CN108401473B - 一种大功率模块化ups系统 - Google Patents

Abstract

一种大功率模块化UPS系统，该系统包括：总系统管理控制模块(301)、至少两个分系统管理控制模块以及至少两个功率模块，所述至少两个分系统管理控制模块包括目标分系统管理控制模块(302)，所述至少两个功率模块包括第一目标功率模块(303)；所述总系统管理控制模块(301)与所述目标分系统管理控制模块(302)连接；所述目标分系统管理控制模块(302)与所述第一目标功率模块(303)连接；所述总系统管理控制模块(301)，用于根据交流电的输入状态确定所述系统的工作模式，并将所述工作模式发送给所述目标分系统管理控制模块(302)；所述目标分系统管理控制模块(302)，用于将所述工作模式发送给所述第一目标功率模块(303)。该系统可以实现更大功率的配置。

Description

一种大功率模块化UPS系统

技术领域

本发明涉及电力网络技术领域，尤其涉及一种大功率模块化UPS系统。

背景技术

不间断电源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，UPS)是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。UPS被广泛应用于电脑、计算机网络系统或其它电力电子设备，从而提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(如事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常能够在电压异常时对负载提供保护。

随着UPS功率的需求不断提高，大功率模块化UPS的优势越加明显。模块化UPS可以根据客户需求自由组合，但是也会带来一个严重的问题，随着模块之间通讯数据量不断提高，总线占有率的增加，限制了模块并机的数量，如果要想实现更大功率系统，必须改进现有UPS结构。

发明内容

本发明实施例提供了一种大功率模块化UPS系统，该系统能够减少总线的占有率，提高系统的可靠性。

本发明实施例提供了一种大功率模块化UPS系统，包括：

总系统管理控制模块、至少两个分系统管理控制模块以及至少两个功率模块，所述至少两个分系统管理控制模块包括目标分系统管理控制模块，所述至少两个功率模块包括第一目标功率模块；

所述总系统管理控制模块与所述目标分系统管理控制模块连接；

所述目标分系统管理控制模块与所述第一目标功率模块连接；

所述总系统管理控制模块，用于根据交流电的输入状态确定所述系统的工作模式，并将所述工作模式发送给所述目标分系统管理控制模块；

所述目标分系统管理控制模块，用于将所述工作模式发送给所述第一目标功率模块。

在一个可选的实现方式中，所述总系统管理控制模块通过第一控制器局域网CAN总线与所述目标分系统管理控制模块连接；

所述目标分系统管理控制模块通过第二CAN总线与所述第一目标功率模块连接。

在一个可选的实现方式中，所述系统还包括：监控模块；所述监控模块与所述总系统管理控制模块连接；

所述监控模块，用于在检测到开机指令的情况下，将所述开机指令发送给所述总系统管理控制模块后，检测所述交流电的输入状态，并将所述交流电的输入状态发送给所述总系统管理控制模块。

在一个可选的实现方式中，所述总系统管理控制模块，还用于在接收到所述开机指令后，将所述开机指令发送给所述目标分系统管理控制模块，并确定所述系统的工作模式为待机模式。

在一个可选的实现方式中，所述交流电的输入状态包括交流电正常状态和交流电异常状态；所述系统还包括：静态开关模块；

所述总系统管理控制模块，具体用于在所述交流电的输入状态为交流电正常状态的情况下，确定所述系统的工作模式为旁路模式；

所述总系统管理控制模块，还用于在所述交流电的输入状态为交流电正常状态的情况下，向所述静态开关模块发送静态开关吸合指令。

在一个可选的实现方式中，所述系统还包括：储能模块；所述储能模块与所述第一目标功率模块连接；

所述第一目标功率模块，用于在所述系统的工作模式为所述旁路模式的情况下，为所述储能模块充电，在充电完成后，将所述第一目标功率模块的工作状态发送给所述目标分系统管理控制模块。

在一个可选的实现方式中，所述总系统管理控制模块，还用于接收所述目标分系统管理控制模块发送的所述第一目标功率模块的工作状态；

所述总系统管理控制模块，还用于在接收到所述第一目标功率模块的工作状态后，发出锁相指令。

在一个可选的实现方式中，所述总系统管理控制模块，具体用于在所述交流电的输入状态为交流电异常状态的情况下，确定所述系统的工作模式为逆变模式；

所述总系统管理控制模块，还用于在所述交流电的输入状态为交流电异常状态的情况下，向所述静态开关模块发送静态开关断开指令。

在一个可选的实现方式中，所述至少两个功率模块还包括第二目标功率模块，所述第二目标功率模块与所述目标分系统管理控制模块连接；

所述总系统管理控制模块，还用于根据决策算法筛选出所述第二目标功率模块后，将所述第二目标功率模块切换到所述逆变模式。

在一个可选的实现方式中，所述第二目标功率模块，用于在逆变模式下，采用下垂控制法进行逆变。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

实施本实施例，将目标分系统管理控制模块与总系统管理控制模块连接，目标分系统管理控制模块与第一目标功率模块连接，使得总线的占有率减少，从而能够实现更大功率的配置；另一方面，在总系统管理控制模块损坏的情况下，目标分系统管理控制模块能够自动实现备份，从而提高系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是一种大功率模块化UPS系统的结构示意图；

图2是一种大功率模块化UPS系统的架构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种大功率模块化UPS系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种大功率模块化UPS系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种大功率模块化UPS系统的架构示意图。

具体实施方式

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的其他步骤或单元。

图1是一种大功率模块化UPS系统的结构示意图，如图1所示，该大功率模块化UPS系统包括：

监控模块101、系统管理控制模块102、至少两个功率模块和静态开关模块103，上述至少两个功率模块包括目标功率模块104；

上述监控模块101与上述系统管理控制模块102连接；

上述系统管理控制模块102与上述目标功率模块104连接；

上述静态开关模块103与上述系统管理控制模块102连接；

上述监控模块101在检测到开机指令的情况下，将上述开机指令发送给上述系统管理控制模块102，上述系统管理控制模块102将上述开机指令发送给上述目标功率模块104，并确定上述系统的工作模式为待机模块；

在上述监控模块101检测到交流电输入正常的情况下，向上述系统管理控制模块102发送交流电输入正常的指令，上述系统管理控制模块102在接收到上述交流电输入正常的指令后，向上述静态开关模块103发送静态开关吸合指令，并确定上述系统的工作模式为旁路模式；

在上述监控模块101检测到交流电输入异常的情况下，向上述系统管理控制模块102发送交流电输入异常的指令，上述系统管理控制模块102在接收到上述交流电输入异常的指令后，向上述静态开关模块103发送静态开关断开指令，并确定上述系统的工作模式为逆变模式。

请一并参阅图2，图2是一种大功率模块化UPS系统的架构示意图。其中，图2所示的架构示意图与图1所示的结构示意图相对应。

从上可以看出，在用户需求量比较大的情况下，模块之间的通讯数据量会不断提高，从而使得总线占有率增加，限制模块并机的数量；另一方面，系统管理控制模块是整个系统的核心模块，若该模块损坏则会导致整个系统崩溃，从而极大的降低了系统的可靠性。

基于此，本发明实施例提出了一种大功率模块化UPS系统，不仅能够降低总线数据通讯量，降低总线占有率，方便实现更大功率模块的扩容，而且能够有效提高系统的可靠性。

如图3，图3是本发明实施例提供的一种大功率模块化UPS系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括：

总系统管理控制模块301、至少两个分系统管理控制模块以及至少两个功率模块，上述至少两个分系统管理控制模块包括目标分系统管理控制模块302，上述至少两个功率模块包括第一目标功率模块303；

上述总系统管理控制模块301与上述目标分系统管理控制模块302连接；

上述目标分系统管理控制模块302与上述第一目标功率模块303连接；

上述总系统管理控制模块301，用于根据交流电的输入状态确定上述系统的工作模式，并将上述工作模式发送给上述目标分系统管理控制模块302；

上述目标分系统管理控制模块302，用于将上述工作模式发送给上述第一目标功率模块303。

实施本实施例，将目标分系统管理控制模块与总系统管理控制模块连接，目标分系统管理控制模块与第一目标功率模块连接，使得总线的占有率减少，从而能够实现更大功率的配置；另一方面，在总系统管理控制模块损坏的情况下，目标分系统管理控制模块能够自动实现备份，从而提高系统的可靠性。

本实施例还提供了一种具体的连接方式，作为一种可选的实现方式，上述总系统管理控制模块301通过第一控制器局域网CAN总线与上述目标分系统管理控制模块303连接；

上述目标分系统管理控制模块302通过第二CAN总线与上述第一目标功率模块303连接。

请一并参阅图4，图4是本发明实施例提供的另一种大功率模块化UPS系统的结构示意图，本实施例中，上述系统还包括：监控模块401；上述监控模块401与上述总系统管理控制模块301连接；

上述监控模块401，用于在检测到开机指令的情况下，将上述开机指令发送给上述总系统管理控制模块301后，检测上述交流电的输入状态，并将上述交流电的输入状态发送给上述总系统管理控制模块301。

本实施例中，上述总系统管理控制模块301，还用于在接收到上述开机指令后，将上述开机指令发送给上述目标分系统管理控制模块302，并确定上述系统的工作模式为待机模式。

本实施例中，上述交流电的输入状态包括交流电正常状态和交流电异常状态；上述系统还包括：静态开关模块402；

上述总系统管理控制模块301，具体用于在上述交流电的输入状态为交流电正常状态的情况下，确定上述系统的工作模式为旁路模式；

上述总系统管理控制模块301，还用于在上述交流电的输入状态为交流电正常状态的情况下，向上述静态开关模块402发送静态开关吸合指令。

本实施例中，举例来说，一般市电的电压为220V，其中交流电正常状态即为市电电压为220V的状态，交流电异常状态则说明市电出现了断电现象。在市电出现断电现象后，在一些对电要求高的地方，如医院中若医生正在手术，这时若出现断电现象，则可能会出现很严重的后果，因此，通过实施本实施例，可以为一些用电敏感的地方提供电力支持，如数据处理中心、计算机机房、电信、金融、证券、交通、税务、医疗系统等领域。

请一并参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种大功率模块化UPS系统的架构示意图，从图中可以看出，在交流电输入正常的情况下，通过吸合静态开关模块，可以为负载供电。

本实施例中，上述系统还包括：储能模块403；上述储能模块与上述第一目标功率模块303连接；

上述第一目标功率模块303，用于在上述系统的工作模式为上述旁路模式的情况下，为上述储能模块403充电，在充电完成后，将上述第一目标功率模块303的工作状态发送给上述目标分系统管理控制模块302。

在交流电输入正常的情况下，通过第一目标功率模块可以有效的为储能模块充电，从而使得在交流电输入异常的情况下，通过储能模块来为相应的设备提供电力支持。

其中，储能模块403在图5所示的架构示意图中并未示出。

本实施例中，上述总系统管理控制模块301，还用于接收上述目标分系统管理控制模块302发送的上述第一目标功率模块303的工作状态；

上述总系统管理控制模块301，还用于在接收到上述第一目标功率模块303的工作状态后，发出锁相指令。

本实施例中，通过向第一目标功率模块发出锁相指令，可以使得第一目标功率模块输出的频率与输入的交流电的频率相同，且第一目标功率模块输出的相位与输入的交流电的相位相同。

本实施例中，上述总系统管理控制模块301，具体用于在上述交流电的输入状态为交流电异常状态的情况下，确定上述系统的工作模式为逆变模式；

上述总系统管理控制模块301，还用于在上述交流电的输入状态为交流电异常状态的情况下，向上述静态开关模块402发送静态开关断开指令。

本实施例中，上述至少两个功率模块还包括第二目标功率模块，上述第二目标功率模块与上述目标分系统管理控制模块302连接；

可以理解的是，第二目标功率模块未在图4中示出。

上述总系统管理控制模块301，还用于根据决策算法筛选出上述第二目标功率模块后，将上述第二目标功率模块切换到上述逆变模式。

本实施例中，举例来说，目标分系统管理控制模块连接的功率模块有十个，而总系统管理控制模块现在需要五个功率模块进入逆变模块，则十个功率模块之间进行竞争，从中筛选出五个功率模块进入逆变模式。这时，其余五个功率模块则继续等待。

本实施例中，上述第二目标功率模块，用于在逆变模式下，采用下垂控制法进行逆变。

本实施例中，第二目标功率模块采用下垂控制法进行逆变，下垂控制法采用虚拟阻抗技术，将第二目标功率模块内阻设置成纯感性或纯阻性，解除了有功功率和无功功率对电压和频率耦合的影响。

可以理解的是，图5中的Internet网络可以用于与其他设备相连，使得用户可以访问或管理UPS系统。

通过实施本实施例，利用目标分系统管理控制模块进行数据的接收与下发，有效降低了总线的数据通讯量，另一方面，在总系统管理控制模块损坏的情况下，目标分系统管理控制模块能够自动实现备份，从而提高系统的可靠性。另外，本实施例中的大功率模块化UPS系统采用分层管理控制的思想，使得各层职责明确，从而降低了系统的复杂度。

基于图5所示的大功率模块化UPS系统的架构示意图，系统主要分为三层：上层为监控模块和Internet网络，中间层为总系统管理控制模块，下层为分系统管理控制模块和功率模块。上层主要负责中间层数据的接收、显示、上传给Internet网络，操作指令的下发；接收的数据包括每个功率模块的状态信息或故障信息等，下发的主要是开关机指令以及其它控制指令信息。中间层主要负责电压的采样、旁路静态开关控制和系统工作状态的决策，下层数据的接收和上传。

本实施例还提供了一种大功率模块化UPS系统工作的具体流程，如下所示：

以图中的分系统管理控制模块1以及其下的功率模块11、功率模块12为例来说明该UPS系统工作的具体流程，如下所示，具体步骤包括：

1)、当监控模块检测到开机指令后，将上述开机指令发送给总系统管理控制模块，上述总系统管理控制模块将系统工作模式切换成待机模式，并将上述开机指令发送给分系统管理控制模块1，上述分系统管理控制模块1将接收到的上述开机指令下发给功率模块11和功率模块12，上述功率模块11和上述功率模块12接收到上述开机指令后，上述功率模块11和上述功率模块12处于待机状态。

可以理解的是，本实施例中的分系统管理控制模块不局限于分系统管理控制模块1，还可以包括分系统管理控制模块2等等，功率模块也不局限于功率模块11和功率模块12，在分系统管理控制模块1下发开机指令时，还可以包括功率模块13、功率模块14等，或者分系统管理控制模块2下发开机指令给功率模块21、功率模块22等等，本实施例不作限定。

2)、上述监控模块在上述待机模式下检测交流电压是否正常。如果交流电压正常，则上述总系统管理控制模块发送旁路静态开关吸合指令，旁路导通给负载供电，上述系统工作模式切换为旁路供电模式。

3)、在上述旁路供电模式下，上述功率模块11和上述功率模块12给储能模块预充电，充电完成后切换到正常状态。

4)、然后上述功率模块11和上述功率模块12上传各自的工作状态，当上述总系统管理控制模块接收到上述功率模块11和上述功率模块12的工作状态后，发现足够数量的功率模块进入了正常状态，统一下发锁相指令。

5)、上述功率模块11和上述功率模块12接收到锁相指令后，开始锁相，同时上传锁相状态给总系统管理控制模块。

其中，锁相指令用于使上述功率模块11和上述功率模块12的频率与交流电的频率相同，上述功率模块11和上述功率模块12的相位与交流电的相位相同。

6)、如果交流电压异常，则上述总系统管理控制模块发送旁路静态开关断开指令，上述系统工作模式切换为逆变模式。

7)、上述总系统管理控制模块接收到锁相成功指令后，根据上述功率模块11和上述功率模块12成功的数量，采用决策算法，决定相应的功率模块切换到逆变模式。

举例来说，总系统管理控制模块需要1个功率模块，这时功率模块11和功率模块12可以以竞争的关系竞争哪个切换到逆变模式。

其中，功率模块的逆变部分采用下垂控制法，所有逆变程序完全一致。下垂控制中采用虚拟阻抗技术，将逆变器内阻设置成纯感性或纯阻性，解除了有功功率和无功功率对电压和频率耦合的影响，根据自身功率完成并机控制，不需要并机通讯线，如果逆变中功率模块出现故障自动退出并机系统，可靠性可以得到很大提高。

本发明所有实施例中的模块或单元，可以通过通用集成电路，例如CPU，或通过ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)来实现。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

Claims (6)

1.一种大功率模块化UPS系统，其特征在于，包括：

总系统管理控制模块、至少两个分系统管理控制模块以及至少两个功率模块，所述至少两个分系统管理控制模块包括目标分系统管理控制模块，所述至少两个功率模块包括第一目标功率模块；以及监控模块、静态开关模块；

所述总系统管理控制模块与所述目标分系统管理控制模块连接；

所述目标分系统管理控制模块与所述第一目标功率模块连接；

所述监控模块与所述总系统管理控制模块连接；

所述监控模块，用于在检测到开机指令的情况下，将所述开机指令发送给所述总系统管理控制模块后，检测交流电的输入状态，并将所述交流电的输入状态发送给所述总系统管理控制模块；

所述总系统管理控制模块，用于在接收到所述开机指令后，将所述开机指令发送给所述目标分系统管理控制模块，并确定所述系统的工作模式为待机模式；

所述目标分系统管理模块将所述开机指令下发给所述第一目标功率模块，以使得所述第一目标功率模块处于待机状态；

所述监控模块，还用于在所述待机模式下检测交流电压是否正常；

在所述交流电压正常的情况下，则所述总系统管理控制模块向所述静态开关模块发送静态开关吸合指令，使得旁路导通给负载供电，同时，确定所述系统的工作模式为旁路模式；

在所述交流电异常的情况下，所述总系统管理控制模块向所述静态开关模块发送旁路静态开关断开指令，同时，确定所述系统的工作模式为逆变模式。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述总系统管理控制模块通过第一控制器局域网CAN总线与所述目标分系统管理控制模块连接；

所述目标分系统管理控制模块通过第二CAN总线与所述第一目标功率模块连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：储能模块；所述储能模块与所述第一目标功率模块连接；

所述第一目标功率模块，用于在所述系统的工作模式为所述旁路模式的情况下，为所述储能模块充电，在充电完成后，将所述第一目标功率模块的工作状态发送给所述目标分系统管理控制模块。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述总系统管理控制模块，还用于接收所述目标分系统管理控制模块发送的所述第一目标功率模块的工作状态；

所述总系统管理控制模块，还用于在接收到所述第一目标功率模块的工作状态后，发出锁相指令。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少两个功率模块还包括第二目标功率模块，所述第二目标功率模块与所述目标分系统管理控制模块连接；

所述总系统管理控制模块，还用于根据决策算法筛选出所述第二目标功率模块后，将所述第二目标功率模块切换到所述逆变模式。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述第二目标功率模块，用于在逆变模式下，采用下垂控制法进行逆变。

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