一种无主从自适应三相ups并联系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种无主从自适应三相UPS并联系统，包括并联通信线、网络通信线、和多台自适应三相UPS并联装置，所述自适应三相UPS并联装置设置有并联通信接口和网络通信接口，所述并联通信接口与所述并联通信线连接，实现与其他自适应三相UPS并联装置的信息交流；所述网络通信接口与所述网络通信线连接，用于将并联信息馈送到UPS的LCD显示板上及远程通信接口上。其有益效果是：无主从自适应三相UPS并联冗余控制模式，使得UPS输出的交流电可以直接并联输出，并均分负载；不容功率UPS并联时按额定功率系数分配负载电流，使得并联系统中单元UPS的输出负载电流和本身的额定功率系数成正比关系，并联系统按比例分配负载电流。
【专利说明】一种无主从自适应三相UPS并联系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涉及三相UPS的并联输出控制【技术领域】，具体地涉及一种不间断电源的无主从自适应三相UPS并联系统。
【背景技术】
[0002]随着电源(UPS)技术的逐渐发展和成熟，其应用领域也越来越广:银行，医院，铁路系统，水利发电，商业楼宇的监控、警报系统，政府机关，军事设备等等，这就对UPS的带载能力提出了严格的要求。但是，由于单机UPS的带载能力有限，在一些特殊情况下，单机UPS就不足以保证设备的正常运行。这样，UPS并机技术就应运而生了。目前现有的UPS并机技术主要有以下两种:
[0003]1.串联热备份:就是将一台UPS (备机UPS)的输出连接到另外一台UPS (主机UPS)的旁路交流电源的输入上，当主机UPS发生故障时，会无间断地自动转到它的旁路，即转到备机的UPS输出上，虽然串联热备份具有安装简单，且适应不同型号的UPS进行串联热备份。但是却存在如下缺点:
[0004]A、瞬时过载能力低，因为主机UPS—直处在带载状态，当主机UPS发生故障转旁路且带有较大的负载时，此时负载完完全全硬加在备机UPS上，这样对备机会产生很大的负载冲击而使其发生故障甚至损坏。
[0005]B、由于长期处于空载运行状态中的UPS2从机系统中的蓄电池一直处于〃浮充〃充电状态，几乎没有放电的机会，这会明显缩短辅机中的蓄电池寿命以及蓄电池的实际可供使用的容量大大低于电池组的标称容量值(Ah)。
[0006]C、没有扩容功能。例如，当我们选用2台30kVA的UPS电源来构成主机一从机热备份供电系统时，则允许用户使用的最大负载功率只能是30kVA，只能用更大容量的UPS置换其中的一台，不可能扩大原系统容量。
[0007]D、由于主机长时间工作在带载状态下，而备机则长时间工作在空载状态下，这样使得两台UPS的老化不一致，从而降低串联热备份系统可靠性。
[0008]2.互动热备份:两机分别带负载，预先由人工分配负载，是主从热备份的的改进型。虽然本方案的优点比较突出，继承了串联热备的全部优点并且克服了串联热备份的全部缺点。但是确存在非常明显的缺点，其应用范围受到了很大限制。如果负载不能人工分配时，则不能采用此方案。
实用新型内容
[0009]为此，本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种无主从自适应、可真正的并联冗余备份、可在线功率升级且安装简单、维护方便的无主从自适应三相UPS并联系统，而且完美的解决了三相并机时现有的上述技术问题。
[0010]于是，本实用新型提供了以下技术方案:一种无主从自适应三相UPS并联系统，包括并联通信线、网络通信线、和多台自适应三相UPS并联装置，所述自适应三相UPS并联装置设置有并联通信接口和网络通信接口，所述并联通信接口与所述并联通信线连接，实现与其他自适应三相UPS并联装置的信息交流；所述网络通信接口与所述网络通信线连接，用于将并联信息馈送到UPS的IXD显示板上及远程通信接口上。
[0011]具体地，所述自适应三相UPS并联装置还包括三相MCU主控制板、三相辅助控制板、LCD显示板、三相输出电压相位跟踪控制电路、三相输出电压幅值控制电路、三相输出电流分配控制电路和在线式三相UPS主电路；所述三相MCU主控制板分别与所述LCD显示板、所述三相输出电压幅值控制电路连接；所述三相辅助控制板分别与所述三相输出电压相位跟踪控制电路、所述三相输出电流分配控制电路以及所述并联通信接口连接；所述三相MCU主控制板分别与所述网络通信接口、所述在线式三相UPS主电路连接，实现网络控制和与其他自适应三相UPS并联装置的信息交流。。
[0012]具体地，所述三相输出电压相位跟踪控制电路包括单片机，光耦U21A、光耦U22A、光耦Ul IA和光耦U12A，对应地在第二所述自适应三相UPS并联装置的三相输出电压相位跟踪控制电路中设置有光耦U21B、光耦U22B、光耦UllB和光耦U12B，所述光耦UllA和光耦U12A与所述光耦UllB和光耦U12B之间通过旁路同步通信总线连接，所述光耦U21A和光耦U22A和所述光耦U21B和光耦U22B之间通过逆变同步通信总线连接。对应的两台自适应三相UPS并联装置同时发出一个旁路同步采样信号，再由先接收到旁路同步采样信号的那台自适应三相UPS并联装置发出一个同步基准信号，分别发送到两台自适应三相UPS并联装置进行接收，以此来实现两台自适应三相UPS并联装置的相位同步，两台自适应三相UPS并联装置通过并机通讯总线实现信号的相互接收和发送。
[0013]具体地，所述的三相输出电压幅值控制电路包括运算放大器U20A、运算放大器U20B、运算放大器U31A、运算放大器U31B、运算放大器U41B、运算放大器U19A和运算放大器U19B，所述运算放大器U20A、运算放大器U20B、运算放大器U31A、运算放大器U31B、运算放大器U41B构成三相PWM基准调节电路。所述运算放大器U19A、运算放大器U19B输出三相PWM驱动的输出允许信号，当所述运算放大器U19A、运算放大器U19B的驱动信号为高电平时，三相PWM驱动的驱动信号通过所述运算放大器U19A、运算放大器U19B到达下一级电路，由所述的三相PWM基准调节电路进行处理，从而调节三相输出电压幅值。
[0014]具体地，所述的三相输出电流分配控制电路包括运算放大器U7A、运算放大器U7B、运算放大器U7C、运算放大器U7D以及互感器Tl，所述自适应三相UPS并联装置的一相负载电流经过互感器Tl采样处理后送到运算放大器U7B的同相输入端，第二自适应三相UPS并联装置所对应的那相负载电流信号通过并机线送到所述自适应三相UPS并联装置中与运算放大器U7B的输出端相互作用后送到运算放大器U7C同相输入端，再与运算放大器U7D的同相输入端的参考信号进行比较，其最终的输出信号经过电阻R73送到所述自适应三相UPS并联装置的三相MCU主控制板，最终实现两机三相输出电流的合理分配。
[0015]本实用新型的有益效果是:
[0016]1、无主从自适应三相UPS并联冗余控制模式:本系统采用微控技术(MCU)对UPS进行智能化的控制管理，MCU采样输入市电电压、输出电压、输出负载电流进行处理后，对并联系统中各单机进行交流电压的同频、同相、同幅控制，输出电流的均流控制，使得UPS输出的交流电可以直接并联输出，并均分负载。
[0017]2、不容功率UPS并联时按额定功率系数分配负载电流:通过对输出电流的采样和对UPS本身额定功率的判断，使得并联系统中单元UPS的输出负载电流和本身的额定功率系数成正比关系，并联系统按比例分配负载电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为实施例无主从自适应三相UPS并联系统的系统框图；
[0019]图2为实施例单台无主从自适应三相UPS并联装置的结构框图；
[0020]图3为实施例三相输出电压相位跟踪控制电路的电路图；
[0021]图4为实施例三相输出电压幅值控制电路的电路图；
[0022]图5为实施例三相输出电流分配控制电路的电路图；
[0023]图6为实施例在线式三相UPS主电路的框图。
【具体实施方式】
[0024]下面，结合附图对本实用新型进行详细描述。
[0025]本实施例无主从自适应三相UPS并联系统的系统框图参看附图1，包括并联通信线、网络通信线、和多台自适应三相UPS并联装置，自适应三相UPS并联装置设置有并联通信接口和网络通信接口，并联通信接口与并联通信线连接，实现与其他自适应三相UPS并联装置的信息交流；网络通信接口与网络通信线连接，用于将并联信息馈送到UPS的LCD显示板上及远程通信接口上。
[0026]其中，单台无主从自适应三相UPS并联装置的结构框图参看附图2，自适应三相UPS并联装置包括三相MCU主控制板1、三相辅助控制板2、IXD显示板3、三相输出电压相位跟踪控制电路4、三相输出电压幅值控制电路5、三相输出电流分配控制电路6、网络通信接口 7、并联通信接口 8和在线式三相UPS主电路9 ;三相MCU主控制板分别I与IXD显示板3、三相输出电压幅值控制电路5连接；三相辅助控制板2分别与三相输出电压相位跟踪控制电路4、三相输出电流分配控制电路6以及并联通信接口 8连接；三相MCU主控制板I分别与网络通信接口 7、在线式三相UPS主电路9连接，实现网络控制和与其他自适应三相UPS并联装置的信息交流。
[0027]其中，三相输出电压相位跟踪控制电路的电路图参看附图3，包括设置在UPSl内的单片机AT89C2051 (图中未示出)，光耦U21A、U22A、UllA和U12A，对应地在UPS2的三相输出电压相位跟踪控制电路中设置有光耦U21B、U22B、UllB和U12B，光耦UllA和U12A与光耦UllB和U12B之间通过旁路同步通信总线连接，光耦U21A和U22A和光耦U21B和U22B之间通过逆变同步通信总线连接。其工作过程为:市电模式下，UPS同步信号是以先收到的同步信号为同步参考信号。当UPSl或UPS2先接收到旁路同步信号，这里假设UPSl先接收到旁路同步采样信号，经电阻R47A、R48A、光耦U12A —路信号通过旁路同步通讯总线到UPS2，经电阻R46B、光耦UllB输出旁路同步信号到UPS2的单片机AT89C2051，另一路信号经R46A、U11A、R134A输出旁路同步信号到UPSl的89C2051，然后两机先接收到信号的一方(这里假设UPSl先接收)通过单片机AT89C2051发出同步基准信号，经过电阻R57A、R58A、光耦U22A —路信号通过逆变同步通讯总线到UPS2，经电阻R56B、光耦U21B输出同步信号到UPS2的单片机AT89C2051，另一路信号经R56A、U21A、R144A输出同步信号UPSl的单片机AT89C2051，这样就实现了两台UPS相位、频率的相互跟踪的功能[0028]其中，三相输出电压幅值控制电路的电路图参看附图4，包括运算放大器U20A、U20B、U31A、U31B、U41B、U19A 和 U19B,运算放大器 U20A、U20B、U31A、U31B、U41B 构成三相PWM基准调节电路。运算放大器U19A、U19B输出三相PWM驱动的输出允许信号，当运算放大器U19A、U19B的驱动信号为高电平时，三相PWM驱动的驱动信号通过运算放大器U19A、U19B到达下一级电路，由三相PWM基准调节电路进行处理，从而调节三相输出电压幅值。其工作过程为:图中PWM输出信号1、PWM输出信号2产生R、S相在设定频率跟踪范围(2%、4%、6%、默认为2%)、与输入市电锁相同步的(无市电为本机频率)三相PWM基准即图中的R2、S2、T2端口，其中T相的基准由R、S的基准叠加产生，再通过硬件电路与逆变变压器输入、输出电压、电流反馈信号相加后，产生用于调节逆变器输出电压的三相PWM信号。
[0029]其中，三相输出电流分配控制电路的电路图参看附图5，包括运算放大器U7A、U7B、U7C、U7D以及互感器Tl，UPSl的一相负载电流经过互感器Tl采样处理后送到运算放大器U7B的同相输入端，UPS2对应的那相负载电流信号通过并机线送到UPSl中与运算放大器U7B的输出端相互作用后送到运算放大器U7C同相输入端，再与运算放大器U7D的同相输入端的参考信号进行比较，其最终的输出信号经过电阻R73送到UPSl的三相MCU主控制板，最终实现两机三相输出电流的合理分配。其工作过程为:U7A和三极管Q7构成一个恒定参考电位电路，假如此时U7A的2脚电位小于Vref3(6V)，则U7A的I脚输出一个高电平使Q7饱和导通，然后U7A的4脚上的12V电平经过Q7后加到U7A的2上使其为高电平，这样U7A的I脚又输出一个低电平，Q7不导通，然后地通过R64到达U7A的2脚又使其为低电平，该电路达到动态平衡后，最终使U7A的2脚和Vref3 (6V)电平相同从而提供一个6V的参考电平。图5中“负载电流参考”是通过并机线取自另一台UPS的负载电流信号，首先假设单机工作，即“负载电流参考”对本电路不产生任何影响，霍尔传感器先提取某一相的电流值，然后通过采样电阻R139、R119转化成电压信号，这里假设此时的电压信号为9V，经过R62、R67到U7B所构成的电压跟随器，U7B的7脚输出9V电平，与U7A的2脚6V参考电平通过R65、R68作用，使其U7D的12脚电位为8V，从而U7D的13脚电位也为8V，而U7B的7脚的9V信号通过R70、R69到U7C构成的电压跟随器使其8脚输出仍为9V，和U7D的13脚8V电平通过R72、R71作用后，使得U7D的14脚最终输出6V电压。从电路可以看出，R72、R71和R65、R68为两组分别对称的电路，即不论负载采样的电流信号为多少，最终的输出即U7D的14脚始终恒定为6V，当然，这是在单机工作的模式下，而当两台机器通过并机线连接同时工作时，此时图中的“负载电流参考”信号开始影响之前的平衡，从而使得U7D的最终输出不再恒定为6V，而此时的偏差量通过后级电路的负反馈进行调节，最终实现两台UPS的负载电流均匀分配。
[0030]其中，在线式三相UPS主线路的框图如图6所示，采用纯在线式的逆变控制模式，市电通过滤波器后到整流板进行整流，然后分两路:一路经过滤波器向电池组提供充电电压和充电电流；一路到逆变器进行逆变，然后经过隔离变压器隔离后输出，最终经过手动旁路开关并滤波后输出到负载。一旦市电异常，此时电池组通过滤波器到达逆变器使其不间断工作，从而保持负载的持续工作。如果UPS内部的逆变器出现异常而停止工作，此时市电滤波后直接经过静态旁路到手动旁路开关，从而给负载供电。而当UPS内部故障需要及时维修且负载又不能断电时，此时打开手动维修开关，UPS内部不再工作，市电经过滤波器、手动旁路开关后到达负载，给负载供电，同时维修人员可以安全的对UPS进行维修。[0031]其中，并联通信接口 8是采用双排20P的插座进行连接，是并联系统中单机间信息相互交换的纽带，通过并联通信接口实现单机UPS的无主从自适应并联的信息交换，在UPS单机工作中，该并联通信接口可以直接悬空，不用接任何连接线。
[0032]通过并联通信接口 8，上位机可以通过RS232、RS485或SNMP卡等通信方式对并联冗余系统进行集中监控，使得监控人员在远处或者通过网络都可以对无主从自适应三相UPS并联冗余系统进行监控。
[0033]三相MCU主控制板除了完成与上述并联通信接口 8、并联通信接口 8的连接和信息交流外，还负责与三相辅助控制板2、LCD显示板3进行逻辑、驱动等信号的接口，与三相辅助控制板2、IXD显示板3共同完成UPS的其他功能，包括逆变器控制、驱动、保护、逻辑等，也是三相并联UPS单元的基本组成部件。
[0034]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种无主从自适应三相UPS并联系统，包括并联通信线、网络通信线、和多台自适应三相UPS并联装置，所述自适应三相UPS并联装置设置有并联通信接口和网络通信接口，所述并联通信接口与所述并联通信线连接；所述网络通信接口与所述网络通信线连接，所述自适应三相UPS并联装置还包括三相MCU主控制板、三相辅助控制板、IXD显示板、三相输出电压相位跟踪控制电路、三相输出电压幅值控制电路、三相输出电流分配控制电路和在线式三相UPS主电路；所述三相MCU主控制板分别与所述LCD显示板、所述三相输出电压幅值控制电路连接；所述三相辅助控制板分别与所述三相输出电压相位跟踪控制电路、所述三相输出电流分配控制电路以及所述并联通信接口连接；所述三相MCU主控制板分别与所述网络通信接口、所述在线式三相UPS主电路连接，其特征在于:所述三相输出电压相位跟踪控制电路包括单片机，光耦U21A、光耦U22A、光耦Ul IA和光耦U12A，对应地在第二所述自适应三相UPS并联装置的三相输出电压相位跟踪控制电路中设置有光耦U21B、光耦U22B、光耦UllB和光耦U12B，所述光耦UllA和光耦U12A并联，所述光耦UllB和光耦U12B并联，所述光耦U11A、光耦U12A并联后与第二所述自适应三相UPS并联装置的三相输出电压相位跟踪控制电路中的光耦U11B、光耦U12B通过旁路同步通信总线连接；所述光耦U21A和光耦U22A并联，所述光耦U21B和光耦U22B并联，所述光耦U21A、光耦U22A并联后与第二所述自适应三相UPS并联装置的三相输出电压相位跟踪控制电路中的光耦U21B、光耦U22B通过逆变同步通信总线连接。
2.根据权利要求1所述的无主从自适应三相UPS并联系统，其特征在于:所述的三相输出电压幅值控制电路包括运算放大器U20A、运算放大器U20B、运算放大器U31A、运算放大器U31B、运算放大器U41B、运算放大器U19A和运算放大器U19B，所述运算放大器U20A、运算放大器U20B、运算放大器U31A、运算放大器U31B、运算放大器U41B构成三相PWM基准调节电路。
3.根据权利要求1所述的无主从自适应三相UPS并联系统，其特征在于:所述的三相输出电流分配控制电路包括运算放大器U7A、U7B、运算放大器U7C、运算放大器U7D以及互感器Tl，所述自适应三相UPS并联装置的一相负载电流经过互感器Tl采样处理后送到运算放大器U7B的同相输入端，第二自适应三相UPS并联装置所对应的那相负载电流信号通过并机线送到所述自适应三相UPS并联装置中与运算放大器U7B的输出端相互作用后送到运算放大器U7C同相输入端，再与运算放大器U7D的同相输入端的参考信号进行比较，其最终的输出信号经过电阻R73送到所述自适应三相UPS并联装置的三相MCU主控制板。
【文档编号】H02J9/06GK203554056SQ201320615133
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】赵健人, 李宗平 申请人:深圳市金三科电子有限公司