专利名称：：不同容量等级ups并联的方法及系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及电源
技术领域：
，尤其涉及不同容量等级UPS并联的方法及系统。
背景技术：
：随着社会信息化程度的日益提高，信息数据的规模越来越庞大，交换越来越频繁，为了对信息数据进行更加高效、可靠、安全的处理、存储和传输，人们对供电设备的品质提出了更高的要求。UPS(UninterruptedPowerSystem,不间断电源系统)作为主要的供电设备，其可扩容性和高冗余可靠性成为业界研究的热点。UPS并联技术不但可以让d、容量的单积4莫块组成满足用户需求的系统容量，而且还可以组成冗余配电模式，提高系统的可靠性。不同容量等级UPS模块的并联技术与相同容量等级UPS模块的并联技术相比，不仅可以为用户提供更多种的配电组合解决方案，而且直接可以给用户节省成本，带来经济效益。现有的不同容量等级UPS模块的并联结构主要分为无线并联和有线并联。无线并联的设计思想是保持UPS模块在并联系统中的独立性。参阅图1A所示，当UPS模块的输出阻抗特性为純感性时，其输出电压的频率随自身输出的有功功率的增加而减小，此减小的趋势称为UPS;f莫块的下垂特性，该下垂特性可保证在系统容量S1大于S2时，输出的有功功率P1大于P2。与图1A类似，图1B中，其输出电压的幅值随自身输出的无功功率的增加而减小，该下垂特性可保证在系统容量SI大于S2时，其输出的无功功率Ql大于Q2。由图1A和图1B可以看出，UPS模块的无线并联技术中，在设置下垂特性线的斜率与其额定容量成固定比例时，即可以实现容量的自适应，因此无线并联技术本身就可以实现不同容量等级UPS模块的并联。当然，有线并联在实现不同容量等级UPS模块的并联时，也可借用无线并联的设计思想，利用下垂特性来实现。但是，由于UPS模块的输出阻抗特性在实际中并不是纯阻性或纯感性，单解耦的下垂特性关系，这种近似的处理导致系统精确度不高，而且下垂特性建模困难，不易精确实现；另外，在利用下垂特性来实现不同容量等级UPS并联时，系统输出电压随负载的变化而变化，其稳态精度相对较差。
发明内容本发明提供一种不同容量等级UPS并联的方法及系统，用以解决现有技术中存在由于构造UPS下垂特性以实现不同容量等级UPS的并联而导致的系统精确度不高和输出电压稳态精度较差等问题。本发明方法包括一种不同容量等级UPS并联的方法，该方法包括步骤根据各单机的物理容量标幺各单机的物理输出电流；将标幺后的各单机物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单才几的物理车餘出电流标么值和物理均流标幺值；利用所述各单机的物理输出电流标幺值与物理均流标幺值的误差控制各单机的物理输出电流。根据上述方法通过电流传感器标幺各单机的物理输出电流；或者，通过与电流检测相关的硬件电路通道标幺各单机的物理输出电流；或者，通过软件设定标幺各单机的物理输出电流。所述转换为模/数转换，即提供一个电流的转换系数，该系数中包括采样电阻转换系数、模数转换器ADC通道的调理系数和模数转换器ADC的转换系数；或者，所述转换为乘以一个电流转换系数的模拟转换。所述才莫/数转换包括对相同量纲物理量定点数的定标进行统一。在利用所述误差控制各单机的物理输出电流时，根据各单机的额定容量和系统的实际负载判断系统是否过载，并在确定系统过载后进行相应的切换动作。一种不同容量等级UPS的并联系统，包括多个标幺装置，用于根据各单机的物理容量标幺各单^L的物理输出电流；多个信号处理装置，用于将标幺后的各单^L物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；以及分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单机的物理输出电流标幺值和物理均流标幺值；多个逆变器输出控制装置，其中每个逆变器输出控制装置包括一个逆变器和一个控制器，所述逆变器用于输出各单机的物理输出电流，所述控制器用于利用所述各单机的物理输出电流标幺值与物理均流标幺值的误差控制逆变器输出各单机的物理输出电流o其中，所述电流检测装置为电流传感器；或者，所述电流;险测装置为与电流检测相关的硬件电路通道。所述信号处理装置包括输出电流平均模块，用于将标幺后的各单机物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；转换模块，用于分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单机的物理输出电流标么值和物理均流标幺值。所述转换模块分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值按提供的电流转换系数进行模/数转换，该系数中包括采样电阻转换系数、模数转换器ADC通道的调理系数和模数转换器ADC的转换系数；或者，所述转换模块分别将标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值乘以一个电流的转换系数。所述转换模块在进行模/数转换时进一步对相同量纲物理量定点数的定标进行统一。所述系统还包括切换装置，用于根据各单机的额定容量和系统的实际负载判断系统是否过载，并在确定系统过载后进4亍相应的切换动作。本发明有益效果如下1、本发明提出的按物理容量标幺设计的不同容量等级UPS并联技术可以很好地实现各单机按物理容量比例均分负载，达到了不同容量等级UPS模块间并联的效果和目的。2、所述标幺设计不仅可以将不同容量等级UPS的并联技术转化为相同容量等级UPS的并联技术，减少了技术的多重性，与无线并联技术相比，无须构造下垂特性线，系统输出电压的精度相对较高；而且对控制用的弱电信号级的硬件单板和控制软件也可以重复借用，提高了平台的可移植性和通用性，这对今后开发的新产品不论在成本节省、开发周期缩短和可靠性提高等方面均有好处。3、本发明同样适用于相同容量等级UPS的并联，也适用于不同容量等级的直流电源或变频器等模块的并联。图1A为
背景技术：
中输出电压的频率随有功功率的下垂特性；图1B为
背景技术：
中输出电压的幅值随无功功率的下垂特性；图2为本发明实施例中两台不同容量等级UPS^t块并联系统的结构示意图；图3为本发明实施例中n台不同容量等级UPS模块并联系统细化的结构示意图；图4为本发明实施例中标幺设计的不同容量等级UPS模块并联的处理流程图；图5A为本发明实施例中实验得出的系统阻性满载输出电流波形图；图5B为本发明实施例中实验得出的系统整流性满载输出电流波形图。具体实施方式为了解决现有技术中存在由于构造UPS下垂特性以实现不同容量等级UPS的并联而导致的系统精确度不高和输出电压稳态精度较差的问题，本发明按各单机的物理容量标幺设计不同容量等级UPS的并联系统。所述标幺设计包括硬件标幺和软件标幺两个方面。对于硬件标幺，由于在电源系统的控制变量中，除了电压信号就是电流信号，而并联系统中各单机的输出电压相等，因此各单机容量等级的不同就是输出电流的不同，硬件标幺即指电流传感器变比的标幺。UPS模块中各电流传感器(包括逆变电感电流传感器、逆变电流传感器和输出电流传感器)的变比按物理容量比例进行设计，达到将不同的输入电流转换为相同的输出电流的目的，以便于后续模块实现相同的处理。参阅图2所示，两台不同容量等级UPS的并联系统包括电流传感器200、信号处理装置201及逆变器输出控制装置202;所述电流传感器200，用于按各单机的物理容量设置自身变比，将各逆变器输出控制装置202输出的不同电流转换为各信号处理装置201输入的相同电流；所述信号处理装置201,用于对所述电流传感器200输出的电流信号和所述逆变器输出控制装置202输出的电压信号进行处理，包括求取系统输出的物理均流值处理，以上处理均对信号进行模/数转换(即在石更件上进行调理与采样)或者通过乘以一个电流的转换系数对信号进行模拟控制，同时，信号处理装置201在软件上进行各单机代码的统一和定点DSP实现浮点数时相同量纲物理量定标的统一；所述逆变器输出控制装置202,该装置包括逆变器和控制器，用于才艮据所述信号处理装置201处理后的电流信号和电压信号调整逆变器输出的电流信号和电压信号，以达到均流闭环控制的目的。所述并联系统还包括负栽203。所述电流传感器200按各单机的物理容量设置自身变比是指，若UPS1和UPS2的容量分别为40KVA和80KVA，UPS1的电流传感器变比设置为1:500,则UPS2的电流传感器的变比应该设置为1:1000。当电流传感器200的变比按各单机的物理容量标幺时，由于将不同的输入电流转换为相同的输出电流，即输出电流是按物理容量标幺的，则对于后级的信号处理装置201和逆变器及其输出控制装置202来说，其输入电信号是标幺的，因此在硬件上可以实现相同的信号处理和输出控制，与相同容量等级UPS并联时的处理没有任何差别。所述软件标幺即指所述逆变器输出控制装置202在软件上进行各单机代码的统一和定点DSP实现浮点数时相同量纲物理量定标的统一，以便于进行模块化设计，提高软件的可移植性和可借用性。在硬件上按物理容量进行标幺设计后，软件上在标幺之余还需按物理容量对不同的控制对象设置各自的控制器参数。.进一步的，为了监测并联系统的实际工作情况，需要获取系统的实际负载容量和系统额定总容量以判断系统是否过载，以及进行系统容量信息的显示。当系统实际负载容量大于系统额定总容量，即系统过载时，进4亍相应的切换动作以保护设备。对于相同容量等级UPS的并联，也可以按上述方法进行处理，由于在处理时各单机的额定容量相同，因此只需根据系统的实际负载或负栽比例，结合系统的有效并联单机台数即可判断出系统是否过栽。对于不同容量等级UPS的并联，由于在处理时各单机的额定容量不相同，因此不仅需要系统的实际负栽或负栽比例，还需要系统中有效并联的各单机额定容量才能判断出系统是否过载。所述各单机的额定容量可以采用容量真实值的形式给出，也可以采用折算后的标幺值的形式给出。因此，图2所示系统还可以包括切换装置，用于根据系统中有效并联的各单机额定容量、系统的实际负载判断系统是否过栽，并在确定系统过载后进行相应的切换动作。结合图2,参阅图3所示，将系统扩展为n台不同容量等级UPS的并联系统，并将图2中的各装置细化，仅考虑信号处理时进行才莫/数转换，则该系统包括均流闭环控制模块300、输出电流平均模块301、调理与采样模块302。该系统还可以包括负载303。所述均流闭环控制模块300使并联系统中的各单机按自身物理容量比例均分负载，以达到最大带载能力，该模块包括电流传感器3000、调理与采样模块3001、控制器3002、逆变器3003;所述电流传感器3000,用于按各单机的物理容量设置自身变比，以将各逆变器3003输出的不同电流转换为相同的电流，提供给所述调理与采样模块3001和输出电流平均;漠块301处理；所述调理与采样模块3001,用于对经电流传感器3000标幺后的各单机物理输出电流进行调理与采样，即提供一个电流的转换系数R，该R中包含采样电阻转换系数、ADC(Analog-DigitalConverter模数转换器)通道的调理系数和ADC的转换系数；所述控制器3002，用于根据所述均流闭环控制^^莫块300的均流环的给定值和反馈值对所述逆变器3003的输出电流进行控制；所述逆变器3003，用于输出各^^莫块的物理输出电流。所述均流环的给定值为各单机物理均流标幺值(即系统输出平均电流标幺值)，由所述输出电流平均模块301、调理与釆样模块302经软件定标求得，由于各容量等级单才;^莫块的输出电流传感器的变比^按自身物理容量标幺，因此经输出电流平均模块301处理后得到的各单机物理均流标幺值是以系统物理总容量与有效并机台数的比值来标幺的。该给定值为共享的同一个值，在图2中以并机线的等位点互连的形式标出。所述均流环的反馈值为各单机物理输出电流标幺值，该值以各单机自身物理容量标幺，对于不同容量等级UPS并联系统，只要保证均流环速度足以让反馈值跟踪给定值，且各单机模块的均流环给定值为同一标幺值^"，则均流环的反馈值也为相同的标幺值，转换为实际值后，即可实现不同容量等级UPS的物理输出电流按物理容量比例均流。所述输出电流平均4莫块301,用于对经电流传感器3000标幺后的各单机的物理输出电流进行平均；所述调理与采样;漠块302，用于提供一个电流的转换系数R，该R中包含采样电阻转换系数、ADC通道的调理系数和ADC的转换系数。所述并联系统还包括负载303。图3中所示S为软件定标系数，用于在软件上对各单机的代码进行统一和对定点DSP实现浮点数时相同量纲物理量的定标进行统一。所述对各单机的代码进行统一是建立在各控制级单板相同的基础上的，这是因为DSP控制软件不仅与控制模拟物理量的采样通道有关，而且也与数字1/0口、通讯通道与机制紧密联系在一起。因此需设置相同的DSP控制单板、检测单板、并机单板、监控单板及软件和驱动单板接口。所述对定点DSP实现浮点数时相同量纲物理量的定标进行统一是指在相同精度和范围的同一物理量实现相同的定标规格，这可以使得数学运算变得简单，而且程序的可读性变强，同时使得控制级量纲上不同容量等级UPS在量值上实现标幺化。在所述逆变器3003输出各单机物理输出电流后，所述电流传感器3000将该电流以各单机的物理容量进行标幺，得到标幺后的各单机物理输出电流值。一方面，所述输出电流平均才莫块301对所述标幺后的各单机物理输出电流值进行平均，所述调理与釆样模块302对平均后的所述标幺的各单机物理输出电流值进行处理，即乘以电流的转换系数R,进一步的，再乘以软件定标系数S,得到各单机物理均流标幺值，即系统输出平均电流标幺值。另一方面，所述调理与采样模块3001对所述各单机物理输出电流标幺值进行处理，即乘以电流的转换系数R,进一步的，再乘以软件定标系数S,得到各单机物理输出电流标幺值。所述均流闭环控制模块300将所述各单机物理均流标幺值与各单机物理输出电流标幺值分别进行作差，得到各单机电流给定值与反馈值的误差；所述控制器3002根据该误差控制逆变器3003的输出电流，并在软件上按物理容量对不同的逆变器3003设置相应的控制参数，这样在标幺的角度上不同容量等级UPS即可实现输出同一给定的输出平均电流。由于物理电流是经过电流传感器进行硬件标幺处理的，所以这n台UPS的实际物理输出电流之比即为各自电流传感器的变比之比。而电流传感器的变比按各自物理容量进行标幺设计，即图3中n台UPS的实际物理输出电流之比为各自物理容量之比，实现按物理容量比例均流的目的。所述电流传感器200即所述电流传感器3000;所述信号处理装置201包括所述输出电流平均模块301、调理与采样模块302、调理与采样模块3001;所述逆变器输出控制装置202包括所述均流闭环控制模块300中的控制器3002和逆变器3003。参阅图4所示，标幺设计的不同容量等级UPS并联的处理流程如下步骤400、系统输出各单机物理输出电流。步骤401、电流传感器按各单机物理容量标幺所述各单机物理输出电流。步骤402、将标幺后的各单机物理输出电流进行平均，在平均后进行调理与采样，再乘以软件定标系数得到各单机均流环给定值，即各单机物理均流标幺值；以及，将标幺后的各单机物理输出电流直接进行调理与采样，再乘以软件定标系数得到各单机均流环反馈值，即各单机物理输出电流标幺值。步骤403、分别将所述各单机物理均流标幺值与各单机物理输出电流标幺值进行作差，得到两者的误差。步骤404、根据所述误差控制系统中的各单机物理输出电流。步骤405、获取系统的实际负栽或负载比例，以及系统中有效并联的各单机额定容量判断系统是否过载；若是，则进行步骤406，否则返回步骤400。步骤406、在确定系统过载后，进行相应的切换动作。在上述处理过程中，硬件上也可以不通过电流传感器按物理容量对各输出电流进行标幺，而是通过其他与电流检测相关的硬件电路通道，如信号转换电路，信号调理电路等来达到同样的标幺效果；也可以在硬件上不标幺，而是通过软件设定按物理容量进行修正来实现等效的按物理容量标幺设计的目的。另外，不同容量等级的直流电源或变频器等模块并联的处理与上述不同容量等级UPS的处理类似。表1所示为根据本发明的方法在208V三相输出系统的UPS系列平台上进行30KVA和10KVA的两并机系统的实验得出的满载不均流度结果。表i、两并机系统满载的不均流度<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>其中，单机不均流度的计算公式为L，4r为单机环流有效值，L为单机额定输出电流有效值；并联系统不均流度的计算公式为"，A为第z'台机器额定容量与系统额定总容量的比值。图5A和图5B所示为上述实验得出的系统阻性满载输出电流波形和系统整流性满载输出电流波形。图中，通道l为IOKVAA相输出电流波形，通道2为并联系统A相总输出电流波形，通道3为30KVAA相输出电流波形。从实验结果可以看出，本发明提出的按物理容量标幺设计的不同容量等级UPS并联技术可以很好地实现各单机按物理容量比例均分负载，达到了不同容量等级UPS模块间并联的效果和目的；进一步的，所述标幺设计不仅可以将不同容量等级UPS的并联技术转化为相同容量等级UPS的并联技术，减少了技术的多重性，与无线并联技术相比，无须构造下垂特性线，系统输出电压的精度相对较高；而且对控制用的弱电信号级的硬件单板和控制软件也可以重复借用，提高了平台的可移植性和通用性，这对今后开发的新产品不论在成本节省、开发周期缩短和可靠性提高等方面均有好处；进一步的，本发明同样适用于相同容量等级UPS的并联，也适用于不同容量等级的直流电源或变频器等模块的并联。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。权利要求1、一种不同容量等级UPS并联的方法，其特征在于，该方法包括步骤根据各单机的物理容量标幺各单机的物理输出电流；将标幺后的各单机物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单机的物理输出电流标幺值和物理均流标幺值；利用所述各单机的物理输出电流标幺值与物理均流标幺值的误差控制各单机的物理输出电流。2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过电流传感器标幺各单机的物理输出电流；或者，通过与电流检测相关的硬件电路通道标幺各单机的物理输出电流；或者，通过软件设定标幺各单机的物理输出电流。3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换为模/数转换，即提供一个电流的转换系数，该系数中包括采样电阻转换系数、模数转换器ADC通道的调理系数和才莫数转换器ADC的转换系数；或者，所述转换为乘以一个电流转换系数的模拟转换。4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模/数转换包括对相同量纲物理量定点数的定标进行统一。5、如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在利用所述误差控制各单机的物理输出电流时，根据各单机的额定容量和系统的实际负载判断系统是否过载，并在确定系统过载后进行相应的切换动作。6、一种不同容量等级UPS的并联系统，其特征在于，包括多个标幺装置，用于根据各单机的物理容量标幺各单机的物理输出电流；多个信号处理装置，用于将标幺后的各单机物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；以及分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单机的物理输出电流标幺值和物理均流标幺值；多个逆变器输出控制装置，其中每个逆变器输出控制装置包括一个逆变器和一个控制器，所述逆变器用于输出各单机的物理输出电流，所述控制器用于利用所述各单机的物理输出电流标幺值与物理均流标幺值的误差控制逆变器输出各单机的物理输出电流。7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电流检测装置为电流传感器；或者，所述电流检测装置为与电流检测相关的硬件电路通道。8、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号处理装置包括输出电流平均模块，用于将标幺后的各单机物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；转换模块，用于分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单机的物理输出电流标幺值和物理均流标幺值。9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述转换模块分别对标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值按提供的电流转换系数进行模/数转换，该系数中包括采样电阻转换系数、模数转换器ADC通道的调理系数和模数转换器ADC的转换系数；或者，所述转换模块分别将标幺后的各单机物理输出电流值和所述物理均流值乘以一个电流转换系数进行模拟转换。10、如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述转换模块在进行模/数转换时进一步对相同量纲物理量定点数的定标进行统一。11、如权利要求6至IO任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括..切换装置，用于根据各单机的额定容量和系统的实际负载判断系统是否过载，并在确定系统过载后进行相应的切换动作。全文摘要本发明公开了一种不同容量等级UPS并联的方法，用以解决现有技术中存在由于构造UPS下垂特性以实现不同容量等级UPS的并联而导致的系统精确度不高和输出电压稳态精度较差的问题；该方法包括根据各单机的物理容量标幺各单机的物理输出电流；将标幺后的各物理输出电流值进行平均得到标幺后的各单机物理输出均流值；分别对标幺后的各物理输出电流值和所述物理均流值进行转换，得到各单机的物理输出电流标幺值和物理均流标幺值；利用所述各单机的物理输出电流标幺值与物理均流标幺值的误差控制各单机的物理输出电流。本发明同时公开一种不同容量等级UPS的并联系统。文档编号H02J7/34GK101154826SQ200610152268公开日2008年4月2日申请日期2006年9月27日优先权日2006年9月27日发明者叶万富,张晓飞申请人:力博特公司