CN109450082A - 一种动态ups及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种动态UPS，包括正常工作电源、相互连接的电动机和发电机，还包括高压直流母线和与所述高压直流母线连接的备用电源，所述电动机通过变频装置与所述高压直流母线连接，所述正常工作电源通过第一整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用电源设置有备用电源管理系统。本发明通过设置高压直流母线和与高压直流母线连接的备用电源，同时也使正常工作电源与高压直流母线连接，无论是正常工作电源供电还是备用电源供电，均通过高压直流母线将电源端的电能提供给电动机并通过电动机带动同步发电机进行发电，整个发电过程都不采用飞轮或离合器，从而使得本发明提供的动态UPS结构简单，维护方便，工作可靠性也大大提高。

Description

一种动态UPS及控制方法
技术领域
本发明涉及不间断电源领域，具体涉及一种动态UPS及控制方法。
背景技术
UPS是指不间断电源，分为动态UPS和静态UPS，当前市面上的动态UPS系统主要由正常工作电源(通常为市电电源)、电动机、同步发电机、柴油发动机、离合器和储能飞轮构成，当正常工作电源正常时，正常工作电源驱动电动机运转，电动机带动同步发电机发电并输出工频电源给负载供电，同时，电动机带动储能飞轮进行储能，当正常工作电源异常或停电时，储能飞轮带动同步发电机发电并继续输出工频电源给负载供电，并且在正常工作电源异常或停电的同时，柴油发动机启动(储能飞轮的储能有限，只能维持很短时间)，当柴油发动机达到一定转速后(在很短的时间内即可达到，这个时候飞轮的储能还没有到达门限值)，柴油发动机通过离合器将柴油发动机的输出端与同步发电机耦合在一起从而使同步发电机继续输出工频电源给负载供电，这个过程就实现了负载的不间断供电。
对于目前的动态UPS来说，不管是飞轮与电动机的机械连接还是柴油发动机通过离合器与发电机的机械连接，都会使动态UPS的结构变得复杂，不仅增加了制造难度，后期的维护工作也很困难，而且随着负载功率的要求越来越高，离合器的制造难度也会越来越大，飞轮需要储蓄的能量也会越来越多，种种情况，都进一步限制了动态UPS的使用和发展。
因此，设计出一种可以避免使用飞轮和离合器装置的动态UPS具有非常重要的意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种动态UPS，通过设置高压直流母线和与高压直流母线连接的备用电源，同时也使正常工作电源与高压直流母线连接，无论是正常工作电源供电还是备用电源供电，均通过高压直流母线将电源端的电能提供给电动机并通过电动机带动同步发电机进行发电，整个发电过程都不采用飞轮或离合器，从而使得本发明提供的动态UPS结构简单，维护方便，工作可靠性也大大提高。为解决以上技术问题，本发明通过下面的技术手段实现：
一种动态UPS，包括正常工作电源、相互连接的电动机和发电机，还包括高压直流母线和与所述高压直流母线连接的备用电源，所述电动机通过变频装置与所述高压直流母线连接，所述正常工作电源通过第一整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用电源设置有备用电源管理系统。
进一步地，还包括备用发电机组，所述备用发电机组通过第二整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用发电机组设置有控制系统。
进一步地，还包括变频控制系统，所述变频控制系统与所述变频器连接。
进一步地，所述电动机为永磁电动机。
一种控制上述动态UPS的方法，包括：
通过备用电源管理系统判断高压直流母线电压是否正常，如果正常，不启动备用电源或停止备用电源供电或对备用电源进行充电管理，否则，进行下一步；
通过备用电源管理系统控制备用电源供电并输出直流电到高压直流母线，通过变频装置对高压直流母线输出的直流电进行逆变和变频并将变频后的交流电输出给电动机，通过电动机带动同步发电机进行发电。
进一步地，进行所述通过备用电源管理系统判断高压直流母线电压是否正常的同时还包括：
通过备用发电机组的控制系统检测正常工作电源是否正常，如果正常，不启动备用发电机组或停止正在运行的备用发电机组，否则进行下一步；
通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行，通过第二整流装置对备用发电机组输出的交流电进行整流并输出到高压直流母线，同时停止备用电源供电，通过变频装置对高压直流母线输出的直流电进行逆变和变频并将变频后的交流电输出给电动机，通过电动机带动同步发电机进行发电。
进一步地，所述通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行具体为：通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行，在备用发电机组进入稳态后进行后面的整流动作。
进一步地，时刻通过备用发电机组的控制系统检测正常工作电源是否正常，只要正常工作电源正常，则通过正常工作电源供电，同时停止正在运行的备用发电机组。
进一步地，所述高压直流母线上的电流电压为530—560VDC，所述变频装置输出的交流电频率为150—600Hz。
本发明通过设置高压直流母线和与高压直流母线连接的备用电源，同时也使正常工作电源与高压直流母线连接，无论是正常工作电源供电还是备用电源供电，均通过高压直流母线将电源端的电能提供给电动机并通过电动机带动同步发电机进行发电，整个发电过程都不采用飞轮或离合器这些精密机械连接机构，从而使得本发明提供的动态UPS结构简单，降低加工制造难度，而且后期维护方便，工作可靠性也大大提高，其次，通过设置备用发电机组可以大大延长动态UPS的供电时间，在备用电源开始供电的同时启动备用发电机组，备用发电机组进入稳态后可以再次对备用电源充电，另外，采用体积小、重量轻、效率高的永磁电动机，可以减小动态UPS的整体结构体积，缩小占用空间，同时可以提高动态UPS的工作可靠性，最后，由于备用发电机组由启动到稳态需要一定时间，这个过程的输出电流或输出电压是不稳定的，因此在正常工作电源异常时先通过备用电源提供稳定可靠的电流或电压给高压直流母线，当备用发电机组进入稳态后再通过整流装置输出电流或电压给高压直流母线，保证动态UPS的供电质量，在动态UPS的控制过程中会随时检测正常工作电源的状态，如果因为正常工作电源异常而使用备用电源或备用发电机组供电，一旦检测到正常工作电源恢复正常，则立即采用正常工作电源供电的方式为负载供电，同时停掉备用电源或备用发电机组。
附图说明
图1为实施例1提供的一种动态UPS结构示意图。
图2为实施例2提供的一种动态UPS控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种动态UPS，包括正常工作电源、相互连接的电动机和发电机，还包括高压直流母线和与所述高压直流母线连接的备用电源，所述电动机通过变频装置与所述高压直流母线连接，所述正常工作电源通过第一整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用电源设置有备用电源管理系统。
这里需要说明的是，备用电源可以为蓄电池组，也可以是其他能够提供直流电的供电设备，本实施例中，备用电源和正常工作电源都是通过高压直流母线为电动机提供电能，不会涉及到储能飞轮或离合器，结构简单，维护方便，由于不涉及高要求的精密机械连接部件，本实施例的运行可靠性大大提高，由于正常工作电源和备用电源是并联在高压直流母线上，所以正常工作电源和备用电源之间没有短路或撞车的风险，供电可靠性高。
还需要说明的是，在本实施例工作过程中，备用电源和高压直流母线直接连接，在正常工作电源正常时，备用电源的电压和高压直流母线的电压是相等或非常相近的，一旦正常工作电源异常，高压直流母线电压会逐渐降低，此时备用电源管理系统会检测到高压直流母线的电压变化，进而控制备用电源输出电流给高压直流母线，达到不间断供电的目的，如果正常工作电源恢复正常，则备用电源管理系统控制高压直流母线对备用电源进行充电管理。
作为优选，本实施例还包括备用发电机组，所述备用发电机组通过第二整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用发电机组设置有控制系统。
这里需要说明的是，备用发电机组的控制系统可以时刻检测正常工作电源是否正常，如果一旦检测到正常工作电源异常，则控制备用发电机组启动(这个时候备用电源也开始输出稳定的直流电到高压直流母线)，为了提高供电质量，在控制备用发电机组进入稳态后，再控制整流装置对备用发电机组发出的电流进行整流然后输出到高压直流母线，同时备用电源管理系统控制高压直流母线对备用电源进行充电管理。
还需要说明的是，无论是备用电源供电(备用发电机组进入稳态前)还是备用发电机组供电，备用发电机组的控制系统都会时刻检测正常工作电源是否正常，只有正常工作电源正常，则立刻恢复正常工作电源供电。
作为优选，本实施例还包括变频控制系统，所述变频控制系统与所述变频器连接。具体实施本实施例时，变频控制系统、备用电源管理系统和备用发电机的控制系统可以作为一个整体集成设计在一个控制器内，并通过这个控制器对整个装置实现整体控制。
具体地，本实施例中的电动机可以采用永磁电动机。
这里需要说明的是，备用发电机组可以为柴油发电机组或其他能够提供交流电的供电设备，由于蓄电池组的储蓄电能有限，为了提高本实施例在正常工作电源异常后的供电时间，可以增加设置备用发电机组，备用发电机组和正常工作电源都是通过各自的整流装置在高压直流母线并联，所以正常工作电源和备用发电机组之间也没有短路或撞车的风险，供电可靠性高。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种控制实施例1提供的动态UPS的方法，包括：
通过备用电源管理系统判断高压直流母线电压是否正常，如果正常，不启动备用电源或停止备用电源供电或对备用电源进行充电管理，否则，进行下一步；
通过备用电源管理系统控制备用电源供电并输出直流电到高压直流母线，通过变频装置对高压直流母线输出的直流电进行逆变和变频并将变频后的交流电输出给电动机，通过电动机带动同步发电机进行发电。
作为对本实施例的优化，进行所述通过备用电源管理系统判断高压直流母线电压是否正常的同时还包括：
通过备用发电机组的控制系统检测正常工作电源是否正常，如果正常，不启动备用发电机组或停止正在运行的备用发电机组，否则进行下一步；
通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行，通过第二整流装置对备用发电机组输出的交流电进行整流并输出到高压直流母线，同时停止备用电源供电，通过变频装置对高压直流母线输出的直流电进行逆变和变频并将变频后的交流电输出给电动机，通过电动机带动同步发电机进行发电。
作为本实施例的进一步优化，所述通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行具体为：通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行，在备用发电机组进入稳态后进行后面的整流动作。
实施本实施例时，会时刻通过备用发电机组的控制系统检测正常工作电源是否正常，只要正常工作电源正常，则通过正常工作电源供电。
本实施例中，所述高压直流母线上的电流电压为530—560VDC，所述变频装置输出的交流电频率为150—600Hz。
对本实施例需要进行说明的是，在实施本实施例时，备用电源管理系统对备用电源进行充电和放电管理，备用发电机组的控制系统对备用发电机组的启动、运行和停止进行管理，备用电源管理系统可以通过检测高压直流母线上的电压来对备用电源进行管理，备用发电机组的控制系统可以通过检测正常工作电源的工作状况是否正常来对备用发电机组进行管理，两套管理可以分开进行，也可以集成在一个控制装置内，根据用户的设计需要进行设计，另外，本实施例中，当正常工作电源由正常工作状态变为异常时，备用电源会立即响应，而备用发电机组的启动时间和进入稳态的时间相对较长，响应速度会比备用电源慢，当备用发电机组的供电达到稳态后，通过整流装置整流输出高质量的直流电到高压直流母线，高压直流母线的电压恢复正常，备用电源在备用电源管理系统的管理下停止供电并进行相应充电管理。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种动态UPS，其特征在于，包括正常工作电源、相互连接的电动机和发电机，还包括高压直流母线和与所述高压直流母线连接的备用电源，所述电动机通过变频装置与所述高压直流母线连接，所述正常工作电源通过第一整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用电源设置有备用电源管理系统。
2.根据权利要求1所述的一种动态UPS，其特征在于，还包括备用发电机组，所述备用发电机组通过第二整流装置与所述高压直流母线连接，所述备用发电机组设置有控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种动态UPS，其特征在于，还包括变频控制系统，所述变频控制系统与所述变频器连接。
4.根据权利要求1所述的一种动态UPS，其特征在于，所述电动机为永磁电动机。
5.一种控制权利要求1-4任意一项所述动态UPS的方法，其特征在于，包括：
通过备用电源管理系统判断高压直流母线电压是否正常，如果正常，不启动备用电源或停止备用电源供电或对备用电源进行充电管理，否则，进行下一步；
通过备用电源管理系统控制备用电源供电并输出直流电到高压直流母线，通过变频装置对高压直流母线输出的直流电进行逆变和变频并将变频后的交流电输出给电动机，通过电动机带动同步发电机进行发电。
6.根据权利要求5所述的一种动态UPS控制方法，其特征在于，进行所述通过备用电源管理系统判断高压直流母线电压是否正常的同时还包括：
通过备用发电机组的控制系统检测正常工作电源是否正常，如果正常，不启动备用发电机组或停止正在运行的备用发电机组，否则进行下一步；
通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行，通过第二整流装置对备用发电机组输出的交流电进行整流并输出到高压直流母线，同时停止备用电源供电，通过变频装置对高压直流母线输出的直流电进行逆变和变频并将变频后的交流电输出给电动机，通过电动机带动同步发电机进行发电。
7.根据权利要求6所述的一种动态UPS控制方法，其特征在于，所述通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行具体为：通过备用发电机组的控制系统控制备用发电机组启动或继续运行，在备用发电机组进入稳态后进行后面的整流动作。
8.根据权利要求6所述的一种动态UPS控制方法，其特征在于，时刻通过备用发电机组的控制系统检测正常工作电源是否正常，只要正常工作电源正常，则通过正常工作电源供电，同时停止正在运行的备用发电机组。
9.根据权利要求5所述的一种动态UPS控制方法，其特征在于，所述高压直流母线上的电流电压为530—560VDC，所述变频装置输出的交流电频率为150—600Hz。
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