CN107947122B - Ups负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置，所述方法为实时采集UPS的逆变输出电压Uinv、旁路输出电压Uby、逆变输出电流Iinv、负载输出电流Iout，判断负载输出电流Iout是否大于第一设定值，若是则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则判断逆变输出电流Iinv是否大于第二设定值；若逆变输出电流Iinv大于第二设定值，则重构负载输出电流Is，并以负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护；负载输出电流Is＝η*Iinv*M，η为UPS变压器的效率，M为UPS变压器的变比。本发明在负载电流采集失效时能对负载电流进行重构，实现逆变过载保护的功能。

Description

UPS负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种UPS负载保护控制领域，特别是涉及一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置。

背景技术

UPS都有过载能力限制，达到过载以后根据过载百分比和过载时间进行过载保护，例如默认负载100％是满功率输出，负载在100％--120％区间内可满载30min的过载时间，则30min时间到就要切换到旁路输出，逆变保护；旁路状态过载能力类似。过载保护在UPS系统是必要的性能，因为UPS都有功率限制，达到一定的功率点需要进行过载保护，如果没有过载保护，一直过载下去，UPS内部的功率器件很容易损坏，因此UPS的负载监控功能是非常重要的。

目前UPS的负载监控都是通过采集输出负载电流和输出电压计算负载功率进行监控；负载电流是指负载总输出电流，通常使用互感器进行采集，输出电压包含逆变输出电压和旁路输出电压，逆变状态时使用逆变输出电压参与功率计算，旁路状态时使用旁路输出电压参与功率计算。

UPS过载保护逻辑如下：UPS逆变态过载保护，输出切换到旁路输出，同时逆变关闭；如果在旁路态过载恢复，则重新切换回逆变输出；如果在旁路态继续过载保护后UPS保护，无输出，告警输出过载保护，等待检查负载情况。

旁路电压和逆变电压都有高低端的告警、保护范围，当检测到电压异常时告警或者保护；逆变电压或者旁路电压的故障情况很容易检测到。负载电流根据输出负载情况而定，空载时输出电流为零，负载加大时，电流逐渐增大，计算出来的负载功率也在增大。因此负载电流采样单元失效导致采集到的负载电流为零时，如果没有经过特殊的判断方法是没办法定位出负载电流采样单元(该电流采样单元可以是电流传感器等)失效的；即使可以判断出负载电流传感器失效，但是没办法重构负载电流信息，也是没办法进行有效的过载保护的。

发明内容

本发明提供了一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置，用于解决现有技术的UPS在负载保护控制上，一旦负载电流采样失效则无法进行有效的过载保护的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法为：实时采集UPS的逆变输出电压Uinv、旁路输出电压Uby、逆变输出电流Iinv、负载输出电流Iout，判断负载输出电流Iout是否大于第一设定值，若是则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则判断逆变输出电流Iinv是否大于第二设定值；若逆变输出电流Iinv大于第二设定值，则重构负载输出电流Is，并以负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护；所述负载输出电流Is＝η*Iinv*M，η为UPS变压器的效率，M为UPS变压器的变比。

进一步的，以重构的负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护的方法包括以下步骤：

1)监控以重构的负载输出电流Is计算的负载功率；

2)判断所述负载功率是否满足逆变过载保护条件，若是则执行步骤3)，否则回到步骤1)；

3)关闭逆变输出，UPS输出切换到旁路输出，并认定在旁路输出状态负载过载；

4)判断在旁路输出状态负载过载时间是否达到设定时间，若是则关闭旁路输出，UPS输出切换到逆变输出，否则回到步骤3)；

5)判断逆变输出是否满足过载条件，若是则执行步骤6)，否则回到步骤1)；

6)关闭逆变输出，旁路输出保持关闭。

进一步的，以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护的方法为：在UPS逆变输出状态，若负载过载，则UPS输出切换到旁路输出，并关闭逆变输出；在旁路输出状态，若在设定时间内负载过载恢复，则UPS输出切换回逆变输出，否则关闭旁路输出，且逆变输出保持关闭。

进一步的，所述步骤6)还包括输出过载保护告警信号。

进一步的，在旁路输出状态，若逆变输出过载在设定时间内未恢复，则UPS还输出过载保护告警信号。

本发明另提供一种采用上述所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，包括用于采集逆变输出电流Iinv的第一电流采样单元、用于采集逆变输出电压Uinv的第一电压采样单元、用于采集负载输出电流Iout的第二电流采样单元、用于采集旁路输出电压Uby的第二电压采样单元，以及负载监控及过载保护单元；第二电流采样单元的输出、第一电压采样单元的输出、第二电压采样单元的输出分别接至负载监控及过载保护单元；还包括用于重构负载输出电流Is的第二电流采样重构单元、负载电流采集失效判断单元，第一电流采样单元的输出接至第二电流采样重构单元的输入，第一电流采样单元的输出、第二电流采样单元的输出接至负载电流采集失效判断单元的输入；第二电流采样重构单元的输出、负载电流采集失效判断单元的输出接至负载监控及过载保护单元。

进一步的，所述负载监控及过载保护单元包括用于计算负载功率，实现对负载进行监控的负载监控单元、用于切换为逆变输出或旁路输出或关闭输出的UPS输出切换控制单元，第二电流采样重构单元的输出、负载电流采集失效判断单元的输出接至负载监控单元，负载监控单元的第一输出端接至UPS输出切换控制单元。

进一步的，所述UPS输出切换控制单元包括用于根据监控的负载情况确定是逆变输出或旁路输出或无输出的输出负载控制单元，以及用于实现逆变输出或旁路输出或关闭输出的旁路逆变输出切换单元，所述负载监控单元的第一输出端接至输出负载控制单元的输入，输出负载控制单元的输出接至旁路逆变输出切换单元，UPS的逆变输出端、旁路输出端通过所述旁路逆变输出切换单元连接负载。

进一步的，还包括过载告警单元，所述负载监控单元的第二输出端接至过载告警单元的输入。

进一步的，所述负载监控单元的第三输出端、第一电压采样单元的输出、第一电流采样单元的输出接至UPS的逆变控制单元，所述逆变控制单元的输出通过驱动电路连接UPS的逆变器DC/AC。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、不但能够准确判断负载电流采集是否失效，而且在判断得到负载电流采集失效时，能够利用逆变输出电流对负载电流进行重构，从而达到对负载功率的重构，实现逆变过载保护的功能；

2、在负载电流采集失效时，通过对逆变和旁路过载保护逻辑进行调整，达到实现对旁路过载保护的功能，不会发生误保护现象。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的负载电流采集失效检测流程示意图；

图2是本发明的负载电流采集失效模式下的过载保护流程示意图；

图3是本发明的负载监控和输出过载控制原理框图。

具体实施方式

实施例，请参见图1、图2所示，本发明的一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法为：实时采集UPS的逆变输出电压Uinv、旁路输出电压Uby、逆变输出电流Iinv、负载输出电流Iout，判断负载输出电流Iout是否大于第一设定值Im1，若是则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则判断逆变输出电流Iinv是否大于第二设定值Im2；若逆变输出电流Iinv大于第二设定值Im2，则重构负载输出电流Is，并以负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护；所述负载输出电流Is＝η*Iinv*M，η为UPS变压器的效率，M为UPS变压器的变比，且M<1。

本实施例中，所述第一设定值Im1、第二设定值Im2均是为避免电路和芯片采样误差而设置的一个很小的值，可根据实际工程应用进行调整。当Iout>Im1，判断负载电流采样器件(例如下文所述的第二电流采样单元)能采集到负载电流，负载电流采样没有失效；当Iout≤Im1，可能是空载，也可能是负载电流采样失效，需要加以判断，如果Iinv≤Im2，则判断出是空载，否则判断出负载电流采样失效。

本实施例中，所述逆变输出电压Uinv是指UPS中变压器副边的电压；所述逆变输出电流Iinv是指UPS中变压器原边的电流，因为逆变输出电流Iinv主要作用是参与逆变控制，采集变压器原边电流实时性更好。

本实施例中，本发明的一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法的具体流程如图1所示，包括以下步骤：

S1，采集UPS的逆变输出电压Uinv、旁路输出电压Uby、逆变输出电流Iinv、负载输出电流Iout；

S2，判断负载输出电流Iout是否大于第一设定值Im1，若是则执行步骤S7，否则执行步骤S3；

S3，判断逆变输出电流Iinv是否大于第二设定值Im2，若是则执行步骤S4，否则执行步骤S7；

S4、负载电流采集失效，负载信息需要重构；

S5、计算逆变输出电流Iinv重构的负载输出电流Is；

S6、以重构的负载输出电流Is参与计算负载功率(该负载功率＝Is*Uinv)，监控输出负载状况，进行过载保护；

S7、负载电流采集正常；

S8、以负载输出电流Iout参与计算负载功率(该负载功率＝Iout*Uinv)，监控负载状况，进行过载保护。

本实施例中，以重构的负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护的方法流程如图2所示，包括以下步骤：

S61、监控以重构的负载输出电流Is计算的负载功率(该负载功率＝Is*Uinv)；

S62、判断所述负载功率是否满足逆变过载保护条件(即负载功率是否过载，且达到过载设定时间)，若是则执行步骤S63，否则回到步骤S61；

S63、关闭逆变输出，UPS输出切换到旁路输出，并认定在旁路输出状态负载过载；

S64、判断在旁路输出状态负载过载时间是否达到设定时间，若是则执行步骤S65，否则回到步骤S63；

S65、关闭旁路输出，UPS输出切换到逆变输出；

S66、判断逆变输出是否满足过载条件，若是则执行步骤S67，否则回到步骤S61；

S67、关闭逆变输出，旁路输出保持关闭，输出过载保护告警信号。

在负载电流采集失效的模式下，可以利用重构后的负载电流进行输出功率监控，例如逆变过载处于过载10min区间内，则10min到后逆变过载保护，切换到旁路输出，逆变关闭，此时无法在利用重构的信息对旁路输出功率进行监控，因此，本发明默认旁路输出状态一直处于过载状态，且过载时间也是10min(不局限于10min，根据实际需要进行设定)，当10min时间到时，重新切换回逆变状态，利用逆变状态可以重构负载电流信息判断此时是否仍旧过载，如果仍旧过载则立刻输出过载保护，UPS无输出，如果此时判断到过载恢复，则继续逆变输出。此过程在旁路态无法判断输出功率的条件下，10min时间到后，切换回逆变状态，利用逆变状态的信息重新判断输出功率状态，因为在10min的旁路输出时间内，负载恢复正常也是很正常的。

本实施例中，以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护的方法与正常的过载保护方法一致：在UPS逆变输出状态，若负载过载，则UPS输出切换到旁路输出，并关闭逆变输出；在旁路输出状态，若在设定时间内负载过载恢复，则UPS输出切换回逆变输出，否则关闭旁路输出，且逆变输出保持关闭，并输出过载保护告警信号，等待检查负载情况。

本发明的一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法，在负载电流采集失效而无法及时有效对负载功率进行监控的情况下，利用其它电流信息对负载电流进行重构，从而达到对负载功率的重构，实现逆变过载保护功能，同时通过对逆变和旁路过载保护逻辑进行调整，也能实现旁路过载保护功能。

请参见图3所示，本发明的一种采用上述所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，包括用于采集逆变输出电流Iinv的第一电流采样单元5、用于采集逆变输出电压Uinv的第一电压采样单元6、用于采集负载输出电流Iout的第二电流采样单元14、用于采集旁路输出电压Uby的第二电压采样单元11，以及负载监控及过载保护单元；第二电流采样单元14的输出、第一电压采样单元6的输出、第二电压采样单元11的输出分别接至负载监控及过载保护单元；还包括用于重构负载输出电流Is的第二电流采样重构单元8、负载电流采集失效判断单元9，第一电流采样单元5的输出接至第二电流采样重构单元8的输入，第一电流采样单元5的输出、第二电流采样单元14的输出接至负载电流采集失效判断单元9的输入；第二电流采样重构单元8的输出、负载电流采集失效判断单元9的输出接至负载监控及过载保护单元。

本实施例中，所述负载监控及过载保护单元包括用于计算负载功率，实现对负载进行监控的负载监控单元12、用于切换为逆变输出或旁路输出或关闭输出的UPS输出切换控制单元，第二电流采样重构单元8的输出、负载电流采集失效判断单元9的输出接至负载监控单元12，负载监控单元12的第一输出端接至UPS输出切换控制单元。

本实施例中，所述UPS输出切换控制单元包括用于根据监控的负载情况确定是逆变输出或旁路输出或无输出的输出负载控制单元13，以及用于实现逆变输出或旁路输出或关闭输出的旁路逆变输出切换单元3，所述负载监控单元12的第一输出端接至输出负载控制单元13的输入，输出负载控制单元13的输出接至旁路逆变输出切换单元3，UPS的逆变输出端、旁路输出端通过所述旁路逆变输出切换单元3连接负载。

本实施例中，还包括过载告警单元15，所述负载监控单元12的第二输出端接至过载告警单元15的输入。所述负载监控单元12的第三输出端、第一电压采样单元6的输出、第一电流采样单元5的输出接至UPS的逆变控制单元7，该逆变控制单元7用于实现逆变输出电压的控制，该逆变控制单元7的输出通过驱动电路4连接UPS的逆变器DC/AC(该逆变器DC/AC在图3中的标号是1)，所述驱动电路4用于驱动逆变器DC/AC实现逆变控制。UPS的逆变器DC/AC用于实现逆变功能，其输出接变压器2的原边。所述变压器2用于对逆变输出进行隔离升压。

在负载电流采集失效模式下，过载保护过程和负载电流采集正常时的过载保护过程是不一样的；负载电流采集正常时逆变过载保护切换到旁路，仍旧可以采集负载电流，判断旁路输出功率(旁路输出功率＝Uby*Iout)大小，当旁路状态下负载过载恢复了，需要重新切换回逆变状态，逆变输出；当旁路态时，负载仍旧过载，且旁路态过载时间到达，例如旁路过载时间是10min，则10min时间到，直接过载保护，无输出。

本发明的一种采用上述所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，其工作流程与上述所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法一致，因此，此处不再进一步赘述。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法及应用该方法的装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种UPS负载电流采集失效的容错控制方法，其特征在于：实时采集UPS的逆变输出电压Uinv、旁路输出电压Uby、逆变输出电流Iinv、负载输出电流Iout，判断负载输出电流Iout是否大于第一设定值，若是则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则判断逆变输出电流Iinv是否大于第二设定值；若逆变输出电流Iinv大于第二设定值，则重构负载输出电流，将该重构的负载输出电流称为负载输出电流Is，并以重构负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护，否则以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护；所述重构负载输出电流Is＝η*Iinv*M，η为UPS变压器的效率，M为UPS变压器的变比。

2.根据权利要求1所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法，其特征在于：以重构的负载输出电流Is参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护的方法包括以下步骤：

1)监控以重构的负载输出电流Is计算的负载功率；

2)判断所述负载功率是否满足逆变过载保护条件，若是则执行步骤3)，否则回到步骤1)；

3)关闭逆变输出，UPS输出切换到旁路输出，并认定在旁路输出状态负载过载；

4)判断在旁路输出状态负载过载时间是否达到设定时间，若是则关闭旁路输出，UPS输出切换到逆变输出，否则回到步骤3)；

5)判断逆变输出是否满足过载条件，若是则执行步骤6)，否则回到步骤1)；

6)关闭逆变输出，旁路输出保持关闭。

3.根据权利要求1所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法，其特征在于：以负载输出电流Iout参与计算负载功率，进行负载监控及过载保护的方法为：在UPS逆变输出状态，若负载过载，则UPS输出切换到旁路输出，并关闭逆变输出；在旁路输出状态，若在设定时间内负载过载恢复，则UPS输出切换回逆变输出，否则关闭旁路输出，且逆变输出保持关闭。

4.根据权利要求2所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法，其特征在于：所述步骤6)还包括输出过载保护告警信号。

5.根据权利要求3所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法，其特征在于：在旁路输出状态，若逆变输出过载在设定时间内未恢复，则UPS还输出过载保护告警信号。

6.一种采用如权利要求1-3中任一项所述的UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，包括用于采集逆变输出电流Iinv的第一电流采样单元、用于采集逆变输出电压Uinv的第一电压采样单元、用于采集负载输出电流Iout的第二电流采样单元、用于采集旁路输出电压Uby的第二电压采样单元，以及负载监控及过载保护单元；第二电流采样单元的输出、第一电压采样单元的输出、第二电压采样单元的输出分别接至负载监控及过载保护单元；其特征在于：还包括用于重构负载输出电流Is的第二电流采样重构单元、负载电流采集失效判断单元，第一电流采样单元的输出接至第二电流采样重构单元的输入，第一电流采样单元的输出、第二电流采样单元的输出接至负载电流采集失效判断单元的输入；第二电流采样重构单元的输出、负载电流采集失效判断单元的输出接至负载监控及过载保护单元。

7.根据权利要求6所述的采用UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，其特征在于：所述负载监控及过载保护单元包括用于计算负载功率，实现对负载进行监控的负载监控单元、用于切换为逆变输出或旁路输出或关闭输出的UPS输出切换控制单元，第二电流采样重构单元的输出、负载电流采集失效判断单元的输出接至负载监控单元，负载监控单元的第一输出端接至UPS输出切换控制单元。

8.根据权利要求7所述的采用UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，其特征在于：所述UPS输出切换控制单元包括用于根据监控的负载情况确定是逆变输出或旁路输出或无输出的输出负载控制单元，以及用于实现逆变输出或旁路输出或关闭输出的旁路逆变输出切换单元，所述负载监控单元的第一输出端接至输出负载控制单元的输入，输出负载控制单元的输出接至旁路逆变输出切换单元，UPS的逆变输出端、旁路输出端通过所述旁路逆变输出切换单元连接负载。

9.根据权利要求7所述的采用UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，其特征在于：还包括过载告警单元，所述负载监控单元的第二输出端接至过载告警单元的输入。

10.根据权利要求7所述的采用UPS负载电流采集失效的容错控制方法的装置，其特征在于：所述负载监控单元的第三输出端、第一电压采样单元的输出、第一电流采样单元的输出接至UPS的逆变控制单元，所述逆变控制单元的输出通过驱动电路连接UPS的逆变器DC/AC。