DE102012101171A1

DE102012101171A1 - Interruption-free power supply arrangement, has control unit alternately controlling power supply devices so that electrical energy is transported from supply networks to network to be secured only by power supply devices

Info

Publication number: DE102012101171A1
Application number: DE201210101171
Authority: DE
Inventors: Liviu BAJAN
Original assignee: AEG Power Solutions BV
Current assignee: AEG Power Solutions GmbH
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-14

Abstract

The arrangement (1) has inverters (23, 33) including outputs (24, 34), which are connected with a network (L1') to be secured. Inputs (20, 30) of rectifiers (21, 31) and the outputs of the inverters are connected in parallel to each other. A control unit (4) alternately controls interruption-free power supply devices (2, 3) for supply of the network to be secured when the network is undisturbedly supplied so that electrical energy is transported from supply networks (L1, VN) to the network to be secured only by the interruption-free power supply devices.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung mit wenigstens zwei Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung jeweils umfassend einen Gleichrichter, einen Energiespeicher und einen Wechselrichter, und mit einem Steuerungsmittel zum Steuern der Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, wobei der Gleichrichter jeder Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einen Eingang hat, der mit einem versorgenden Netz verbindbar ist und wobei der Wechselrichter einen Ausgang hat, der mit einem abzusichernden Netz verbindbar ist, und wobei die Eingänge der Gleichrichter und die Ausgänge der Wechselrichter parallel geschaltet sind.The present invention relates to an uninterruptible power supply arrangement comprising at least two uninterruptible power supply devices each comprising a rectifier, an energy storage and an inverter, and a control means for controlling the uninterruptible power supply devices, the rectifier having an input for each uninterruptible power supply device which is connectable to a powered network and wherein the inverter has an output connectable to a network to be protected, and wherein the inputs of the rectifiers and the outputs of the inverters are connected in parallel.

Aus der Literatur und der Praxis sind Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, insbesondere so genannte Online-USVs bekannt. Bekannt ist es ferner, wenigstens zwei Online-USV oder wenigstens zwei Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung mit einer anderen Anordnung der Komponenten mit gleichen Nenngrößen parallel zu schalten, um eine redundante unterbrechungsfreie Stromversorgung bereitzustellen. Die parallel geschalteten Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung werden dabei gleichzeitig betrieben und jeweils mit der Hälfte der vom abzusichernden Netz geforderten Leistung belastet.From the literature and practice devices for uninterruptible power supply, in particular so-called online UPSs are known. It is also known, at least two online UPS or at least two devices for uninterruptible power supply with a different arrangement of components with the same nominal sizes in parallel to provide a redundant uninterruptible power supply. The parallel-connected devices for uninterruptible power supply are operated simultaneously and charged each with half of the required by the network to be protected power.

Verschiedene Komponenten von Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung, zum Beispiel die Wechselrichter, sind in der Regel so ausgelegt, dass sie optimal bei Nennleistung betrieben werden. Dann ist die gesamte harmonische Verzerrung (engl. Total Harmonic Distortion (THD)) am geringsten und die von der Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung aufgenommene Leistung kann am effektivsten in Ausgangsleistung umgesetzt werden.Various components of uninterruptible power supply devices, such as inverters, are typically designed to operate optimally at rated power. Then, the total harmonic distortion (THD) is lowest and the power consumed by the uninterruptible power supply device can be most effectively converted into output power.

Das Betreiben einer redundant aus wenigstens zwei parallel geschalteten Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung aufgebauten Anordnung nach einem Verfahren, bei dem die Vorrichtungen gleichzeitig und gleichmäßig belastet betrieben werden, ist daher aus dem Blickwinkel der gesamten harmonischen Verzerrung nicht optimal.The operation of a redundantly constructed from at least two devices connected in parallel for uninterruptible power supply arrangement according to a method in which the devices are operated simultaneously and evenly loaded, therefore, is not optimal from the point of view of the entire harmonic distortion.

Hier setzt die Erfindung an.This is where the invention starts.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die gesamte harmonische Verzerrung einer Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung zu verringern.The invention is based on the problem to reduce the total harmonic distortion of an arrangement for uninterruptible power supply.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das Steuerungsmittel geeignet und eingerichtet ist, bei ungestörtem versorgenden Netz die Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung abwechselnd zur Versorgung des abzusichernden Netzes anzusteuern, so dass jeweils mit nur einer Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung elektrische Energie vom versorgenden Netz zum abzusichernden Netz transportierbar ist.This problem is solved in that the control means is suitable and adapted to drive the uninterruptible power supply system, the devices for uninterruptible power supply alternately to supply the network to be secured, so that in each case with only one device for uninterruptible power supply electrical energy from the supplying network to be secured network transportable is.

Anders als beim Stand der Technik werden bei einer erfindungsgemäßen Anordnung die Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung nicht gleichzeitig und gleichmäßig belastet betrieben, sondern nacheinander, wobei die gesamte, vom abzusichernden Netz geforderte Leistung von der betriebenen Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung aufgebracht wird, während die andere Vorrichtung bzw. die anderen Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung dann keinen Betrag zur Versorgung des abzusichernden Netzes beitragen. Die Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung werden also in den Zeiten, in denen sie die Versorgung des abzusichernden Netzes übernehmen, stärker belastet als bei einer herkömmlichen Anordnung. Die Leistung ist näher an der Nennleistung und kann von der Vorrichtung effektiver umgesetzt werden, da die gesamte harmonische Verzerrung geringer ist als in einem Arbeitspunkt bei geringerer Leistung.In contrast to the prior art, in an arrangement according to the invention the uninterruptible power supply devices are not operated simultaneously and uniformly, but successively, the entire power demanded by the network to be protected being applied by the operated uninterruptible power supply device while the other device resp The other devices for uninterruptible power supply then contribute no amount to supply the network to be protected. The devices for uninterruptible power supply are therefore more heavily loaded in the times in which they take over the supply of the network to be protected than in a conventional arrangement. The power is closer to the rated power and can be more effectively implemented by the device because the total harmonic distortion is less than at a lower power operating point.

Um die einzelnen Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer erfindungsgemäßen Anordnung trotz der vollen Leistungsübernahme in den Zeiten, in denen sie betrieben werden, über die technische Lebensdauer der Anordnung möglichst gleichmäßig zu betreiben, werden die Vorrichtungen abwechselnd betrieben, wozu die Vorrichtungen von dem Steuermittel der Anordnung entsprechend angesteuert werden.In order to operate the individual devices for uninterruptible power supply of an arrangement according to the invention despite the full power takeover during the periods in which they are operated as uniformly as possible over the technical life of the arrangement, the devices are operated alternately, including the devices of the control means of the arrangement accordingly be controlled.

Um einen gleichmäßigen Betrieb der Vorrichtungen zu erreichen, kann das Steuermittel geeignet und eingerichtet sein, alle Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung innerhalb eines Zeitraums für gleiche Bruchteile des Zeitraums für den Energietransport vom versorgenden Netz zum abzusichernden Netz zu nutzen. Für den Zeitraum einer Stunde werden die Vorrichtungen einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Beispiel für jeweils eine halbe Stunde betrieben, wenn die Anordnung zwei Vorrichtungen umfasst.In order to achieve a uniform operation of the devices, the control means may be adapted and arranged to use all the uninterruptible power supply devices within a period of equal fractions of the time of energy transport from the supplying network to the network to be protected. For example, for a period of one hour, the devices of an arrangement according to the invention are operated for half an hour each, if the arrangement comprises two devices.

Es ist aber auch möglich, die Vorrichtungen während eines Zeitraums nacheinander so zu betreiben, dass die von den Vorrichtungen nacheinander übertragene Energie gleich ist. Dazu kann das Steuermittel geeignet und eingerichtet sein, jede Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung in einer Folge einmal zur Nutzung für den Energietransport anzusteuern, wobei die von jeder Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung während der Folge transportierte Energie gleich groß ist.However, it is also possible to operate the devices successively during a period of time so that the energy transmitted successively by the devices is the same. For this purpose, the control means may be adapted and arranged to drive each uninterruptible power supply device in a sequence once for use in energy transport, with the same amount of energy transported by each uninterruptible power supply device during the sequence.

Außerdem ist es möglich, die thermische Belastung der einzelnen Vorrichtungen einer erfindungsgemäßen Anordnung während eines Zeitraums gleichmäßig zu halten. Eine erfindungsgemäße Anordnung kann Sensoren zur Erfassung der Temperatur insbesondere von Leistungshalbleiterbauelementen des Wechselrichters aufweisen. Das Steuermittel kann zur Ermittlung einer thermischen Belastung der Wechselrichter anhand der von den Sensoren ermittelbaren Temperaturen aufweisen. Ferner kann das Steuermittel geeignet und eingerichtet sein, jede Vorrichtung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung in einer Folge zur Nutzung für den Energietransport so anzusteuern, dass die thermische Belastung der Wechselrichter der Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung während der Folge gleich groß sind.Moreover, it is possible to keep the thermal load of the individual devices of an arrangement according to the invention uniform over a period of time. An arrangement according to the invention can have sensors for detecting the temperature, in particular of power semiconductor components of the inverter. The control means may comprise for determining a thermal load of the inverters on the basis of the temperatures detectable by the sensors. Furthermore, the control means may be adapted and arranged to drive each uninterruptible power supply device in a train for use in power transport so that the thermal load on the inverters of the uninterruptible power supply devices during the sequence is the same.

Ferner ist es möglich, dass das Steuermittel einer erfindungsgemäßen Anordnung geeignet und eingerichtet ist, die Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung entweder wahlweise gleichzeitig und mit gleicher Leistung oder abwechselnd zu betreiben. Das Steuermittel ist dann in der Lage, zwischen zwei Betriebsmodi zu wechseln. In dem einen Betriebsmodus werden die Vorrichtungen einer erfindungsgemäßen Anordnung auf eine herkömmliche, eingangs beschriebene Art betrieben, während in dem anderen Betriebsmodus die Vorrichtungen abwechselnd betrieben werden.Furthermore, it is possible that the control means of an arrangement according to the invention is suitable and adapted to operate the devices for uninterruptible power supply either optionally simultaneously and with the same power or alternately. The control means is then able to switch between two modes of operation. In one operating mode, the devices of an arrangement according to the invention are operated in a conventional manner as described above, while in the other operating mode the devices are operated alternately.

Das Steuergerät kann geeignet und eingerichtet sein, aus den anhand der von den Sensoren ermittelbaren Temperaturen und/oder der daraus ermittelten thermischen Belastung eine Prognose für den Zeitpunkt des alterungsbedingten Ausfalls der Vorrichtungen für die unterbrechungsfreien Stromversorgungen zu erstellen, und zwar für den Betriebsmodus, in dem die Vorrichtungen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung gleichzeitig und mit gleicher Leistung betreibbar sind, und für den Betriebsmodus, in dem die Vorrichtungen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung abwechselnd betreibbar sind.The control unit may be suitable and configured to make a prediction of the time of the aging-related failure of the devices for the uninterruptible power supplies based on the temperatures detectable by the sensors and / or the thermal load determined therefrom, namely for the operating mode in which the uninterruptible power supply devices are operable simultaneously and with equal power, and for the operating mode in which the uninterruptible power supply devices are alternately operable.

Das Steuermittel kann dann so geeignet und eingerichtet sein, dass es die Vorrichtungen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung so ansteuert, dass die Vorrichtungen für die unterbrechungsfreie Stromversorgung in dem Betriebsmodus betreibbar sind, in dem der prognostizierte Zeitpunkt des alterungsbedingten Ausfalls der spätere ist. Vorzugsweise werden die Zeitpunkte des prognostizierten Ausfalls laufend ermittelt und zu den Zeitpunkten, zu denen die Prognosen sich so ändern, dass der andere als der gewählte Betriebsmodus zu einem späteren Ausfall führt, der Betriebsmodus geändert wird.The control means may then be adapted and arranged to control the uninterruptible power supply devices so that the uninterruptible power supply devices are operable in the operation mode in which the predicted time of the aging failure is the later one. Preferably, the times of the predicted failure are determined on an ongoing basis and at the times when the forecasts change so that the other than the selected operating mode results in a later failure, the operating mode is changed.

Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt die einzigeFeatures of the invention will be explained with reference to the following description of an embodiment with reference to the drawing. It shows the only one

Figur eine erfindungsgemäße Anordnung.Figure an arrangement according to the invention.

Die in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Anordnung 1 zur unterbrechungsfreien Stromversorgung umfasst zwei Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung 2, 3 und ein Steuermittel 4, mit welchem die beiden Vorrichtungen 2, 3 gesteuert und/oder geregelt werden.The arrangement according to the invention shown in the figure 1 for uninterruptible power supply includes two devices for uninterruptible power supply 2 . 3 and a control means 4 with which the two devices 2 . 3 controlled and / or regulated.

Die Vorrichtungen 2, 3 weisen je einen Eingang 10, 30 auf, die parallel geschaltet sind und die mit einem versorgenden Netz verbunden sind. Die Vorrichtungen weisen ferner je einen Gleichrichter 21, 31 auf, der mit dem Eingang verbunden ist. Ausgänge der Gleichrichter 21, 31 sind mit je einem Energiespeicher 22, 32 verbunden, die über die Gleichrichter aufgeladen werden. Die Ausgänge der Gleichrichter 21, 31 sind außerdem mit je einem Wechselrichter 23, 33 verbunden, mit denen die an den Ausgängen der Gleichrichter 21, 31 und den Energiespeichern 22, 32 anliegenden Spannungen in Wechselspannungen umgerichtet werden können, die dann an den Ausgängen der Wechselrichter anliegen, vorrausgesetzt, die Vorrichtung 2, 3 und insbesondere der Wechselrichter 23, 33 wird betrieben.The devices 2 . 3 each have an entrance 10 . 30 which are connected in parallel and which are connected to a supplying network. The devices also each have a rectifier 21 . 31 on, which is connected to the entrance. Outputs of the rectifier 21 . 31 are each with an energy storage 22 . 32 connected, which are charged via the rectifier. The outputs of the rectifier 21 . 31 are also each with an inverter 23 . 33 connected to those at the outputs of the rectifier 21 . 31 and the energy storage 22 . 32 applied voltages can be converted into AC voltages, which then abut the outputs of the inverter, provided the device 2 . 3 and in particular the inverter 23 . 33 is operated.

Mit dem Steuermittel 4 wird insbesondere gesteuert und/oder geregelt, welche der Vorrichtungen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung wann betrieben wird, um ein an die Anordnung angeschlossenes abzusicherndes Netz mit elektrischer Energie zu versorgen.With the tax agent 4 In particular, it is controlled and / or regulated which of the uninterruptible power supply devices is operated when to supply electrical power to a network to be protected connected to the device.

Das Steuermittel 4 ist durch eine Programmierung so eingerichtet, dass die beiden Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Anordnung innerhalb eines Zeitraums abwechselnd die vollständige Versorgung des abzusichernden Netzes übernehmen. Die abwechselnde Versorgung während des Zeitraums durch die Vorrichtungen erfolgt dabei für gleiche Zeiten, d. h. die Vorrichtungen sind während des Zeitraums gleich lang in Betrieb.The control means 4 is set up by programming so that the two devices of the arrangement according to the invention take over in a period of time alternately the full supply of the network to be protected. The alternate supply during the period by the devices takes place for the same times, ie the devices are the same length of time during the period in operation.

Claims

Arrangement ( 1 ) for the uninterruptible power supply with at least two devices ( 2 . 3 ) for the uninterruptible power supply, each comprising a rectifier ( 21 . 31 ), an energy store ( 22 . 32 ) and an inverter ( 23 . 33 ), and with a control means ( 4 ) for controlling the devices ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply, the rectifier ( 21 . 31 ) of each device ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply an input ( 20 . 30 ), the can be connected to a supplying network (VN, L1) and wherein the inverter ( 23 . 33 ) an output ( 24 . 34 ) connectable to a network (L1 ') to be protected, and the inputs ( 20 . 30 ) the rectifier ( 21 . 31 ) and the outputs ( 24 . 34 ) the inverter ( 23 . 33 ) are connected in parallel, characterized in that the control means ( 4 ) is suitable and equipped, with undisturbed supplying network the devices ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply alternately to supply the network to be protected, so that in each case with only one device ( 2 . 3 ) for uninterruptible power supply electrical energy from the supplying network to the network to be secured is transportable.

Arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the control means ( 4 ) is suitable and equipped, all devices ( 2 . 3 ) to be used for the uninterruptible power supply within a period of equal fractions of the period of energy transport from the supplying network to the network to be protected.

Arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the control means ( 4 ) is suitable and arranged, each device ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply in a sequence once to be used for the energy transport, which of each device ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply during the sequence transported energy is the same.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the arrangement ( 1 ) Sensors for detecting the temperature of power semiconductor components of the inverters ( 23 . 33 ) having.

Arrangement ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the control means ( 4 ) for determining a thermal load of the inverters ( 23 . 33 ) Based on the detectable by the sensors temperatures.

Arrangement ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the control means is suitable and arranged for each device ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply in a sequence for use for the energy transport to control so that the thermal loads of the inverter ( 23 . 33 ) of the devices ( 2 . 3 ) are equal to the uninterruptible power supply during the episode.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control means ( 4 ) is suitable and arranged, the devices ( 2 . 3 ) to the uninterruptible power supply either simultaneously and with the same power or alternately to operate.

Arrangement ( 1 ) according to claims 4 to 6 and according to claim 7, characterized in that the control unit ( 4 ) is suitable and arranged, from the basis of the detectable by the sensors temperatures and / or the thermal load determined therefrom, a prognosis for the timing of the aging-related failure of the devices ( 2 . 3 ) for the uninterruptible power supply, for an operating mode in which the devices ( 2 . 3 ) are operated simultaneously and with the same power for the uninterruptible power supply, and for an operating mode in which the devices ( 2 . 3 ) are alternately operable for the uninterruptible power supply.

Arrangement ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the control means comprise the devices ( 2 . 3 ) for the uninterruptible power supply in such a way that the devices ( 2 . 3 ) are operable for the uninterruptible power supply in the operation mode in which the predicted time of the aging failure is the later one.