专利名称：总线控制的并联不间断电源(ups)系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及供电设备技术领域，特指一种总线控制的并联不间断电源(UPS)系统。
本发明是通过如下技术方案实现的UPS并联控制系统置于UPS内与UPS的控制板相连接，并通过数据总线相互连接；所述的并联控制系统中环流的检测方法为假设在两台UPS之间的环流为IH，各台UPS的输出电流为IL1及IL2，并构造一个与环流方向一致的电流IHB，通过矢量叠加后两台UPS电源的输出电流即为I1”＝IL1+IH+IHB，I2”＝IL2+IH-IHB；环流补偿电路为检测UPS电源的A相输出交流电流的A相电流检测电路与A相的环流补偿电流进行相量叠加，B相、C相原理相同。
UPS并联控制系统的DSP主程序流程为程序启动后对各I/O接口、通讯接口、A/D转换接口、复用接口、页地址初始化，接着检测本机逆变器(INV)是否供电，如没有则继续检测，如有供电，则检测其它UPS的INV是否供电，如返回否信号则转旁路启动，如返回是信号则检测各INV、SYN是否准备就绪，如否则发出旁路请求，如是则开旁路、逆变静态开关，然后发送本机INV供电信号，检测INV是否处于OFF状态，如否则继续检测，如是则关INV-SVR，清除INV供电信号，接着发出旁路请求，如所有UPS都发出旁路请求则切换到旁路，如否，则继续等待，当所有UPS都切换到旁路状态后返回到程序开始状态。
UPS并联控制系统的DSP控制程序流程为程序启动后初始化转内存单元，然后开放直流采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，接着开放输出电流采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，再开放直流电压采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，最后，开放通讯通道，与其它计算并机系统交换数据，并进行数据分析处理，接着依次启动调逆变器输出电压控制算法程序、调同步控制算法程序、调相位控制算法程序，执行完成后返回。
UPS并联控制系统的波形控制接口电路将数字信号处理器DSP发出来的对后级UPS的逆变输出进行控制的信号进行电平匹配；相位控制接口电路将DSP发出的同步信号经电平转换及阻抗匹配后送到后级UPS控制电路中作为UPS锁相的给定信号；逻辑切换接口电路将DSP发出的控制静态开关按一定的逻辑关系进行切换的信号经电平变换后去驱动静态开关动作，完成相应的逻辑切换控制；直流母线电流检测电路检测UPS整流器输出直流母线上流过的电流的大小，该直流母线电流经直流霍尔传感器变换，再经电平匹配电路后送到DSP的AD接口；直流母线电压检测电路将UPS整流器输出的直流母线电压变换后送到DSP的AD接口；输出电流及输出电压检测电路将UPS的输出电压及输出电流经过交流电压互感器及交流电流互感器隔离后，再经过电平转换，送到UPS的AD接口，作为DSP的控制程序对UPS的输出电压和输出电流进行实时控制的反馈量；市电检测电路将交流市电经变换后送到DSP中，作为控制UPS电源与市电同步的给定值；并机系统通讯接口电路将各并联的UPS的工作状态(输出电压幅值、输出电压的频率、输出电压的相位、切换逻辑要求等)送到通讯总线上，并从通讯总线接收其它UPS发出的工作状态信号，作为并联系统进行均流控制、逻辑切换的重要依据；所有的检测量经AD接口送到DSP后，在DSP内完成对各模拟参数的模拟/数字转换及数字滤波；各模拟量经AD转换后再经优化数字滤波之后拟制噪声的干扰，即从强噪声背景下将有用的信号分离出来，保证检测信号的真实性及有效性；DSP的主程序根据UPS并联控制系统的通讯接口电路接收到的其他并联运行的UPS发出的切换逻辑要求，并根据当前本机的运行状况进行相应的逻辑分析和判断，控制所有的并联运行的UPS的静态开关，同时切换到旁路运行状态、或同时切换到逆变器运行状态，完成并机系统的逻辑切换控制；DSP的控制程序根据UPS并联控制系统的通讯接口电路接收到的其他并联运行的UPS发出的输出电压幅值、输出电压的频率、输出电压相位的数据，并根据本机AD接口电路接收到的本机的输出电压幅值、输出电压的频率、输出电压相位的数据，经过采样及处理后，调用输出电压幅值控制算法程序、输出电压的频率控制算法程序、输出电压的相位控制算法程序，对UPS输出电压的相位、频率、幅值等参量进行实时控制，使各台并联运行的UPS发出相同的输出电压幅值、相同的输出电压的频率、相同的输出电压相位。
本发明由于在进行并机系统的逻辑切换的过程中，没有主机或从机之分，因此任意一台处于并联运行切处于负载状态的UPS2可以从并联运行的UPS并联系统中退出，或者任意一台处于空载状态的(或者新启动的)UPS可以并入已经有N台正在并联运行的UPS并联运行系统中，实现N+1台UPS的并联运行；也就是实现N+1冗余并联运行；使各台UPS共同对负载供电，且实现所有并联运行的UPS平均分担负载，满足并联运行的技术要求。
本发明采用对输出电压及输出电流同时进行调节的双环均流控制方法，提高了系统的动态响应速度和并机系统的动态稳定性；并机控制系统采用高速数字信号处理器DSP作为主控单元，再辅以必要的外围硬件电路实现，使得本系统具有很高的实时数据处理能力，由于DSP的每条指令周期只有20ns，可以对并机系统的各种数据进行实时处理，从而保证了UPS并联控制系统的控制实时性；同时还具有下列优点1、可靠性大幅度提高，适用于严重电磁干扰的环境中；2、可以组成更大容量的高质量交流电源；3、可以组成冗余系统以提高系统可靠性；4、可以灵活地对系统的容量进行配置，便于扩容；5、系统具有很好的可维护性，单台UPS可以短时推出运行，保证系统的带电维护；6、并联系统的各台单机能够自动实现均流；7、并联系统中的各台UPS的输出谐波分量可以相互补偿，提高了输出电压的质量。
附图
4为本发明控制序流程图；附图5为本发明两台UPS逆变器22并联时的简化原理图；附图6为本发明两台UPS并联时的逆变器22输出电流矢量图；附图7为本发明两台UPS并联时的逆变器22输出电流波形图；附图8为本发明两台UPS并联时输出电压调节硬件实施框图。
UPS并联控制系统1的波形控制接口电路的功能是将数字信号处理器DSP发出来的对后级UPS2的逆变输出进行控制的信号进行电平匹配，使其符合一定的精度和幅值要求。
相位控制接口电路的功能是将DSP发出的同步信号经电平转换及阻抗匹配后送到后级UPS2控制电路中作为UPS2锁相的给定信号。
逻辑切换接口电路的功能是将DSP发出的控制静态开关23按一定的逻辑关系进行切换的信号经电平变换后去驱动静态开关23动作，完成相应的逻辑切换控制。
直流母线电流检测电路的功能是检测UPS整流器输出直流母线上流过的电流的大小，该直流母线电流经直流霍尔传感器变换，再经电平匹配电路后送到DSP的AD接口。
直流母线电压检测电路的功能是将UPS2整流器21输出的直流母线电压变换后送到DSP的AD接口。
输出电流及输出电压检测电路的功能是将UPS2的输出电压及输出电流经过交流电压互感器及交流电流互感器隔离后，再经过电平转换，送到UPS的AD接口，作为DSP的控制程序对UPS的输出电压和输出电流进行实时控制的反馈量。
市电检测电路的功能是将交流市电经变换后送到DSP中，作为控制UPS2电源与市电同步的给定值。
并机系统通讯接口电路的功能是将各并联的UPS2的工作状态(输出电压幅值、输出电压的频率、输出电压的相位、切换逻辑要求等)送到通讯总线上，并从通讯总线接收其它UPS2发出的工作状态信号，作为并联系统进行均流控制、逻辑切换的重要依据。
所有的检测量经AD接口送到DSP后，在DSP内完成对各模拟参数的模拟/数字转换及数字滤波；各模拟量经AD转换后再经优化数字滤波之后拟制噪声的干扰，即从强噪声背景下将有用的信号分离出来，保证检测信号的真实性及有效性。
DSP的主程序根据UPS并联控制系统1的通讯接口电路接收到的其他并联运行的UPS2发出的切换逻辑要求，并根据当前本机的运行状况进行相应的逻辑分析和判断，控制所有的并联运行的UPS的静态开关23，同时切换到旁路运行状态、或同时切换到逆变器运行状态，完成并机系统的逻辑切换控制；其流程如说明书附图3所示，程序启动后对各I/O接口、通讯接口、A/D转换接口、复用接口、页地址初始化，接着检测本机逆变器(INV)是否供电，如没有则继续检测，如有供电，则检测其它UPS的INV是否供电，如返回否信号则转旁路启动，此后，如返回是信号则检测各INV、SYN是否准备就绪，如否则发出旁路请求，如是则开旁路、逆变静态开关，然后发送本机INV供电信号，检测INV是否处于OFF状态，如否则继续检测，如是则关INV-SVR，清除INV供电信号，接着发出旁路请求，如所有UPS都发出旁路请求则切换到旁路，如否，则继续等待，当所有UPS都切换到旁路状态后返回到程序开始伏态。
DSP的控制程序根据UPS并联控制系统1的通讯接口电路接收到的其他并联运行的UPS2发出的输出电压幅值、输出电压的频率、输出电压相位的数据，并根据本机AD接口电路接收到的本机的输出电压幅值、输出电压的频率、输出电压相位的数据，经过采样及处理后，调用输出电压幅值控制算法程序、输出电压的频率控制算法程序、输出电压的相位控制算法程序，对UPS2输出电压的相位、频率、幅值等参量进行实时控制，使各台并联运行的UPS发出相同的输出电压幅值、相同的输出电压的频率、相同的输出电压相位，该程序流程如说明书附图4所示，程序启动后初始化转内存单元，然后开放直流采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，接着开放输出电流采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，再开放直流电压采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，最后，开放通讯通道，与其它计算并机系统交换数据，并进行数据分析处理，接着依次启动调逆变器输出电压控制算法程序、调同步控制算法程序、调相位控制算法程序，执行完成后返回。
在两台UPS2的并机过程中，需要保证两UPS2的输出电压不仅要一致，而且幅值也要一致，否则，在两台UPS2之间回存在有功与无功环流；对于有功环流主要是由相位或频率差异引起，而无功环流则主要由电压的幅值差异引起；如要调节无功环流，则需调节电压的幅值；无功的大小通常是通过对逆变器22的输出电流平均值检测来确定；但是，如仅仅检测其大小，而不对其防线加以区分，则很难实现无功的均分，对无功环流不能达到抑制的作用；如附图5所示，为两台UPS2的逆变器22并联时的简化原理图，当两台UPS2的输出电压幅值不相等，如V1＞V2(假设它们的相位一致)，则电路中会有无功环流 从一UPS2流向另一UPS2，而且， 滞后V190度，由此图可知两UPS2的输出电流检测值分别为 其矢量关系如附图6所示，从图可知，由于 的存在，使得 的相位不一致，但二者的幅值完全一致，如果此时仅仅检测电流的大小，是无法达到无功均分的；为了解决此问题，实现无功均分，可以采用如下的方法如附图7所示，先假设v1＞v2，将逆变器的输出检测电压v向后移位90度，再乘上一比例系数，得到一人为制造的电流IHB，再将其分别叠加在两台UPS的输出检测电流i1和i2上(I1”＝IL1+IH+IHB，I2”＝IL2+IH-IHB)，从而得到新的检测电流，依照此新的电流进行对v1、v2的调节，实现该调节方法的硬件可以参照附图8所示意的框图实现。
权利要求
1.总线控制的并联不间断电源(UPS)系统，其特征在于UPS并联控制系统置于UPS内与UPS的控制板相连接，并通过数据总线相互连接。
2.根据权利要求1所述的总线控制的并联不间断电源(UPS)系统，其特征在于并联控制系统中环流的检测方法为假设在两台UPS之间的环流为IH，各台UPS的输出电流为IL1及IL2，并构造一个与环流方向一致的电流IHB，通过矢量叠加后两台UPS电源的输出电流即为I1”＝IL1+IH+IHB，I2”＝IL2+IH-IHB。
3.根据权利要求2所述的总线控制的并联不间断电源(UPS)系统，其特征在于环流补偿电路为检测UPS电源的A相输出交流电流的A相电流检测电路与A相的环流补偿电流进行相量叠加，B相、C相原理相同。
4.根据权利要求1所述的总线控制的并联不间断电源(UPS)系统，其特征在于UPS并联控制系统的DSP主程序流程为程序启动后对各I/O接口、通讯接口、A/D转换接口、复用接口、页地址初始化，接着检测本机逆变器(INV)是否供电，如没有则继续检测，如有供电，则检测其它UPS的INV是否供电，如返回否信号则转旁路启动，如返回是信号则检测各INV、SYN是否准备就绪，如否则发出旁路请求，如是则开旁路、逆变静态开关，然后发送本机INV供电信号，检测INV是否处于OFF状态，如否则继续检测，如是则关INV-SVR，清除INV供电信号，接着发出旁路请求，如所有UPS都发出旁路请求则切换到旁路，如否，则继续等待，当所有UPS都切换到旁路状态后返回到程序开始状态。
5.根据权利要求1所述的总线控制的并联不间断电源(UPS)系统，其特征在于UPS并联控制系统的DSP控制程序流程为程序启动后初始化转内存单元，然后开放直流采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，接着开放输出电流采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，再开放直流电压采样通道，进行采用并对采样信号进行处理、存储，最后，开放通讯通道，与其它计算并机系统交换数据，并进行数据分析处理，接着依次启动调逆变器输出电压控制算法程序、调同步控制算法程序、调相位控制算法程序，执行完成后返回。
全文摘要
总线控制的并联不间断电源(UPS)系统,涉及电源设备技术领域。其技术方案为:UPS并联控制系统置于UPS内与UPS相连接。本发明实现了N+1冗余并联运行；使各台UPS共同对负载供电,且实现所有并联运行的UPS平均分担负载,满足并联运行的技术要求。本发明具有很高的实时数据处理能力,可以保证UPS并联控制系统的控制实时性,可靠性等技术参数得以大幅度提高。
文档编号H02J9/00GK1423389SQ0113003
公开日2003年6月11日 申请日期2001年12月7日 优先权日2001年12月7日
发明者周志文, 康勇, 陈息坤, 段善旭, 李民英 申请人:广东志成冠军电子实业有限公司