基于模塊化ups的供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，包含模塊化UPS、電性連接模塊化UPS的智能配電模塊、電性連接模塊化UPS的若干磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)、以及電性連接智能配電模塊和模塊化UPS的智能監(jiān)控單元。本發(fā)明解決了現(xiàn)有軌道交通供電系統(tǒng)使用及維護(hù)成本高、故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、充放電控制策略不適合磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)、監(jiān)控管理能力弱、故障數(shù)據(jù)記錄簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可擴(kuò)展性差等問題，從整體上提高了軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，并降低了維護(hù)成本。
【專利說明】基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于模塊化UPS (不間斷電源Uninterruptible Power Supply)的供電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]UPS供電系統(tǒng)是確保軌道交通系統(tǒng)高效、安全和可靠運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，UPS供電系統(tǒng)給機(jī)房?jī)?nèi)用電設(shè)備提供高質(zhì)量的不間斷電源，來保證用電設(shè)備正常工作。現(xiàn)有軌道交通UPS供電系統(tǒng)基本采用塔式UPS系統(tǒng)，內(nèi)部各功能模塊多采用電纜或銅排通過螺釘緊固連接，更換維護(hù)工作量大，且需要將UPS內(nèi)部與輸入輸出電氣分?jǐn)喔綦x后才能進(jìn)行維修，因此使用及維護(hù)成本高、故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。塔式UPS通常采用1+1或2+1并聯(lián)冗余、單機(jī)雙總線、(1+1)系統(tǒng)并聯(lián)雙總線方案，由于環(huán)流的影響，并機(jī)數(shù)量越多，可靠性反而下降。此外，考慮到系統(tǒng)擴(kuò)容困難，初期裝機(jī)容量大、并機(jī)數(shù)量多及大量電池組投資，造成大量資金沉淀浪費(fèi)，塔式UPS系統(tǒng)一般采用鉛酸或鎳-鎘電池作為備用電源，電池配置多，占地面積非常大，且重量重，必須對(duì)建筑進(jìn)行加固?？傊経PS系統(tǒng)存在著使用及維護(hù)成本高、故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、充放電控制策略不適合磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)、監(jiān)控管理能力弱、故障數(shù)據(jù)記錄簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可擴(kuò)展性差等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有軌道交通供電系統(tǒng)使用及維護(hù)成本高、故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、充放電控制策略不適合磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)、監(jiān)控管理能力弱、故障數(shù)據(jù)記錄簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可擴(kuò)展性差等問題，從整體上提高了軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，并降低了維護(hù)成本。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)包含智能監(jiān)控單元和電性連接智能監(jiān)控單元的若干模塊配電裝置；所述的模塊配電裝置包含模塊化UPS、電性連接模塊化UPS的智能配電模塊、以及電性連接模塊化UPS的若干磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)。
[0005]進(jìn)一步地，所述的模塊化UPS包含旁路模塊、維修旁路模塊、監(jiān)控模塊和若干UPS功率模塊，所述的旁路模塊、維修旁路模塊、監(jiān)控模塊和若干UPS功率模塊分別電性連接智能配電模塊，所述的UPS功率模塊的數(shù)量等于磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)的數(shù)量，每個(gè)UPS功率模塊對(duì)應(yīng)電性連接磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)，所述的監(jiān)控模塊電性連接每個(gè)磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)。
[0006]進(jìn)一步地，所述的UPS功率模塊包含整流器、電性連接整流器的逆變器和電性連接逆變器的充電器，所述的整流器和逆變器電性連接智能配電模塊，所述的逆變器和充電器電性連接磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)。
[0007]進(jìn)一步地，所述的磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)包含若干串聯(lián)的單體電池、若干并聯(lián)在單體電池兩端的電池控制模塊、以及總線連接若干電池控制模塊的電池組管理模塊，所述的電池組管理模塊電性連接模塊化UPS。
[0008]所述的電池組管理模塊通過總線和兩路干接點(diǎn)將信息輸出給模塊化UPS。
[0009]進(jìn)一步地，所述的智能配電模塊包含電性連接模塊化UPS的輸入配電模塊和輸出配電模塊、電性連接輸入配電模塊的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)連接主電源和備用電源，所述的輸出配電模塊連接負(fù)載。
[0010]進(jìn)一步地，所述的輸入配電模塊包含電性連接的輸入斷路器和輸入分路開關(guān)。
[0011]進(jìn)一步地，所述的輸出配電模塊為輸出分路開關(guān)。
[0012]本發(fā)明從整體上提高了軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，并降低了維護(hù)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明提供的一種基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)的電路框圖。
[0014]圖2是模塊化UPS的電路框圖。
[0015]圖3是UPS功率模塊的電路框圖。
[0016]圖4是磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)的電路框圖。
[0017]圖5是智能配電模塊的電路框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下根據(jù)圖1?圖5，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，包含智能監(jiān)控單元4和電性連接智能監(jiān)控單元4的若干模塊配電裝置11 ；
所述的模塊配電裝置11包含模塊化UPSl、電性連接模塊化UPSl的智能配電模塊3、以及電性連接模塊化UPSl的若干磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2。
[0020]所述的智能配電模塊3分別電性連接電源和負(fù)載。
[0021]所述的智能監(jiān)控單元4連接若干智能配電模塊3和若干模塊化UPS1。
[0022]如圖2所示，所述的模塊化UPSl包含若干UPS功率模塊101、旁路模塊102、維修旁路模塊103和監(jiān)控模塊104，所述的若干UPS功率模塊101、旁路模塊102、維修旁路模塊103和監(jiān)控模塊104分別電性連接智能配電模塊3，所述的每個(gè)UPS功率模塊101還對(duì)應(yīng)電性連接磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2，所述的監(jiān)控模塊104連接每個(gè)磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2。
[0023]如圖3所示，所述的UPS功率模塊101包含整流器1011、逆變器1012和充電器1013，所述的整流器1011和逆變器1012電性連接智能配電模塊3，所述的逆變器1012和充電器1013電性連接磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2。
[0024]UPS功率模塊101采用三電平技術(shù)，控制技術(shù)為高速DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)的數(shù)字化并聯(lián)技術(shù)，每個(gè)UPS功率模塊101獨(dú)立控制，市電正常的情況下，主電源或備用電源通過智能配電模塊3經(jīng)整流器1011和逆變器1012給負(fù)載供電，同時(shí)由充電器1013為磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2充電，失去主備電源后，由磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2通過逆變器1012給負(fù)載供電，當(dāng)所有UPS功率模塊101同時(shí)故障時(shí)，由旁路模塊102給負(fù)載供電，當(dāng)所有UPS功率模塊101同時(shí)故障，旁路模塊102也故障時(shí)，啟用維修旁路模塊103給負(fù)載供電。監(jiān)控模塊104根據(jù)接收到的指令對(duì)磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2進(jìn)行充放電控制和上報(bào)故障。UPS功率模塊101具有故障錄波功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)記錄故障前后的各種電氣量的變化情況，通過對(duì)這些電氣量的分析、比較，可以分析處理事故，判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作，提高供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。模塊化UPSl內(nèi)的功能組件以模塊為維修單元，任一部分出現(xiàn)故障會(huì)自動(dòng)退出，不影響系統(tǒng)供電，對(duì)于故障模塊只需在線拔出，插入新的模塊即可，維修時(shí)間短、零風(fēng)險(xiǎn)。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可隨意移除和安裝UPS功率模塊101，不影響系統(tǒng)的運(yùn)行及輸出，既滿足后期設(shè)備的隨意擴(kuò)容，又降低了初期購(gòu)置成本。
[0025]所述的模塊化UPSl在現(xiàn)有模塊化UPS基礎(chǔ)上，根據(jù)軌道交通實(shí)際應(yīng)用做針對(duì)性設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性、電池管理水平和可維護(hù)性。系統(tǒng)旁路控制有兩路互為備份的輔助電源供電，主DSP控制和獨(dú)立硬件控制雙重冗余，提高旁路的可靠性，核心控制板和風(fēng)道分開設(shè)計(jì)，防止灰塵進(jìn)入，UPS功率模塊尺寸4U，比標(biāo)準(zhǔn)模塊大，有利于通風(fēng)及散熱，UPS功率模塊增加輸入濾波，加強(qiáng)防浪涌，提高母線電容電壓，輸出短路保護(hù)自診斷恢復(fù)，避免假短路，機(jī)柜頂部加防水蓋板，防止施工時(shí)有水滴下來，采用RS485接口連接智能配電模塊，支持BMS(電池管理系統(tǒng)Battery Management System)電池管理協(xié)議，電池充電電流和電壓可調(diào)整，UPS輸出端提供BMS電源交流輸入，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，功率模塊可記錄故障前后的波形和各項(xiàng)參數(shù)，包括輸入電壓、輸入電流、母線電壓、電池電壓、電池電流、逆變電壓、電感電流、輸出電壓、旁路電壓。
[0026]如圖4所示，所述的磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2包含若干串聯(lián)的單體電池203、若干并聯(lián)在單體電池203兩端的電池控制模塊202 (LE⑶)、以及總線連接若干電池控制模塊202的電池組管理模塊201 (BMU)，所述的電池組管理模塊201電性連接模塊化UPSl，通過總線和兩路干接點(diǎn)將信息輸出給模塊化UPSl。
[0027]電池組管理模塊201通過CAN總線與多個(gè)電池控制模塊202實(shí)時(shí)通信，獲取單體電池203的電壓、溫度等參數(shù)，電池組管理模塊201分析計(jì)算得出電池組綜合信息后，通過RS485總線及干接點(diǎn)信號(hào)上報(bào)給模塊化UPSl，模塊化UPSl根據(jù)接收到的指令對(duì)磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)進(jìn)行充放電控制和上報(bào)故障。
[0028]基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2作為模塊化UPSl的后備電池，克服了采用鉛酸電池體積大、設(shè)備沉重、壽命短、充電時(shí)間長(zhǎng)等問題，使其具有高集成度、高智能化、體積小、可快速充電、接線簡(jiǎn)單明了等特點(diǎn)，最大限度地滿足了 UPS對(duì)電池的要求。磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便拆卸和更換；采用與UPS—體化的設(shè)計(jì)方案，內(nèi)嵌的電池組管理模塊201和電池控制模塊202對(duì)磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)進(jìn)行日常測(cè)量、監(jiān)控和維護(hù)管理，兩路干接點(diǎn)輸出作為通信備份，一路用于充電指令上報(bào)，一路用于放電指令上報(bào)，以提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)，磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)具有均衡維護(hù)接口，便于均衡維護(hù)。
[0029]如圖5所示，所述的智能配電模塊3包含電性連接模塊化UPSl的輸入配電模塊301和輸出配電模塊302、電性連接輸入配電模塊301的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)303(ATS)，所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)303連接主電源和備用電源，所述的輸出配電模塊302連接負(fù)載。
[0030]所述的輸入配電模塊301包含電性連接的輸入斷路器和輸入分路開關(guān)，所述的輸出配電模塊302為輸出分路開關(guān)。
[0031]當(dāng)主電源正常時(shí)，主電源經(jīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)303給輸入斷路器送電，再傳送到輸入分路開關(guān)，通過輸入分路開關(guān)給模塊化UPSl供電，模塊化UPSl對(duì)送入的電源經(jīng)整流、逆變后成為純凈的標(biāo)準(zhǔn)正弦波電源，經(jīng)輸出分路開關(guān)送給各負(fù)載供電。當(dāng)主電源異常時(shí)，經(jīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)303切換到備用電源給模塊化UPSl供電，其工作原理跟在主電源狀況下是一樣的，在主電源與備用電源切換過程中有短暫的供電中斷，這時(shí)由磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)2供應(yīng)電能給模塊化UPS1，確保系統(tǒng)的正常供電保障?？蔀樾畔⒃O(shè)備提供近距離電源，縮短線路傳輸距離，減少占地面積。經(jīng)過系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)快速安裝及更換，大幅提高管理運(yùn)營(yíng)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)輸出各分路開關(guān)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)分時(shí)下電。輸入輸出的相線及零線分別對(duì)地加裝避雷器，有效避免浪涌電壓的影響。
[0032]所述的智能監(jiān)控單元4基于32bit ARM Cortex_M3系列微控制器STM32F205實(shí)現(xiàn)，STM32F205提供多個(gè)USART接口和2個(gè)UART接口，USART分別經(jīng)TTL-RS232電平變換芯片SP3222EEA形成RS232串口，用于連接智能配電模塊3和模塊化UPS1，I路UART連接IPORT模塊，該IPORT模塊集成10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，串口通信最高波特率高達(dá)230.4Kbps，具有 TCP Server, TCP Client, UDP 和 Real COM driver 等多種工作模式，支持最多四個(gè)連接，支持域名訪問，另外I路UART UART6連接M35 GSM/GPRS模塊，該GSM/GPRS 模塊內(nèi)嵌常用的 TCP、UDP、FTP、HTTP、SMTP、MUX 協(xié)議棧，使用 GSM 07.07,07.05 和其它AT擴(kuò)展指令等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，還支持點(diǎn)到點(diǎn)短信收發(fā)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)報(bào)警。智能監(jiān)控單元4的供電電壓為3.3?4.6V，典型電壓為4.0V，工作溫度范圍-40?+85°C?；谀K化UPS的供電系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備通過RS232總線，把信號(hào)匯集到智能監(jiān)控單元4，智能監(jiān)控單元4收到各個(gè)設(shè)備的信號(hào)數(shù)據(jù)后，通過GPRS接口將數(shù)據(jù)上傳至Internet互聯(lián)網(wǎng)，管理人員可以通過訪問互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)設(shè)備的工作狀況。智能監(jiān)控單元4同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)中各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)的本地監(jiān)測(cè)、組網(wǎng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，可以方便和實(shí)時(shí)地監(jiān)控供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，便于維護(hù)人員明確設(shè)備狀況，降低維護(hù)成本，提高工作效率。
[0033]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，該供電系統(tǒng)包含智能監(jiān)控單元(4)和電性連接智能監(jiān)控單元(4 )的若干模塊配電裝置(11);所述的模塊配電裝置(11)包含模塊化UPS (I)、電性連接模塊化UPS (I)的智能配電模塊(3)、以及電性連接模塊化UPS (I)的若干磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的模塊化UPS(I)包含旁路模塊(102)、維修旁路模塊(103)、監(jiān)控模塊(104)和若干UPS功率模塊(101)，所述的旁路模塊(102)、維修旁路模塊(103)、監(jiān)控模塊(104)和若干UPS功率模塊(101)分別電性連接智能配電模塊(3)，所述的UPS功率模塊(101)的數(shù)量等于磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)(2 )的數(shù)量，每個(gè)UPS功率模塊(101)對(duì)應(yīng)電性連接磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)(2 )，所述的監(jiān)控模塊(104)電性連接每個(gè)磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)(2)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的UPS功率模塊(101)包含整流器(1011)、電性連接整流器(1011)的逆變器(1012)和電性連接逆變器(1012)的充電器(1013)，所述的整流器(1011)和逆變器(1012)電性連接智能配電模塊(3)，所述的逆變器(1012)和充電器(1013)電性連接磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)(2)。
4.如權(quán)利要求3所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的磷酸鐵鋰電池組系統(tǒng)(2 )包含若干串聯(lián)的單體電池(203 )、若干并聯(lián)在單體電池(203 )兩端的電池控制模塊(202)、以及總線連接若干電池控制模塊(202)的電池組管理模塊(201)，所述的電池組管理模塊(201)電性連接模塊化UPS (I)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池組管理模塊(201)通過總線和兩路干接點(diǎn)將信息輸出給模塊化UPS (I)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的智能配電模塊(3)包含電性連接模塊化UPS (I)的輸入配電模塊(301)和輸出配電模塊(302)、電性連接輸入配電模塊(301)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(303 )，所述的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(303 )連接主電源和備用電源，所述的輸出配電模塊(302)連接負(fù)載。
7.如權(quán)利要求6所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng),其特征在于,所述的輸入配電模塊(301)包含電性連接的輸入斷路器和輸入分路開關(guān)。
8.如權(quán)利要求7所述的基于模塊化UPS的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述的輸出配電模塊(302)為輸出分路開關(guān)。
【文檔編號(hào)】H02J9/06GK104242438SQ201410384708
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】蔣新華, 周欽哲, 吳洋, 劉祥, 彭健 申請(qǐng)人:上海航天電源技術(shù)有限責(zé)任公司