CN106410952B - 一种多模式ups的无缝切换控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模式UPS的无缝切换控制方法,主要包括交流电输入-逆变器工作模式、旁路工作模式、储能电池-逆变器工作模式和储能电池-整流器工作模式这四种工作模式之间的切换控制,UPS正常情况运行于交流电输入-逆变器工作模式;当逆变器损坏,UPS切换到旁路模式;当交流电输入故障,UPS切换到储能电池-逆变器工作模式;当逆变器和交流电输入都故障,UPS切换到储能电池-整流器工作模式。本发明使得UPS在不同故障发生时,能够切换到不同的运行模式,保证供电不中断,特别是能够使得UPS在PWM逆变器过温、器件损坏等故障和交流电输入故障同时出现的情况下,能够继续稳定运行为负载可靠供电。
Description
技术领域
本发明涉及UPS的运行模式切换控制领域,特别是一种多模式UPS的无缝切换控制方法。
背景技术
UPS(Uninterruptable Power Supply),即不间断电源,广泛应用于可靠供电的场合,如控制设备及其紧急保护系统、应急照明、系统网络系统、医疗系统、消防安全报警系统等场合。为了减小交流输入电流畸变和提高整流器的功率因数,在线式UPS的整流器常采用IGBT三相半桥电路结构,将PWM技术引入到该整流器中,且整流器装上输出电压测量系统,可以实现能量的双向流动,能量可双向流动的可逆PWM整流器不仅体现出AC/DC的整流特性,而且还可以呈现出DC/AC的无源逆变特性。UPS的主要优点,在于它的不间断供电能力,当交流电输入故障时,UPS的储能电池可以通过DC/DC变换器、PWM逆变器向负载供电;当PWM逆变器故障时,交流电输入可通过静态旁路开关向负载供电。但是当交流电输入故障和PWM逆变器故障同时发生的情况下,目前的UPS无法继续向负载供电。
通常在线式UPS无论是在交流电输入正常情况下还是非正常情况下,PWM逆变器都时时刻刻在运行,因此在UPS系统中PWM逆变器容易出现故障。在恶劣高温环境下或者由于UPS维护不到位导致散热系统的散热性能下降,PWM逆变器容易出现过温保护,而导致PWM逆变器停止运行。而PWM逆变器在UPS中又扮演者举足轻重的角色,因此防止UPS因PWM逆变器故障或过温而出现供电中断的现象是提高UPS可靠供电的重要研究方向。目前为了提高负载的供电可靠性,通常采用UPS并联冗余的结构,当一台UPS故障了,冗余的UPS迅速接入。但是该种方法大大提高了系统的成本,且不能提高单台UPS的供电可靠性。因此需要一种新的控制方法,在控制成本的基础上提高单台UPS的供电可靠性,使得UPS在PWM逆变器和交流电输入同时故障时能继续向负载供电。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提出一种多模式UPS的无缝切换控制方法,能有效克服PWM逆变器过温或故障的压力,延长UPS的供电时间,使得在交流电输入故障和PWM逆变器故障同时发生时,UPS不会立刻停止供电。
本发明所采用的技术方案是:一种多模式UPS的无缝切换控制方法,适用于多模式UPS系统;所述多模式UPS系统包括交流电输入、交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器、静态旁路开关、充电器、储能电池、DC/DC变换器、负载;所述交流电输入、交流电输入开关、PWM整理器、PWM逆变器、负载依次连接;所述静态旁路开关两端分别接在PWM整流器输入端和PWM逆变器输出端;所述充电器、储能电池、DC/DC变换器依次连接,充电器的输入端接在交流电输入开关的输出端,DC/DC变换器的输出端接在PWM整流器的输出端;所述PWM整流器和所述PWM逆变器都采用完全相同的IGBT三相半桥电路结构。本控制方法特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:检测UPS的PWM逆变器温度T,当PWM逆变器温度T大于高温阈值Tmax,置Sinv为1,否则置零,Tmax的取值范围为75℃~90℃,检测UPS的PWM逆变器的故障信息并置故障标志位Sinv,有故障置1,无故障置0,采样交流电输入线电压有效值Uin,当交流电输入线电压有效值Uin小于低压阈值Umin或大于高压阈值Umax时,置Sin为1,否则置零,Umin的取值范围为Kmin*Unom,Unom为交流电输入电压额定有效值,Kmin取值范围为0.5~0.7,Umax的取值范围为Kmax*Unom,Kmax取值范围为1.2~1.4;
步骤S2:根据标志位Sinv和Sin的状态来切换UPS的运行模式,若Sinv=0,且Sin=0则进入步骤S3,若Sinv=1,且Sin=0则跳过S3,进入步骤S4,若Sinv=0,且Sin=1则跳过S3、S4,进入步骤S5,若Sinv=1,且Sin=1则跳过S3、S4、S5,进入步骤S6;
步骤S3:此时UPS的交流电输入和PWM逆变器都正常,UPS继续运行于或者切换到交流电输入-逆变器工作模式,该模式下,交流电输入开关闭合,交流电输入经交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器向负载供电,静态旁路开关断开,DC/DC变换器不工作;
步骤S4:此时UPS的PWM逆变器故障、交流电输入正常,UPS继续运行于或者切换到旁路工作模式,该模式下,逆变器因故障退出运行,交流电输入开关闭合,静态旁路开关闭合,交流电输入经交流电输入开关、静态旁路开关向负载供电,DC/DC变换器不工作;
步骤S5:此时UPS的PWM逆变器正常、交流电输入故障,UPS继续运行于或者切换到储能电池-逆变器工作模式,该模式下,交流电输入开关断开,静态旁路开关断开,储能电池经DC/DC变换器、PWM逆变器向负载供电,在该模式下PWM整流器进行预处理:PWM整流器的程序切换为逆变程序,其逆变输出电压与负载的电压相位、频率和幅值保持一致,而当PWM逆变器出现故障时,PWM整流器可以瞬时投入代替PWM逆变器随时准备进入到逆变工作状态;
步骤S6:此时UPS的PWM逆变器故障、交流电输入故障,UPS继续运行于或者切换到储能电池-整流器工作模式,该模式下,交流电输入开关断开,静态旁路开关闭合,储能电池经DC/DC变换器、PWM整流器向负载供电。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:本发明提供了一种多模式UPS的无缝切换控制方法,当故障发生时,UPS可以快速无缝切换到不同的状态,特别是当PWM逆变器和交流电输入同时发生故障时,UPS可以切换储能电池-整流器工作模式,保证可靠向负载供电,在有效控制成本的基础上,提高了单台UPS的供电可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例UPS系统结构及运行模式图;
图2为本发明一实施例UPS不同运行模式切换图;
图3为本发明一实施例UPS多种模式无缝切换的工作流程示意图。
具体实施方式
如图1所示,为本发明一实施例UPS系统结构及运行模式图,UPS系统结构包括交流电输入、交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器、静态旁路开关、充电器、储能电池、DC/DC变换器、负载;所述交流电输入、交流电输入开关、PWM整理器、PWM逆变器、负载依次连接;所述静态旁路开关两端分别接在PWM整流器输入端和PWM逆变器输出端;所述充电器、储能电池、DC/DC变换器依次连接,充电器的输入端接在交流电输入开关的输出端,DC/DC变换器的输出端接在PWM整流器的输出端;所述PWM整流器和所述PWM逆变器都采用完全相同的IGBT三相半桥电路结构。UPS系统包括四种运行模式,1、交流电输入-逆变器工作模式:交流电输入经交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器向负载供电;2、旁路工作模式:交流电输入经交流电输入开关、静态旁路开关向负载供电;3、储能电池-逆变器工作模式:储能电池经DC/DC变换器、PWM逆变器向负载供电;4、储能电池-整流器工作模式:储能电池经DC/DC变换器、PWM整流器、静态旁路开关向负载供电。
如图2所示,为本发明一实施例UPS不同运行模式切换图,图中,①代表:PWM逆变器故障;②代表:PWM逆变器恢复正常;③代表:交流电输入故障;④代表:交流电输入恢复正常;⑤代表:交流电输入、PWM逆变器先后故障;⑥代表:PWM逆变器恢复正常,交流电输入仍故障;⑦代表:PWM逆变器、交流电输入先后发生故障;⑧代表:交流电输入恢复正常,PWM逆变器仍故障。当PWM逆变器故障时,UPS由交流电输入-逆变器工作模式切换到旁路工作模式;当PWM逆变器恢复正常时,UPS由旁路工作模式切换到交流电输入-逆变器工作模式;当交流电输入故障时,UPS由交流电输入-逆变器工作模式切换到储能电池-逆变器工作模式;当交流电输入恢复正常后时,UPS由储能电池-逆变器工作模式切换到交流电输入-逆变器工作模式;当交流电输入、PWM逆变器先后发生故障时,UPS由储能电池-逆变器工作模式切换到储能电池-整流器工作模式;当PWM逆变器恢复正常,交流电输入仍故障时,UPS由储能电池-整流器工作模式切换到储能电池-逆变器工作模式;当PWM逆变器、交流电输入先后发生故障时,UPS由旁路工作模式切换到储能电池-整流器工作模式;当交流电输入恢复正常,PWM逆变器仍故障时,UPS由储能电池-整流器工作模式切换到旁路工作模式。
如图3所示,为本发明一实施例UPS多种模式无缝切换的工作流程示意图,本发明的一种多模式UPS的无缝切换控制方法,具体包括以下步骤:
步骤S1:检测UPS的PWM逆变器温度T,当PWM逆变器温度T大于高温阈值Tmax,置Sinv为1,否则置零,Tmax的取值范围为75℃~90℃,检测UPS的PWM逆变器的故障信息并置故障标志位Sinv,有故障置1,无故障置0,采样交流电输入线电压有效值Uin,当交流电输入线电压有效值Uin小于低压阈值Umin或大于高压阈值Umax时,置Sin为1,否则置零,Umin的取值范围为Kmin*Unom,Unom为交流电输入电压额定有效值,Kmin取值范围为0.5~0.7,Umax的取值范围为Kmax*Unom,Kmax取值范围为1.2~1.4;
步骤S2:根据标志位Sinv和Sin的状态来切换UPS的运行模式,若Sinv=0,且Sin=0则进入步骤S3,若Sinv=1,且Sin=0则跳过S3,进入步骤S4,若Sinv=0,且Sin=1则跳过S3、S4,进入步骤S5,若Sinv=1,且Sin=1则跳过S3、S4、S5,进入步骤S6;
步骤S3:此时UPS的交流电输入和PWM逆变器都正常,UPS继续运行于或者切换到交流电输入-逆变器工作模式,该模式下,交流电输入开关闭合,交流电输入经交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器向负载供电,静态旁路开关断开,DC/DC变换器不工作;
步骤S4:此时UPS的PWM逆变器故障、交流电输入正常,UPS继续运行于或者切换到旁路工作模式,该模式下,逆变器因故障退出运行,交流电输入开关闭合,静态旁路开关闭合,交流电输入经交流电输入开关、静态旁路开关向负载供电,DC/DC变换器不工作;
步骤S5:此时UPS的PWM逆变器正常、交流电输入故障,UPS继续运行于或者切换到储能电池-逆变器工作模式,该模式下,交流电输入开关断开,静态旁路开关断开,储能电池经DC/DC变换器、PWM逆变器向负载供电,在该模式下PWM整流器进行预处理:PWM整流器的程序切换为逆变程序,其逆变输出电压与负载的电压相位、频率和幅值保持一致,而当PWM逆变器出现故障时,PWM整流器可以瞬时投入代替PWM逆变器随时准备进入到逆变工作状态;
步骤S6:此时UPS的PWM逆变器故障、交流电输入故障,UPS继续运行于或者切换到储能电池-整流器工作模式,该模式下,交流电输入开关断开,静态旁路开关闭合,储能电池经DC/DC变换器、PWM整流器向负载供电。
Claims (3)
1.一种多模式UPS的无缝切换控制方法,适用于多模式UPS系统;所述多模式UPS系统包括交流电输入电源、交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器、静态旁路开关、充电器、储能电池、DC/DC变换器、负载;所述交流电输入、交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器、负载依次连接;所述静态旁路开关两端分别接在PWM整流器输入端和PWM逆变器输出端;所述充电器、储能电池、DC/DC变换器依次连接,充电器的输入端接在交流电输入开关的输出端,DC/DC变换器的输出端接在PWM整流器的输出端;所述PWM整流器和所述PWM逆变器都采用完全相同的IGBT三相半桥电路结构;其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)检测PWM逆变器温度T和故障信息并置故障标志位Sinv,采样交流电输入线电压有效值Uin并置故障标志位Sin,规定若出现故障则故障标志位置1,否则置0;
2)根据标志位Sinv和Sin的状态来切换UPS的运行模式,若Sinv=0,且Sin=0,则:UPS的交流电输入和PWM逆变器都正常,UPS继续运行于或者切换到交流电输入-逆变器工作模式,该模式下,交流电输入开关闭合,交流电输入经交流电输入开关、PWM整流器、PWM逆变器向负载供电,静态旁路开关断开,DC/DC变换器不工作;
若Sinv=1,且Sin=0,则:UPS的PWM逆变器故障、交流电输入正常,UPS继续运行于或者切换到旁路工作模式,该模式下,逆变器因故障退出运行,交流电输入开关闭合,静态旁路开关闭合,交流电输入经交流电输入开关、静态旁路开关向负载供电,DC/DC变换器不工作;
若Sinv=0,且Sin=1,则:UPS的PWM逆变器正常、交流电输入故障,UPS继续运行于或者切换到储能电池-逆变器工作模式,该模式下,交流电输入开关断开,静态旁路开关断开,储能电池经DC/DC变换器、PWM逆变器向负载供电,在该模式下PWM整流器进行预处理,随时准备进入到逆变工作状态;步骤2)中,PWM整流器进行预处理主要包括:PWM整流器的程序切换为逆变程序,PWM整流器的逆变输出电压与负载的电压相位、频率和幅值保持一致,当PWM逆变器出现故障时,PWM整流器瞬时投入代替PWM逆变器;
若Sinv=1,且Sin=1,则:UPS的PWM逆变器故障、交流电输入故障,UPS继续运行于或者切换到储能电池-整流器工作模式,该模式下,交流电输入开关断开,静态旁路开关闭合,储能电池经DC/DC变换器、PWM整流器向负载供电。
2.根据权利要求1所述的多模式UPS的无缝切换控制方法,其特征在于,步骤1)中,当PWM逆变器温度T大于高温阈值Tmax,置Sinv为1,Tmax的取值为90℃。
3.根据权利要求1所述的多模式UPS的无缝切换控制方法,其特征在于,步骤1)中,当交流电输入线电压有效值Uin小于低压阈值Umin或大于高压阈值Umax时,置Sin为1,Umin的取值范围为Kmin*Unom,Unom为交流电输入电压额定有效值,Kmin取值范围为0.5~0.7,Umax的取值范围为Kmax*Unom,Kmax取值范围为1.2~1.4。
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