CN108919106A - 一种用于ups的静态开关的故障检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于UPS的静态开关的故障检测装置及方法，该装置包括设置在旁路电路的输入端和静态开关之间的假性负载、用于检测旁路电路的电流的电流传感器、用于检测旁路电路的电压的电压传感器以及用于计算功率的控制器。由于假性负载的存在，使得在发生反灌时，旁路电路回路中产生反向的电流和电压，通过计算电流传感器和电压传感器采集到的电流和电压就可以确定旁路电路是否发生反灌现象，进而确定静态开关是否故障。另外，本装置结构简单，易于实现，可广泛应用于UPS中。本发明公开的用于UPS的静态开关的故障检测方法，效果如上。

Description

一种用于UPS的静态开关的故障检测装置及方法

技术领域

本发明涉及UPS技术领域，特别是涉及一种用于UPS的静态开关的故障检测装置及方法。

背景技术

UPS(Uninterruptible Power System)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。图1为现有技术提供的一种UPS的结构图。如图1所示，UPS主要包括两大部分，一部分是主电路1，另一部分是旁路电路2，其中，主电路1包括储能模块、逆变模块等。旁路电路2中第一开关K1和第二开关K2通常与市电连接，其中，第一开关K1为维修旁路开关，第二开关K2为旁路开关，在市电质量良好的情况下，通过闭合第二开关K2给负载供电(在该情况下，需要同时控制静态开关3导通)，在市电质量较差时，控制静态开关3断开，同时控制主电路1工作，使得主电路1为负载供电。

如图1所示，静态开关3设置在第二开关K2和主电路1之间，静态开关3又称静止开关，它是一种无触点开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。在UPS中，静态开关3的主要作用是一旦主电路1发生故障、负载过载或电池放电结束时，使负载能无中断的自动转到旁路电路2，由旁路电源(市电)供电。综上所述，静态开关3能够提高系统的可靠性，同时也能提高UPS的过载能力，但是静态开关3作为一个开关器件，其可靠性是无法保证的，在由主电路1供电时，一旦其发生故障，则主电路1中的逆变器输出的电能通过静态开关3反灌至第二开关K2，导致UPS发生反灌。

由此可见，如何防止UPS发生反灌是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于UPS的静态开关的故障检测装置及方法，用于防止UPS发生反灌。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于UPS的静态开关的故障检测装置，包括设置在旁路电路的输入端和静态开关之间的假性负载，用于采集所述旁路电路的电流的电流传感器、用于采集所述旁路电路的电压的电压传感器、与所述电流传感器和所述电压传感器连接的控制器，用于计算所述电流和所述电压对应的功率，当所述功率达到预设报警条件时，确定所述静态开关故障。

优选地，所述旁路电路的输入端的电源为三相交流电，则对应所述功率达到预设报警条件具体为：

若wt在时，所述功率为正，或在

时，所述功率为负，则所述功率未达到所述预设报警条件；

若wt在时，所述功率为负，或在时，所述功率为正，则所述功率达到所述预设报警条件；

其中，w为角频率，t为时间，K为自然数。

优选地，当所述功率未达到所述预设报警条件时，所述控制器还用于判断所述电流或所述电压是否超过阈值，如果所述电流或所述电压超过所述阈值，则确定所述静态开关故障。

优选地，所述假性负载具体为滤波器。

优选地，所述滤波器具体为LC型滤波器或LCL型滤波器。

优选地，所述静态开关具体为SCR。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种用于UPS的静态开关的故障检测方法，包括：

预先在旁路电路的输入端和静态开关之间设置假性负载；

采集所述旁路电路的电流和电压；

计算所述电流和所述电压对应的功率，当所述功率达到预设报警条件时，确定所述静态开关故障。

优选地，所述旁路电路的输入端的电源为三相交流电，则对应的所述功率达到预设报警条件具体为：

若wt在时，所述功率为正，或在时，所述功率为负，则所述功率未达到所述预设报警条件；

若wt在时，所述功率为负，或在时，所述功率为正，则所述功率达到所述预设报警条件；

其中，w为角频率，t为时间，K为自然数。

优选地，当所述功率未达到所述预设报警条件时，还包括：

判断所述电流或所述电压是否超过阈值，如果所述电流或所述电压超过所述阈值，则确定所述静态开关故障。

本发明所提供的用于UPS的静态开关的故障检测装置，包括设置在旁路电路的输入端和静态开关之间的假性负载、用于检测旁路电路的电流的电流传感器、用于检测旁路电路的电压的电压传感器以及用于计算功率的控制器。由于假性负载的存在，使得在发生反灌时，旁路电路回路中产生反向的电流和电压，通过计算电流传感器和电压传感器采集到的电流和电压就可以确定旁路电路是否发生反灌现象，进而确定静态开关是否故障。另外，本装置结构简单，易于实现，可广泛应用于UPS中。本发明还提供一种与上述装置对应的用于UPS的静态开关的故障检测方法，效果如上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种UPS的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种用于UPS的静态开关的故障检测装置的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种假性负载在旁路电路中的具体结构图；

图4为本发明实施例提供的一种静态开关正常时对应的电流和电压的曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的一种静态开关故障时对应的电流和电压的曲线示意图；

图6为本发明实施例提供的一种控制器的逻辑判断方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的另一种控制器的逻辑判断方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种用于UPS的静态开关的故障检测装置及方法，用于防止UPS发生反灌。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图2为本发明实施例提供的一种用于UPS的静态开关的故障检测装置的结构图。如图2所示，该装置包括设置在旁路电路2的输入端和静态开关3之间的假性负载4，用于采集旁路电路2的电流的电流传感器5、用于采集旁路电路2的电压的电压传感器6、与电流传感器5和电压传感器6连接的控制器7，用于计算电流和电压对应的功率，当功率达到预设报警条件时，确定静态开关3故障。

需要说明的是，本实施例中的功率可以为无功功率、瞬时功率，也可以为区间内的平均功率，对于是否发生反灌的判断结果是没有影响的。但是考虑到在具体实施中，当发生反灌时，最为直接的体现是无功功率的变化，因此，作为一种优选地实施方式，可以将无功功率作为判断的参数。此外，本发明实施例中的旁路电路2的输入端的电源来源可以为市电或其他类型的电源，换句话说，电源可以为单相电或三相电，也可以为交流电或直流电等，具体类型本实施例不作限定，通常情况下，电源为三相交流电。可以理解的是，由于电源类型的不同，因此，对应的功率计算也是不同的，需要根据具体的电源类型，确定采用相应的功率计算方式。

在具体实施中，当主电路1供电时，静态开关3应为断开状态，但是由于静态开关3本身是开关器件，如果存在故障，使得静态开关3无法断开时，则主电路1中的逆变器输出的电能通过静态开关3反灌至第二开关K2，导致UPS发生反灌现象。针对这一问题，本发明中，通过电流传感器5和电压传感器6分别检测旁路电路2的电流和电压，然后通过控制器7对采集到的电流和电压进行相应的逻辑运算，从而确定当前旁路电路2是否发生异常。电流传感器5和电压传感器6的具体型号可以根据旁路电路的实际参数选取，这属于本领域技术人员熟知的内容，本实施例不作赘述。可以理解的是，当采用旁路电路2供电(这里的供电是指要为负载供电，但是事实上，由于假性负载4的存在，旁路电路2的输入端的电源是需要一直保持开启的，从而为假性负载4供电)时，不会发生反灌现象，因此，在这种供电模式下，控制器7可以不进行逻辑判断，或者是也进行逻辑判断，只不过其判断结果无效即可。作为优选地实施方式，控制器7可以在主电路1处于供电状态时，进行上述的逻辑判断，在旁路电路2供电时，不进行上述的逻辑判断。

本实施例中的假性负载4的具体实现方式有很多，电阻负载，电感负载，容性负载等，作为优选地实施方式，假性负载4具体为滤波器。滤波器具体为LC型滤波器或LCL型滤波器。其中，滤波器中的滤波电容的连接拓扑有三角形或者星形连接方式，不管何种连接形式，滤波电容本质上都是跨接输入火线与等电势中性点上。LC型滤波器或LCL型滤波器的特点是能够接收较大的无功功率及少量的有功功率。图3为本发明实施例提供的一种假性负载在旁路电路中的具体结构图。如图3所示，假性负载4具体通过LC型滤波器实现。作为优选地实施方式，静态开关具体为SCR，更具体的，是通过两个可控硅反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由控制器7控制，具体分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。本发明中，所用到的是转换型开关的类型。

作为一种优选地实施方式，上述用于UPS的静态开关的故障检测装置还可以包括报警器件，当控制器7确定出静态开关3故障时，还可以触发报警器件报警。报警器件的类型可以根据实际情况选择，例如可以为蜂鸣器或指示灯等，本实施例不作限定。

本实施例提供的用于UPS的静态开关的故障检测装置，包括设置在旁路电路的输入端和静态开关之间的假性负载、用于检测旁路电路的电流的电流传感器、用于检测旁路电路的电压的电压传感器以及用于计算功率的控制器。由于假性负载的存在，使得在发生反灌时，旁路电路回路中产生反向的电流和电压，通过计算电流传感器和电压传感器采集到的电流和电压就可以确定旁路电路是否发生反灌现象，进而确定静态开关是否故障。另外，本装置结构简单，易于实现，可广泛应用于UPS中。

实施例二

在上一实施例的基础上，本实施例中给出一种功率达到预设报警条件的具体实施方式。需要说明的是，旁路电路的输入端的电源如果不同类型，则预设报警条件也是不同的，需要相适应做调整，为了说明书的简洁，这里不再一一说明，只给出电源为三相交流电的应用场景。

当旁路电路的输入端的电源为三相交流电，则对应功率达到预设报警条件具体为：

若wt在时，功率为正，或在

时，功率为负，则功率未达到预设报警条件；

若wt在时，功率为负，或在

时，功率为正，则功率达到预设报警条件；

其中，w为角频率，t为时间，K为自然数。

图4为本发明实施例提供的一种静态开关正常时对应的电流和电压的曲线示意图。当静态开关3正常时，假性负载4的电能由旁路电路2的输入端的电源提供，此时，电压与电流的关系如图4所示。需要说明的是，在图4中，只是给出了电压和电流的变化趋势，各自的幅值可以忽略不考虑，横坐标表示周期变化，纵坐标表示幅值，具体哪条曲线是电流曲线，哪条曲线是电压曲线，对于本方案结果没有差别。这是因为，后续的功率计算主要是看功率的正负值，而不关注功率本身数值的大小。在功率计算中，可以将检测到电压与电流数值相乘：P＝U*I，在和为正，在 和为负，因此在每半周内P始终保持+到-的循环变化。可以将该种状态定义为P的正序，如图3所示。因此，通过每个周期内功率的正负变化趋势可以确定是否达到预设报警条件，具体参见上文描述。

图5为本发明实施例提供的一种静态开关故障时对应的电流和电压的曲线示意图。当静态开关3故障时，假性负载4由逆变电压反灌至旁路输入测，即假性负载4由逆变供电，由于逆变的方向性，此时电流为反，如图5所示。需要说明的是，在图5中，只是给出了电压和电流的变化趋势，各自的幅值可以忽略不考虑，横坐标表示周期变化，纵坐标表示幅值，具体哪条曲线是电流曲线，哪条曲线是电压曲线，对于本方案结果没有差别。将检测到电压与电流数值相乘：P＝U*I，在和为负，在和为正，因此在每半周内P始终保持-到+的循环变化。该种状态为P的负序。此时可判断到静态开关3故障。因此，通过每个周期内功率的正负变化趋势可以确定是否达到预设报警条件，具体参见上文描述。

图6为本发明实施例提供的一种控制器的逻辑判断方法的流程图。步骤包括S10-S14，其中，步骤S12对应的就是wt在每个周期内的功率正负值的变换，具体不再赘述。本实施例中，通过功率在每个周期内的正负值的变化作为判断的依据，该方法简单快捷。

实施例三

在上一实施例的基础上，若某一时段内，电压和电流都出现异常，而最终的功率所体现的正负值又恰恰没有达到预设报警条件时，则有可能会造成故障检测失败。考虑到故障检测的可靠性，本实施例中，当功率未达到预设报警条件时，控制器7还用于判断电流或电压是否超过阈值，如果电流或电压超过阈值，则确定静态开关3故障。对应的，图7为本发明实施例提供的另一种控制器的逻辑判断方法的流程图。在图6的基础上，增加了对电流和电压的进一步判断。

实施例四

上文对于用于UPS的静态开关的故障检测装置的实施例进行了详细描述，本发明还提供一种与该装置对应的用于UPS的静态开关的故障检测方法。该方法包括：

预先在旁路电路的输入端和静态开关之间设置假性负载；

采集旁路电路的电流和电压；

计算电流和电压对应的功率，当功率达到预设报警条件时，确定静态开关故障。

作为优选地实施方式，旁路电路的输入端的电源为三相交流电，则对应的功率达到预设报警条件具体为：

若wt在时，功率为正，或在

时，功率为负，则功率未达到预设报警条件；

若wt在时，功率为负，或在

时，功率为正，则功率达到预设报警条件；

其中，w为角频率，t为时间，K为自然数。

作为优选地实施方式，当功率未达到预设报警条件时，还包括：

判断电流或电压是否超过阈值，如果电流或电压超过阈值，则确定静态开关故障。

需要说明的是，装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

本实施例提供的用于UPS的静态开关的故障检测方法，由于预先设置了假性负载，使得在发生反灌时，旁路电路回路中产生反向的电流和电压，通过计算电流传感器和电压传感器采集到的电流和电压就可以确定旁路电路是否发生反灌现象，进而确定静态开关是否故障。另外，本方法操作简单，易于实现，可广泛应用于UPS中。

以上对本发明所提供的用于UPS的静态开关的故障检测装置及方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种用于UPS的静态开关的故障检测装置，其特征在于，包括设置在旁路电路的输入端和静态开关之间的假性负载，用于采集所述旁路电路的电流的电流传感器、用于采集所述旁路电路的电压的电压传感器、与所述电流传感器和所述电压传感器连接的控制器，用于计算所述电流和所述电压对应的功率，当所述功率达到预设报警条件时，确定所述静态开关故障。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁路电路的输入端的电源为三相交流电，则对应所述功率达到预设报警条件具体为：

若wt在时，所述功率为正，或在

时，所述功率为负，则所述功率未达到所述预设报警条件；

若wt在时，所述功率为负，或在

时，所述功率为正，则所述功率达到所述预设报警条件；

其中，w为角频率，t为时间，K为自然数。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，当所述功率未达到所述预设报警条件时，所述控制器还用于判断所述电流或所述电压是否超过阈值，如果所述电流或所述电压超过所述阈值，则确定所述静态开关故障。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述假性负载具体为滤波器。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述滤波器具体为LC型滤波器或LCL型滤波器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述静态开关具体为SCR。

7.一种用于UPS的静态开关的故障检测方法，其特征在于，包括：

预先在旁路电路的输入端和静态开关之间设置假性负载；

采集所述旁路电路的电流和电压；

计算所述电流和所述电压对应的功率，当所述功率达到预设报警条件时，确定所述静态开关故障。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述旁路电路的输入端的电源为三相交流电，则对应的所述功率达到预设报警条件具体为：

若wt在时，所述功率为正，或在

时，所述功率为负，则所述功率未达到所述预设报警条件；

若wt在时，所述功率为负，或在

时，所述功率为正，则所述功率达到所述预设报警条件；

其中，w为角频率，t为时间，K为自然数。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，当所述功率未达到所述预设报警条件时，还包括：

判断所述电流或所述电压是否超过阈值，如果所述电流或所述电压超过所述阈值，则确定所述静态开关故障。