一种EPS系统及其控制方法与流程

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种EPS系统及其控制方法。

背景技术：

EPS应急电源主要应用在各类建筑的工作供电和消防供电、医院安全供电；高速公路、隧道、地铁、轻轨、民用机场的供电、电力系统的供电、各类不能断电的生产、实验设备的供电，是一种能向负载设备提供纯净正弦波的高质量供电电源。

目前市场上EPS应急电源集逆变器、充电器及控制器于一体，这种系统架构的特点是含有独立的充电器部分，充电器占用系统一定的成本和体积以及效率损耗等，同时增加了故障概率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种EPS系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种EPS系统，具有主电源供电和应急供电两种供电模式，包括：

电池；

电网检测单元，与电网连接，用于检测电网中的市电信号；

电池检测单元，与电池连接，用于检测电池的电池信号；

强启动开关，包括启动状态和恢复状态；

第一控制器，与电网检测单元和强启动开关连接，用于根据所述市电信号以及强启动开关的状态控制EPS系统进入相应的供电模式；

双向变换器，用于在逆变模式下将电池的直流电转换为交流电输出，或者在整流模式下将市电转换为直流电；

第二控制器，与电池检测单元、第一控制器、双向变换器连接，用于从第一控制器获知EPS系统的供电模式，并根据所述电池信号，在应急供电模式下控制双向变换器进入逆变模式以给供电设备供电，在主电源供电模式下控制双向变换器进入整流模式并给所述电池充电；

所述切换开关，与输入市电的电网、输出交流电的供电设备、双向变换器、第一控制器连接，用于从第一控制器获知系统的供电模式，在主电源供电模式下与电网保持连接，在应急供电模式下与电网断开。

本发明还公开了一种EPS系统控制方法，应用于如上所述的EPS系统，所述方法包括：

S1、电网检测单元实时检测电网中的市电信号并发送至第一控制器，电池检测单元实时检测电池的电池信号并发送给第二控制器；

S2、第一控制器根据所述市电信号以及强启动开关的状态控制EPS系统进入相应的供电模式，并将供电模式通知切换开关和第二控制器；

S3、所述切换开关在主电源供电模式下与电网保持连接，在应急供电模式下与电网断开；

S4、第二控制器根据所述电池信号，在应急供电模式下控制双向变换器进入逆变模式以给供电设备供电，在主电源供电模式下控制双向变换器进入整流模式并给所述电池充电。

在本发明所述的EPS系统控制方法中，步骤S2中所述的控制EPS系统进入相应的供电模式包括：

S21、第一控制器判断当前的供电模式类型，如果为主电源供电模式则进入步骤S22，如果为应急供电模式则进入步骤S23；

S22、第一控制器检测强启动开关的状态，如果强启动开关为启动状态则进入步骤S27，否则判断市电信号是否正常，如果市电信号正常则返回步骤S21，否则进入步骤S27；

S23、获取上一次记录的进入应急供电模式的原因，如果原因为强启动开关为启动状态，则进入步骤S24，如果原因为判断出市电信号非正常，则进入步骤S25；

S24、检测强启动开关的状态，如果强启动开关为恢复状态则进入步骤S25，否则直接返回步骤S21；

S25、判断市电信号是否正常，如果市电信号正常则进入步骤S26，否则直接返回步骤S21；

S26、控制EPS系统进入主电源供电模式并返回步骤S21；

S27、控制EPS系统进入应急供电模式并记录进入应急供电模式的原因，返回步骤S21。

在本发明所述的EPS系统控制方法中，步骤S26中所述的控制EPS系统进入主电源供电模式包括：

S261、第一控制器通知第二控制器根据所述市电信号调节输出电压直至所述输出电压与市电信号一致；

S262、第一控制器控制闭合所述切换开关并等待一定延时时间，以与电网连接；

S263、第一控制器通知第二控制器开启双向变换器的整流模式；

S264、第二控制器根据所述电池信号控制所述双向变换器进入整流模式。

在本发明所述的EPS系统控制方法中，市电信号包括电网的市电幅值、频率和相角信息，步骤S261中所述的调节输出电压直至所述输出电压与市电信号一致包括：调节双向变换器输出的应急电源的幅值和/或频率和/或相角信息，使得应急电源的幅值、频率、相角信息分别与电网的市电幅值、频率和相角信息一致。

在本发明所述的EPS系统控制方法中，步骤S27中所述的控制EPS系统进入应急供电模式包括：

S271、第一控制器通知第二控制器关闭双向变换器；

S272、第二控制器关闭双向变换器并通知第一控制器双向变换器已关闭；

S273、第一控制器控制断开切换开关并等待一定延时时间，以与电网断开；

S274、第一控制器通知第二控制器开启双向变换器的逆变模式；

S275、第二控制器开启双向变换器，根据所述电池信号控制所述双向变换器进入逆变模式。

在本发明所述的EPS系统控制方法中，步骤S1中电池检测单元还将电池信号发送给第一控制器，第一控制器根据所述电池信号判断电池连接状态是否正常并通知第二控制器，所述电池信号包括电池电压；

步骤S4中所述的给所述电池充电包括：

S41、第二控制器判断电池电压是否正常，如果不正常则停止充电；如果正常则判断第一控制器通知的电池连接状态是否正常，如果不正常则停止充电，如果正常则开始零电流充电；

S42、第二控制器判断电池电压是否小于第一预设电压，如果是则以小电流充电，否则转步骤S45；

S43、第二控制器判断电池电压是否大于第二预设电压，如果是则进入步骤S45，否则进入步骤S44；

S44、第二控制器判断充电时间是否大于设定时间，如果是则进入步骤S45，否则转步骤S43；

S45、第二控制器控制进入恒流充电模式，判断电池电压是否大于第三预设电压，如果是则进入步骤S46，否则继续该步骤S45；

S46、进入第一充电电压的恒压充电模式，判断充电电流是否大于设定电流，如果是则进入步骤S47，否则继续该步骤S46；

S47、第二控制器控制进入第二充电电压的恒压充电模式。

在本发明所述的EPS系统控制方法中，所述第一控制器和第二控制器之间采用定时发送与消息通知相结合的通信机制，该通信机制包括：

第一控制器首先判断是否有信息需要通知第二控制器，如果有信息需要通知第二控制器则发送数据至第二控制器，并判断一定时间内是否有数据返回，如果没有数据返回且重发次数未达到一定次数，则继续发送数据；然后判断定时时间是否到达，如果定时时间到达则发送数据后再返回继续判断是否有信息需要通知第二控制器，如果定时时间没有到达则直接返回继续判断是否有信息需要通知第二控制器；

第二控制器首先判断是否接收到第一控制器的数据，并在接收到第一控制器的数据时发送数据给第一控制器；然后判断是否有数据需要通知第一控制器，如果有数据需要通知第一控制器，则发送数据至第二控制器；再判断定时时间是否到达，如果定时时间到达则发送数据后再返回继续判断是否接收到第一控制器的数据，如果定时时间没有到达则直接返回继续判断是否接收到第一控制器的数据。

实施本发明的EPS系统及其控制方法，具有以下有益效果：本发明摒弃了充电器和逆变器的独立结构，采用双向变换器，减小了系统成本和体积；并以两个独立的控制器协调控制替代之前的一个控制器的集中控制，第一控制器用于确定供电模式以及控制切换开关的动作，第二控制器用于控制双向变换器完成两种供电模式的切换，双控制器模式可以采用较便宜常见的芯片做控制器，而且相对来说较灵活，第一控制器可以和各种功率段的第二控制器配合，实现不同功率段的EPS。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明EPS系统的结构示意图；

图2是本发明的EPS系统控制方法中控制EPS系统进入相应的供电模式的流程图；

图3是本发明的EPS系统控制方法中第一控制器和第二控制器之间的通信机制的逻辑流程图；

图4是图2中步骤S26中控制EPS系统进入主电源供电模式的流程图；

图5是图2中步骤S27中控制EPS系统进入应急供电模式的流程图；

图6是本发明的EPS系统控制方法中给电池充电的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，是本发明EPS系统的结构示意图。

本发明的EPS系统，具有主电源供电和应急供电两种供电模式，结构上包括：第一控制器1、第二控制器2、电池3、双向变换器4、电池检测单元5、电网检测单元6、切换开关7、强启动开关8。一般还包括与切换开关7的输出交流电的一端连接的支路检测电路，支路检测电路为现有技术，此处不再赘述。

第一控制器1、第二控制器2、电池3、双向变换器4、电池检测单元5、用于检测电网中的市电信号的电网检测单元6、切换开关7、强启动开关8；所述切换开关7分别与输入市电的电网、输出交流电的供电设备、双向变换器4、第一控制器1连接，所述电池检测单元5分别与第一控制器1、第二控制器2、电池3连接，所述第二控制器2、电网检测单元6、强启动开关8分别连接所述第一控制器1，所述双向变换器4还分别与电池3、第二控制器2连接。

具体的：

电网检测单元6，用于与电网连接，检测电网中的市电信号，市电信号包括电网的市电幅值、频率和相角信息；

电池检测单元5，用于检测电池3的电池信号，并将电池信号发送给第一控制器1、第二控制器2；所述电池信号包括电池电压。

强启动开关8，包括启动状态和恢复状态；

第一控制器1，用于根据所述市电信号以及强启动开关8的状态控制EPS系统进入相应的供电模式；第一控制器1还根据所述电池信号判断电池连接状态是否正常并通知第二控制器2。

双向变换器4，用于在逆变模式下将电池3的直流电转换为交流电输出，或者在整流模式下将市电转换为直流电。

第二控制器2，用于从第一控制器1获知EPS系统的供电模式，并根据所述电池信号，在应急供电模式下控制双向变换器4进入逆变模式以给供电设备供电，在主电源供电模式下控制双向变换器4进入整流模式并给所述电池3充电；

所述切换开关7，与输入市电的电网、输出交流电的供电设备、双向变换器4、第一控制器1连接，用于从第一控制器1获知系统的供电模式，在主电源供电模式下与电网保持连接，在应急供电模式下与电网断开。

也就说，本发明利用双向变换器4既可以在应急供电模式下作为逆变器实现应急供电，又可以在主电源供电模式下作为充电器给电池充电，摒弃了充电器和逆变器的独立结构，采用双向变换器，减小了系统成本和体积；并以两个独立的控制器协调控制替代之前的一个控制器的集中控制，具体的，利用第一控制器确定系统的供电模式以及控制切换开关的动作，利用第二控制器控制双向变换器完成两种供电模式的切换，双控制器模式可以采用较便宜常见的芯片做控制器，而且相对来说较灵活，第一控制器可以和各种功率段的第二控制器配合，实现不同功率段的EPS。

可以理解的是，本发明还可以进行拓展，将第二控制器拓展为多个，实现EPS功率上的并联冗余。

需要明确的是，本发明中双向变换器4可以是三相的也可以是单相的功率变换单元，双向变换器4的物理开关可以是任何功率变换器器件。双向变换器4的第二控制器2可以是传统PI控制器，也可以是其他形式的电压电流控制器，这些都属于本发明的方案的变形；两个控制器之间的通讯联系，可以是有线信号或者是无线信号，双向控制器之间还可以通过中介建立联系，这些均在本发明方案的变形范围内。

下面结合该系统，介绍EPS系统控制方法。方法包括：

S1、电网检测单元6实时检测电网中的市电信号并发送至第一控制器1，电池检测单元5实时检测电池3的电池信号并发送给第二控制器2；电池检测单元5还可以将实时检测的电池信号发送给第一控制器1；

S2、第一控制器1根据所述市电信号以及强启动开关8的状态控制EPS系统进入相应的供电模式，并将供电模式通知切换开关7和第二控制器2；第一控制器1还根据所述电池信号判断电池连接状态是否正常并通知第二控制器2；

可以理解的是，切换开关7可以是开关元件或者控制电路，当直接选用开关元件时，所谓通知切换开关7一般是直接发送触发信号控制切换开关7的动作。

S3、所述切换开关7在主电源供电模式下与电网保持连接，在应急供电模式下与电网断开；

S4、第二控制器2在电池连接状态正常时，根据所述电池信号，在应急供电模式下控制双向变换器4进入逆变模式以给供电设备供电，在主电源供电模式下控制双向变换器4进入整流模式并给所述电池3充电。

具体的，参考图2，步骤S2中所述的控制EPS系统进入相应的供电模式包括：

S21、第一控制器1判断当前的供电模式类型，如果为主电源供电模式则进入步骤S22，如果为应急供电模式则进入步骤S23；

S22、第一控制器1检测强启动开关8的状态，如果强启动开关8为启动状态则进入步骤S27，否则判断市电信号是否正常，如果市电信号正常则返回步骤S21，否则进入步骤S27；

S23、获取上一次记录的进入应急供电模式的原因，如果原因为强启动开关8为启动状态，则进入步骤S24，如果原因为判断出市电信号非正常，则进入步骤S25；

S24、检测强启动开关8的状态，如果强启动开关8为恢复状态则进入步骤S25，否则直接返回步骤S21；

S25、判断市电信号是否正常，如果市电信号正常则进入步骤S26，否则直接返回步骤S21；

S26、控制EPS系统进入主电源供电模式并返回步骤S21；

S27、控制EPS系统进入应急供电模式并记录进入应急供电模式的原因，返回步骤S21。

从上述步骤S27可见，进入应急供电模式的原因有两种，第一种是强启动开关8为启动状态，即用户强制性的打开了强启动开关8，人为触发进入应急供电模式，第二种是市电信号不正常，例如电网掉电。而且在进入应急供电模式时记录具体的原因，在后续判断是否恢复主电源供电模式时将结合具体的原因进行控制。

从上述步骤S26可见，进入主电源供电模式需要根据之前进入应急供电模式的具体原因进行具体分析。如果是上面提到的第一种原因，则首先必须将强启动开关8的状态切换到恢复状态，然后再看电网是否正常，在两者都满足时说明用户关闭了强启动开关8且电网正常适合供电，因此可以切换到主电源供电模式；如果是上面提到的第二种原因，则只需要在电网恢复正常时切换到主电源供电模式即可。

参考图3是本发明的EPS系统控制方法中第一控制器和第二控制器之间的通信机制的逻辑流程图，本发明中所述第一控制器1和第二控制器2之间采用定时发送与消息通知相结合的通信机制，该通信机制可以保障数据的可靠通信，其具体包括：

第一控制器1首先判断是否有信息需要通知第二控制器2，如果有信息需要通知第二控制器2则发送数据至第二控制器2，并判断一定时间内是否有数据返回，如果没有数据返回且重发次数未达到一定次数，则继续发送数据；然后判断定时时间是否到达，如果定时时间到达则发送数据(主要是一些重要的运行状态标识信息)后再返回继续判断是否有信息需要通知第二控制器2，如果定时时间没有到达则直接返回继续判断是否有信息需要通知第二控制器2；

第二控制器2首先判断是否接收到第一控制器1的数据，并在接收到第一控制器1的数据时发送数据给第一控制器1；然后判断是否有数据需要通知第一控制器1，如果有数据需要通知第一控制器1，则发送数据至第二控制器2；再判断定时时间是否到达，如果定时时间到达则发送数据(主要是一些重要的运行状态标识信息)后再返回继续判断是否接收到第一控制器1的数据，如果定时时间没有到达则直接返回继续判断是否接收到第一控制器1的数据。

下面介绍图2中步骤S26中控制EPS系统进入主电源供电模式的具体过程。参考图4，由于本发明中第一控制器1、第二控制器2是采用消息通知方式进行协同工作，所以为了清楚的反应两个控制器各自的控制过程，图4中分别就两个控制器给出了各自的控制流程，综合来讲，图2中步骤S26中控制EPS系统进入主电源供电模式具体包括：

S261、第一控制器1通知第二控制器2根据所述市电信号调节输出电压直至所述输出电压与市电信号一致；

其中，调节输出电压直至所述输出电压与市电信号一致具体为：调节双向变换器4输出的应急电源的幅值和/或频率和/或相角信息，使得应急电源的幅值、频率、相角信息分别与电网的市电幅值、频率和相角信息一致。

如图4中，第一控制器1仅仅负责通知第二控制器2具体的市电信号和调节命令，具体的调节操作是交给第二控制器2负责的。

S262、第一控制器1控制闭合所述切换开关7并等待一定延时时间，以与电网连接；

S263、第一控制器1通知第二控制器2开启双向变换器4的整流模式；

S264、第二控制器2根据所述电池信号控制所述双向变换器4进入整流模式。

同理，开启双向变换器4的整流模式最终是要通过第二控制器2控制，第一控制器1仅仅是负责通知第二控制器2开启双向变换器4的整流模式而已。

下面介绍图2中步骤S27中控制EPS系统进入应急供电模式的具体过程。参考图5，同理，由于本发明中第一控制器1、第二控制器2是采用消息通知方式进行协同工作，所以为了清楚的反应两个控制器各自的控制过程，图5中分别就两个控制器给出了各自的控制流程，综合来讲，图2中步骤S27中控制EPS系统进入应急供电模式具体包括：

S271、第一控制器1通知第二控制器2关闭双向变换器4；

S272、第二控制器2关闭双向变换器4并通知第一控制器1双向变换器4已关闭；

S273、第一控制器1控制断开切换开关7并等待一定延时时间，以与电网断开；

S274、第一控制器1通知第二控制器2开启双向变换器4的逆变模式；

S275、第二控制器2开启双向变换器4，根据所述电池信号控制所述双向变换器4进入逆变模式。

下面结合图6，说明第二控制器2控制电池充电的过程。步骤S4中所述的给所述电池3充电包括：

S41、第二控制器2判断电池电压是否正常，如果不正常则停止充电；如果正常则判断第一控制器1通知的电池连接状态是否正常，如果不正常则停止充电，如果正常则开始零电流充电；

S42、第二控制器2判断电池电压是否小于第一预设电压，如果是则以小电流充电，否则转步骤S45；

S43、第二控制器2判断电池电压是否大于第二预设电压，如果是则进入步骤S45，否则进入步骤S44；

S44、第二控制器2判断充电时间是否大于设定时间，如果是则进入步骤S45，否则转步骤S43；

S45、第二控制器2控制进入恒流充电模式，判断电池电压是否大于第三预设电压，如果是则进入步骤S46，否则继续该步骤S45；

S46、进入第一充电电压的恒压充电模式，判断充电电流是否大于设定电流，如果是则进入步骤S47，否则继续该步骤S46；

S47、第二控制器2控制进入第二充电电压的恒压充电模式，当转入放电模式时则结束充电。

综上所述，实施本发明的EPS系统及其控制方法，具有以下有益效果：本发明摒弃了充电器和逆变器的独立结构，采用双向变换器，减小了系统成本和体积；并以两个独立的控制器协调控制替代之前的一个控制器的集中控制，第一控制器用于确定供电模式以及控制切换开关的动作，第二控制器用于控制双向变换器完成两种供电模式的切换，双控制器模式可以采用较便宜常见的芯片做控制器，而且相对来说较灵活，第一控制器可以和各种功率段的第二控制器配合，实现不同功率段的EPS。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。