CN104484004A - 一种在线式ups的控制装置及在线式ups - Google Patents
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Abstract
一种在线式UPS的控制装置及在线式UPS，涉及不间断电源技术领域，控制装置的升压控制装置包括：第一预设装置、升压工作装置、升压停止工作装置和第一检测装置，第一预设装置：设母线基准电压Udc1和母线基准电压Udc2，Udc1大于Udc2；当在线式UPS工作在经济运行模式时调用的第一检测装置：若检测到母线实际电压Udc下降到Udc2，则调用升压器工作装置；若检测到母线实际电压Udc达到Udc1，则调用升压器停止工作装置，当在线式UPS工作于经济运行模式时，通过控制升压器工作一段时间停止一段时间，使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，可将在线式UPS的效率提高1%左右。
Description
技术领域
本发明涉及不间断电源技术领域，特别是涉及一种在线式UPS的控制装置及在线式UPS，其中，在线式UPS的控制装置为计算机程序的虚拟功能模块。
背景技术
国家一直在大力提倡节能环保，UPS作为核心供电设备之一，高效节能是衡量其优劣的一个重要指标。
在线式不间断电源（在线式UPS）正常运行时效率一般在90%左右，部分模块化UPS正常运行时效率可以达到95%。然而，在一些中大功率应用场合，即使是95%的效率，UPS所产生的热量也是很可观的，会给机房的散热系统带来很大的压力，从而增加机房散热系统的成本。
在线式UPS一般包括主电路和旁路，主电路即市电通过逆变器为负载供电。通过主回路为负载供电，且旁路断开的模式称为普通模式，通过旁路为负载供电，且主回路处于待机状态的模式称为经济运行模式。
为了获取更高的效率，可以使在线式UPS工作在经济运行模式。
UPS经济运行模式的工作原理如下：在市电电压质量比较良好的时候，UPS从正常模式自动切换至经济运行模式，此时负载由旁路进行供电，UPS的主电路（整流、升压和逆变电路）处于待机工作状态，逆变电压与旁路电压仍然进行锁相动作，使得两者一直处于同步状态。由于负载电流全部由旁路提供，UPS的主电路处于空载状态，只消耗很少的能量，因此UPS系统的效率得到大大的提高。UPS处于经济运行模式时，其效率可以达到97%，因此UPS经济运行模式可以在一定程度上解决UPS效率低下的问题。
以1000KW的UPS为例，每提升1%的效率，可以每年为机房节约近十万元的电费，另外还能降低机房的散热系统成本。
然而，在线式UPS由AC-DC变换器和DC-AC变换器组成，部分UPS的AC-DC变换器包括整流器和升压器，DC-AC变换器即逆变器。UPS工作在经济运行模式时，整流器、升压器和逆变器均处于待机工作状态，会增加不必要的损耗。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种在线式UPS的控制方法及利用该控制方法的在线式UPS，该控制方法简单易实现，可用于提高在线式UPS的效率，利用该控制方法的在线式UPS的效率更高，节省电费。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种在线式UPS的控制方法，其虚拟的功能模块为一种在线式UPS的控制装置，用于控制在线式UPS，在线式UPS包括旁路电路和主电路，主电路包括升压器和逆变器，所述升压器和逆变器之间接有母线电容，母线电容两端的电压为直流母线电压，本实施例中，所述控制方法包括升压控制步骤，所述升压控制步骤包括
第一预设步骤：预设母线基准电压Udc1和母线基准电压Udc2——所述升压器正常工作时母线电压恒定在Udc1，Udc1大于Udc2；
升压器工作步骤：用于发送升压控制信号从而让升压器工作；
升压器停止工作步骤：用于停止发送升压控制信号从而让升压器停止工作；
当在线式UPS工作在经济运行模式时调用的第一检测步骤：若检测到母线实际电压Udc下降到Udc2，则调用所述升压器工作步骤；若检测到母线实际电压Udc达到Udc1，则调用所述升压器停止工作步骤。
即第一检测步骤通过检测直流母线电压的阀值，让升压器工作一段时间停止一段时间，最终使直流母线电压在Udc1和Udc2之间来回变化，即使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，该控制方法简单易实现，可提高在线式UPS的效率，节省电费。
具体的，所述控制方法还包括逆变控制步骤，所述逆变控制步骤包括
逆变器工作步骤：用于发送逆变控制信号从而让逆变器工作；
逆变器停止工作步骤：用于停止发送逆变控制信号从而让逆变器停止工作；
第二检测步骤：当检测到在线式UPS工作于经济运行模式，则调动所述逆变器停止工作步骤；当检测到在线式UPS需从经济运行模式切换至正常模式，则调动所述逆变器工作步骤。
一种利用上述控制方法的在线式UPS，包括并联的旁路电路和主电路，所述旁路电路包括串接的旁路和静态开关，所述主电路包括依次连接的整流器、所述升压器和逆变器，所述整流器的两个输入端分别接输入正电压和输入负电压，所述升压器通过直流母线与所述逆变器连接，所述逆变器的输出正端和输出负端分别接静态开关和地，所述升压开关设有母线电压采集端和升压控制信号发送端，所述母线电压采集端与直流母线连接；所述升压控制信号发送端与所述升压器连接；所述母线电压采集端采集实时母线电压Udc，若Udc2<Udc<Udc1，则升压控制信号发送端停止发送升压控制信号从而让所述升压器不工作；若Udc≤Udc2，则升压控制信号发送端发送升压控制信号从而让所述升压器工作，通过检测直流母线电压的阀值，让升压器工作一段时间停止一段时间，最终使直流母线电压在Udc1和Udc2之间来回变化，即使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，可提高在线式UPS的效率。
具体的，所述升压器连接有第一控制电路，所述第一控制电路包括依次连接的第一比较器、升压调节器和第一PWM发生器，升压调节器用于调节升压器的输出电压； PWM发生器用于将升压调节器的输出电压转换为PWM信号，所述第一比较器的正输入端为母线基准电压Udc1，所述第一比较器的负输入端为母线实际电压Udc。
工作时，所述母线电压采集端采集母线实时电压Udc，Udc与母线基准电压Udc_ref进行比较后，通过升压调节器进行调节，再通过第一PWM发生器转换为PWM信号，对升压器进行控制，使母线电压最终恒定在Udc1。
具体的，在线式UPS还包括逆变开关，所述逆变开关包括模式采集端和逆变控制信号发送端。
工作时，模式采集端采集UPS的工作模式，若UPS处于经济运行模式，则所述逆变控制信号发送端停止发送逆变控制信号让所述逆变器不工作；若UPS处于正常模式，则所述逆变控制信号发送端发送逆变控制信号让所述逆变器工作。
具体的，所述逆变器连接有第二控制电路，所述第二控制电路包括依次连接的第二比较器、逆变调节器和第二PWM发生器，所述第二比较器的正输入端为逆变基准电压Uo_ref，所述第二比较器的负输入端为逆变实际电压Uo。
工作时，逆变实时电压Uo与逆变基准电压Uo_ref进行比较后，通过逆变调节器进行调节，再通过第二PWM发生器转换为PWM信号，对逆变器进行控制，使逆变电压最终恒定在Uo。
进一步的，所述第二控制电路还包括输入过零检测电路：用于将输入电压Ui转换为方波信号；逆变过零检测电路，用于将逆变电压Uo转换为方波信号；锁相环，用于锁相控制，使逆变电压与旁路电压保持同步；所述输入过零检测电路的输出端和所述逆变过零检测电路的输出端分别与所述锁相环的两个输入端连接，所述锁相环的输出端与所述第二PWM发生器的输入端连接。
其中，所述升压开关和逆变开关集成在一个控制器。
其中，所述升压调节器为PI调节器。
其中，所述逆变调节器为PI调节器。
本发明的在线式UPS，由于采用了以上控制方法，当在线式UPS工作于经济运行模式时，通过检测直流母线电压的阀值，控制升压器工作一段时间停止一段时间，最终使直流母线电压在Udc1和Udc2之间来回变化，即使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，可将在线式UPS的效率提高1%左右，进一步地，通过让逆变器处于休眠状态，可进一步将在线式UPS的效率提高1%左右，也就是总共可以将在线式UPS的效率提高2%左右，大大地节省了电费。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种在线式UPS的第一控制电路的原理示意图。
图2是本发明的一种在线式UPS的第二控制电路的原理示意图。
图3是本发明的一种在线式UPS的结构示意图。
图中包括有：
M——母线电压采集端；
S1——升压控制信号发送端；
N——模式采集端；
S2——逆变控制信号发送端。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1。
本实施例的一种在线式UPS的控制方法，其虚拟的功能模块为一种在线式UPS的控制装置，用于控制在线式UPS，在线式UPS包括旁路电路和主电路，主电路包括升压器和逆变器，所述升压器和逆变器之间接有母线电容，母线电容两端的电压为直流母线电压，本实施例中，所述控制方法包括升压控制步骤，所述升压控制步骤包括
第一预设步骤：预设母线基准电压Udc1和母线基准电压Udc2——所述升压器正常工作时母线电压恒定在Udc1，Udc1大于Udc2；
升压器工作步骤：用于发送升压控制信号从而让升压器工作；
升压器停止工作步骤：用于停止发送升压控制信号从而让升压器停止工作；
当在线式UPS工作在经济运行模式时调用的第一检测步骤：若检测到母线实际电压Udc下降到Udc2，则调用所述升压器工作步骤，使母线实际电压Udc重新回到Udc1；若检测到母线实际电压Udc达到Udc1，则调用所述升压器停止工作步骤。
即通过检测直流母线电压的阀值，让升压器工作一段时间停止一段时间，最终使直流母线电压在Udc1和Udc2之间来回变化，即使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，该控制方法简单易实现，可将在线式UPS的效率提高1%左右。
具体的，所述控制方法还包括逆变控制步骤，所述逆变控制步骤包括
逆变器工作步骤：用于发送逆变控制信号从而让逆变器工作；
逆变器停止工作步骤：用于停止发送逆变控制信号从而让逆变器停止工作；
第二检测步骤：当检测到在线式UPS工作于经济运行模式，则调动所述逆变器停止工作步骤；当检测到在线式UPS需从经济运行模式切换至正常模式，则调动所述逆变器工作步骤。
具体的，作为控制对象的所述逆变器连接有第二控制电路，所述第二控制电路包括依次连接的第二比较器、逆变调节器和第二PWM发生器，所述第二发送装置发送逆变控制信号给第二PWM发生器，则所述逆变器工作，所述第二发送装置停止发送逆变控制信号给所述第二PWM发生器，则所述逆变器不工作。
通过让逆变器处于休眠状态，可进一步将在线式UPS的效率提高1%左右。
也就是通过让升压器处于半休眠状态，逆变器处于休眠状态，总共可以将在线式UPS的效率提高2%左右，大大地节省了电费。
实施例2。
一种利用实施例1所述控制方法的在线式UPS，如图3所示，包括并联的旁路电路和主电路，所述旁路电路包括串接的旁路和静态开关，所述主电路包括依次连接的整流器、所述升压器和逆变器，所述整流器的两个输入端分别接输入正电压和输入负电压，所述升压器通过直流母线与所述逆变器连接，所述直流母线之间接有母线电容，所述逆变器的输出正端和输出负端分别接静态开关和地，所述升压开关设有母线电压采集端M和升压控制信号发送端S1，所述母线电压采集端M与直流母线连接；所述升压控制信号发送端S1与所述升压器连接；所述母线电压采集端M采集实时母线电压Udc，若Udc2<Udc<Udc1，则升压控制信号发送端S1停止发送升压控制信号从而让所述升压器不工作；若Udc≤Udc2，则升压控制信号发送端S1发送升压控制信号从而让所述升压器工作，通过检测直流母线电压的阀值，让升压器工作一段时间停止一段时间，最终使直流母线电压在Udc1和Udc2之间来回变化，即使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，可提高在线式UPS的效率。
具体的，如图1所示，所述升压器连接有第一控制电路，所述第一控制电路包括依次连接的第一比较器、升压调节器和第一PWM发生器，升压调节器用于调节升压器的输出电压； PWM发生器用于将升压调节器的输出电压转换为PWM信号，所述第一比较器的正输入端为母线基准电压Udc1，所述第一比较器的负输入端为母线实际电压Udc。
工作时，Udc与母线基准电压Udc_ref进行比较后，通过升压调节器进行调节，再通过第一PWM发生器转换为PWM信号，对升压器进行控制，使母线电压最终恒定在Udc1。
具体的，在线式UPS还包括逆变开关，所述逆变开关包括模式采集端N和逆变控制信号发送端S2。
工作时，模式采集端N采集UPS的工作模式，若UPS处于经济运行模式，则所述逆变控制信号发送端S2停止发送逆变控制信号让所述逆变器不工作；若UPS处于正常模式，则所述逆变控制信号发送端S2发送逆变控制信号让所述逆变器工作。
具体的，如图2所示，所述逆变器连接有第二控制电路，所述第二控制电路包括依次连接的第二比较器、逆变调节器和第二PWM发生器，所述第二比较器的正输入端为逆变基准电压Uo_ref，所述第二比较器的负输入端为逆变实际电压Uo。
工作时，逆变实时电压Uo与逆变基准电压Uo_ref进行比较后，通过逆变调节器进行调节，再通过第二PWM发生器转换为PWM信号，所述逆变控制信号发送端S2发送逆变控制信号对逆变器进行控制，使逆变电压最终恒定在Uo。
进一步的，如图2所示，所述第二控制电路还包括输入过零检测电路：用于将输入电压Ui转换为方波信号；逆变过零检测电路，用于将逆变电压Uo转换为方波信号；锁相环，用于锁相控制，使逆变电压与旁路电压保持同步；所述输入过零检测电路的输出端和所述逆变过零检测电路的输出端分别与所述锁相环的两个输入端连接，所述锁相环的输出端3与所述第二PWM发生器的输入端3连接。
所述升压开关和逆变开关可以集成在一个控制器，可节省空间。
当升压开关停止发送升压控制信号时，升压器无法保持升压，直流母线电压会缓慢下降，当逆变器处于休眠状态时，由于几乎没有负载消耗直流母线电容上的能量，因此直流母线电压会下降的很慢。
假设额定输出电压的峰值为Uom，输入电压的峰值为Uim，当直流母线电压Udc小于Uom时，逆变器正常工作时逆变电压会出现削顶的现象；当升压器停止工作时，输入电压通过整流器直接灌到母线电容上，此时Udc=Uim；
当Uim小于Uom时，Udc2取值为Uom；当Uim大于Uom时，Udc2取值为Uom；当Uim大于Udc1时，由于升压器的输入电压大于给定电压，因此升压器自动停止工作。
第二控制电路对逆变器的控制，除了保持逆变电压恒定在Uo外，还会保持逆变电压与旁路电压的锁相控制，使逆变电压和旁路电压处于同步状态。
其中，所述升压调节器为PI调节器。
其中，所述逆变调节器为PI调节器。 PI调节器为比例和积分调节器，能消除调节系统的偏差，实现无差调节。
本实施例的在线式UPS，由于采用了实施例1的控制方法，当在线式UPS工作于经济运行模式时，通过检测直流母线电压的阀值，控制升压器工作一段时间停止一段时间，最终使直流母线电压在Udc1和Udc2之间来回变化，即使得升压器在UPS工作于经济运行模式时处于半休眠状态，可将在线式UPS的效率提高1%左右，进一步地，通过让逆变器处于休眠状态，可进一步将在线式UPS的效率提高1%左右，也就是总共可以将在线式UPS的效率提高2%左右，大大地节省了电费。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种在线式UPS的控制装置，用于控制在线式UPS，在线式UPS包括旁路电路和主电路，主电路包括升压器和逆变器，所述升压器和逆变器之间接有直流母线，其特征在于：本控制装置包括升压控制装置，所述升压控制装置包括：
第一预设装置：预设母线基准电压Udc1和母线基准电压Udc2——所述升压器正常工作时母线电压恒定在Udc1，Udc1大于Udc2；
升压器工作装置：用于发送升压控制信号从而让升压器工作；
升压器停止工作装置：用于停止发送升压控制信号从而让升压器停止工作；
当在线式UPS工作在经济运行模式时调用的第一检测装置：若检测到母线实际电压Udc下降到Udc2，则调用所述升压器工作装置；若检测到母线实际电压Udc达到Udc1，则调用所述升压器停止工作装置。
2.如权利要求1所述的一种在线式UPS的控制装置，其特征在于：还包括逆变控制装置，所述逆变控制装置包括：
逆变器工作装置：用于发送逆变控制信号从而让逆变器工作；
逆变器停止工作装置：用于停止发送逆变控制信号从而让逆变器停止工作；
第二检测装置：当检测到在线式UPS工作于经济运行模式时，调用所述逆变器停止工作装置；当检测到在线式UPS需从经济运行模式切换至正常模式时，调用所述逆变器工作装置。
3.一种在线式UPS，包括并联的旁路电路和主电路，所述旁路电路包括串接的旁路和静态开关，所述主电路包括依次连接的整流器、所述升压器和逆变器，所述整流器的两个输入端分别接输入正电压和输入负电压，所述升压器通过直流母线与所述逆变器连接，其特征在于：还包括升压开关，所述升压开关设有母线电压采集端和升压控制信号发送端，所述母线电压采集端与直流母线连接；所述升压控制信号发送端与所述升压器连接；所述母线电压采集端采集实时母线电压Udc，若Udc2<Udc<Udc1，则升压控制信号发送端停止发送升压控制信号从而让所述升压器不工作；若Udc≤Udc2，则升压控制信号发送端发送升压控制信号从而让所述升压器工作。
4.如权利要求3所述的一种在线式UPS，所述升压器连接有第一控制电路，所述第一控制电路包括依次连接的第一比较器、升压调节器和第一PWM发生器，所述第一比较器的正输入端为母线基准电压Udc1，所述第一比较器的负输入端为母线实际电压Udc，其特征在于：所述母线电压采集端采集母线实时电压Udc，Udc与母线基准电压Udc_ref进行比较后，通过升压调节器进行调节，再通过第一PWM发生器转换为PWM信号，对升压器进行控制，使母线电压最终恒定在Udc1。
5.如权利要求3所述的一种在线式UPS，其特征在于：还包括逆变开关，所述逆变开关包括模式采集端和逆变控制信号发送端，模式采集端采集UPS的工作模式，若UPS处于经济运行模式，则所述逆变控制信号发送端停止发送逆变控制信号让所述逆变器不工作；若UPS处于正常模式，则所述逆变控制信号发送端发送逆变控制信号让所述逆变器工作。
6.如权利要求5所述的一种在线式UPS，所述逆变器连接有第二控制电路，所述第二控制电路包括依次连接的第二比较器、逆变调节器和第二PWM发生器，所述第二比较器的正输入端为逆变基准电压Uo_ref，所述第二比较器的负输入端为逆变实际电压Uo，其特征在于：逆变实时电压Uo与逆变基准电压Uo_ref进行比较后，通过逆变调节器进行调节，再通过第二PWM发生器转换为PWM信号，对逆变器进行控制，使逆变电压最终恒定在Uo。
7.如权利要求6所述的一种在线式UPS，其特征在于：所述第二控制电路还包括输入过零检测电路：用于将输入电压Ui转换为方波信号；逆变过零检测电路，用于将逆变电压Uo转换为方波信号；锁相环，用于锁相控制，使逆变电压与旁路电压保持同步；所述输入过零检测电路的输出端和所述逆变过零检测电路的输出端分别与所述锁相环的两个输入端连接，所述锁相环的输出端与所述第二PWM发生器的输入端连接。
8.如权利要求5所述的一种在线式UPS，其特征在于：所述升压开关和逆变开关集成在一个控制器。
9.如权利要求4所述的一种在线式UPS，其特征在于：所述升压调节器为PI调节器。
10.如权利要求6所述的一种在线式UPS，其特征在于：所述逆变调节器为PI调节器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 523808 Guangdong Province, Dongguan City Industrial Road, Songshan Lake Science and Technology Industrial Park No. 6 Patentee after: EAST GROUP CO., LTD. Address before: 523808 Guangdong Province, Dongguan City Industrial Road, Songshan Lake Science and Technology Industrial Park No. 6 Patentee before: Guangdong East Power Co., Ltd. |