CN113904426B - Ups控制方法及装置、ups系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种UPS控制方法及装置、UPS系统，该UPS控制方法应用于UPS技术领域，包括：实时获取目标UPS的主路输出电流、旁路输出电流、输出总电流；基于输出总电流确定主路输出电流对应的给定电流，并基于给定电流、主路输出电流、旁路输出电流确定主路的电流误差量，根据电流误差量确定目标UPS对应的主控制量；基于主路输出电流、输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量；基于主控制量以及补偿控制量对目标UPS的功率模块进行控制。本发明提供的UPS控制方法及装置、UPS系统能够减小输出电压的波动，实现UPS运行模式的平滑切换。

Description

UPS控制方法及装置、UPS系统

技术领域

本发明属于UPS技术领域，更具体地说，是涉及一种UPS控制方法及装置、UPS系统。

背景技术

UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)包含主路和旁路，UPS在ECO(节能运行)模式下，旁路输出有功电流，主路输出无功补偿电流，有功电流和无功补偿电流共同构成UPS的供电输出总电流。

现有技术中，旁路故障时，需要UPS进行工作模式切换以保证主路承担所有供电电流的输出，然而，工作模式切换会存在间隙，导致输出电压波动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种UPS控制方法及装置、UPS系统，以解决现有技术中存在的UPS工作模式切换导致的输出电压波动问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供了一种UPS控制方法，所述UPS控制方法包括：

实时获取目标UPS的主路输出电流、旁路输出电流、输出总电流；

基于所述输出总电流确定所述主路输出电流对应的给定电流，并基于所述给定电流、所述主路输出电流、所述旁路输出电流确定主路的电流误差量，根据所述电流误差量确定目标UPS对应的主控制量；

基于所述主路输出电流、所述输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量；

基于所述主控制量以及所述补偿控制量对目标UPS的功率模块进行控制。

在一种可能的实现方式中，所述基于所述输出总电流确定所述主路输出电流对应的给定电流，包括：

对所述输出总电流进行傅里叶分解，得到所述输出总电流对应的基波有功分量；

基于所述输出总电流对应的基波有功分量、所述输出总电流对应的相位确定所述主路输出电流对应的给定电流。

在一种可能的实现方式中，基于所述给定电流、所述主路输出电流、所述旁路输出电流确定主路的电流误差量，包括：

将所述给定电流与所述主路输出电流、所述旁路输出电流之差作为主路的电流误差量；

相应的，所述根据所述电流误差量确定目标UPS对应的主控制量，包括：

将所述电流误差量输入至预设的电流环控制器中，得到目标UPS对应的主控制量。

在一种可能的实现方式中，所述基于所述主路输出电流、所述输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量，包括：

分别对所述主路输出电流、所述输出总电流进行傅里叶分解，得到所述主路输出电流对应的各个分量、所述输出总电流对应的各个分量；

将所述主路输出电流对应的各个分量、所述输出总电流对应的各个分量按照波次性质进行分组，对于相互对应的一组主路输出电流分量和输出总电流分量，基于所述主路输出电流分量、所述输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量；

基于所有组的输出补偿量确定目标UPS的补偿控制量。

在一种可能的实现方式中，各个分量包含基波无功分量、各个奇次谐波有功分量、各个奇次谐波无功分量；

所述将所述主路输出电流对应的各个分量、所述输出总电流对应的各个分量按照波次性质进行分组，包括：

将所述主路输出电流的基波无功分量与所述输出总电流的基波无功分量分为一组，将谐波次数相同的所述主路输出电流的奇次谐波有功分量与所述输出总电流的奇次谐波有功分量分为一组，将谐波次数相同的所述主路输出电流的奇次谐波无功分量与所述输出总电流的奇次谐波无功分量分为一组。

在一种可能的实现方式中，所述基于所述主路输出电流分量、所述输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量，包括：

基于所述主路输出电流分量、所述输出总电流分量确定电流分量误差，将所述电流分量误差输入至该组对应的预设补偿器中，得到该组的初始补偿量；

实时获取目标UPS实际输出的总电流的相位，并基于所述总电流的相位、该组电流分量的波次性质、该组的初始补偿量确定该组的输出补偿量。

在一种可能的实现方式中，所述基于所述总电流的相位、该组电流分量的波次性质、该组的初始补偿量确定该组的输出补偿量，包括：

基于所述总电流的相位、该组电流分量的波次性质确定该组的补偿系数；

将该组的补偿系数与该组的初始补偿量的乘积作为该组的输出补偿量。

在一种可能的实现方式中，所述基于所有组的输出补偿量确定目标UPS的补偿控制量，包括：

将基于所有组的输出补偿量之和作为目标UPS的补偿控制量。

本发明的另一方面，还提供了一种UPS控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上所述的UPS控制方法的步骤。

本发明的再一方面，还提供了一种UPS系统，包括目标UPS以及以上所述的UPS控制装置。

本发明提供的UPS控制方法及装置、UPS系统的有益效果在于：

区别于现有技术中直接基于主路输出电流以及主路输出电流对应的给定电流确定电流误差量，进而确定UPS控制量的方案，本发明在确定电流误差量时还引入了旁路输出电流，也即基于给定电流、主路输出电流、旁路输出电流确定电流误差量，进而确定UPS的主控制量。相对于现有技术，本发明的电流误差量会基于旁路状态进行调整，在旁路故障时电流误差量会立即变大，进而控制主路立即作出反应，将原旁路输出部分的电流补上，从而降低输出电压的波动，实现UPS从ECO模式到逆变供电模式的平滑切换。此外，本发明还利用主路输出电流以及输出总电流确定了补偿控制量，实现了UPS电路的无功补偿以及谐波抑制，从而进一步保证了UPS的运行稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明一实施例提供的UPS控制方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的UPS控制方法的应用场景示意图；

图3为本发明一实施例提供的UPS控制装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的UPS系统的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的UPS控制方法的控制环路图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

首先，请参考图2，图2为本发明一实施例提供的UPS控制方法的应用场景示意图。由图2可以看出，UPS包含主路输出(主路输出对应主路输入以及电池组输入)和旁路输出，UPS在ECO(节能运行)模式下，旁路输出有功电流ib，主路输出无功补偿电流iL，有功电流ib和无功补偿电流iL共同构成UPS的供电输出总电流io。现有技术中，旁路故障时，需要UPS进行工作模式切换(其中，主路控制环路会对应切换)以保证主路输出承担所有供电电流的输出，然而，工作模式切换会存在间隙(也即主路控制环路的切换会存在间隙)，导致输出电压波动。在此基础上，本发明提供了一种控制方案以解决上述问题，该控制方案应用于UPS旁路供电时以及UPS旁路供电切换至逆变供电期间(旁路供电至逆变供电切换完成意味着主路控制环路已切换完成，也就是说，旁路供电至逆变供电切换完成后，将由逆变供电模式对应的新的主路控制环路对主路进行控制，而不再使用本发明提供的主路控制方案)。具体的，请参考图1，图1为本发明一实施例提供的UPS控制方法的流程示意图，该UPS控制方法包括：

S101：实时获取目标UPS的主路输出电流、旁路输出电流、输出总电流。

在一种可能的实现方式中，可通过电流采集装置实时采集目标UPS的主路输出电流和旁路输出电流、输出总电流，以实现目标UPS的反馈控制。

S102：基于输出总电流确定主路输出电流对应的给定电流，并基于给定电流、主路输出电流、旁路输出电流确定主路的电流误差量，根据电流误差量确定目标UPS对应的主控制量。

在一种可能的实现方式中，可通过对输出总电流进行傅里叶分解、结合输出总电流的傅里叶分解结果以及输出总电流的相位确定给定电流。在此基础上，基于给定电流、主路输出电流、旁路输出电流确定主路的电流误差量，进而确定目标UPS对应的主控制量。

S103：基于主路输出电流、输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量。

在一种可能的实现方式中，本发明实施例还设置了补偿控制的部分，也即通过实时采集的主路输出电流以及预设的输出总电流确定实时的补偿控制量，该补偿控制量用于对目标UPS的补偿控制，实现UPS电路的无功补偿和谐波抑制。

S104：基于主控制量以及补偿控制量对目标UPS的功率模块进行控制。

在一种可能的实现方式中，可将主控制量以及补偿控制量之和作为目标UPS的总控制量，可对该总控制量进行变换后，基于变换后的控制量生成PWM调制波，并将该PWM调制波发送至目标UPS的功率模块，具体的，该PWM调制波用于对功率模块中的逆变器进行控制。

从以上描述可知，区别于现有技术中直接基于主路输出电流以及主路输出电流对应的给定电流确定电流误差量，进而确定UPS控制量的方案，本发明实施例在确定电流误差量时还引入了旁路输出电流，也即基于给定电流、主路输出电流、旁路输出电流确定电流误差量，进而确定UPS的主控制量。相对于现有技术，本发明实施例的电流误差量会基于旁路状态进行调整，在旁路故障时电流误差量会立即变大，进而控制主路立即作出反应，将原旁路输出部分的电流补上，从而降低输出电压的波动，实现UPS从ECO模式到逆变供电模式的平滑切换。此外，本发明实施例还利用主路输出电流以及输出总电流确定了补偿控制量，实现了UPS电路的无功补偿以及谐波抑制，从而进一步保证了UPS的运行稳定性。

在一种可能的实现方式中，基于所述输出总电流确定所述主路输出电流对应的给定电流，包括：

对输出总电流进行傅里叶分解，得到输出总电流对应的基波有功分量。

基于输出总电流对应的基波有功分量、输出总电流对应的相位确定主路输出电流对应的给定电流。在一种可能的实现方式中，可根据io'_lp＝io_lp*sin(θ)确定主路输出电流对应的给定电流io'_lp。其中，θ为目标UPS输出总电流对应的相位，io_lp为输出总电流对应的基波有功分量。

在一种可能的实现方式中，基于给定电流、主路输出电流、旁路输出电流确定主路的电流误差量，包括：

将给定电流与主路输出电流、旁路输出电流之差作为主路的电流误差量。

相应的，根据电流误差量确定目标UPS对应的主控制量，包括：

将电流误差量输入至预设的电流环控制器中，得到目标UPS对应的主控制量。

在本实施例中，主路的电流误差量＝给定电流-主路输出电流-旁路输出电流。

在一种可能的实现方式中，基于主路输出电流、输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量，包括：

分别对主路输出电流、输出总电流进行傅里叶分解，得到主路输出电流对应的各个分量、输出总电流对应的各个分量。

将主路输出电流对应的各个分量、输出总电流对应的各个分量按照波次性质进行分组，对于相互对应的一组主路输出电流分量和输出总电流分量，基于主路输出电流分量、输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量。

基于所有组的输出补偿量确定目标UPS的补偿控制量。

在一种可能的实现方式中，各个分量包含基波无功分量、各个奇次谐波有功分量、各个奇次谐波无功分量。也就是说，对主路输出电流进行傅里叶分解，得到主路输出电流对应的基波无功分量、各个奇次谐波有功分量、各个奇次谐波无功分量。对输出总电流进行傅里叶分解，得到输出总电流对应的基波无功分量、各个奇次谐波有功分量、各个奇次谐波无功分量。

其中，将主路输出电流对应的各个分量、输出总电流对应的各个分量按照波次性质进行分组，包括：

将主路输出电流的基波无功分量与输出总电流的基波无功分量分为一组，将谐波次数相同的主路输出电流的奇次谐波有功分量与输出总电流的奇次谐波有功分量分为一组，将谐波次数相同的主路输出电流的奇次谐波无功分量与输出总电流的奇次谐波无功分量分为一组。

优选的，奇次谐波可以为三次谐波、五次谐波以及七次谐波。也即将主路输出电流的三次谐波有功分量与输出总电流的三次谐波有功分量分为一组、将主路输出电流的五次谐波有功分量与输出总电流的五次谐波有功分量分为一组、将主路输出电流的七次谐波有功分量与输出总电流的七次谐波有功分量分为一组；将主路输出电流的三次谐波无功分量与输出总电流的三次谐波无功分量分为一组、将主路输出电流的五次谐波无功分量与输出总电流的五次谐波无功分量分为一组、将主路输出电流的七次谐波无功分量与输出总电流的七次谐波无功分量分为一组。

在一种可能的实现方式中，基于主路输出电流分量、输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量，包括：

基于主路输出电流分量、输出总电流分量确定电流分量误差，将电流分量误差输入至该组对应的预设补偿器中，得到该组的初始补偿量。

实时获取目标UPS实际输出的总电流的相位，并基于总电流的相位、该组电流分量的波次性质、该组的初始补偿量确定该组的输出补偿量。

在本实施例中，主路输出电流分量即主路输出电流进行傅里叶分解得到的分量，输出总电流分量即输出总电流进行傅里叶分解得到的分量。其中，可将主路输出电流分量与输出总电流分量的差值作为电流分量误差。

在一种可能的实现方式中，基于总电流的相位、该组电流分量的波次性质、该组的初始补偿量确定该组的输出补偿量，包括：

基于总电流的相位、该组电流分量的波次性质确定该组的补偿系数。

将该组的补偿系数与该组的初始补偿量的乘积作为该组的输出补偿量。

在本实施例中，若该组电流分量为基波无功分量，则该组的补偿系数为cos(θ)，其中，θ为总电流的相位；若该组电流分量为k次谐波无功分量，则该组的补偿系数为sin(kθ)；若该组电流分量为k次谐波有功分量，则该组的补偿系数为cos(kθ)。

在一种可能的实现方式中，基于所有组的输出补偿量确定目标UPS的补偿控制量，包括：

将基于所有组的输出补偿量之和作为目标UPS的补偿控制量。

在一种可能的实现方式中，可参考图5，图5为本发明一实施例提供的UPS控制方法的控制环路图。图5中，io为目标UPS的输出总电流，io_1p、io_1q、io_3p、io_3q、io_5p、io_5q、io_7p、io_7q分别为输出总电流的基波有功分量、输出总电流的基波无功分量、输出总电流的三次谐波有功分量、输出总电流的三次谐波无功分量、输出总电流的五次谐波有功分量、输出总电流的五次谐波无功分量、输出总电流的七次谐波有功分量、输出总电流的七次谐波无功分量。iL为主路输出电流，iL_1p、iL_1q、iL_3p、iL_3q、iL_5p、iL_5q、iL_7p、iL_7q分别为主路输出电流的基波有功分量、主路输出电流的基波无功分量、主路输出电流的三次谐波有功分量、主路输出电流的三次谐波无功分量、主路输出电流的五次谐波有功分量、主路输出电流的五次谐波无功分量、主路输出电流的七次谐波有功分量、主路输出电流的七次谐波无功分量。θ为目标UPS输出总电流的相位，ib为旁路输出电流，uo为目标UPS的输出电压，U_bus为目标UPS的母线电压。

在本实施例中，可首先根据输出总电流对应的基波有功分量io_1p、总电流的相位θ确定主路的给定电流，再根据主路的给定电流、旁路输出电流ib、主路输出电流iL确定主路对应的电流误差量。将电流误差量输入至预设的电流环控制器中，得到目标UPS对应的主控制量。

在本实施例中，对于相互对应的一组主路输出电流分量和输出总电流分量，基于主路输出电流分量、输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量。最后，将所有组的输出补偿量之和作为目标UPS的补偿控制量。

在本实施例中，可将目标UPS的主控制量和补偿控制量之和作为目标UPS对应的总控制量。得到目标UPS对应的总控制量之后，再结合目标UPS的输出电压uo以及目标UPS的母线电压U_bus对总控制量进行转换，得到转换后的控制量，将转换后的控制量输入至调制单元即可得到PWM调制波，该PWM调制波用于对目标UPS功率模块中的逆变器进行控制。

其中，可根据c'＝(c+uo)/U_bus对总控制量进行转换，其中，c为转换前的总控制量，c'为转换后的总控制量。

本发明的另一方面，还提供了一种UPS控制装置300，UPS控制装置300可以包括：一个或多个处理器301、一个或多个输入设备302、一个或多个输出设备303及一个或多个存储器304。上述处理器301、输入设备302、输出设备303及存储器304通过通信总线305完成相互间的通信。存储器304用于存储计算机程序，计算机程序包括程序指令。处理器301用于执行存储器304存储的程序指令。其中，处理器301被配置用于调用程序指令执行上述各方法实施例的步骤。应当理解，在本发明实施例中，所称处理器301可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)。

该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。输入设备302可以包括触控板、指纹采传感器(用于采集用户的指纹信息和指纹的方向信息)、麦克风等，输出设备303可以包括显示器(LCD等)、扬声器等。该存储器304可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器301提供指令和数据。存储器304的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器304还可以存储设备类型的信息。具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器301、输入设备302、输出设备303可执行本发明实施例提供的UPS控制方法的第一实施例和第二实施例中所描述的实现方式。

本发明的再一方面，请参考图4，还提供了一种UPS系统40，包括目标UPS以及以上所述的UPS控制装置。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种UPS控制方法，其特征在于，包括：

实时获取目标UPS的主路输出电流、旁路输出电流、输出总电流；

基于所述输出总电流确定所述主路输出电流对应的给定电流，将所述给定电流与所述主路输出电流、所述旁路输出电流之差作为主路的电流误差量，将所述电流误差量输入至预设的电流环控制器中，得到目标UPS对应的主控制量；

基于所述主路输出电流、所述输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量；

基于所述主控制量以及所述补偿控制量对目标UPS的功率模块进行控制；

其中，所述基于所述主路输出电流、所述输出总电流确定目标UPS对应的补偿控制量，包括：

分别对所述主路输出电流、所述输出总电流进行傅里叶分解，得到所述主路输出电流对应的各个分量、所述输出总电流对应的各个分量；

将所述主路输出电流对应的各个分量、所述输出总电流对应的各个分量按照波次性质进行分组，对于相互对应的一组主路输出电流分量和输出总电流分量，基于所述主路输出电流分量、所述输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量；

基于所有组的输出补偿量确定目标UPS的补偿控制量。

2.如权利要求1所述的UPS控制方法，其特征在于，所述基于所述输出总电流确定所述主路输出电流对应的给定电流，包括：

对所述输出总电流进行傅里叶分解，得到所述输出总电流对应的基波有功分量；

基于所述输出总电流对应的基波有功分量、所述输出总电流对应的相位确定所述主路输出电流对应的给定电流。

3.如权利要求1所述的UPS控制方法，其特征在于，各个分量包含基波无功分量、各个奇次谐波有功分量、各个奇次谐波无功分量；

所述将所述主路输出电流对应的各个分量、所述输出总电流对应的各个分量按照波次性质进行分组，包括：

将所述主路输出电流的基波无功分量与所述输出总电流的基波无功分量分为一组，将谐波次数相同的所述主路输出电流的奇次谐波有功分量与所述输出总电流的奇次谐波有功分量分为一组，将谐波次数相同的所述主路输出电流的奇次谐波无功分量与所述输出总电流的奇次谐波无功分量分为一组。

4.如权利要求1所述的UPS控制方法，其特征在于，所述基于所述主路输出电流分量、所述输出总电流分量以及该组对应的预设补偿器确定该组的输出补偿量，包括：

基于所述主路输出电流分量、所述输出总电流分量确定电流分量误差，将所述电流分量误差输入至该组对应的预设补偿器中，得到该组的初始补偿量；

实时获取目标UPS实际输出的总电流的相位，并基于所述总电流的相位、该组电流分量的波次性质、该组的初始补偿量确定该组的输出补偿量。

5.如权利要求4所述的UPS控制方法，其特征在于，所述基于所述总电流的相位、该组电流分量的波次性质、该组的初始补偿量确定该组的输出补偿量，包括：

基于所述总电流的相位、该组电流分量的波次性质确定该组的补偿系数；

将该组的补偿系数与该组的初始补偿量的乘积作为该组的输出补偿量。

6.如权利要求1至5任一项所述的UPS控制方法，其特征在于，所述基于所有组的输出补偿量确定目标UPS的补偿控制量，包括：

将基于所有组的输出补偿量之和作为目标UPS的补偿控制量。

7.一种UPS控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

8.一种UPS系统，其特征在于，包括目标UPS以及如权利要求7所述的UPS控制装置。

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