CN102629778A - 多制式模块化eps应急电源 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种多制式模块化EPS应急电源，其特征在于，由智能监控模块、可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块和蓄电池组成；所述智能监控模块、可插拔的EPS逆变模块和应急转换模块分别独立设置安装在同一机柜内组成多制式模块化EPS应急电源；所述的应急电源的蓄电池放置在另外的机柜中。本发明的优点在于：该应急电源采用了应急转换模块和多个额定容量的EPS逆变模块所构成，可采用热插拔形成随意进行扩充；同时本发明架构成三相进三相出、三相进单相出、单相进单相出、单相进三相出4种供电电源模式系统；同时所有EPS逆变模块共享内置电池组，亦可安装成电池冗余结构；输出/输入端均有电源平衡分配处理；整机外观为层状结构，体积小，便于移动、运输和放置。

Description

多制式模块化EPS应急电源

技术领域

本发明属于应急电源EPS领域，特别涉及一种多制式模块化EPS（应急电源，Emergency Power Supply）。 

背景技术

如图1所示，目前市面上应用的EPS应急电源就是一台独立的整机，采用的是单机工作模式，使用时需要根据用户供电设备的负载量、供电电源方式中的输入输出参数要求，选择不同功率、不同供电相数的EPS应急电源，当EPS故障损坏时就必须断电维修，这样在维修期间应急供电方式就失去了作用，对用户设备负载的应急供电会造成严重的安全隐患，且用户日后对EPS应急电源容量的扩展非常不便。 

从技术方面及从用户使用角度看，传统EPS机型并不能满足所有用户的供电需求。不同的用户对供电的需求不同如：输入相数、输入电压、输入频率、输出相数、输出电压、输出频率等。所以为了满足用户不同的供电需求，必须有不同的产品以适应不同的客户要求，这样给EPS生产以及用户选择机型带来诸多不便。 

发明内容

本发明的目的是针对现有电话IVR系统技术的不足，提出一种能够在线扩容，可实现多制式供电，热插拔，并联冗余，模块化设计，可同时满足不同输入相数、输入电压、输入频率、输出相数、输出频率等用电参数的要求，且允许用户根据需要及预算进行有效匹配的多制模块化EPS应急电源。 

本发明所述的一种多制式模块化EPS应急电源，包括智能监控模块、可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块和蓄电池；所述智能监控模块、可插拔的EPS逆变模块和应急转换模块分别独立设置安装在同一机柜内组成多制式模块化EPS应急电源；所述的应急电源的蓄电池放置在另外的机柜中；其中， 

所述的可插拔的EPS逆变模块由DC/AC变换单元、AC/DC充电单元、DSP控制单元、制式选择单元及SPI通信单元组成；其中，

所述的DC/AC变换单元从蓄电池组的直流电压输入经三电平电路变换后，再经过电感和电容滤波，然后通过继电器输出到可插拔的EPS逆变模块的输出插座上；AC/DC充电单元由市电或备用电的三相或单相经整流后由电感升压变换成±430VDC左右的电压给蓄电池进行充电，充电电流的大小于由DSP控制单元决定；DSP控制单元由TI公司生产的TI2810芯片为主处理器，由内部程序完成SPWM调制波驱动三电平电路，检测市电或备用电的电压、电流；制式选择单元完成三相输出、单相输出、输出频率、输出电压多种工作制式的选择；SPI通信单元主要通过母线完成与其他可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块、智能监控模块的数据通信和交换；

进一步的，DC/AC变换单元包括缓起动电路、三电平逆变器、逆变器保护电路、本机电流检测单元及隔离驱动单元；其中，

缓起动电路由蓄电池组的直流电压母线输入经过缓启动模块送到BUS电压上，位于EPS逆变模块的直流输入端，用于对直流电压在合闸瞬间对滤波电容产生的大冲击电流，进行预充电，防止损坏接插件及功率器件；三电平逆变器用于放大DSP控制单元送入的驱动信号，完成直流对交流的变换功能，再经过输出的滤波电感与电容滤波电路后再输送到继电器输出到该模块的逆变输出并联母线上；逆变保护单元电路接受DSP控制单元的控制，用于检测三电平逆变单元的过流、过压、过温、过载等信号，实现三电平逆变器中的功率管的异常保护；本机电流检测单元用于检测三电平逆变器的本机输出电流，经电平转换及滤波处理后送入DSP控制单元，完成三电平逆变器本机输出电流的检测功能；隔离驱动单元用于将DSP控制单元发出的三相逆变驱动信号，进行电平转换、电气隔离后，驱动三电平逆变器中的功率管，达到三相逆变功能。

所述的智能监控模块由SPI通信单元、信号采样检测单元、显示装置以及辅助电源单元组成；其中， 

所述的SPI通信单元主要通过母线完成与各可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块之间的数据通信，实现可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块之间数据传递；信号采样检测单元主要是对系统的各输入输出开关量的通断和输出支路开关量的通断以及各支路的负载量的大小进行传送来的数据加以区分、分配，从数据中解码出所需要的各种信号及工作状态参数，以供状态判断和显示使用；显示装置用于完成市电输入和逆变输入的电压、电流、频率、相位参数，完成各可插拔的EPS逆变模块的母线电压、电流及状态信息和参数，以及各可插拔的EPS逆变模块的实时数据的集中显示；辅助电源单元从蓄电池组的直流电压输入以及交流电网或备用电的供电端取得电能进行变换成多组直流低电压供电给给智能监控模块的各单元供电。

所述的应急转换模块由市电输入检测单元、逆变输入检测单元、应急转换单元、数据通信单元和DSP控制单元组成，所述的各单元之间通过母线连接；其中， 

市电输入检测单元用于检测市电输入电压，达到市电电压、频率和相位的好、坏判断，并将市电信号经数据通信单元送到智能监控模块供市电电压显示；逆变输入检测单元用于检测可插拔的EPS逆变模块输出母线的电压送至应急转换模块的电压，完成可插拔的EPS逆变模块的逆变正常与异常的判断；应急转换单元用于完成EPS逆变到市电供电、市电到逆变供电之间的转换功能，当检测市电正常时优先进行市电直通供电，市电异常时转到EPS应急逆变供电；数据通信单元用于完成应急转换模块与智能监控模块的通信和数据交换；模块之间控制母线主要由电线与电平组成，完成各模块状态信号与应急转换模块的同步检测。

本发明所述的一种多制式模块化EPS应急电源的优点在于：该应急电源采用了应急转换模块和多个额定容量的EPS逆变模块所构成，可采用热插拔形成随意进行扩充；本发明允许用户在未来发展方向尚不明确的情况下分阶段进行建设和投资，当用户负载需要增加时，只需根据电力规划阶段性地增加单EPS逆变模块，具有更灵活的机动性及更好的可靠性。同时本发明架构成三相进三相出、三相进单相出、单相进单相出、单相进三相出4种供电电源模式系统，且可设置输出频率为50Hz或60Hz，输出电压110V、120V、220V、230V、240V多种制式；同时所有EPS逆变模块共享内置电池组，亦可安装成电池冗余结构；输出/输入端均有电源平衡分配处理；整机外观为层状结构，体积小，便于移动、运输和放置。 

  

附图说明

图1 一种多制式模块化EPS应急电源结构示意图； 

图2 一种多制式模块化EPS应急电源的拓扑图；

图3一种多制式模块化EPS应急电源的电路结构划分示意图；

具体实施方式

如图2和图3所示，本发明所述的一种多制式模块EPS应急电源，包括智能监控模块1、EPS逆变模块2和应急转换模块3和蓄电池组，所述各模块分别独立设置安装于机柜中。 

所述的智能监控模块1包括SPI通信单元11、信号采样检测单元12、显示装置13、DSP控制单元14、辅助电源单元15；其中， 

SPI通信单元11用于完成智能监模块1与EPS逆变模块2、应急转换模块3之间的数据通信，实现所述各模块之间的数据传递；

信号采样检测单元12由系统的各输入输出开关量的通断和输出支路开关量的通断以及各支路的负载量的大小，进行传送来的数据加以区分、分配，从数据中解码出所需要的各种信号及工作状态参数，以供状态判断和显示使用；

显示装置13用于完成来自DSP控制单元14的有关EPS主要状态信号的指示以及各模块的实时数据的集中显示，完成市电输入和逆变输入的电压、电流、频率、相位等参数，可以是LCD/LED显示器；

DSP控制单元14是整个模块的核心单元，由DSP处理器完成，用于集中管理智能监控模块1所有逻辑判断与操作，完成与各EPS逆变模块2及应急转换模块3的数据交换与控制；

辅助电源单元15由蓄电池组的直流电压输入经过DC/DC变换输入和市电或备用电经过滤波、AC/DC变换至辅助电源单元15，用于给智能监控模块1各单元电路供电。

所述的EPS逆变模块2包括AC/DC充电单元16、逆变电源电路17、DC/AC变换单元18、DSP控制单元19、SPI通信单元20；其中， 

AC/DC充电单元16由市电或备用电的三相或单相经整流后由电感升压变换成±430VDC左右的电压给蓄电池进行充电，充电电流的大小于由DSP控制单元19决定；DSP控制单元19由TI公司生产的TI2810芯片为主处理器，由内部程序完成SPWM调制波驱动三电平电路，检测市电或备用电的电压、电流；制式选择单元完成三相输出、单相输出、输出频率、输出电压多种工作制式的选择； SPI通信单元主要通过母线完成与其他EPS逆变模块、应急转换模块、智能监控模块的数据通信和交换；

逆变电源电路17由蓄电池直流电压输入或市电给蓄电池组的充电直流电压经高频变压器DC/DC降压变换后，产生控制检测单元及EPS单功率模块控制单元所需的各种不同供电电源；

DC/AC变换单元18包括缓起动电路100、三电平逆变器101、逆变器保护电路102、本机电流检测单元103、隔离驱动单元104。

缓起动电路100由蓄电池组的直流电压母线输入经过缓启动模块100送到BUS电压上，位于EPS逆变模块2的直流输入端，用于对直流电压在合闸瞬间对滤波电容产生的大冲击电流，进行预充电，防止损坏接插件及功率器件； 

三电平逆变器101用于放大DSP控制单元19送入的驱动信号，完成直流对交流的变换功能，再经过输出的滤波电感与电容滤波电路后再输送到继电器输出到该模块的逆变输出并联母线上；

逆变保护单元电路102接受DSP控制单元19的控制，用于检测三电平逆变单元101的过流、过压、过温、过载等信号，实现三电平逆变器101中的功率管的异常保护；

本机电流检测单元103用于检测三电平逆变器101的本机输出电流，经电平转换及滤波处理后送入DSP控制单元19，完成三电平逆变器101本机输出电流的检测功能；

隔离驱动单元104用于将DSP控制单元19发出的三相逆变驱动信号，进行电平转换、电气隔离后，驱动三电平逆变器101中的功率管，达到三相逆变功能；

DSP控制单元19包括控制单元电源电路200、逆变模块DSP处理器201、模块制式选择电路202、检测电路203、EPS控制母线204、SPI通信单元205。

其中控制电源电路231将逆变电源电路17所产生的低压直流电压转成DSP控制单元所需的各种不同高精度低压供电电源。 

逆变模块DSP处理器201是整个功率模块的核心单元，由DSP处理器完成，主要完成充电控制、发出逆变驱动SPWM调制波及各单元的控制。 

模块制式选择电路202由用户设定需求的模式，经逆变模块DSP处理器201译码分析需要控制的参数，最后由逆变模块DSP处理器201内部程序控制相应的输出电压、输出相位、输出频率，最后输出逆变驱动信号，经三电平逆变器101逆变后输出正弦波交流电；用户只需在开机前选择好相应的工作方式及输入输出电压频率，逆变模块DSP处理器201在上电初始化时，按用户要求初始化相应数据，输出用户要求的输入输出参数，完成多种工作制式的选择功能； 

检测电路203主要完成逆变输出电压、电流、充电电压、充电电流、温度、风扇转速等控制量的检测，经滤波处理后，送入逆变模块DSP处理器201完成输出电压反馈及均流、充电、过温、风扇调速等的控制。

EPS控制母线204主要由线与电平组成，完成各EPS单功率模块2状态信号的同步检测以及EPS单功率模块与转换模块之间的同步检测。 

SPI通信单元205用于完成EPS单功率模块2与智能监控模块1的数据通信和数据交换； 

所述的应急转换模块3包括辅助电源单元30、市电检测单元31、逆变检测单元32、应急转换单元33、数据通信单元34、DSP控制单元35和模块之间控制母线36。

其中市电检测单元31用于检测市电或备用电的输入电压，达到市电电压、频率和相位的好、坏进行判断，并将市电信号经数据通信单元送到智能监控模块供市电电压显示； 

逆变检测单元32用于检测EPS逆变模块输出母线的电压送至应急转换模块的电压，完成EPS逆变模块的逆变正常与异常的判断；

应急转换单元33用于完成EPS逆变到市电供电、市电到逆变供电之间的转换功能，当检测市电正常时优先进行市电直通供电，市电异常时转到EPS应急逆变供电；

数据通信单元34用于完成应急转换模块与智能监控模块的通信和数据交换；

DSP控制单元36是应急转换模块的核心单元，由DSP处理器完成，主要完成市电检测、逆变检测、应急转换等单元的逻辑判断与信号控制；

模块之间控制母线36主要由线与电平组成，完成各模块状态信号与应急转换模块的同步检测。

其中市电检测单元31用于检测市电或备用电的输入电压，达到市电电压、频率和相位的好、坏进行判断，并将市电信号经数据通信单元送到智能监控模块供市电电压显示； 

本发明所述的多制式模块化EPS应急电源可分为两种工作状态，具体的工作原理如下：

第一种工作状态：常态

交流输入电压经 “市电或备用电输入电压并联母线” 传送至智能监控模块1、EPS逆变模块2、应急转换模块3；同时蓄电池输入电压经“蓄电池电压并联母线”输入送至智能监控模块1与EPS逆变模块2。其中应急转换模块3接收到三相或单相交流电压后经辅助电源30变换成低压直接供应急转换模块内的各路电源使用。应急转换模块中的DSP处理器接收到辅助电源30的电源后开始先复位，市电检测单元31将检测到的市电或备用电的输入电压、频率、相位等数据传送到DSP控制单元35，由DSP控制单元35的DSP处理器执行初始化操作，初始化完成后，发送开通应急转换模块内的市电直通变换器，此时的交流输出电压与交流输入电压相等，EPS应急电源处于直通工作状态，也称之为常态工作状态。当EPS逆变模块2接收到“蓄电池电压并联母线”上的电压后，由逆变电源电路17产生本模块所需的各路供电低压直流电源，EPS逆变模块2中的DSP控制单元19有电源供电后开始复位，DSP控制单元19的DSP处理器执行程序初始化操作，初始化完成后，由DSP控制单元19中的检测电路203输送的数据进行运算，当接收到“市电或备用电输入电压并联母线”上的电压后先开通AC/DC充电单元16，同时，对并闻在正、负直流母的蓄电池进行充电，当充电状态正常后由DSP控制单元19中的DSP处理器201发出DC/AC变换单元18的驱动SPWM调制波形，这时三电平变换单元18输出三相或单相交流电压送到输出电压并联母线上与其他EPS逆变模块2并联工作。输出电压并联母线的交流电压，送到应急转换模块3的逆变输入端，在线等待市电或备用电出现故障时由应急转单元33进行自动转换供电输出，为负载提供电能。

第二种工作状态：应急状态 

当市电或备用电输入电压中断或异常故障时，EPS逆变模块2中的AC/DC充电单元16将停止工作，此时由于电池并联于正、负直流母线，所以EPS逆变模块2中的DC/AC变换单元18电路一直有直流电压提供，继续逆变成交流电压供于应急转换模块3中，在市电或备用电输入中断后，有DSP控制单元36判断后由应急转换单元33自动转为逆变应急供电状态，其输出的交流电直接由蓄电池组提供能量给负载供电。

其它情况与市电或备用电正常情况一样，经DC/AC变换单元18产生的交流电压送到输出电压并联母线，然后送到应急转换模块3的逆变输入端，经应急转换单元33后送到EPS输出，为负载提电能。当输出为单相时，需将EPS输出的三相火线短接。 

智能监控模块1用于整机的状态、运行参数的显示，用户对整机的操作也是通过智能监控模块1来完成后，EPS逆变模块2和应急转换模块3的运行状态和实时参数，通过其数据通信传送至智能监控模块1，SPI通信单元11在信号传输单元采用了差分传输方式，可以提高通信的。 

Claims (3)

1.一种多制式模块化EPS应急电源，其特征在于，由智能监控模块、可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块和蓄电池组成；所述智能监控模块、可插拔的EPS逆变模块和应急转换模块分别独立设置安装在同一机柜内组成多制式模块化EPS应急电源；所述的应急电源的蓄电池放置在另外的机柜中；其中：

所述的智能监控模块由SPI通信单元、信号采样检测单元、显示装置以及辅助电源单元组成；其中，

所述的SPI通信单元主要通过母线完成与各可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块之间的数据通信，实现可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块之间数据传递；信号采样检测单元主要是对系统的各输入输出开关量的通断和输出支路开关量的通断以及各支路的负载量的大小进行传送来的数据加以区分、分配，从数据中解码出所需要的各种信号及工作状态参数，以供状态判断和显示使用；显示装置用于完成市电输入和逆变输入的电压、电流、频率、相位参数，完成各可插拔的EPS逆变模块的母线电压、电流及状态信息和参数，以及各可插拔的EPS逆变模块的实时数据的集中显示；辅助电源单元从蓄电池组的直流电压输入以及交流电网或备用电的供电端取得电能进行变换成多组直流低电压供电给给智能监控模块的各单元供电；

所述的可插拔的EPS逆变模块由DC/AC变换单元、AC/DC充电单元、DSP控制单元、制式选择单元及SPI通信单元组成；其中，

所述的DC/AC变换单元从蓄电池组的直流电压输入经三电平电路变换后，再经过电感和电容滤波，然后通过继电器输出到可插拔的EPS逆变模块的输出插座上；AC/DC充电单元由市电或备用电的三相或单相经整流后由电感升压变换成±430VDC左右的电压给蓄电池进行充电，充电电流的大小于由DSP控制单元决定；DSP控制单元由TI公司生产的TI2810芯片为主处理器，由内部程序完成SPWM调制波驱动三电平电路，检测市电或备用电的电压、电流；制式选择单元完成三相输出、单相输出、输出频率、输出电压多种工作制式的选择；SPI通信单元主要通过母线完成与其他可插拔的EPS逆变模块、应急转换模块、智能监控模块的数据通信和交换；

所述的应急转换模块由市电输入检测单元、逆变输入检测单元、应急转换单元、数据通信单元和DSP控制单元组成，所述的各单元之间通过母线连接；其中，

市电输入检测单元用于检测市电输入电压，达到市电电压、频率和相位的好、坏判断，并将市电信号经数据通信单元送到智能监控模块供市电电压显示；逆变输入检测单元用于检测可插拔的EPS逆变模块输出母线的电压送至应急转换模块的电压，完成可插拔的EPS逆变模块的逆变正常与异常的判断；应急转换单元用于完成EPS逆变到市电供电、市电到逆变供电之间的转换功能，当检测市电正常时优先进行市电直通供电，市电异常时转到EPS应急逆变供电；数据通信单元用于完成应急转换模块与智能监控模块的通信和数据交换；模块之间控制母线主要由电线与电平组成，完成各模块状态信号与应急转换模块的同步检测。

2.如权利要去1所述的一种多制式模块化EPS应急电源，其特征在于，DC/AC变换单元包括缓起动电路、三电平逆变器、逆变器保护电路、本机电流检测单元及隔离驱动单元；其中，

缓起动电路由蓄电池组的直流电压母线输入经过缓启动模块送到BUS电压上，位于EPS逆变模块的直流输入端，用于对直流电压在合闸瞬间对滤波电容产生的大冲击电流，进行预充电，防止损坏接插件及功率器件；三电平逆变器用于放大DSP控制单元送入的驱动信号，完成直流对交流的变换功能，再经过输出的滤波电感与电容滤波电路后再输送到继电器输出到该模块的逆变输出并联母线上；逆变保护单元电路接受DSP控制单元的控制，用于检测三电平逆变单元的过流、过压、过温、过载等信号，实现三电平逆变器中的功率管的异常保护；本机电流检测单元用于检测三电平逆变器的本机输出电流，经电平转换及滤波处理后送入DSP控制单元，完成三电平逆变器本机输出电流的检测功能；隔离驱动单元用于将DSP控制单元发出的三相逆变驱动信号，进行电平转换、电气隔离后，驱动三电平逆变器中的功率管，达到三相逆变功能。

3.如权利要去1所述的一种多制式模块化EPS应急电源，其特征在于，可插拔的EPS逆变模块中设有制式选择部分，其架构成三相进三相出、三相进单相出、单相进单相出、单相进三相出4种供电电源模式系统，且可设置输出频率为50Hz或60Hz，输出电压110V、120V、220V、230V、240V多种制式。

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