài);通過儲能電池與汽車驅(qū)動裝置相連，行駛時為純電動汽車提供動力;通過儲能電池電連接三相無源逆變裝置，應(yīng)急時可以將存儲在儲能電池中的直流電轉(zhuǎn)換為工頻三相四線交流電，提供三相穩(wěn)定的交流電壓;通過雙電源自動切換裝置的設(shè)置，在城市供電線路正常時，由城市供電線路供電;當(dāng)城市供電線路故障時，啟用雙電源自動切換裝置，通過移動應(yīng)急電源車向重要線路供電，保障城重要用電設(shè)備不受停電影響，其具體包括：

（1）儲能電池與三相無源逆變裝置之間設(shè)置有電壓溫度檢測裝置，電壓溫度檢測裝置設(shè)置有報(bào)警裝置。電壓溫度檢測裝置的設(shè)置主要用來監(jiān)測儲能電池的電壓水平及時掌握儲能電池的續(xù)航能力，以及檢測三相無源逆變裝置的發(fā)熱狀況，及時了解三相無源逆變器裝置的工作狀態(tài);電壓溫度檢測裝置連接有報(bào)警裝置，有利于提醒工作人員注意儲能電池以及三相無源逆變裝置的工作狀態(tài)。

（2）報(bào)警裝置設(shè)置有電壓報(bào)警信號以及溫度報(bào)警信號。電壓報(bào)警信號的設(shè)置可以在儲能電池的電壓低于電壓溫度檢測裝置中電壓設(shè)置的額定值時，電壓報(bào)警信號發(fā)出警報(bào)以及點(diǎn)亮電壓報(bào)警信號燈;溫度報(bào)警信號的設(shè)置可以在三相無源逆變裝置工作溫度高于電壓溫度檢測裝置中溫度設(shè)置的額定值時，溫度報(bào)警信號發(fā)出警報(bào)以及點(diǎn)亮溫度報(bào)警信號燈，提醒工作人員需要對三相無源逆變裝置進(jìn)行冷卻處理。

（3）三相無源逆變裝置與雙電源自動切換裝置之間設(shè)置有第一電壓檢測裝置。第一電壓檢測裝置的設(shè)置可以及時檢測三相無源逆變裝置輸出的電壓值，便于對三相電電壓進(jìn)行有效監(jiān)控。

（4）雙電源自動切換裝置還設(shè)有與城市供電線路電連接的第二輸出端。在城市供電線路發(fā)生停電故障時，可以通過切換雙電源自動切換裝置，實(shí)現(xiàn)儲能電池對重要線路進(jìn)行供電。

優(yōu)選地，所述的雙電源自動切換裝置與城市供電線路之間設(shè)置有第二電壓檢測裝置。第二電壓檢測裝置的設(shè)置可以及時監(jiān)測城市供電線路的電壓狀況，保障保供電負(fù)荷端的電壓質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述車體上設(shè)置有充電裝置，所述的充電裝置與所述的儲能電池相連。充電裝置與儲能電池相連，可以使用城市線路對儲能電池進(jìn)行充電，為儲能電池補(bǔ)充電量，確保電量充足。

2.2 實(shí)例分析

基于純電動汽車的移動應(yīng)急電源車包括車體以及設(shè)置在車體上的儲能電池、汽車驅(qū)動裝置、三相無源逆變裝置、雙電源自動切換裝置等，上述裝置互連后，雙電源自動切換裝置有兩組輸入端分別接于市電和無源逆變裝置，一組輸出端，與負(fù)荷端相連，其具體狀況見圖1。

以上為經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源一種基于純電動汽車的移動應(yīng)急電源車的第一實(shí)施例，包括車體以及設(shè)置在車體上的儲能電池1，儲能電池1與汽車驅(qū)動裝置2相連，儲能電池1電連接有三相無源逆變裝置3，三相無源逆變裝置3的輸出端連接有雙電源自動切換裝置4，雙電源自動切換裝置4的輸出端與負(fù)荷端5相連。

（1）儲能電池1與三相無源逆變裝置3之間設(shè)置有電壓溫度檢測裝置6，電壓溫度檢測裝置6連接有報(bào)警裝置7，報(bào)警裝置7設(shè)置有電壓報(bào)警信號8以及溫度報(bào)警信號9。

（2）三相無源逆變裝置3與雙電源自動切換裝置4之間設(shè)置有第一電壓檢測裝置10。

（3）雙電源自動切換裝置4還設(shè)有與城市供電線路11電連接的第二輸出端。

（4）雙電源自動切換裝置4與城市供電線路11之間設(shè)置有第二電壓檢測裝置13。

（5）車體上設(shè)置有充電裝置，充電裝置與儲能電池1相連。

（6）充電裝置中設(shè)置有換流裝置12，換流裝置12的輸入端與城市供電線路11相連，換流裝置12的輸出端與儲能電池1的輸入端相連。

上述設(shè)計(jì)系統(tǒng)中相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件，在土質(zhì)描述中“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源設(shè)計(jì)層次，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作。

3 經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源的應(yīng)用效益

隨著綠色環(huán)保需求的不斷深入，移動不間斷電源設(shè)計(jì)過程中需要對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)保效益等進(jìn)行綜合考慮，在上述基礎(chǔ)上做好裝置的設(shè)置和優(yōu)化，依照實(shí)際使用要求不斷調(diào)整和完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這樣才能夠從根本上提升移動不間斷電源的使用效果，實(shí)現(xiàn)移動不間斷電源應(yīng)用效益的最大化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源的有益效果是：

經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源為一種基于純電動汽車的移動應(yīng)急電源車，通過儲能電池的設(shè)置，可以在發(fā)電的過程中保持安靜無排放的狀態(tài);通過儲能電池與汽車驅(qū)動裝置相連，可以為純電動汽車提供動力;通過儲能電池電連接三相無源逆變裝置，可以將存儲在儲能電池中的直流電轉(zhuǎn)換為工頻三相四線交流電，保供電時，移動應(yīng)急電源車處于工作狀態(tài)時，提供三相穩(wěn)定的交流電壓;通過雙電源自動切換裝置的設(shè)置，在城市供電線路正常時，由城市供電線路供電;當(dāng)城市供電線路故障時，啟用雙電源自動切換裝置，通過移動應(yīng)急電源車向重要線路供電，保障重要用電單位供電正常;通過溫度電壓檢測裝置的設(shè)置可以及時檢測儲能電池的電壓以及三相無源逆變裝置的發(fā)熱情況，便于工作人員及時了解移動應(yīng)急電源車的工作狀況。

在該經(jīng)濟(jì)型移動不間斷電源運(yùn)用過程中可以發(fā)現(xiàn)，其用電量較低，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，符合新時期綠色環(huán)保建設(shè)需求，尤其是在設(shè)備通用性、環(huán)保性、可靠性、靈活性等方面，取得長足進(jìn)步，其具體如下：

（1）設(shè)備的通用性強(qiáng)，平時作為交通工具，任務(wù)時便是專用的靜態(tài)移動電源;

（2）無需配置專用的充放電設(shè)備，由通用充電樁進(jìn)行充電，專業(yè)、靈活、安全、可靠;

（3）續(xù)航時間長，按一般可行駛300公里的純電動小車，其電池儲存的可用電量為50kWh，相當(dāng)于100個普通轎車電池的電量，供電功率基本可滿足用電容量為5-20kW臨時重要負(fù)荷，續(xù)航時間可在3小時以上;

（4）能對重要負(fù)荷提供熱備用，在保供電期間，可提供合格電壓的電源（讓逆變器空載運(yùn)行），滿足隨時接入，隨時提供電力負(fù)荷，相對于柴油發(fā)電機(jī)，省略了接入負(fù)荷前必須有專用人員開機(jī)、熱機(jī)、等待建立穩(wěn)定電壓的過程，可避免了應(yīng)急電源接入前的短時停電，保供電的質(zhì)量大大提升;

（5）運(yùn)輸移動的靈活性好，外觀性能是一部小車，車內(nèi)的驅(qū)動電池已具有防水防震措施，隨叫隨走，快捷安全，無需像通用的UPS，需要小心嚴(yán)格的搬運(yùn)裝卸;

（6）無噪音，無污染排放，很多保供電場所是允許噪音的，如考場（考試期間還要交通管制），會場，聽力測試場所等，而目前的移動發(fā)動機(jī)（車）都沒有降噪降排處理。

（7）經(jīng)濟(jì)性好，一套電量為50kWh的通用UPS，其采購成本肯定不低于一輛普通轎車。此外，還需要定期的充放電保養(yǎng)、充放電配套設(shè)備、專人維護(hù)、運(yùn)輸車、裝卸設(shè)備，而電動汽車改裝的移動應(yīng)急電源，完全可以省略這些配置和環(huán)節(jié)過程。

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