CN104508942A - 电源系统 - Google Patents

Abstract

电源系统(101)包括相对于负载(5)并行地设置的多个不间断电源装置(10、20)。多个不间断电源装置(10、20)分别包括：向负载(5)供电并具有比负载(5)的容量要大的容量的供电部(12、22)；以及设置在供电部(12、22)与负载(5)之间的开关(14、24)。电源系统(101)还包括控制部(19、29)，该控制部(19、29)从多个不间断电源装置(10、20)中选择第一电源装置(10)，并将第一电源装置(10)的开关(14)设定为导通状态。

Description

电源系统

技术领域

本发明涉及一种电源系统。本发明尤其涉及具备多个电源装置的电源系统。

背景技术

不间断电源装置用于防止对负载的供电发生中断。为了扩充容量并提高可靠性，目前提出了一种具备彼此并联连接至负载的多个不间断电源装置的电源系统。

例如日本专利特开2009-100618号公报(专利文献1)公开了用于对多个不间断电源装置进行并行控制的方法。具体而言，根据该不间断电源装置应当提供给负载的电流来控制各个不间断电源装置的输出电流和输出电压。

例如日本专利特开2005-33890号公报(专利文献2)公开了包含多个不间断电源装置的系统的控制方法。各个不间断电源装置包括同步控制电路。同步控制电路将来自商用电源的电压转换为电流。当在多个不间断电源装置之间产生电源电压的相位差的情况下，基于其电流来生成用于修正输出电压的基准电压。各个不间断电源装置根据该基准电压对其输出电压进行修正。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009－100618号公报

专利文献2：日本专利特开2005－33890号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

上述系统以多个不间断电源装置并行动作为前提而构成。因此，即使在能仅利用一台不间断电源装置向负载供电的情况下，多个不间断电源装置也会并行动作。使多个不间断电源装置并行动作可能会导致系统效率降低。

本发明的目的在于使具备多个不间断电源装置的电源系统的效率提高。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的一个方面所涉及的电源系统包括相对于负载并行地设置的多个不间断电源装置。多个不间断电源装置分别包括供电部和开关。供电部构成为向负载供电，并具有比负载的容量要大的容量。开关设置在供电部与负载之间。电源系统还包括控制部，该控制部从多个不间断电源装置中选择一个电源装置，并将该电源装置的开关设定为导通状态。

发明效果

本发明的目的在于使具备多个不间断电源装置的电源系统的效率提高。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的电源系统的结构的框图。

图2是用于对不间断电源装置10、20正常时的电源系统101的动作进行说明的图。

图3是用于对不间断电源装置10发生异常时的电源系统101的动作进行说明的图。

图4是表示实施方式1的电源系统的比较例的结构的图。

图5是表示本发明实施方式2的电源系统的结构的框图。

图6是表示本发明实施方式3的电源系统的结构的框图。

图7是表示本发明实施方式4的电源系统的结构的框图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对图中相同或相当的部分附加相同的标号，且不重复其说明。

[实施方式1]

图1是表示本发明实施方式1的电源系统的结构的框图。参照图1，电源系统101包括不间断电源装置10、20。不间断电源装置10、20相对于负载5并行地设置。负载5为交流负载。

不间断电源装置10、20具有彼此相同的结构。下面，以不间断电源装置10的结构为代表进行说明。不间断电源装置10包括整流器电路11、逆变器电路12、电容器13、开关14、电压传感器15、电流传感器16、直流电源17、直流转换电路18、以及控制电路19。

整流器电路11将来自交流电源1的交流功率转换为直流功率。逆变器电路12将直流功率转换为交流功率。电容器13对输入至逆变器电路12的直流功率进行平滑处理。

开关14由控制电路19来控制。若开关14导通，则逆变器电路12与负载5电连接。

电压传感器15对逆变器电路12的输出电流进行检测。电压传感器15将表示其检测电压V的信号发送至控制电路19。电流传感器16对逆变器电路12的输出电流进行检测。电流传感器16将表示其检测电流I的信号发送至控制电路19。

直流电源17例如是蓄电池。直流电源17在交流电源1停电的情况下向逆变器电路12提供直流功率。在由交流电源1提供交流电时，直流电源17对从整流器电路11输出的直流功率的一部分进行存储。直流转换电路18对直流电源17的电压与逆变器电路12的输入电压进行相互转换。

控制电路19对开关14进行控制。而且，控制电路19基于电压传感器15的检测电压值和电流传感器16的检测电流值对逆变器电路12进行控制。控制电路19还可对整流器电路11进行控制。

在开关14导通的状态下，控制电路19判断检测电压值和检测电流值是否均正常。在上述检测电压值和检测电流值中的至少一方发生异常的情况下，控制电路19使开关14断开。控制电路19还监视整流器电路11以及逆变器电路12的状态。在整流器电路11和逆变器电路12中的至少一个发生异常的情况下，控制电路19也使开关14断开。

不间断电源装置20包括整流器电路21、逆变器电路22、电容器23、开关24、电压传感器25、电流传感器26、直流电源27、直流转换电路28、以及控制电路29。各要素的功能与不间断电源装置10的对应要素的功能相同，因此下文不再赘述。另外，本实施方式中，整流器电路21与交流电源2相连接。

控制电路19、29构成本发明的“控制部”。根据图1所示的结构，对每个不间断电源装置均配置有控制电路。控制电路19与控制电路29相互进行通信。控制电路19与控制电路29之间共享与开关14、24各自的状态相关的信息。控制电路19、29也可整合成一个控制电路。

图2是用于对不间断电源装置10、20正常时的电源系统101的动作进行说明的图。参照图2，控制电路19、29选择不间断电源装置10、20中的不间断电源装置10来作为应向负载5供电的电源装置。例如，可以根据初始设定，在电源系统101启动时选择不间断电源装置10。在该情况下，首先，不间断电源装置10、20均启动。接着，控制电路19使开关14导通。若开关14导通，则逆变器电路12与负载5电连接。由此，不间断电源装置10变为工作状态。即，不间断电源装置10向负载5供电。

控制电路29使开关24保持断开。不间断电源装置20实际上不向负载5供电。然而，不间断电源装置20始终在保持能向负载5供电的状态下待机。本说明书中将该状态称为“待机状态”。

控制电路19生成用于控制逆变器电路12的电压指令值和电流指令值。电压传感器15的检测电压值和电流传感器16的检测电流值被反馈至控制电路19。控制电路19基于电压指令值与检测电压值之间的差分、以及电流指令值与检测电流值之间的差分，生成用于控制逆变器电路12的控制信号。控制电路19将该控制信号发送给逆变器电路12。另外，对于逆变器电路12的控制例如能使用PWM(脉宽调制)等公知的控制方式。

逆变器电路12的容量大于负载5的容量。

因此，能仅通过逆变器电路12向负载5提供交流电。整流器电路11的容量根据逆变器电路12的容量来决定。

控制电路19判断不间断电源装置10是否正常。具体而言，控制电路19判断检测电压值与检测电流值是否均正常。另外，控制电路19判断整流器电路11以及逆变器电路12是否均正常。在检测电流值与检测电压值均正常、且整流器电路11与逆变器电路12均正常的情况下，控制电路19使不间断电源装置10持续动作。

图3是用于对不间断电源装置10发生异常时的电源系统101的动作进行说明的图。参照图3，在电压传感器15的检测电压值与电流传感器16的检测电流值的至少一个发生异常的情况下，控制电路19使开关14断开。例如，在逆变器电路12的输出电压产生失真、或者逆变器电路12的输出电流产生急剧变化的情况下，检测电流值以及电流传感器16的检测电流值的至少一个可能发生了异常。在这种情况下，控制电路19使开关14断开。或者，在整流器电路11和逆变器电路12中的至少一个发生异常的情况下，控制电路19使开关14断开。控制电路19将表示开关14处于断开状态的信息发送至控制电路29。

控制电路29基于来自控制电路19的信息将开关24设定为导通状态。因此，不间断电源装置20变为工作状态。即，由不间断电源装置20代替不间断电源装置10向负载5供电。逆变器电路22的容量在负载5的容量以上。因此，能仅通过逆变器电路22向负载5供电。优选为以对负载5的供电不中断的方式来控制开关14、24。

图4是表示实施方式1的电源系统的比较例的结构的图。参照图4，电源系统101A包括不间断电源装置10A、20A。不间断电源装置10A包括逆变器电路12A。逆变器电路12A由控制电路19A来控制。不间断电源装置20A包括逆变器电路22A。逆变器电路22A由控制电路29A来控制。逆变器电路12A、22A各自的容量比负载5的容量小。为了向负载5供电而使不间断电源装置10A、20A并行地运行。不间断电源装置10A、20A的其它部分的结构与不间断电源装置10、20的对应部分的结构相同。

由不间断电源装置10A、20A这两者向负载5提供交流功率。对逆变器12A和逆变器22A进行控制，以使得交流功率的有效值以及相位在逆变器电路12A与逆变器电路22A之间同步。然而，可能会因为例如逆变器电路12A、22A的输出路径中包含的阻抗分量等主要因素，导致逆变器电路12A的输出电压与逆变器电路22A的输出电压之间产生相位差。由于该相位差会导致在逆变器电路12A、22A之间产生横流电流。如图4所示，例如横流电流7从逆变器电路12A流出，并输入到逆变器电路22A的交流侧。在产生横流电流7的情况下，流过逆变器电路12A、22A的电流会增加。因此，电源系统101A的损耗会增加。

为了抑制横流电流，电源系统101A具备电流传感器3、4。电流传感器3配置在不间断电源装置10A与负载5之间的电流路径上。电流传感器4配置在不间断电源装置20A与负载5之间的电流路径上。即，对每个不间断电源装置均设置有电流传感器。控制电路19A接受由电流传感器3检测出的电流值。控制电路29A接受由电流传感器4检测出的电流值。控制电路19A、29A分别基于由对应的电流传感器所发送的电流值来生成用于抑制横流电流的电流指令值。

根据图4所示的结构，需要在不间断电源装置与负载5之间设置电流传感器。而且，控制电路19A、29A各自需要运算用于抑制横流电流的电流指令值。

与此相对地，根据实施方式1，从不间断电源装置10、20中选择了一个不间断电源装置(例如不间断电源装置10)。该选择出的不间断电源装置的开关被设定为导通状态。另一不间断电源装置(例如不间断电源装置20)的开关被设定为断开状态。由因为由单独的不间断电源装置向负载5供电，因此实质上不会产生横流电流。

因此，无需用于抑制横流电流的结构。即，无需图4所示的电流传感器3、4。由于不需要电流传感器3、4，因此能降低电源系统的成本。而且，由于也不需要用于抑制横流电流的控制，因此能简化由控制电路19、29所进行的控制。

另外，根据实施方式1，在不间断电源装置10动作过程中、电压传感器15的检测电压值与电流传感器16的检测电流值中的至少一个发生了异常的情况下，选择不间断电源装置20。或者，在不间断电源值10动作过程中、逆变器电路12与整流器电路11中的至少一个发生了异常的情况下，选择不间断电源装置20。在该情况下，不间断电源装置10的开关14被设定为断开状态，不间断电源装置20的开关24被设定为导通状态。在不间断电源装置10中发生了异常的情况下，由不间断电源装置20向负载5供电。因此能继续向负载5供电。

另外，在以上说明中，最初由不间断电源装置10向负载5供电。然而，也可以最初由不间断电源装置20向负载5供电。根据上述结构，在不间断电源装置20发生异常时，由不间断电源装置10代替不间断电源装置20向负载5供电。

[实施方式2]

图5是表示本发明实施方式2的电源系统的结构的框图。参照图1和图5，电源系统102与电源系统101的不同之处在于省略了直流转换电路18、28。输入到逆变器电路12的直流功率的电压与直流电源17的电压大致相同。同样地，输入到逆变器电路22的直流功率的电压与直流电源27的电压大致相同。因此，能省略直流转换电路18、28。

电源系统102的其他部分的结构与电源系统101的对应部分的结构相同，因此下文不再赘述。根据实施方式2，能获得与实施方式1相同的效果。

[实施方式3]

图6是表示本发明实施方式3的电源系统的结构的框图。参照图1和图6，电源系统103与电源系统101的不同之处在于不间断电源装置10、20与交流电源1公共连接。根据实施方式3，能获得与实施方式1相同的效果。

另外，在输入到逆变器电路12的直流功率的电压与直流电源17的电压大致相同的情况下，也可以从不间断电源装置10中省略直流转换电路18。同样地，在输入到逆变器电路22的直流功率的电压与直流电源27的电压大致相同的情况下，也可以从不间断电源装置20中省略直流转换电路28。

[实施方式4]

图7是表示本发明实施方式4的电源系统的结构的框图。参照图7，电源系统104包括三个以上的不间断电源装置。各个不间断电源装置的结构与图1或图5所示的结构相同。不间断电源装置10、20、...、N可以与公共的交流电源相连接。或者，不间断电源装置10、20、...、N也可以与单独的交流电源相连接。

从不间断电源装置10、20、...、N中选择一个不间断电源装置。该选择出的不间断电源装置的开关被设定为导通状态。其余的不间断电源装置由各个不间断电源装置的控制电路来设定为非工作状态。具体而言，开关被设定为断开状态。

在一个实施方式中，电源系统104按以下方式动作。预先对多个不间断电源装置分配与工作相关的顺序。控制电路根据该顺序使对应的不间断电源装置从非工作状态切换到待机状态、工作状态。“非工作状态”是指例如不对不间断电源装置接通电源的状态。

例如在电源系统104启动时，将不间断电源装置10的控制电路将开关设定为导通状态。不间断电源装置20处于待机状态。不间断电源装置10、20以外的不间断电源装置由控制电路来设定为非工作状态。

因不间断电源装置10的异常，使得不间断电源装置10的开关被断开，且不间断电源装置20的开关被导通。由于不间断电源装置20的开关被导通，因而选择了下一个不间断电源装置(例如不间断电源装置N)。被选择的不间断电源装置的控制电路将其不间断电源装置设定为待机状态。另外，上述控制是一个示例，也可以是在不间断电源装置10处于工作状态时，其余的不间断电源装置均处于待机状态。

如利用实施方式1所说明的那样，为了执行用于抑制横流电流的控制，需要对每个不间断电源装置均设置电流传感器。随着不间断电源装置数量的增加，电流传感器的数量也会增加。根据实施方式4，无需进行用于抑制横流电流的控制。因此，根据实施方式4，与多个不间断电源装置并行运行的情况相比，能显著地降低电源系统的成本，并能显著地简化电源系统的控制。

本次公开的实施方式的所有内容应当被认为是用于例示而非用于限制。本发明的范围由权利要求的范围来表示，而并非由上述实施方式的说明来表示，此外，本发明的范围还包括与权利要求的范围等同的含义及范围内的所有变更。

标号说明

1、2 交流电源

3、4、16、26 电流传感器

5 负载

7 横流电流

10、20、10A、20A、N 不间断电源装置

11、21 整流器电路

12、12A、22、22A 逆变器电路

13、23 电容器

14、24 开关

15、25 电压传感器

17、27 直流电源

18、28 直流转换电路

19、19A、29、29A 控制电路

101、101A、102、103、104 电源系统。

Claims (4)

1.一种电源系统，其特征在于，

包括相对于负载(5)并行地设置的多个不间断电源装置(10、20、N)，

所述多个不间断电源装置(10、20、N)分别包括：

供电部(12、22)，该供电部(12、22)构成为向所述负载(5)供电，并具有比所述负载(5)的容量要大的容量；以及

开关(14、24)，该开关(14、24)设置在所述供电部(12、22)与所述负载(5)之间，

还包括控制部(19、29)，该控制部(19、29)从所述多个不间断电源装置(10、20、N)中选择第一电源装置(10)，并将所述第一电源装置(10)的所述开关(14)设定为导通状态。

2.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，

所述负载(5)是交流负载，

所述供电部(12、22)是将直流功率转换为交流功率的逆变器电路，

所述多个不间断电源装置分别包括：

对所述逆变器电路的输出电压进行检测的电压传感器(15、25)；以及

对所述逆变器电路的输出电流进行检测的电流传感器(16、26)，

所述控制部(19、29)基于所述第一电源装置(10)的所述电压传感器(15)的检测电压值以及所述第一电源装置(10)的所述电流传感器(16)的检测电流值来控制所述第一电源装置(10)的所述逆变器电路(12)，在所述检测电压值和所述检测电流值中的至少一个发生了异常的情况下，将所述第一电源装置(10)的所述开关(14)设定为断开状态，并将所述多个不间断电源装置(10、20、N)中的第二电源装置(20)的所述开关(24)设定为导通状态。

3.如权利要求2所述的电源系统，其特征在于，

所述多个不间断电源装置(10、20、N)还分别包括：

整流器电路(11、21)，该整流器电路(11、21)将来自交流电源的交流功率转换为所述直流功率，并向所述逆变器电路提供所述直流功率，

所述控制部(19、29)在检测到所述第一电源装置(10)的所述整流器电路(11、21)和所述逆变器电路中的至少一个发生了异常的情况下，选择所述多个不间断电源装置(10、20、N)中的所述第二电源装置(20)。

4.如权利要求3所述的电源系统，其特征在于，

所述多个不间断电源装置(10、20、N)还包括第三电源装置(N)，

所述控制部(19、29)在所述第一电源装置(10)工作时将所述第三电源装置(N)设定为非工作状态，在所述第二电源装置(20)工作时，将所述第三电源装置(N)设定为待机状态。