基于动力环境监控的ups下电系统和下电方法

专利名称：基于动力环境监控的ups下电系统和下电方法
技术领域：
本发明涉及一种基于动力环境监控的UPS下电系统和下电方法，尤其涉及一种基 于动力环境监控的UPS四次下电系统和四次下电方法。
背景技术：
不间断电源(Uninterruptible Power Su卯ly，UPS)/逆变器的作用是可以保障所 供电的系统，例如计算机系统在停电之后继续工作一段时间，这样用户可以利用这段时间 能够有时间进行紧急处理，例如存盘等，使得用户不致因为停电而丢失数据从而影响工作 或丢失数据。主要作用如下一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，或者给计算机 造成损害；二是消除设备正常供电时供电电源，例如市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电 压、电线噪声或者频率偏移等"电源污染"，改善供电质量，为设备系统提供高质量的电源。
UPS是一种集数字和模拟电路，自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力 电子设备；UPS可以在市电出现异常时，有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一 定时间给供电系统例如电脑等设备供电，使用户能有充裕的时间进行紧急处理；随着信息 化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要 性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。 UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。 主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。 整流器是一个整流装置，将交流(AC)转化为直流(DC)。主要功能是将交流电变成 直流电，经滤波后供给负载或逆变器；另外是给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到 一个分级定电流模糊控制蓄电池充电模块的作用。 蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置，由若干个电池串联而成，其容量大小决 定了其维持放电(供电)的时间。主要功能是当市电正常时，将电能转换成化学能储存在 电池内部。当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。
逆变器是将直流电转化为交流电的装置，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
静态开关(静止开关)是一种无触点开关，是用两个可控硅(SCR)反向并联组成 的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。转换型开 关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；并机型开关 主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。 UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。 最常用的是后备式UPS，具备自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能。 一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，结构简单。在线式UPS 结构较复杂，能解决所有电源问题。能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖 峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题。在线互动式UPS具有滤波功能，抗市电干扰能力很 强，转换时间小于4ms，逆变输出为模拟正弦波，所以能配备服务器、路由器等网络设备，或 者用在电力环境较恶劣的地区。
现有的环境动力集中监控系统由四个相互独产的四个部分组成，包括高低压配电 监控系统、通信电源监控系统、中央空调监控系统、专用空调监控系统。为了适应系统维护 体制及维护习惯及发展的要求，远程监控系统应采用逐级汇接的倒树型网络拓扑结构，由 监控中心及分布的各个监控端局构成。监控系统的数据库及通信协议采用统一的格式，为 逐步实现多级网络管理结构作好基本架构。 目前动力环境监控无法实现对历史数据进行分析整理，无法预先发现动力设备中 有可能存在的安全隐患，提前发现故障，采取相应的处理措施，减少故障的发生几率。无法 实现良好的管理，无法提高网络运行质量，因此经济成本和人力成本都很高。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种基于动力环境监控的UPS下电系
统和下电方法，解决杂波干扰及电压不稳定的问题，实现利用动力环境监控在线UPS故障
诊断，确定整体或局部是否正常，早期发现故障及其原因并报警处理。 为实现上述目的，本发明提供了一种基于动力环境监控的UPS下电系统，包括 UPS运行数据采集分析装置，用于通过调用远端的数据采集器收集需要的原始数
据，并对所述原始数据进行分析处理从而进行监测；所述UPS运行数据采集分析装置包括
UPS基本运行参数采集模块、UPS运行控制参数采集模块和UPS运行保护参数采集模块； UPS蓄电池容量分析装置，用于对UPS的蓄电池容量数据进行分析处理； UPS下电控制装置，用于根据监测信息对供电设备进行针对性下电控制； 供电输出装置，用于对所述供电设备下电；所述供电输出装置具体包括重要负荷
供电模块、保证负荷供电模块、一般负荷供电模块和临时负荷供电模块。
为实现上述目的，本发明还提供了一种UPS故障下电方法，所述方法包括 执行逆变输出短路和过电压保护、输出限流保护和负载保护告警处理； UPS运行数据采集分析装置检查重要负荷供电模块、保证负荷供电模块、一般负荷
供电模块和临时负荷供电模块的交流电压、电流值是否在正常的范围； 如果重要负荷供电模块负载电压低，或者保证负荷供电模块负载市电高压突波暂 态过电压，则判断为输出功率超限； UPS下电控制装置切离一般负荷供电模块和临时负荷供电模块，或者将一般负荷 供电模块和临时负荷供电模块接入重要负荷供电模块和保证负荷供电模块备用端口；
重要负荷供电模块和保证负荷供电模块输出倒换一般负荷供电模块和临时负荷 供电模块； 上报告警通知进行故障处理。 为实现上述目的，本发明还提供了一种Ups蓄电池放电下电方法，所述方法包括 当UPS基本运行参数采集模块检测UPS交流输入工作不正常，或者输入交流电压
不正常，或者输入交流频率不正常时，所述UPS的蓄电池放电； UPS运行保护参数采集模块采集并上报所述蓄电池的放电时间； UPS运行数据采集分析装置检查重要负荷供电模块、保证负荷供电模块、一般负荷
供电模块和临时负荷供电模块输出功率的大小； 如果所述蓄电池的容量小于负载的需求量，停止所述临时负荷供供电模块和\或一般负荷供电模块和\或保证负荷供电模块的输出； 所述UPS运行保护参数采集模块采集并上报所述蓄电池的放电时间；
上报告警通知进行故障处理。 因此，本发明基于动力环境监控的UPS下电系统和下电方法，解决了杂波干扰及 电压不稳定的问题，实现利用动力环境监控在线UPS故障诊断，确定整体或局部是否正常， 早期发现故障及其原因并报警处理，而且节约了经济成本和人力成本。


图1为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的示意图； 图2为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的UPS运行数据采集分析装置的 示意图； 图3为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的UPS基本运行参数采集模块的 示意图； 图4为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的UPS运行控制参数采集模块和
UPS运行保护参数采集模块的示意图； 图5是本发明UPS故障下电方法的流程图； 图6是本发明Ups蓄电池放电下电方法的流程图。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 为了可以实现通信机房无人职守，全方位监控通信机房动力设备和环境，本发明
在监控系统中实现如下的功能 动力与环境监控的监控对象逆变电源、开关电源、UPS系统、油机、高低压配电柜三
相电流电压、中央空调及分调空调工作状态、蓄电池组、温度、湿度、水浸等。
图像监控的监控对像图像监视范围机房公共入口、公共区域、公共通道。图像监
视要求对以上监视区域的状况及出入人员进行实时监视；与安防系统实现联动。
采集模拟量机房温度、湿度，电池电压、电池工作电流、漏电电流，电源系统的工
作电压、工作电流，设备温度，交流电源电压、电流、漏电电流，烟感工作电流、电缆盗割距
离、强电入侵、工频入侵等。 采集开关量主要包括电源跳闸、合闸、各种开关的通断、设备的投入与推出、进水 告警、门窗开关状态告警、门禁系统告警、强行闯入告警、消防系统报警等等。遥信模块还可 以用来测量电网的频率。 遥控开关主要是遥控灭火、防湿、电源电网的管理、空调的开启、控制摄像头云台 等。遥控的工作模式采取两步完成，第一步选中要控制的对象，并返回对象选中与否的信 息，第二步确认执行，这样大大提高了遥控的可靠性，比如控制电源系统；也可以直接工作， 比如控制云台。 图像采集主要把机房环境图像系统采集并融入监控系统中去，用户须接上摄像 头才能工作。
采用逻辑判断，清除误报警(误报率在千分之一 以下)，具有防破坏自保功能，可
6按报警级别布防及撤防 集中监控系统所需设备的配置及组网方案环境动力集中监控系统的数据传输采 用透传方式，避免数据在多次转换中出现误码。 边缘接点端局的传输及组网方案根据边缘接点机房的设备特点，每个端局配置一 台通用采集器和协议转换器，利用端局传输设备提供2Mbit/s通信线路，将监测到的数据 通过MUX传送到监控中心。 骨干接点汇接局的传输及组网方案骨干接点汇接局除动力与环境监控外，还要把 图像监视的内容上传至监控中心，视频信号经视频处理器压縮编码后，连同环境监控的数 据量，经过MUX复用通信模块，利用传输网SDH的一个2Mbit/s通道，传送到监控中心。
监控中心的设备配置及组网方案监控中心除了负责本机房的动力与环境监控、图 像监控外，还把其它端局传来的监控信号合并处理。监控中心设置一台监控主机，本局的被 监测设备采用星型连接通过桥接设备接入监控主机，汇接到本局的动力与环境量，直接通 过桥接设备接入监控主机。本局图像与经过视频处理的各个端局图像，输入视频切换矩阵， 在主处理机的控制下，输出到屏幕墙显示。 电源监控系统电源设备及环境监控点要求电源监控系统的监控对像主要包括智 能开关电源系统、UPS、低压配电系统及环境量。智能设备的监控量直接由通信接口获取。 开关电源等智能设备具备RS232/RS485等通信接口 ，监控厂家可以通过通信接口获得相关 的测试量。除低压配电以外，不宜对机房的非智能UPS进行智能改造。为防止因蓄电池失 效导致机房电源设备故障，维护人员应采用蓄电池监测仪对开关电源及UPS的蓄电池组进 行检测。 现有的监控系统一般来说是多"监"少"控"，监视点的数量要远远大于控制点的 数量。按照辩证思想来说，这两者之间作为监控系统的两大功能应该是相辅相成、缺一不可 的，有多少监视量就应该有多少控制量。 在实际情况中，往往控制量比监视量更重要，就算知道动力设备或环境参数运行 过程中超出了其正常范围，但如果无法通过有效的手段去改变设备的运行状态，那根本就 没有处理故障的可能性，对设备的监视往往就成了虚实无华的摆设。举个简单的例子来说， 值班人员在值班过程中发现一个基站环境温度过高，那么他可以通过控制空调的开关或调 低空调的温度设置点来达到解决故障的目的。假设监控系统没有控制量，那么我们只能通 知代维人员去基站打开空调或调低空调温度设置点，这种方法不仅延误了故障处理时间又 造成了人力资源的浪费，是不可取的。因此，监控系统应该考虑"监"和"控"平衡发展，在 "监"的同时不要忽略"控"的重要。 传统的ups设备为了保障用户的UPS系统可靠运行，多数产品均提供RS232、 RS422、RS485及以太网/SNMP等接口配置，方便用户与UPS系统进行直观的人机对话，实现 远程实时监视UPS的运行参数和状态，并贮存历史运行参数、报警信息，使用户能够及时、 准确地"诊断"出故障的性质及故障发生的部位。智能化监控系统.但并没有解决由于UPS 冗余并机系统的输入、输出配置发生的问题，如配电柜故障、断路开关跳闸、保险丝烧毁、蓄 电池早期失效和电力传输电缆故障等原因，由于无法监控提前报警而造成的不必要的损 失. 目前UPS/逆变电源去掉体积笨重的Input变压器，加入直流变换器(DC/DC);并将UPS/逆变电源脉宽调制的工作频率由过去的20KHz提升至40KHz—100KHz，这样就使 UPS电源的DC/DC变换器中高频变压器或逆变器输出变压器和逆变器的50H低通滤波器的 尺寸大大下降。但存在一定的缺点。无论晶体管模块还是MOS.管驱动模块其故障率都高 于变压器。因为从某种意义上说，变压器是电子设备中故障率最低的器件。晶体管模块抗 高压冲击及抗浪涌电流冲击的能力远低于变压器。因为变压器本身不仅具有很高的抗高压 冲击能力，而且它能承受瞬间短路输出的冲击。 一旦发生市电过压输入，它极易造成DC/DC 直流变换器模块的损坏。另外，对于无输入变压器的UPS来说，如果用户将交流输入的极性 接错的话，由此而引发的故障率也不可低估。
本发明可以解决以下问题 由于UPS冗余并机系统的输入、输出配置发生的问题，如配电柜故障、断路开关跳 闸、保险丝烧毁、蓄电池早期失效和电力传输电缆故障等原因，由于无法监控提前报警而造 成的不必要的损失。 由市电引入的杂波干扰及电压不稳定，使电脑及其他使用交流电的信息设备不能 稳定工作。利用动力环境监控系统实现提前预报警和预防。 实现利用动力环境监控在线UPS故障诊断FD (fault diagnosis)是一种了解和掌 握设备在使用过程中的技术，确定其整体或局部是否正常，早期发现故障及其原因并能预 报故障发展趋势的技术。在诊断过程中，必须利用被诊断对象表现出来的各种有用信息，经 过适当地处理和分析，做出正确的诊断结论。 对一些常见的电力故障进行监控.有一种常见的误解，认为我们使用的市电，除 了偶尔发生的断电事故，是连续而且稳定的，其实不然。市电系统作为公共电网，上面连接 了成千上万各种各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获 得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网的供电品质。另外意外的自然和人为事 故，如地震、火灾、雷击、输变电系统短路等，都会危害电力的正常供应，从而影响负载的正 常工作。 传统动力环境监控系统只对反映被监控设备的运行状况和环境信息.无法实现
对UPS监控数据双向流，从而实现远端控制，所以说并不是真正意义上的监控。 解决UPS智能化监控系统.但并没有解决由于UPS冗余并机系统的输入、输出配
置发生的问题，如配电柜故障、断路开关跳闸、保险丝烧毁、蓄电池早期失效和电力传输电
缆故障等原因，由于无法监控提前报警而造成的不必要的损失。 现有技术只对反映被监控设备的运行状况和环境信息.无法实现对UPS监控数据 双向流，从而实现远端控制，所以说并不是真正意义上的监控，本发明。图l为本发明基于 动力环境监控的UPS下电系统的示意图，如图所示，本发明在现有的动力环境监控系统监 控中心服务器增加了 UPS运行数据采集分析装置1、UPS蓄电池容量分析装置2、UPS下电控 制装置3、供电输出装置4、输出配电控制柜5和采集卡6。 UPS下电控制装置3利用UPS四次下电控制装置实现，采集卡6利用232多功能采 集卡实现。 UPS运行数据采集分析装置1用于通过调用远端的数据采集器收集需要的原始数 据，并对所述原始数据进行分析处理从而进行监测；UPS蓄电池容量分析装置2用于对UPS 的蓄电池容量数据进行分析处理；UPS下电控制装置3用于根据监测信息对供电设备进行针对性下电控制；供电输出装置4用于对所述供电设备下电。 本发明将现有的UPS单路输出改为四路输出及系统采用集中加分散双总线冗余 供电方式，UPS电源输出根据负载设备的重要程度分为四路供电.重要负荷a、保证负荷b、 一般负荷c和临时负荷d形成UPS四路输出组网供电回路环网。 再如图1所示，供电输出装置4具体包括重要负荷供电模块41、保证负荷供电模块 42、一般负荷供电模块43和临时负荷供电模块44。 为了解决由于UPS冗余并机系统的输入、输出配置发生的问题，如配电柜故障、断 路开关跳闸、保险丝烧毁、蓄电池早期失效和电力传输电缆故障等原因，由于无法监控提前 报警而造成的不必要的损失的问题。因此在现有动环数据采集的基础增加了电压电流的数 据采集器来实现各类负荷及输出配电的监测的功能。 UPS运行数据采集分析装置通过调用远端的数据采集器收集需要的原始数据。采 集数据可以存储在各种主流的数据库服务器上，如oracle， sqlserver2005， sybase， db2 等。数据处理模块里，专门对分析整理后的数据存储为各种需要的数据格式进行了设计，这 样数据就可以存储为Excel, access,文本文件等等各种格式，以满足进一步的数据分析或 第三方数据使用。采集数据经过预处理后，根据设计的模型和算法进一步生成UPS各类在 线故障报警参数库。 设计上采用了面向对象的设计方法和面向结构的混合设计方法，将系统分为不同 那的模块。主程序通过调用模块完成整个业务流程。各个模块以动态链接库DLL的形式调 用，升级时互不干扰。 图2为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的UPS运行数据采集分析装置的 示意图，如图所示，UPS运行数据采集分析装置1包括UPS基本运行参数采集模块11、 UPS 运行控制参数采集模块12和UPS运行保护参数采集模块13。 图3为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的UPS基本运行参数采集模块的 示意图，如图所示，UPS基本运行参数采集模块11具体包括交流工作正常单元111、输入交 流电压正常单元112、输入交流频率正常单元113、 UPS逆变状态单元114、电池逆变状态单 元115和UPS电压单元116。 交流工作正常单元111的交流工作正常是指输入交流电压和频率都正常。 输入交流电压正常单元112的输入交流电压正常配置阀值是输入交流电压在
160—280V之间，视为市电电压输入正常。 输入交流频率正常单元113的输入交流频率正常配置阀值是输入交流频率在 47—53HZ之间，且频率变化率小于1HZ/秒，视为输入交流频率正常。 UPS逆变状态单元114的UPS逆变状态是交流输入正常，UPS工作在AC — DC — AC 时的状态。 电池逆变状态单元115的电池逆变状态是交流输入异常，UPS工作在 BATTERY — AC时的状态。 UPS电压单元116的UPS/BUS电压中BUS电压是指供给逆变器的直流电压，UPS有 正、负两路BUS电压，其正常值为400V。 图4为本发明基于动力环境监控的UPS下电系统的UPS运行控制参数采集模块和 UPS运行保护参数采集模块的示意图，如图所示，UPS运行控制参数采集模块12具体包括UPS缓开机数据采集单元121、UPS电压追逐数据采集单元122、UPS输入交流电压的侦测与 控制数据采集单元123、UPS输入交流频率的侦测与控制数据采集单元124、UPS三角波发生 器数据采集单元125、UPS标准正弦波发生器数据采集单元126、UPS逆变电压调整数据采集 单元127、读取数据采集单元128、计算数据采集单元129和UPS瞬间断电侦测数据采集单 元120。 UPS缓开机数据采集单元121的UPS缓开机数据采集配置阀值原则是当UPS开 机或系统重置(包括过载解除、自动重启等)时，CPU控制UPS缓慢提升逆变电压，每32ms 提升逆变电压3V，直至220V停止。 UPS电压追逐数据采集单元122的UPS电压追逐数据采集配置阀值原则是在缓 开机结束后，逆变电压尚未切到对外输出前，为防止市电灌入UPS，市电正常时，CPU控制逆 变电压追逐市电输入电压，逆变电压依市电电压高低每隔128ms加减3V。如果市电电压高 于280V，则只追到280V ;如果市电电压低于160V，则只追到160V。 UPS输入交流电压的侦测与控制数据采集单元123的UPS输入交流电压的侦测与 控制数据采集配置阀值原则是CPU每16ms读取一次输入交流电压值，当输入交流的电压 读值连续低于160V或高于280V五次时，视为输入交流电压输入异常；只有当输入交流的电 压读值连续五次回复到170—270V之间时，才认为输入交流输入转为正常。交流输入正常 时，UPS工作在交流逆变状态；当输入交流电压低于160V或高于280V时，UPS立即转入电 池逆变状态；为防止输入交流来回切换，只有当输入交流回复到170—270V时，UPS才转入 输入交流逆变状态。 UPS输入交流频率的侦测与控制数据采集单元124的UPS输入交流频率的侦测与 控制数据采集配置阀值原则是侦测输入交流频率的目的是作为逆变锁相的依据，通过调 整逆变的过零点调整逆变相位，使在输入交流状态下的逆变输出与交流输入基本同频率、 同相位。输入交流开机时，UPS侦测输入交流的频率作为逆变输出的频率；电池状态下开 机时，逆变输出的频率以上次输出的频率来设定。当输入交流正常时，执行锁相，逆变频率 先追市电频率，频率相同后再追相位，通过变动逆变频率完成逆变和输入交流同相位。锁 相后，逆变和输入交流的相位差小于3度，频率误差小于0.01HZ。当输入交流频率超出
47— 53HZ范围时，UPS不执行锁相，立即转入电池逆变状态，只有当输入交流频率回复到
48— 52HZ时，UPS再执行锁相，并转入市电逆变状态。 UPS三角波发生器数据采集单元125的UPS三角波发生器数据采集配置阀值原则 是CPU送出的38. 4KHZ方波，经由运算放大器组成的二分频电路后，变成19. 2KHZ的方波， 再经积分器积分成三角波。 UPS标准正弦波发生器数据采集单元126的UPS标准正弦波发生器数据采集的配 置阀值原则是CPU送出以128点平均分割的模仿正弦波，经过二阶低通滤波器滤波后，生 成标准正弦波。 UPS逆变电压调整数据采集单元127的UPS逆变电压调整数据采集配置阀值原则 是CPU每16ms读取一次逆变电压值，并与设定的电压值做比较，当差值高于10V时，CPU立 即调整标准正弦波，从而调整P丽信号，使输出电压相应加减5V，以縮小差值；当差值低于 10V时，CPU累积差值，当累积值达到30V时，CPU调整标准正弦波，使输出电压相应加减2V。
读取数据采集单元128的CPU的A/D读取数据采集配置阀值原则是CPU每半周期读一次电池电压、正负BUS电压和机内温度，每隔八个标准正弦波点读一次市电电压、逆 变电压和逆变电流(在每个周期开始，CPU变更读点的初始位置，使每隔八个标准正弦波点 读一次的共128点的A/D读取达到扫描效果，读取值存入RAM内)。 计算数据采集单元129的UPS/CPU的计算数据采集配置阀值原则是UPS/CPU每 隔2个周期计算一次市电电压的均方根值(RMS)，每隔1个周期计算一次逆变电压的均方根 值，每隔32个周期计算一次逆变电流的均方根值，每隔32个周期计算一次输出功率的均方 根值。 UPS瞬间断电侦测数据采集单元120的UPS瞬间断电侦测数据采集配置阀值原则 是UPS/CPU每4ms计算一次最近一周期所读取的市电A/D值，如果小于140V，则视为断电， UPS立即转入电池逆变状态。 再如图4所示，UPS运行保护参数采集模块13具体包括逆变输出短路和过电压保 护单元131、输出限流保护单元132、过电压保护单元133、电池过压和欠压保护单元134、自 动检测单元135、后备时间显示及低电压报警单元136、负载保护单元137和断电侦测单元 138。 逆变输出短路和过电压保护单元131的逆变输出短路和过电压保护配置阀值原 则是当逆变输出电压的正弦波反馈信号连续64ms无过零信号时，视为逆变输出短路，UPS 关闭输出并报警；当逆变输出电压值连续80ms低于160V或高于280V时，视为逆变输出过 电压，UPS立即转到旁路并报警。 输出限流保护单元132的输出限流保护配置阀值是保护电路侦测逆变输出的电 流值，当其超过额定值的3. 6倍时，限流保护电路立即关闭P丽，只有在输出电流值小于额 定值的3. 6倍后，P丽才重新工作。 过电压保护单元133的BUS过电压保护的配置阀值是当BUS电压的绝对值连续 64ms超过440V时，UPS实施BUS过电压保护，转入旁路并报警。 电池过压和欠压保护单元134的电池过压和欠压保护配置阀值原则是当每个 电池电压高于15V时，视为电池过压，UPS自动转入电池逆变状态，在电池电压下降到每个 13. 5V后，UPS重新回到原工作状态。市电异常，UPS转入电池逆变状态，电池开始放电，UPS 运行数据采集分析装置4秒告警一次；UPS四次下电控制装置启动。准备进行负载下电控 制。当每个电池电压下降到11V时，UPS运行数据采集分析装置每秒告警一次。
自动检测单元135的电池的自动检测配置阀值原则其主要作用是检测电池性能 以及电池回路是否正常。基本原理是通过强迫电池放电，检测电池在一定时间内的放电电 流和电压降。然后与UPS内存储的放电曲线进行比较，给出电池目前的品质状态。降低整流 器输出电压的方式。电池检测采取降低整流器输出电压的方式，确保UPS在电池检测时的 可靠性，测试时间持续10-20秒钟。电池测试在以下情况将自动执行系统启动后的600s、 市电中断时、市电恢复后24h、测试失败后的600s、手动命令是每24小时进行一次。这样可 以使用户及时掌握电池的运行情况，在电池出现性能下降的征兆时，就进行维护处理。
后备时间显示及低电压报警单元136的后备时间显示及低电压报警配置阀值原 则是当UPS由于各种原因切换到由电池供电时，用户需要及时了解系统后备时间，采取相 应措施。当电池电压降到低限时，报警通知用户，然后执行对各类负载的下电控制。
电池放电时，UPS运行数据采集分析装置会根据电池的类型、电池容量、浮充电压、电池最低放电电压等资料，结合当前的负载情况，实时计算电池的后备时间、电池电压各阶 段下电的过低的预警值以及系统关机的最低值。计算每30秒更新一次，以消除因负载变动 引起的误差，确保检测精度。后备时间在监控中心的平台上实时显示。
当电池电压到达电池预警低电压时，UPS声音报警频率会加快；UPS运行数据采集 分析装置则可以实现网络设备顺序关机的功能。预警时间额定值为5分钟，可以在2 240 分钟范围内设置。电池预警低电压和预警时间是两个独立的参数，当电池可供电时间少于 预警时间值或电池电压低于预警电压设置值时，均会报警。 负载保护单元137的负载保护配置阀值是如果UPS在从旁路转入逆变输出前，侦 测到负载超过110X，UPS不能转入逆变输出，CPU控制蜂鸣器每O. 5秒鸣叫一次；如果开机 后负载加至110% —130%， CPU控制蜂鸣器每0. 5秒鸣叫一次，UPS在10秒后转入旁路； 如果开机后负载加至130X以上，UPS会立即转入旁路。 断电侦测单元138的断电侦测配置阀值是CPU每4ms计算一次最近一周期所读
取的市电A/D值，如果小于140V，则视为断电，UPS立即转入电池逆变状态。 UPS电源设备发生设备内、外故障及正常运行时，系统各部分保护安装处测量得到
的信号如电压、电流都是各有特征。考虑到故障有各种类型，如单相接地等，且分设备内和
外故障，所以本方案利用UPS运行数据采集分析模块通过UPS运行保护参数采集模块/UPS
运行控制参数采集模块上报各种故障告警信息识别，并且根据负载的重要程度分级别依次
下电控制构成速动保护。 图5是本发明UPS故障下电方法的流程图，如图所示，本发明的UPS故障下电方法 具体包括如下步骤 步骤101， UPS运行保护参数采集模块和UPS运行控制参数采集模块启动工作；
步骤102，执行逆变输出短路和过电压保护、输出限流保护和负载保护告警处理；
步骤103， UPS运行数据采集分析装置检查重要负荷供电模块、保证负荷供电模 块、一般负荷供电模块和临时负荷供电模块的交流电压、电流值是否在正常的范围；
步骤104，如果重要负荷供电模块负载电压低，或者保证负荷供电模块负载市电高 压突波暂态过电压；此时一般负荷供电模块和临时负荷供电模块运行正常；
步骤105， UPS运行数据采集分析装置分析判断重要负荷供电模块、保证负荷供电 模块为输出功率超限； 步骤106，启动UPS四次下电控制装置； 步骤107， UPS四次下电控制装置切离一般负荷供电模块和临时负荷供电模块，或 者将一般负荷供电模块和临时负荷供电模块接入重要负荷供电模块和保证负荷供电模块 备用端口 ； 步骤108， UPS运行数据采集分析装置上报告警通知维护人员进行故障处理。 逆变输出短路和过电压保护具体包括当逆变输出电压的正弦波反馈信号连续
64ms无过零信号时，视为逆变输出短路，所述UPS关闭输出并报警；当逆变输出电压值连续
80ms低于160V或高于280V时，视为逆变输出过电压，所述UPS转到旁路并报警。 还包括电池过压和欠压保护，具体为当蓄电池内的每个电池电压高于15V时视
为电池过压，UPS转入电池逆变状态，在电池电压下降到每个13. 5V后，UPS复原。 本发明的方法还包括UPS电压追逐数据采集的过程，具体为在缓开机结束后，逆
12变电压切到对外输出前，为防止市电灌入UPS，市电正常时，CPU控制逆变电压追逐市电输 入电压，逆变电压依市电电压高低每隔128ms加减3V。如果市电电压高于280V，则只追到 280V ;如果市电电压低于160V，则只追到160V。 本发明的方法还包括UPS输入交流电压的侦测与控制数据采集，具体为CPU每 16ms读取一次输入交流电压值，当输入交流的电压读值连续低于160V或高于280V五次时， 视为输入交流电压输入异常；只有当输入交流的电压读值连续五次回复到170—270V之间 时，才认为输入交流输入转为正常。交流输入正常时，UPS工作在交流逆变状态；当输入交 流电压低于160V或高于280V时，UPS立即转入电池逆变状态；为防止输入交流来回切换， 只有当输入交流回复到170—270V时，UPS才转入输入交流逆变状态。 本发明的方法还包括UPS逆变电压调整数据采集，具体为CPU每16ms读取一次逆 变电压值，并与设定的电压值做比较，当差值高于IOV时，CPU立即调整标准正弦波，从而调 整P丽信号，使输出电压相应加减5V，以縮小差值；当差值低于10V时，CPU累积差值，当累 积值达到30V时，CPU调整标准正弦波，使输出电压相应加减2V。 图6是本发明Ups蓄电池放电下电方法的流程图，如图所示，本发明的Ups蓄电池 放电下电方法具体包括如下步骤 步骤201， UPS基本运行参数采集模块监测上报UPS交流输入工作不正常，或者输
入交流电压不正常，或者输入交流频率不正常时，UPS的蓄电池放电； 步骤202， UPS运行保护参数采集模块采集并上报蓄电池的放电时间； 步骤203， UPS运行数据采集分析装置检查重要负荷供电模块、保证负荷供电模
块、一般负荷供电模块和临时负荷供电模块输出功率的大小； 步骤204，判断蓄电池的容量是否大于负载的需求量，如果大于负载的需求量则执
行步骤240，否则执行步骤211 ; 步骤211 ，启动UPS四次下电控制装置； 步骤212， UPS运行数据采集分析装置下发指今停止临时负荷供供电模块的输出； 步骤213， UPS运行保护参数采集模块采集并上报蓄电池的放电时间； 步骤214，判断蓄电池的容量是否大于负载的需求量，如果大于负载的需求量则执
行步骤240，否则执行步骤221 ; 步骤221 ，启动UPS四次下电控制装置； 步骤222， UPS运行数据采集分析装置下发指今停止一般负荷供供电模块的输出； 步骤223， UPS运行保护参数采集模块采集并上报蓄电池的放电时间； 步骤224，判断蓄电池的容量是否大于负载的需求量，如果大于负载的需求量则执
行步骤240，否则执行步骤231 ; 步骤231，启动UPS四次下电控制装置； 步骤232， UPS运行数据采集分析装置下发指今停止保证负荷供供电模块的输出；
步骤240， UPS运行数据采集分析装置上报告警通知维护人员进行故障处理。
本发明在现有的动力环境监控系统监控中心服务器增加UPS运行数据采集分析 装置、UPS运行四次下电控制器装置、UPS输出配电自动切换控制柜、并将传统的UPS单路输 出改为四路输出及系统采用集中加分散双总线冗余供电方式。 UPS运行数据采集分析模块配置工具界面性能参数配置设计，UPS运行数据采集
13分析模块与四次下电控制模块关联设计及控制，UPS动力环境监控系统远程控制四次下电 管理故障诊断技术引入UPS电源系统，能够在UPS电源系统调试和系统的监测及诊断中能 够发挥较大的作用。 本发明控制四次下电管理功能可以提供用户简单、易用的全面保护。对用户来说， 主要体现在傻瓜式的管理，用户可以不用了解UPS的工作原理，通过监控软件就可以全面 了解系统的供电情况，当异常发生时，监控软件可以即时提醒用户。通过友好的人机界面， 用户可以选择合理的处理方式，保护系统安全。总的看来，通过这些丰富的管理功能，能简 化UPS的管理工作，能让基本不懂电源的IT工程师也能轻松管理UPS，并且可以提高UPS系 统的可管理性、可服务性、可用性甚至经济性。 首先是最大化的UPS运行时间控制。当市电故障时，动力环境监控系统自动可以 通过远程操作关闭耗电大的非核心设备(如打印机)，而保证核心设备(如服务器、路由器 等)达到最长的运行时间。可见，采用这种方式不仅可提高系统的可用性，而且可极大地降 低系统的耗电量，从而降低系统运行成本。第二，UPS动力环境监控系统远程控制四次下电 管理功能为安全性要求高的用户提供定时开关机和不同级别的操作权限，防止由于非授权 人员的非法操作而引起故障。 UPS动力环境监控系统远程控制四次下电管理包括系统专用远程监控控制盘、 RS232/485通信口与监控PC间的交互控制、将UPS系统作为网络的一个节点的网络交互控 制等。UPS的智能化主要通过系统的控制软件实现。在系统运行状态识别与控制方面，通过 内部传感器和状态逻辑及识别系统所处的运行状态，判定系统运行程序和运行是否正常， 主要包括以下几个方面 根据负载被切换到旁路的时间和次数以及切换时的输入输出参数等，判定系统的 运行模式即旁路运行还是主机运行、充电运行还是放电运行。根据系统运行的状态参数识 别外部指令，决定执行外部指令的方式，包括系统功能和运行参数的调整。快速准确地判定 系统的故障状态并采取相应的故障处理措施，如封闭功率变换器、输出故障参数报警等。
历史事件的记录并根据历史记录和当前运行参数预测蓄电池的后备时间等。智能 化的人机对话控制操作面板，包括图形显示等。并机系统的热待机到带载运行的自动判定 与转换。 所有这些都简化了外部操作程序，有效地防止了系统的误操作对系统自身和负载 所带来的危害，提高了 UPS的可靠性。UPS的智能化的另一个方面是通过运行于PC机内的 监控软件实现的。通过RS232C等接口将UPS与PC机串口连接，并在PC机上运行相关平台 的UPS监控软件，由PC机定时发送查询指令，UPS则在规定的时间内返回运行参数信息。由 PC机进一步对UPS的运行状态、故障的具体部位等进行判断，并在必要时对UPS发出指令进 行运行干预和提醒现场维护人员。 因为具有了管理功能，使UPS不再是冷冰冰、难以对付的"黑匣子"；也因为具有了 管理功能，使UPS成为了网络一个节点，和IT系统走到了一起；还因为具有了管理功能，使 系统管理员远在家中就可以对UPS进行监控、设定参数以及关掉服务器；也还因为具有了 管理功能，使整个IT系统永不中断变得更加容易。 这就是管理给UPS带来的转变，继而给整个IT系统带来的价值。现在让我们全面 地、零距离感受一下UPS管理的力量。管理已成基本功能。
UPS动力环境监控系统远程控制四次下电管理可以有效的防范以下的重大故障的 发生。 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的 单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬 件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现 不应认为超出本发明的范围。 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程R0M、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域 内所公知的任意其它形式的存储介质中。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
一种基于动力环境监控的不间断电源UPS下电系统，其特征在于包括UPS运行数据采集分析装置，用于通过调用远端的数据采集器收集需要的原始数据，并对所述原始数据进行分析处理从而进行监测；所述UPS运行数据采集分析装置包括UPS基本运行参数采集模块、UPS运行控制参数采集模块和UPS运行保护参数采集模块；UPS蓄电池容量分析装置，用于对UPS的蓄电池容量数据进行分析处理；UPS下电控制装置，用于根据监测信息对供电设备进行针对性下电控制；供电输出装置，用于对所述供电设备下电；所述供电输出装置具体包括重要负荷供电模块、保证负荷供电模块、一般负荷供电模块和临时负荷供电模块。
2. 根据权利要求1所述的基于动力环境监控的UPS下电系统，其特征在于所述UPS基 本运行参数采集模块具体包括交流工作正常单元、输入交流电压正常单元、输入交流频率 正常单元、UPS逆变状态单元、电池逆变状态单元和UPS电压单元。
3. 根据权利要求1所述的基于动力环境监控的UPS下电系统，其特征在于所述UPS运 行控制参数采集模块具体包括UPS缓开机数据采集单元、UPS电压追逐数据采集单元、UPS 输入交流电压的侦测与控制数据采集单元、UPS输入交流频率的侦测与控制数据采集单元、 UPS三角波发生器数据采集单元、UPS标准正弦波发生器数据采集单元、UPS逆变电压调整 数据采集单元、读取数据采集单元、计算数据采集单元和UPS瞬间断电侦测数据采集单元。
4. 根据权利要求1所述的基于动力环境监控的UPS下电系统，其特征在于所述UPS运 行保护参数采集模块具体包括逆变输出短路和过电压保护单元、输出限流保护单元、过电 压保护单元、电池过压和欠压保护单元、自动检测单元、后备时间显示及低电压报警单元、 负载保护单元和断电侦测单元。
5. —种UPS故障下电方法，其特征在于，所述方法包括 执行逆变输出短路和过电压保护、输出限流保护和负载保护告警处理；UPS运行数据采集分析装置检查重要负荷供电模块、保证负荷供电模块、一般负荷供电 模块和临时负荷供电模块的交流电压、电流值是否在正常的范围；如果重要负荷供电模块负载电压低，或者保证负荷供电模块负载市电高压突波暂态过 电压，则判断为输出功率超限；UPS下电控制装置切离一般负荷供电模块和临时负荷供电模块，或者将一般负荷供电 模块和临时负荷供电模块接入重要负荷供电模块和保证负荷供电模块备用端口；重要负荷供电模块和保证负荷供电模块输出倒换一般负荷供电模块和临时负荷供电 模块；上报告警通知进行故障处理。
6. 根据权利要求5所述的UPS故障下电方法，其特征在于，所述逆变输出短路和过电压 保护具体包括当逆变输出电压的正弦波反馈信号连续64ms无过零信号时，视为逆变输出 短路，所述UPS关闭输出并报警；当逆变输出电压值连续80ms低于160V或高于280V时，视 为逆变输出过电压，所述UPS转到旁路并报警。
7. 根据权利要求5所述的UPS故障下电方法，其特征在于，所述方法还包括UPS电压追 逐数据采集，具体为在缓开机结束后，逆变电压切到对外输出前，市电正常时控制逆变电 压追逐市电电压，所述逆变电压依所述市电电压每隔128ms加减3V ;如果所述市电电压高 于280V则追到280V ;如果所述市电电压低于160V则追到160V。
8. 根据权利要求5所述的UPS故障下电方法，其特征在于，所述方法还包括UPS输入交 流电压的侦测与控制数据采集，具体为每16ms读取一次输入交流电压值，当所述输入交 流电压值连续低于160V或高于280V五次时，视为所述输入交流电压值输入异常；当所述输 入交流电压值连续五次回复到170—270V之间时，判断所述输入交流电压值为正常；当所 述输入交流电压值正常时，所述UPS工作在交流逆变状态；当所述输入交流电压低于160V 或高于280V时，所述UPS转入电池逆变状态。
9. 根据权利要求5所述的UPS故障下电方法，其特征在于，所述方法还包括UPS逆变电 压调整数据采集，具体为每16ms读取一次逆变电压值，并与设定的电压值做比较，当差值 高于10V时，则调整标准正弦波从而调整P丽信号，使输出电压相应加减5V ;当所述差值低 于10V时，累积所述差值，当累积达到30V时调整标准正弦波，使输出电压相应加减2V。
10. —种UPS蓄电池放电下电方法，其特征在于，所述方法包括当UPS基本运行参数采集模块检测UPS交流输入工作不正常，或者输入交流电压不正 常，或者输入交流频率不正常时，所述UPS的蓄电池放电；UPS运行保护参数采集模块采集并上报所述蓄电池的放电时间；UPS运行数据采集分析装置检查重要负荷供电模块、保证负荷供电模块、一般负荷供电 模块和临时负荷供电模块输出功率的大小；如果所述蓄电池的容量小于负载的需求量，停止所述临时负荷供供电模块和\或一般 负荷供电模块和\或保证负荷供电模块的输出；所述UPS运行保护参数采集模块采集并上报所述蓄电池的放电时间；上报告警通知进行故障处理。
全文摘要
本发明涉及一种基于动力环境监控的UPS下电系统和下电方法，系统包括UPS运行数据采集分析装置，用于通过调用远端的数据采集器收集需要的原始数据，并对原始数据进行分析处理从而进行监测；UPS运行数据采集分析装置包括UPS基本运行参数采集模块、UPS运行控制参数采集模块和UPS运行保护参数采集模块；UPS蓄电池容量分析装置，用于对UPS的蓄电池容量数据进行分析处理；UPS下电控制装置，用于根据监测信息对供电设备进行针对性下电控制；供电输出装置，用于对供电设备下电。本发明解决了杂波干扰及电压不稳定的问题，实现利用动力环境监控在线UPS故障诊断，发现故障并报警处理，而且节约了经济成本和人力成本。
文档编号H02J7/00GK101777785SQ20101013069
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者胡继业 申请人:胡继业