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CN102157980A - 基于燃料电池的不间断电源供电系统及其供电方法 - Google Patents

基于燃料电池的不间断电源供电系统及其供电方法 Download PDF

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CN102157980A
CN102157980A CN2011100815244A CN201110081524A CN102157980A CN 102157980 A CN102157980 A CN 102157980A CN 2011100815244 A CN2011100815244 A CN 2011100815244A CN 201110081524 A CN201110081524 A CN 201110081524A CN 102157980 A CN102157980 A CN 102157980A
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bypass
control system
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CN2011100815244A
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马天才
宋福全
娄洁良
李峰
徐先朝
张念坤
吴伟
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Kunshan FUersai Energy Co Ltd
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Kunshan FUersai Energy Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种基于燃料电池的不间断电源供电系统及供电方法，该电源供电系统包括由依次相连的整流装置、逆变器和逆变静态开关组成的主回路供电单元、由旁路静态开关组成的旁路供电单元、由辅助供电装置、DC/DC、燃料电池系统组成的备用供电单元，以及监测以上各个单元工作状态的控制系统；旁路静态开关的一端为市电输入端，另一端为交流电输出端；整流装置的一端为市电输入端，另一端经逆变器、逆变静态开关后输出交流电；辅助供电装置输出端以及燃料电池系统经DC/DC后连接至逆变器的输入端。本发明能够在市电断电的情况下提供长时间、稳定的电能供电。

Description

基于燃料电池的不间断电源供电系统及其供电方法
技术领域
本发明涉及一种供电系统及供电方法，特别是涉及一种应用了燃料电池技术的不间断电源供电系统和供电方法。
背景技术
UPS(不间断电源)作为提供持续、稳定、不间断的供电设备，广泛地应用于通信行业及工业领域，特别在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中，其重要性尤其突出。
为保证系统在外部市电断电的状态下提供持续的电能供电，UPS系统中必须有储能装置，在目前的UPS系统中，一般采用大规模的铅酸蓄电池组。然而蓄电池的固有缺陷限制了UPS的性能，如其存在重量大、占地面积广、人工维护要求高等缺陷，在发生市电断电时，其可持续供电时间的局限性难以克服，也成为UPS应用的一个瓶颈。
发明内容
由于现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种基于燃料电池的不间断电源供电系统及其供电方法，该系统清洁高效，并能够在市电断电的情况下提供长时间、稳定的电能供电。
为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决：
一种基于燃料电池的不间断电源供电系统，包括由依次相连的整流装置、逆变器和逆变静态开关组成的主回路供电单元、由旁路静态开关组成的旁路供电单元、由辅助供电装置、DC/DC、燃料电池系统组成的备用供电单元，以及监测以上各个单元工作状态的控制系统；所述旁路静态开关的一端为市电输入端，另一端为交流电输出端；所述整流装置的一端为市电输入端，另一端经所述逆变器、逆变静态开关后输出交流电；所述辅助供电装置输出端以及所述燃料电池系统经所述DC/DC后连接至所述逆变器的输入端。
作为本发明的进一步特征，还包括与控制系统相连的人机接口，所述控制系统实时响应该人机接口的命令并将所述各个单元的工作状态反馈至该人机接口。
作为本发明的进一步特征，所述控制系统与所述辅助供电装置相连由该辅助供电装置为其提供电能。
为实现上述目的，本发明还提出基于燃料电池的电源供电方法，包括以下步骤
1)所述控制系统监测外部市电，当外部市电正常供电，且主回路供电单元中各功能单元正常工作时，由所述主回路供电单元对外提供电能形成主回路供电模式；
2)当外部市电正常供电，但所述控制系统监测到主回路供电单元发生故障或者接受到人机接口命令需要人工维护时，将所述旁路静态开关闭合，所述控制系统将主回路供电模式切换为旁路供电模式，所述外部市电经过该旁路静态开关后直接对外提供电能；
3)当所述控制系统监测到外部市电断电后，由所述辅助供电装置提供临时直流电能，其经所述逆变器、逆变静态开关后对外提供电能，同时，所述控制系统启动燃料电池系统使其输出直流电能，该直流电能经DC/DC、逆变器、逆变静态开关后对外输出电能。
作为本发明的进一步特征，所述步骤1)中当形成主回路供电模式时，所述旁路静态开关处于关断状态，备用供电单元处于待机状态。
作为本发明的进一步特征，所述步骤2)中当形成旁路供电模式时，所述主回路供电单元停止工作，备用供电单元处于待机状态。
由于采用以上技术方案，本发明的基于燃料电池的不间断电源供电系统通过主回路供电单元、旁路供电单元和备用供电单元有机的协调工作，系统能够对外提供不间断的稳定电能供电，为重要的用电设备提供持续的高质量电能。即使发生市电断电，只要燃料电池系统的氢气供电足够，系统就能持续工作，能够克服现有UPS系统持续工作时间有限等问题。
附图说明
图1为本发明的基于燃料电池的电源供应系统的结构示意图
具体实施方式
下面根据附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明的一种基于燃料电池的不间断电源供电系统，包括由依次相连的整流装置3、逆变器4和逆变静态开关5组成的主回路供电单元、由旁路静态开关2组成的旁路供电单元、由辅助供电装置6、DC/DC7、燃料电池系统8组成的备用供电单元；旁路静态开关2的一端为市电输入端，另一端为交流电输出端；整流装置3的一端为市电输入端，另一端经逆变器4、逆变静态开关5后输出交流电；辅助供电装置6输出端以及燃料电池系统8经DC/DC7后连接至逆变器4的输入端；还包括一与人机接口9相连的控制系统1，该控制系统1主要监测各个功能单元的工作状态，判断市电输入状态，并切换工作方式，实时响应人机接口的命令，并将监测到的工作状态反馈至人机接口9；控制系统1与辅助供电装置6相连由该辅助供电装置6为其提供电能。
根据本发明的基于燃料电池的不间断电源供电系统提出的供电方法，包括以下步骤：
1)控制系统1监测外部市电，当外部市电正常供电，且主回路供电单元中各功能单元正常工作时，由主回路供电单元对外提供电能形成主回路供电模式；此时，外部市电输入至整流装置3后整流为直流电能，逆变器4将直流电能逆变为稳定的交流电能，经逆变静态开关5后对外部用电设备提供电能。此时旁路供电单元停止工作，旁路静态开关2处于关断状态，备用供电单元处于待机状态；
2)当外部市电正常供电，但控制系统1监测到主回路供电单元发生故障或者接受到人机接口9命令需要人工维护时，将旁路静态开关2闭合，并将整流装置3、逆变器4、逆变静态开关5关断，控制系统1将主回路供电模式切换为旁路供电模式，外部市电经过该旁路静态开关2后直接对外提供电能；此时主回路供电单元各子模块都停止工作，备用供电单元处于待机状态；
3)当控制系统1监测到外部市电断电后，由辅助供电装置6提供临时直流电能，其经逆变器4、逆变静态开关5后对外提供电能，同时，控制系统1启动燃料电池系统8使其输出直流电能，该直流电能经DC/DC7、逆变器4、逆变静态开关5后对外输出电能，此时备用供电单元处于运行状态，对外输出交流电能。在备用供电单元工作过程中，其持续工作时间主要受限于氢燃料供应，因此只要提供足够的氢气供应，系统的工作时间不受限制，能够对外提供长时间、稳定的电能供应。
但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (6)

1.一种基于燃料电池的不间断电源供电系统，其特征在于：包括由依次相连的整流装置、逆变器和逆变静态开关组成的主回路供电单元、由旁路静态开关组成的旁路供电单元、由辅助供电装置、DC/DC、燃料电池系统组成的备用供电单元，以及监测以上各个单元工作状态的控制系统；所述旁路静态开关的一端为市电输入端，另一端为交流电输出端；所述整流装置的一端为市电输入端，另一端经所述逆变器、逆变静态开关后输出交流电；所述辅助供电装置输出端以及所述燃料电池系统经所述DC/DC后连接至所述逆变器的输入端。
2.根据权利要求1所述的电源供电系统，其特征在于：还包括与控制系统相连的人机接口，所述控制系统实时响应该人机接口的命令并将所述各个单元的工作状态反馈至该人机接口。
3.根据权利要求1或2所述的电源供电系统，其特征在于：所述控制系统与所述辅助供电装置相连由该辅助供电装置为其提供电能。
4.根据权利要求3所述的供电方法，其特征在于：包括以下步骤
1)所述控制系统监测外部市电，当外部市电正常供电，且主回路供电单元中各功能单元正常工作时，由所述主回路供电单元对外提供电能形成主回路供电模式；
2)当外部市电正常供电，但所述控制系统监测到主回路供电单元发生故障或者接受到人机接口命令需要人工维护时，将所述旁路静态开关闭合，所述控制系统将主回路供电模式切换为旁路供电模式，所述外部市电经过该旁路静态开关后直接对外提供电能；
3)当所述控制系统监测到外部市电断电后，由所述辅助供电装置提供临时直流电能，其经所述逆变器、逆变静态开关后对外提供电能，同时，所述控制系统启动燃料电池系统使其输出直流电能，该直流电能经DC/DC、逆变器、逆变静态开关后对外输出电能。
5.根据权利要求4所述的供电方法，其特征在于：所述步骤1)中当形成主回路供电模式时，所述旁路静态开关处于关断状态，备用供电单元处于待机状态。
6.根据权利要求5所述的供电方法，其特征在于：所述步骤2)中当形成旁路供电模式时，所述主回路供电单元停止工作，备用供电单元处于待机状态。
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