專利名稱：快速不間斷電源系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不間斷電源技術(shù)，尤其涉及一種快速不間斷電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子信息技術(shù)的不斷豐富發(fā)展，對于供電系統(tǒng)的要求也越來越高。UPS (Uninterruptible Power Supply,不間斷電源)是不間斷電源系統(tǒng)的總稱,作用于保證電網(wǎng)斷電或異常時(shí)對負(fù)載的不間斷高質(zhì)量供電，快速性、穩(wěn)定性和安全性是不間斷供電系統(tǒng)的基本要求。當(dāng)前應(yīng)用的不間斷電源系統(tǒng)，對于電網(wǎng)異常判斷不夠迅速、全面和清晰，也不能對各種電網(wǎng)異常(過欠壓、過欠頻、缺相、嚴(yán)重諧波超標(biāo)等)的判斷方法作出準(zhǔn)確描述；同時(shí)其并未將電源切換與逆變器控制策略緊密結(jié)合，使得切換過程并不能真正實(shí)現(xiàn)供電完全不間斷，甚至?xí)霈F(xiàn)沖擊。另外，現(xiàn)有不間斷電源系統(tǒng)中的后備電源模塊結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，需要額外的整流充電設(shè)備為電池充電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種快速不間斷電源系統(tǒng)及其控制方法，以解決上述相關(guān)技術(shù)中同類產(chǎn)品存在的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種快速不間斷電源系統(tǒng)，包括電源切換裝置及后備電源裝置，所述電源切換裝置的主電源側(cè)連接為負(fù)載供電的主電源，后備電源側(cè)連接所述后備電源裝置，并在所述主電源側(cè)設(shè)有第一開關(guān)；且所述電源切換裝置用于通過從所述主電源側(cè)及后備電源側(cè)采集的電信號判斷所述主電源和所述后備電源裝置的工作狀態(tài)，并在判斷所述主電源出現(xiàn)異常時(shí)斷開所述第一開關(guān)；在判斷所述主電源恢復(fù)正常時(shí)，在進(jìn)一步通過采集的所述電信號判斷所述主電源與所述后備電源裝置的供電電壓相位相同時(shí)導(dǎo)通所述第一開關(guān)；所述后備電源裝置接收來自所述第一開關(guān)的開關(guān)量信號，并在收到所述第一開關(guān)斷開的信號時(shí)代替所述主電源為所述負(fù)載供電，在收到所述第一開關(guān)導(dǎo)通的信號時(shí)停止為所述負(fù)載供電。本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種快速不間斷電源的控制方法，包括以下步驟:監(jiān)測電網(wǎng)電壓；對所述電網(wǎng)電壓進(jìn)行基于Clark坐標(biāo)的變換以生成電網(wǎng)電壓的DQ變換分量；將所述DQ變換分量與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果判斷所述電網(wǎng)電壓是否異常；以及如果判斷所述電網(wǎng)電壓異常，則關(guān)閉主電源側(cè)的第一開關(guān)，并選擇后備電源裝置代替所述主電源為所述負(fù)載供電。本發(fā)明實(shí)施例提供的快速不間斷電源系統(tǒng)，在主電源出現(xiàn)異常時(shí)能夠快速切換至后備電源供電，而主電源恢復(fù)正常后要待其與后備電源相位相同時(shí)才被切換回為負(fù)載供電，因此切換過程完全無沖擊閃變。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1為本發(fā)明實(shí)施例的快速不間斷電源系統(tǒng)的實(shí)施例電路框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的主電源和后備電源裝置切換流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的后備電源裝置控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的實(shí)施例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是實(shí)施例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。本發(fā)明的實(shí)施例提出一種快速不間斷電源系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)在一個(gè)實(shí)施例中包括電源切換裝置11及后備電源裝置12，其中，電源切換裝置11的主電源側(cè)連接用于為負(fù)載供電的主電源，后備電源側(cè)則連接后備電源裝置12。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，后備電源裝置12可為電池。并且電源切換裝置在主電源側(cè)設(shè)有第一開關(guān)Kl ;需要說明的是上述負(fù)載及主電源在圖1中均未顯示，在一個(gè)實(shí)施例中，主電源可以是指市電電網(wǎng)，在以下的說明書中，如果沒有特別指明，主電源均是指市電電網(wǎng)。進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，電源切換裝置11用于通過從主電源側(cè)及后備電源側(cè)采集的電信號來判斷主電源和后備電源裝置12的工作狀態(tài)，并在判斷主電源出現(xiàn)異常時(shí)斷開第一開關(guān)Kl ;在判斷主電源恢復(fù)正常時(shí)，再于進(jìn)一步通過采集的電信號判斷主電源與后備電源裝置12的供電電壓相位相同時(shí)導(dǎo)通第一開關(guān)K1。另一方面，后備電源裝置12接收來自第一開關(guān)Kl的開關(guān)量信號，并在收到第一開關(guān)Kl斷開的信號時(shí)代替主電源為負(fù)載供電，而在收到第一開關(guān)Kl導(dǎo)通的信號時(shí)則停止為負(fù)載供電。以下將結(jié)合圖1對本實(shí)施例的快速不間斷電源系統(tǒng)進(jìn)一步加以詳細(xì)說明。如圖所示，后備電源裝置12包括:雙向逆變器121，分別連接至雙向逆變器121的逆變控制器122和電池組123，以及與逆變控制器122和電池組123均連接的電池管理器124。另一方面，電源切換裝置11包括:切換控制器111，與切換控制器111連接的采樣捕獲電路112，與采樣捕獲電路112連接并分別位于主電源側(cè)、后備電源側(cè)和電源輸出側(cè)的第一采樣點(diǎn)Al、第二采樣點(diǎn)A2和第三采樣點(diǎn)A3，以及與切換控制器111連接并分別位于后備電源側(cè)和電源輸出側(cè)的第二開關(guān)K2和第三開關(guān)K3，此外，切換控制器111還與第一開關(guān)Kl連接。在一個(gè)實(shí)施例中，這里所述的第一、第二和第三開關(guān)K1-K3中的每一個(gè)或是全部可以是可控娃模塊、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)模塊、或智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM),這些開關(guān)器件都能夠?qū)崿F(xiàn)小于3ms的響應(yīng)速度，從而能夠加快電源的切換速度。在一個(gè)實(shí)施例中，上述的米樣捕獲電路112通過第一、第二及第三米樣點(diǎn)A1-A3來監(jiān)測主電源及后備電源裝置12的狀態(tài)并將監(jiān)測結(jié)果傳遞至切換控制器111 ;第一開關(guān)Kl的開關(guān)量信號通過通信線(如圖中虛線所示)傳遞至逆變控制器122。盡管圖中并未顯示，但在一個(gè)實(shí)施例中，這里的采樣捕獲電路112可以包括電壓互感器、電流變換器以及電壓過零比較器，從而分別用于電壓信號、電流信號以及相位信號的監(jiān)測。在一個(gè)實(shí)施例中，上述的切換控制器111根據(jù)采樣捕獲電路112傳遞的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行如下判斷及對應(yīng)的操作:在判斷主電源電壓正常時(shí)控制第一、第二及第三開關(guān)K1-K3均導(dǎo)通；在判斷主電源電壓出現(xiàn)異常時(shí)控制第一開關(guān)Kl斷開；在判斷主電源恢復(fù)正常時(shí)，通過進(jìn)一步判斷主電源與后備電源裝置12的供電電壓相位相同時(shí)導(dǎo)通第一開關(guān)Kl ;以及在判斷輸出側(cè)短路或輸出過流時(shí)控制第一、第二及第三開關(guān)K1-K3均斷開。在一個(gè)實(shí)施例中，為了能夠?qū)﹄妷夯螂娏餍畔⑦M(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理，上述的切換控制器111可以諸如DSP、PLC等處理器。優(yōu)選的，可以采用DSP TMS240LF2812作為切換控制器111，這里，也可以采用與切換控制器111的DSP TMS240LF2812作為上述逆變控制器122。進(jìn)一步具體而言，在一個(gè)實(shí)施例中，上述切換控制器111可以將采樣捕獲電路112傳遞來的電網(wǎng)電壓信息基于Clark坐標(biāo)變換(以下稱DQ變換)轉(zhuǎn)換為Ud、Uq,由于DQ坐標(biāo)變換是根據(jù)三相電壓基波瞬時(shí)值與相位值計(jì)算，經(jīng)過變換所得的直流量Ud、Uq能夠表征電壓的頻率與幅值；同樣實(shí)際電源中諧波含量過高時(shí)，計(jì)算得到的Ud、Uq值是基波與各次諧波的累加，因此能夠用UcUUq值表征電網(wǎng)狀態(tài)。同時(shí)，由于上述切換控制器111可以采用高速信號處理芯片，經(jīng)過DQ變換得到的兩個(gè)直流量可以方便的與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較，極大加快對于各類電網(wǎng)異常的檢測與判斷速度。對應(yīng)于切換控制器111的操作，上述逆變控制器122接收來自第一開關(guān)Kl的開關(guān)量信號，并在得到第一開關(guān)Kl斷開的信號后，以調(diào)壓模式控制雙向逆變器121工作，即使雙向逆變器121通過變換電池組123的輸出電壓來代替主電源向負(fù)載供電，在一個(gè)實(shí)施例中，雙向逆變器121變換電池組123的輸出電壓所得到的變換電壓被設(shè)置為與主電源(例如電網(wǎng))的電壓頻率和幅值均相同。另一方面，逆變控制器122在得到第一開關(guān)Kl導(dǎo)通的信號后以調(diào)流模式來控制雙向逆變器121工作，從而停止為負(fù)載供電。上述以調(diào)流模式控制雙向逆變器121工作，是指在電網(wǎng)保持正常的情況下，雙向逆變器121作為電流源，相當(dāng)于電流源與電壓源的并聯(lián)，進(jìn)而調(diào)整雙向逆變器121輸出電流跟隨電網(wǎng)頻率相位變化，通過電壓過零判斷實(shí)現(xiàn)鎖相(下文中將詳細(xì)描述)；在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)流模式可采用基于DQ變換電感電流PI調(diào)節(jié)、無差拍控制等控制策略。上述以調(diào)壓模式控制雙向逆變器121工作，是指在無電網(wǎng)情況下，雙向逆變器121作為電壓源，以逆變輸出電壓作為調(diào)節(jié)目標(biāo)，頻率幅值目標(biāo)均可根據(jù)需要給定；在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)壓控制可采用基于DQ變換電壓電流雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)、重復(fù)控制等控制策略。進(jìn)一步，在一個(gè)實(shí)施例中，電池管理器124是用于實(shí)時(shí)監(jiān)測電池組123的狀態(tài)，并在電池組123的輸出電壓低于以及達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)通知逆變控制器122。相應(yīng)地，在以調(diào)壓模式控制雙向逆變器121工作時(shí)，逆變控制器122在從電池管理器124得知電池組123的輸出電壓低于預(yù)設(shè)第一閾值時(shí)則控制雙向逆變器121停止工作，以起到保護(hù)電池的作用；而在以調(diào)流模式控制雙向逆變器121工作時(shí)，逆變控制器122在得知電池組123的輸出電壓低于預(yù)設(shè)第二閾值(其高于上述第一閾值)時(shí)則控制雙向逆變器121通過變換主電源(如圖1所示，此時(shí)可以通過第二開關(guān)K2連通主電源及后備電源裝置12)的輸出電壓向電池組123充電，并在得知電池組123的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)第二閾值時(shí)控制雙向逆變器121停止向電池組123充電的工作模式，從而進(jìn)入空載運(yùn)行狀態(tài)。由以上描述可知，以調(diào)流模式控制雙向逆變器121工作時(shí)，可根據(jù)電池組123的狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行充電、放電或空載運(yùn)行；若負(fù)載需要，雙向逆變器121也可輸出無功，以補(bǔ)償局部無功功率缺乏，以改善局部電網(wǎng)供電質(zhì)量。需要說明的是，后備電源裝置12在雙向逆變器121工作模式的轉(zhuǎn)換下輸出有功或無功功率，均需要結(jié)合電池組123的狀態(tài)進(jìn)行，以保持電池組123的必備容量，進(jìn)而保證后備電源裝置12在電網(wǎng)異常時(shí)能夠獨(dú)立支撐負(fù)載一定時(shí)間。雖然圖中并未示出，但在一個(gè)實(shí)施例中，上述的快速不間斷電源系統(tǒng)還可以包括一個(gè)顯示裝置，其與切換控制器111連接，用于顯示與主電源異常相關(guān)的報(bào)警信息?；谝陨蠈?shí)施例的快速不間斷電源系統(tǒng)，下面將詳細(xì)描述其控制方法的實(shí)現(xiàn)流程。采樣捕獲電路112通過采樣點(diǎn)A1-A3實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并傳遞到切換控制器111。當(dāng)切換控制器111判定電網(wǎng)電壓正常時(shí)，選擇電網(wǎng)作為主電源，控制開關(guān)K1-K3導(dǎo)通；逆變控制器122通過接收到的開關(guān)Kl導(dǎo)通信號判定其交流側(cè)電壓正常后針對雙向逆變器121啟動采用基于電感電流DQ變換的PI調(diào)流控制。首先采樣捕獲電路112將電網(wǎng)電壓整形成方波，在每個(gè)電壓周期上升沿過零點(diǎn)(或下降沿)出現(xiàn)正跳變，將此方波信號送到逆變控制器122 (假設(shè)為上述的DSP F2812)的捕獲引腳進(jìn)行跳變檢測，當(dāng)檢測到設(shè)定的跳變信號(如正跳變)時(shí)，該DSP會產(chǎn)生捕獲中斷，在捕獲中斷處理任務(wù)中可以記錄下DSP內(nèi)部一個(gè)計(jì)數(shù)器(如T2)的值，該值代表電網(wǎng)電壓相位；本例中DSP F2812時(shí)鐘周期為6.67us,以電網(wǎng)周期為50hz計(jì)，對應(yīng)的T2計(jì)數(shù)值為11718，給定電網(wǎng)電壓信號起始點(diǎn)為T2計(jì)數(shù)器0時(shí)亥IJ，進(jìn)入捕獲中斷時(shí)讀取T2計(jì)數(shù)器的值作為周期并將其清零，在每個(gè)電壓周期內(nèi)用IOOus定時(shí)任務(wù)讀取T2計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值(即將一個(gè)電壓周期角度分解為200份)，該值即為電網(wǎng)電壓相位，由此實(shí)現(xiàn)了鎖相。接續(xù)，雙向逆變器121啟動后進(jìn)入空載運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)可根據(jù)負(fù)載和局部電網(wǎng)信息進(jìn)行無功補(bǔ)償。通過電池管理124器判定電池組123的容量，若電池組123電壓低于預(yù)設(shè)第二閾值，則逆變控制器122控制雙向逆變器121運(yùn)行于充電狀態(tài)給電池組123充電，待電池組123電壓達(dá)到預(yù)設(shè)第二閾值后，雙向逆變器122停止充電并保持空載運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電壓出現(xiàn)各種異常(斷電、過欠壓、過欠頻、諧波嚴(yán)重超標(biāo)等)時(shí)，切換控制器111判斷電網(wǎng)電壓UcUUq值超出設(shè)定限值。具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)與判斷時(shí)間可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定，例如記錄正常電壓時(shí)的UcUUq值，設(shè)定正負(fù)20%為異常判定標(biāo)準(zhǔn)，判定時(shí)間為Ims,由DSP定時(shí)中斷提供時(shí)間基準(zhǔn)。接續(xù)，在切換控制器111認(rèn)定電網(wǎng)異常后，立即控制第一開關(guān)Kl斷開；由于后備電源裝置12中雙向逆變器121 —直處于運(yùn)行狀態(tài)，逆變控制器122在接收到第一開關(guān)Kl斷開的信號后，立即將雙向逆變器121的工作模式切換為調(diào)壓控制，作為電壓源支撐負(fù)載運(yùn)行。由于，電池組123電壓過低后容易造成電池?fù)p壞，因此電池管理器124也需實(shí)時(shí)監(jiān)測電池組123的狀態(tài)，當(dāng)電池組123電壓低于預(yù)設(shè)第一閾值(低于上述第二閾值)時(shí)，向逆變控制器122發(fā)出信號，逆變控制器122控制雙向逆變器121停止工作。在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，切換控制器111通過主電源側(cè)采樣點(diǎn)Al和后備電源側(cè)采樣點(diǎn)A2獲取兩側(cè)電壓情況。通過上述采樣捕獲電路112中的過零比較器判斷兩側(cè)電壓相位，具體過程如下。將整形后的方波送入切換控制器111 (DSP)的兩個(gè)捕獲引腳，通過判斷兩側(cè)電壓跳變時(shí)間(進(jìn)入捕獲中斷時(shí))即可判斷兩側(cè)電壓相位差；使得兩側(cè)電壓相位相同有兩種方法:一是被動檢測，由于后備電源獨(dú)立工作時(shí)，處于調(diào)壓控制狀態(tài)，是獨(dú)立電壓源，頻率保持相對穩(wěn)定，而電網(wǎng)的特性使得它是一個(gè)頻率略有波動的網(wǎng)絡(luò)，兩者之間相位會有相對位移，在一段時(shí)間內(nèi)即可出現(xiàn)電網(wǎng)與后備電源側(cè)相位相同的情況；二是主動調(diào)相，根據(jù)上述相位差判斷方法得出兩側(cè)電壓相位差值后，通過通信線將相位差值反饋到后備電源逆變控制器122從而主動調(diào)節(jié)后備電源輸出電壓相位值，使得兩側(cè)相位相同。進(jìn)而，切換控制器111在判斷得出電網(wǎng)與后備電源裝置12這兩側(cè)電壓相位相同時(shí)，同時(shí)發(fā)出指令控制第一開關(guān)Kl導(dǎo)通；逆變控制器122通過通信線獲取第一開關(guān)Kl導(dǎo)通的信號后，將雙向逆變器121控制模式切換為調(diào)流控制，恢復(fù)電網(wǎng)作為主電源供電狀態(tài)；通過上述判斷可使電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，切換過程完全無沖擊和閃變。在本發(fā)明的實(shí)施例中，雙向逆變器121還具有調(diào)流控制模式和調(diào)壓控制模式。在雙向逆變器121的調(diào)流控制模式下，即在電網(wǎng)保持正常的情況下，雙向逆變器121作為電流源，相當(dāng)于電流源與電壓源的并聯(lián)，調(diào)整雙向逆變器輸出電流跟隨電網(wǎng)頻率相位變化，通過電壓過零判斷實(shí)現(xiàn)鎖相。如何通過電壓過零判斷實(shí)現(xiàn)鎖相已是現(xiàn)有技術(shù)，因此在此不再贅述。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，具體的調(diào)流控制策略可采用基于DQ變換電感電流PI調(diào)節(jié)、無差拍控制等控制策略。在雙向逆變器121的調(diào)壓控制模式下，即在無電網(wǎng)情況下，雙向逆變器作為電壓源，以逆變輸出電壓作為調(diào)節(jié)目標(biāo)，頻率幅值目標(biāo)均可根據(jù)需要給定。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)壓控制策略可采用基于DQ變換電壓電流雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)、重復(fù)控制等控制策略。如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的主電源和后備電源裝置切換流程圖，包括以下步驟:步驟S201，實(shí)時(shí)監(jiān)測主電源側(cè)(即電網(wǎng))的電壓，并對電網(wǎng)電壓進(jìn)行基于Clark坐標(biāo)的變換以生成電網(wǎng)電壓的DQ變換分量。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可通過第一采樣點(diǎn)Al進(jìn)行監(jiān)測。具體地，當(dāng)電網(wǎng)正常時(shí)將電網(wǎng)作為主電源，所述開關(guān)Kl、K2導(dǎo)通，所述采樣捕獲電路對電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。開關(guān)柜控制器將采樣捕獲電路傳遞來的電網(wǎng)電壓信息基于Clark坐標(biāo)變換(以下稱DQ變換)轉(zhuǎn)換為Ud、Uq，由于DQ坐標(biāo)變換是根據(jù)三相電壓基波瞬時(shí)值與相位值計(jì)算，經(jīng)過變換所得的直流量Ud、Uq能夠表征電壓的頻率與幅值；同樣實(shí)際電源中諧波含量過高時(shí)，計(jì)算得到的UcUUq值是基波與各次諧波的累加，故能夠用UcUUq值表征電網(wǎng)狀態(tài)。步驟S202，將所述DQ變換分量與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果判斷所述電網(wǎng)電壓是否異常，如果判斷所述電網(wǎng)電壓異常，則關(guān)閉主電源側(cè)的第一開關(guān)，并選擇后備電源裝置代替所述主電源為所述負(fù)載供電。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器采用高速信號處理芯片，進(jìn)過DQ變換得到的兩個(gè)直流量可以方便的與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較，極大加快對于各類電網(wǎng)異常的檢測與判斷速度。后備電源雙向逆變器工作于調(diào)流模式，可根據(jù)電池組狀態(tài)和負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行充電、放電或出于空載；若負(fù)載需要，也可輸出無功，以補(bǔ)償局部無功功率缺乏，改善局部電網(wǎng)供電質(zhì)量。后備電源輸出有功或無功功率，均需要結(jié)合電池組狀態(tài)進(jìn)行，保持電池組必備的容量，以保證電網(wǎng)異常時(shí)能夠獨(dú)立支撐負(fù)載一定時(shí)間。在電網(wǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，所述開關(guān)柜控制器根據(jù)比較結(jié)果判斷電網(wǎng)出現(xiàn)異常，控制主電源側(cè)開關(guān)Kl斷開。所述逆變控制器獲得開關(guān)Kl斷開信號后，調(diào)整雙向逆變器工作于調(diào)壓模式。由于開關(guān)Kl為可控硅或IGBT等非觸點(diǎn)開關(guān)，關(guān)斷時(shí)間可在3ms以內(nèi)，同時(shí)由于后備電源中雙向逆變器處于實(shí)時(shí)在線狀態(tài)，因此可使得負(fù)載供電間斷時(shí)間非常短。步驟S203，監(jiān)測后備電源裝置的電壓和電網(wǎng)電壓。步驟S204，如果判斷電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，則進(jìn)一步判斷所述電網(wǎng)電壓與所述后備電源裝置的電壓頻率、幅值和相位是否相同。如果所述電網(wǎng)電壓與所述后備電源裝置的電壓頻率、幅值和相位相同，則開啟所述主電源側(cè)的第一開關(guān)，由所述電網(wǎng)電壓為所述負(fù)載供電。電網(wǎng)恢復(fù)正常后，所述開關(guān)柜控制器根據(jù)采樣捕獲電路A1、A2傳遞的信息，判定電網(wǎng)電壓與后備電源電壓頻率、幅值、相位相同時(shí)，由于后備電源輸出電壓設(shè)定為與電網(wǎng)電壓頻率和幅值相同，未避免產(chǎn)生沖擊電流，檢測到兩側(cè)電壓相位相同時(shí)，控制開關(guān)Kl閉合；所述逆變控制器獲得開關(guān)Kl閉合信號后，調(diào)整雙向逆變器工作于調(diào)流模式。如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例的后備電源裝置控制流程圖，該方法包括以下步驟:步驟S301，逆變控制器接收主電源側(cè)第一開關(guān)Kl閉合的信息，且判斷雙向逆變器交流側(cè)電壓正常。步驟S302，進(jìn)入電網(wǎng)電壓為負(fù)載供電模式，后備電源裝置的雙向逆變器進(jìn)入調(diào)流模式。步驟S303，通過電池管理器監(jiān)測電池容量，在電池容量低時(shí)通過電網(wǎng)電壓為電池充電，且在電池容量滿時(shí)停止充電。步驟S304，接收主電源側(cè)第一開關(guān)Kl斷開的信息，后備電源裝置代替主電源為負(fù)載供電，后備電源裝置的雙向逆變器進(jìn)入調(diào)壓模式。且后備電源裝置在電池容量過低時(shí)停止工作。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的快速不間斷電源系統(tǒng)及其控制方法具有以下優(yōu)點(diǎn):其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，電源切換裝置與后備電源采用獨(dú)立的控制器，從而降低了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)；作為后備電源的雙向逆變器實(shí)時(shí)在線，可根據(jù)電池組和負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行充電或放電，不需要額外的整流充電設(shè)備；電網(wǎng)異常時(shí)快速切換至后備電源供電，切換過程迅速無沖擊，電網(wǎng)恢復(fù)正常后待電網(wǎng)與后備電源頻率、幅值、相位相同時(shí)切換回電網(wǎng)供電，切換過程完全無沖擊閃變。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“具體實(shí)施例”、或“一些實(shí)施例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或?qū)嵤├枋龅木唧w特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或?qū)嵤├?。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或?qū)嵤├?。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或?qū)嵤├幸院线m的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，包括電源切換裝置及后備電源裝置，其中， 所述電源切換裝置的主電源側(cè)連接為負(fù)載供電的主電源，所述電源切換裝置的后備電源側(cè)連接所述后備電源裝置，并在所述主電源側(cè)設(shè)有第一開關(guān)；且所述電源切換裝置用于通過從所述主電源側(cè)及后備電源側(cè)采集的電信號判斷所述主電源和所述后備電源裝置的工作狀態(tài)，并在判斷所述主電源出現(xiàn)異常時(shí)斷開所述第一開關(guān)；在判斷所述主電源恢復(fù)正常時(shí)，在進(jìn)一步通過采集的所述電信號判斷所述主電源與所述后備電源裝置的供電電壓相位相同時(shí)導(dǎo)通所述第一開關(guān)； 所述后備電源裝置接收來自所述第一開關(guān)的開關(guān)量信號，并在收到所述第一開關(guān)斷開的信號時(shí)代替所述主電源為所述負(fù)載供電，在收到所述第一開關(guān)導(dǎo)通的信號時(shí)停止為所述負(fù)載供電。
2.如權(quán)利要求1所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述后備電源裝置包括: 電池組； 雙向逆變器，所述雙向逆變器與所述電池組相連，用于在電網(wǎng)正常工作時(shí)根據(jù)電網(wǎng)頻率進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，并在所述后備電源裝置代替所述主電源為所述負(fù)載供電時(shí)，將電池組輸出的電壓調(diào)整至預(yù)設(shè)的目標(biāo)電壓； 連接至所述雙向逆變器的逆變控制器；以及 與所述逆變控制器和所述電池組均連接的電池管理器。
3.如權(quán)利要求2所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電源切換裝置包括: 切換控制器； 與所述切換控制器連接的采樣捕獲電路； 與所述采樣捕獲電路連接并分別位于主電源側(cè)、后備電源側(cè)和電源輸出側(cè)的第一采樣點(diǎn)、第二采樣點(diǎn)和第三采樣點(diǎn)；以及 與所述切換控制器連接并分別位于后備電源側(cè)和電源輸出側(cè)的第二開關(guān)和第三開關(guān)；所述切換控制器還與所述第一開關(guān)連接； 其中，所述采樣捕獲電路通過所述第一、第二及第三采樣點(diǎn)監(jiān)測所述主電源及后備電源裝置的狀態(tài)并將監(jiān)測結(jié)果傳遞至所述切換控制器，所述第一開關(guān)的開關(guān)量信號通過通信線傳遞至所述逆變控制器。
4.如權(quán)利要求3所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述切換控制器，用于根據(jù)所述采樣捕獲電路傳遞的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行判斷:在判斷所述主電源電壓正常時(shí)控制所述第一、第二及第三開關(guān)均導(dǎo)通；在判斷所述主電源電壓出現(xiàn)異常時(shí)控制所述第一開關(guān)斷開；在判斷所述主電源恢復(fù)正常時(shí)，通過進(jìn)一步判斷所述主電源與所述后備電源裝置的供電電壓相位相同時(shí)導(dǎo)通所述第一開關(guān)；以及在判斷所述輸出側(cè)短路或輸出過流時(shí)控制所述第一、第二及第三開關(guān)均斷開； 所述逆變控制器，用于接收來自所述第一開關(guān)的開關(guān)量信號，并在得到所述第一開關(guān)斷開的信號后，控制所述雙向逆變器通過變換所述電池組的輸出電壓向所述負(fù)載供電；所述逆變控制器在得到所述第一開關(guān)導(dǎo)通的信號后控制所述雙向逆變器停止為所述負(fù)載供電。
5.如權(quán)利要求4所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述電池管理器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述電池組的狀態(tài)，并在所述電池組的輸出電壓低于以及達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)通知所述逆變控制器； 在所述雙向逆變器向所述負(fù)載供電時(shí)，所述逆變控制器用于在得知所述電池組的輸出電壓低于預(yù)設(shè)第一閾值時(shí)控制所述雙向逆變器停止工作； 在所述雙向逆變器停止為所述負(fù)載供電時(shí)，所述逆變控制器用于在得知所述電池組的輸出電壓低于預(yù)設(shè)第二閾值時(shí)控制所述雙向逆變器通過變換所述主電源的輸出電壓向所述電池組充電，并在得知所述電池組的輸出電壓達(dá)到所述預(yù)設(shè)第二閾值時(shí)控制所述雙向逆變器停止向所述電池組充電。
6.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 顯示裝置，所述顯示裝置與所述切換控制器連接，用于顯示與所述主電源異常相關(guān)的報(bào)警信息。
7.如權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣捕獲電路包括電壓互感器、電流變換器以及電壓過零比較器，分別用于電壓信號、電流信號以及相位信號的監(jiān)測。
8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的快速不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)為可控硅模塊、絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊或智能功率模塊IPM。
9.一種快速不間斷電源的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 監(jiān)測電網(wǎng)電壓； 對所述電網(wǎng)電壓進(jìn)行基于Clark坐標(biāo)的變換以生成電網(wǎng)電壓的DQ變換分量； 將所述DQ變換分量與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果判斷所述電網(wǎng)電壓是否異常；以及 如果判斷所述電網(wǎng)電壓異常，則關(guān)閉主電源側(cè)的第一開關(guān)，并選擇后備電源裝置代替所述主電源為所述負(fù)載供電。
10.如權(quán)利要求9所述的快速不間斷電源的控制方法，其特征在于，還包括: 監(jiān)測所述后備電源裝置的電壓； 如果判斷所述電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，則進(jìn)一步判斷所述電網(wǎng)電壓與所述后備電源裝置的電壓頻率、幅值和相位是否相同； 如果所述電網(wǎng)電壓與所述后備電源裝置的電壓頻率、幅值和相位相同，則開啟所述主電源側(cè)的第一開關(guān)，由所述電網(wǎng)電壓為所述負(fù)載供電。
11.如權(quán)利要求9所述的快速不間斷電源的控制方法，其特征在于，還包括: 當(dāng)所述電網(wǎng)電壓為所述負(fù)載供電時(shí)，所述后備電源裝置的雙向逆變器進(jìn)入調(diào)流模式； 當(dāng)所述后備電源裝置代替所述主電源為所述負(fù)載供電時(shí)，所述后備電源裝置的雙向逆變器進(jìn)入調(diào)壓模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速不間斷電源系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括電源切換裝置及后備電源裝置，其中，電源切換裝置的主電源側(cè)連接為負(fù)載供電的主電源，后備電源側(cè)連接后備電源裝置，并在主電源側(cè)設(shè)有第一開關(guān)；且電源切換裝置用于通過從主電源側(cè)及后備電源側(cè)采集的電信號判斷主電源和后備電源裝置的工作狀態(tài)，并在判斷主電源出現(xiàn)異常時(shí)斷開第一開關(guān)；在判斷主電源恢復(fù)正常時(shí)，在進(jìn)一步通過采集的電信號判斷主電源與后備電源裝置的供電電壓相位相同時(shí)導(dǎo)通第一開關(guān)。本發(fā)明提供的系統(tǒng)及其控制方法，在主電源出現(xiàn)異常時(shí)能夠快速切換至后備電源供電，而主電源恢復(fù)正常后要待其與后備電源相位相同時(shí)才被切換回為負(fù)載供電，因此切換過程完全無沖擊閃變。
文檔編號H02J9/04GK103187789SQ20111045646
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者尹韶文, 孫嘉品, 景劍飛 申請人:比亞迪股份有限公司