CN101378204A - 一种ac/ups混合组网装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种AC/UPS混合组网装置及其方法，该装置包括：AC分配屏，与AC分配屏连接的UPS，与UPS及AC分配屏连接的控制柜。上述控制柜包括比较控制电路，驱动电路和高速可控硅静态开关，比较控制电路将接收到的信号与预设基准信号进行对比后发出控制指令；驱动电路在收到控制指令后控制高速可控硅静态开关，选通相应电流通路，该电流通路是与AC分配屏直接连接的电流通路或与UPS连接的电流通路。与常用组网模式最好的技术相比，本发明最大效益在于能够降低电力消耗平均在25％以上，还能基本规避谐波干扰的发生，节约谐波治理费用；由于本混合组网装置首选AC作电源，故对UPS的依赖减小，所以UPS配备的数量可以减少，从而具有降低组网设备投资的优点。

Description

一种AC/UPS混合组网装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种通信电源的组网装置及其方法，特别涉及一种使用UPS的混合组网装置及其方法。

背景技术

目前，UPS电源的组网方式有以下几种通用的常用组网模式(以下称“通用模式”)，这些组网模式具有广泛的代表性：

(1)1台UPS供电——1路输出；

(2)2台UPS并联供电——1路输出；

(3)2台UPS串联热备份供电——1路输出；

(4)2台UPS并联热备份供电——1路输出；

(5)2台UPS组合(1+1)供电——2路输出；

(6)3台UPS组合(2+1)供电——2路输出；

(7)4台UPS组合(2+2)供电——2路输出。

“通用模式”的主要目的是：一、可以保证停电时不用切换电源，这样就不会出现电源“闪断”；二、认为UPS输出电压的波形是纯正的正弦波，电压和频率都很稳定，这样就不会对负载产生不良影响。

但是，在“通用模式”中，无论哪种模式，UPS都始终处于在线工作状态，即负载直接从UPS获取能源。UPS相当于一个串联在交流电源回路中的“非线性器件”，只要电路中有电路流过，就会有损耗。根据实际测试结果证实，这种“非线性器件”(在负荷率为30％时)的平均损耗占到了交流电源供应量的31％，这显然不符合“节能减排”政策要求。

另外，由于在组网上“通用模式”过分依赖UPS——企图依靠UPS承担一切安全问题，而忽视了对电源和通信设备内部供电结构的实质性理解，使电源资源得不到合理配置和利用，从而形成了诸如“1”、“2”“1+1”、“2+1”、“2+2”等靠单纯扩大组网规模的保障手段，使附加成本极高，而且，一旦UPS同时发生故障，负载无法正常切换到市电电源上，这是“通用模式”的最大使用风险。

发明内容

鉴于上述，本发明所要解决的技术问题就是要充分使用交流电源，同时提供有保障的切换。

因此，本发明提出了一种AC/UPS混合组网装置，包括：

对输入的电流进行分配的AC分配屏；

与AC分配屏连接的UPS，该设备将交流电转化为直流电对蓄电池充电同时又把直流电变回交流电；

上述控制柜包括比较控制电路，驱动电路以及与驱动电路和电流通路连接的高速可控硅阵列开关，上述比较控制电路将接收到的信号与预设基准信号进行对比后发出控制指令，上述驱动电路在收到比较控制电路发出的控制指令后控制高速可控硅静态开关，选通相应电流通路，该电流通路是与AC分配屏直接连接的电流通路或与UPS连接的电流通路；

上述控制柜还包括分别连接AC分配屏和UPS的至少两个进线端口。

此外，上述AC/UPS混合组网装置中的UPS可以采用两个或两个以上并联在一起使用。

上述AC/UPS混合组网装置可以组合在一起形成组合型的AC/UPS混合组网装置。

本发明还提出了一种AC/UPS混合组网的方法，包括以下步骤：

步骤一，将输入的交流电经AC分配屏直接输出成两路电流，第一路电流直接输入到控制柜，第二路电流输入到UPS；

步骤二，UPS对第二路电流进行整流并向蓄电池充电，再将整流后的直流电逆变成交流电，输送到控制柜作为后备电源；

步骤三，控制柜的比较控制电路对直接输入到控制柜的电流进行处理，并将处理结果与预设基准信号进行对比，如果对比结果满足预定的要求，则接通该第一路电流通路；如果对比结果不满足预定的要求，则在断开第一路电流通路的同时接通第二路电流通路。

在该方法中，输入的交流电在AC分配屏中经过AC空气开关分配成两路电流，第一路电流通过第一进线端口输入到控制柜。

在上述步骤二中，UPS将逆变后得到的交流电通过第二进线端口输入到控制柜。

在上述步骤三中，比较控制电路对直接输入到控制柜的电流进行处理，提取三相电压及工作频率检测信号，然后将上述三相电压及工作频率检测信号与预设基准信号进行对比，并根据对比结果向上述驱动电路发出控制指令，接通第一路电流通路或第二路电流通路。

在上述步骤三中，如果对比结果满足预定要求，比较控制电路向驱动电路发出控制指令，驱动电路按预定的相序驱动第一高速可控硅阵列开关，接通第一路电流通路，由上述第一路电流向负载供电；若上述对比结果不满足预定要求，比较控制电路向驱动电路发出控制指令，在断开第一高速可控硅阵列开关的同时按预定的相序驱动第二高速可控硅阵列开关，接通第二路电流通路，由上述第二路电流经过UPS间接地向负载供电。

本发明与“通用模式”最好的技术相比，由于有了本发明中“VF—STS”控制技术的保障，本发明除了可以履行“通用模式”的“职责”外，最大的优点就是能够降低电力消耗平均25％以上，能基本规避谐波干扰的发生，节约谐波治理费用；由于本混合组网模式首选AC作电源，故对UPS的依赖减小，所以与“通用模式”相比，UPS配置的数量可以减少，从而还具有降低组网设备投资的优点。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的AC/UPS混合组网装置示意图。

图2为本发明一较佳实施例的“1AC+1UPS”模式混合组网装置结构图。

图3为本发明一较佳实施例的“2AC+2UPS”模式混合组网装置结构图。

图4为本发明一较佳实施例的“(AC+N×UPS)×2”模式混合组网装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种AC/UPS混合组网装置及其方法作进一步的详细说明。

如图1所示为一种AC/UPS混合组网装置示意图，其包括：交流电源分配屏；不间断交流电源设备；控制柜。上述控制柜包括进线端口，比较控制电路；驱动电路及高速可控硅阵列开关。

下面结合图1对本发明的方法步骤进行说明。

输入市电，也就是交流电经过AC屏11的空气开关K0分成两路电流(三相)输出，第一路电流经空气开关K1直接送到控制柜13的主电源输入端口a-1；第二路电流则先送到UPS12的电源进线端口，经过UPS12整流、逆变后再转换成三相交流电，然后再输送到控制柜13的副电源输入端口a-2。控制柜13实际为两路三相交流电流电压、频率比较选择控制器，输入该控制柜13的两路电流经过控制柜13内的高速可控硅静态开关的转换，始终可以保证有一路三相交流电流从控制柜13连续输出。由于采用的是高速可控硅，其导通/关断时间非常之短(通常<10mS)，这样就可保证电源切换过程中通信不中断。当交流电转为发电机供电时，本发明技术方案仍然适用。

如图1所示，控制柜13，也称为VF-STS控制柜13如方框部分所示，其工作原理说明如下：第一步，第一路电流(AC-1)经AC屏空气开关K1输送到VF-STS控制柜进线端口a-1，第二路电流(AC-2)经AC屏空气开关K2直接输送到UPS，UPS对输入的交流电进行整流同时向蓄电池充电，接着又将整流后的直流电重新逆变成稳定的三相交流电，并输送到VF-STS控制柜进线端口a-2，作为后备电源等候选择；第二步，比较控制电路15对输入到端口a-1的三相电流进行处理后提取三相电压、工作频率检测信号，然后将该信号与预设基准信号进行对比，如果对比结果满足合格值要求，上述合格值范围为已经预定的，比较控制电路15就向驱动电路16发出控制指令，驱动电路16即按规定的相序驱动高速可控硅阵列开关SW1，接通第一路电流(AC-1)通路，这样就实现了由第一路电源向负载供电的功能。如果对比结果不满足合格值要求，比较控制电路15就向驱动电路16发出控制指令，在断开高速可控硅阵列开关SW1的同时按规定的相序驱动高速可控硅阵列开关SW2，接通第二路电流(AC-2)通路，这样就实现了第二路电流经过UPS向负载的间接供电的功能。由于电路中采用了高速可控硅阵列开关，使切换的时间非常短，VF-STS控制柜13的切换速度完全可以保证在电源切换过程中的通信畅通。

图2所示为本发明一较佳实施例的“1AC+1UPS”混合组网装置结构，1AC表示输入一路三相市电，1UPS表示使用一台UPS电源和一个VF-STS控制柜。AC输入经过AC屏分成两路(三相)输出，第一路直接送到VF-STS控制柜主电源输入端口，第二路则先送到UPS，经UPS转换后再送到VF-STS控制柜副电源输入端口，从上述VF-STS控制柜中输出的电流进入输出分配屏14。该较佳实施例主要适用于只有一路交流电源(三相或单相)输入端口的通信设备和服务器等。由单相交流供电的负载设备在搭电时要均匀分配在输出分配屏的A、B、C各相；由三相交流供电的负载则对应接在输出分配屏的A、B、C各相。

图3所示为本发明一较佳实施例的“2AC+2UPS”模式混合组网装置结构，在实际应用中，很多大型服务器、通信设备都有二路，甚至四路独立的交流供电电源(三相或单相)端口，这种情况下可以采用“(1AC+1UPS)×2”组网模式。这种模式实际上是由2个“1AC+1UPS”组网模式分路并联组合而成，构成两条独立的三相交流供电路由，从而保证有多路交流电源供电端口的通信设备到输入端有两路独立电源通道。该方案主要适用于有两路交流电源(三相或单相)输入端口的通信设备和服务器等。

图4所示为本发明一较佳实施例的“(1AC+N×UPS)×2”模式混合组网装置结构，在该实施例中，可以对其中的UPS实施并机，并机可选择2台乃至多台UPS并机，以加强UPS的抗风险能力，从而形成了“(1AC+N×UPS)×1”或“(1AC+N×UPS)×2”(N为自然数)等衍生组网模式。

按照本发明所述的技术方案，申请人做了针对笔记本电脑、普通台式电脑、电子通信产品使用的模拟试验，实验中的VF—STS采用固态继电器替代，比较驱动电路则采用NE741运算放大器替代，电压变化则采用交流调压器进行模拟，由运放NE741直接驱动固态继电器，UPS选用的是三特1000W产品，试验结果证明仅使用固态继电器作为切换开关就能满足无感觉切换需要，若采用了高速可控硅作静态开关，切换速度还可以提高10倍，因此，可以排除电源闪断。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种AC/UPS混合组网装置，其特征在于包括：

对输入的电流进行分配的AC分配屏；

连接AC分配屏的UPS，该设备将交流电转化为直流电对蓄电池充电同时又把直流电变回交流电；

连接UPS及AC分配屏的控制柜，上述控制柜包括比较控制电路，驱动电路以及与驱动电路和电流通路连接的高速可控硅阵列开关，上述比较控制电路将接收到的信号与预设基准信号进行对比后发出控制指令，上述驱动电路在收到比较控制电路发出的控制指令后控制高速可控硅静态开关，选通相应电流通路，该电流通路是与AC分配屏直接连接的电流通路或与UPS连接的电流通路。

2.根据权利要求1所述的AC/UPS混合组网装置，其特征在于，上述控制柜还包括分别连接AC分配屏和UPS的至少两个进线端口。

3.根据权利要求1所述的AC/UPS混合组网装置，其特征在于，上述AC/UPS混合组网装置中的UPS采用两个或两个以上并联在一起使用。

4.根据权利要求1或3所述的AC/UPS混合组网装置，其特征在于，上述AC/UPS混合组网装置并联组合在一起形成组合型的AC/UPS混合组网装置。

5.根据权利要求4所述的AC/UPS混合组网装置，其特征在于，上述AC/UPS混合组网装置还包括与控制柜连接的输出分配屏。

6.一种使用权利要求1-5中任一项所述装置的混合组网方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将输入的交流电经AC分配屏直接输出成至少两路电流，第一路电流直接输入到控制柜，第二路电流输入到UPS；

步骤一，将输入的交流电经AC分配屏直接输出成至少两路电源，第一路电源直接输入到控制柜，第二路电源输入到UPS；

步骤二，UPS对第二路电流进行整流并向蓄电池充电，再将整流后的直流电逆变成交流电，输送到控制柜作为后备电源；

步骤三，控制柜的比较控制电路对直接输入到控制柜的电流进行处理，并将处理结果与预设基准信号进行对比，如果对比结果满足预定的要求，则接通该第一路电流通路；如果对比结果不满足预定的要求，则在断开第一路电流通路的同时接通第二路电流通路。

7.根据权利要求6所述的混合组网方法，其特征在于，输入的交流电在AC分配屏中经过AC空气开关分配成两路电流，控制柜还包括连接AC分配屏和UPS的至少两个进线端口，第一路电流通过第一进线端口输入到控制柜。

8.根据权利要求7所述的混合组网方法，其特征在于，上述步骤二中，UPS将逆变后得到的交流电流通过第二进线端口输入到控制柜。

9.根据权利要求6所述的混合组网方法，其特征在于，上述步骤三中，比较控制电路对直接输入到控制柜的电流进行处理，至少提取三相电压及工作频率检测信号，然后将上述三相电压及工作频率检测信号与预设基准信号进行对比，并根据对比结果向上述驱动电路发出控制指令，接通第一路电流通路或第二路电流通路。

10.根据权利要求6所述的混合组网方法，其特征在于，上述步骤三中，如果对比结果满足预定要求，比较控制电路向驱动电路发出控制指令，驱动电路按预定的相序驱动第一高速可控硅阵列开关，接通第一路电流通路，由上述第一路电流向负载供电；若上述对比结果不满足预定要求，比较控制电路向驱动电路发出控制指令，在断开第一高速可控硅阵列开关的同时按预定的相序驱动第二高速可控硅阵列开关，接通第二路电流通路，由上述第二路电流经过UPS间接地向负载供电。

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