不间断电源系统及其功率调节控制电路的制作方法

本发明涉及供电电源技术领域，特别是涉及一种不间断电源系统及其功率调节控制电路。

背景技术：

随着近年来数据中心电源负荷的快速增长，能效指标要求越来越高。对于应用于高密度数据中心的不间断电源系统(UPS)，不仅要为IT设备供电，还要保证IT设备运行的空调等辅助设备供电，电源需求会持续增加。由于数据中心的高密度化是一种必然的趋势，因此对为其提供电力保障的UPS提出了全新的要求。传统的UPS在负载发生变化时，输出功率并不能及时进行调节，从而导致输出功率与负荷需求功率不匹配，无法满足用户的用电需求。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种功率调节实时性较好的不间断电源系统的功率调节控制电路，还提供一种不间断电源系统。

一种不间断电源系统的功率调节控制电路，包括：频率检测电路，用于对所述不间断电源系统输出电压的频率进行检测并作为第一频率反馈值输出；所述频率检测电路还用于对电网电压的频率进行检测并作为第二频率反馈值输出；功率检测电路，用于对所述不间断电源系统的输出功率进行检测并作为输出功率反馈值输出；模式切换电路，包括第一并网触点、第一离网触点、第二并网触点和第二离网触点；所述第一并网触点与所述频率检测电路连接，以接收所述第二频率反馈值；所述第一离网触点用于接收预设给定频率值；所述第二并网触点用于接收电网电压反馈值；所述第二离网触点用于接收预设给定电压值；所述模式切换电路用于在并网模式下将所述第一并网触点的输入作为频率给定值、将所述第二并网触点的输入作为输出电压给定值输出，并在离网模式下将所述第一离网触点的输入作为频率给定值、将所述第二离网触点的输入作为输出电压给定值输出；以及功率调节电路，分别与所述频率检测电路、所述功率检测电路和所述模式切换电路连接；所述功率调节电路还与所述不间断电源系统的输出端连接，以接收其输出电压反馈值；所述功率调节电路用于根据所述输出功率反馈值、所述第一频率反馈值、所述输出电压反馈值、所述频率给定值和所述输出电压给定值确定功率调节信号。

上述不间断电源系统的功率调节控制电路，模式切换电路可以根据不间断电源系统的工作模式对输出的输出电压给定值和频率给定值进行切换，从而使得功率调节电路可以根据不间断电源系统输出电压的频率(也即第一频率反馈值)、输出电压反馈值、输出功率反馈值、频率给定值和输出电压给定值来确定功率调节信号，具有较好的实时性，从而能够确保不间断电源系统的输出功率与负荷需求功率匹配，满足负载的供电需求。

在其中一个实施例中，所述频率检测电路包括第一频率检测单元和第二频率检测单元；所述第一频率检测单元用于对所述不间断电源系统输出电压的频率进行检测并作为第一频率反馈值输出；所述第二频率检测单元用于对电网电压的频率进行检测并作为第二频率反馈值输出。

在其中一个实施例中，所述第一频率检测单元包括第一锁相环和第一变换单元；所述第一锁相环分别与所述不间断电源系统的输出端和所述第一变换单元连接；所述第一锁相环用于检测所述不间断电源系统输出电压的相位；所述第一变换单元用于根据输入的相位变换得到所述第一频率反馈值。

在其中一个实施例中，所述第二频率检测单元包括第二锁相环和第二变换单元；所述第二锁相环分别与电网和所述第二变换单元连接；所述第二锁相环用于检测电网电压的相位；所述第二变换单元用于根据输入的所述相位变换得到所述第二频率反馈值。

在其中一个实施例中，所述模式切换电路包括第一切换开关、第二切换开关和控制单元；所述第一切换开关的固定端与所述功率调节电路连接；所述第一切换开关的第一触点为所述第一并网触点；所述第一切换开关的第二触点为所述第一离网触点；所述第二切换开关的固定端与所述功率调节电路连接；所述第二切换开关的第一触点为所述第二并网触点；所述第二切换开关的第二触点为所述第二离网触点；所述控制单元用于根据所述不间断电源系统的工作模式对所述第一切换开关和所述第二切换开关进行切换控制。

在其中一个实施例中，所述功率检测电路用于对所述不间断电源系统输出的有功功率和无功功率进行检测并输出有功功率反馈值和无功功率反馈值；所述功率调节电路包括有功调节单元和无功调节单元；所述有功调节单元的第一输入端与所述频率检测电路连接，以接收所述第一频率反馈值；所述有功调节单元的第二输入端与所述第一切换开关的固定端连接，以接收所述频率给定值；所述有功调节单元的第三输入端还与所述功率检测电路连接，以接收所述有功功率反馈值；所述有功调节单元用于根据所述第一频率反馈值、所述频率给定值和所述有功功率反馈值确定有功功率调节信号；所述无功调节单元的第一输入端与所述不间断电源系统的输出端连接，以接收所述输出电压反馈值；所述无功调节单元的第二输入端与所述第二切换开关的固定端连接，以接收所述输出电压给定值；所述无功调节单元的第三输入端还与所述功率检测电路连接，以接收所述无功功率反馈值；所述无功调节单元用于根据所述输出电压反馈值、所述输出电压给定值和所述无功功率反馈值确定无功功率调节信号。

在其中一个实施例中，所述有功调节单元包括依次连接的频率环和有功功率环；所述频率环包括依次连接的第一加法器和频率环控制器；所述第一加法器的第一输入端作为所述有功调节单元的第一输入端；所述第一加法器的第二输入端作为所述有功调节单元的第二输入端；所述第一加法器用于求取所述频率给定值和所述第一频率反馈值之间的差值并输出给所述频率环控制器；所述频率环控制器用于对所述差值进行闭环控制生成有功功率给定值；所述有功功率环包括依次连接的第二加法器和有功环控制器；所述第二加法器的第一输入端作为所述有功调节单元的第三输入端；所述第二加法器的第二输入端与所述频率环控制器连接；所述第二加法器用于求取所述有功功率给定值和所述有功功率反馈值之间的差值并输出给所述有功环控制器；所述有功环控制器用于对输入的差值进行闭环控制生成有功功率调节信号。

在其中一个实施例中，所述无功调节单元包括依次连接的电压环和无功功率环；所述电压环包括依次连接的第三加法器和电压环控制器；所述第三加法器的第一输入端作为所述无功调节单元的第一输入端；所述第三加法器的第二输入端作为所述无功调节单元的第二输入端；所述第三加法器用于求取所述输出电压给定值和所述输出电压反馈值之间的差值并输出给所述电压环控制器；所述电压环控制器用于对输入的差值进行闭环控制生成无功功率给定值；所述无功功率环包括依次连接的第四加法器和无功环控制器；所述第四加法器的第一输入端作为所述无功调节单元的第三输入端；所述第四加法器的第二输入端与所述电压环控制器连接；所述第四加法器用于求取所述无功功率给定值和所述无功功率反馈值之间的差值并输出给所述无功环控制器；所述无功环控制器用于对输入的差值进行闭环控制生成无功功率调节信号。

在其中一个实施例中，还包括控制信号生成电路和驱动电路；所述控制信号生成电路与所述功率调节电路连接；所述控制信号生成电路还与所述不间断电源系统的输出端连接，以接收其输出电流反馈值；所述控制信号生成电路用于根据所述功率调节信号和所述输出电流反馈值生成控制信号；所述驱动电路与所述控制信号生成电路连接，用于将所述控制信号转换为驱动信号后输出给所述不间断电源系统。

一种不间断电源系统，包括：储能装置；变流器，连接于所述储能装置和公共连接点之间；以及如前述任一实施例所述的功率调节控制电路；所述功率调节控制电路用于输出所述功率调节信号给所述变流器以对所述变流器的输出进行控制，从而实现对所述不间断电源系统输出功率的控制。

附图说明

图1为一实施例中的不间断电源系统的电路框图；

图2为一实施例中的不间断电源系统的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例中的不间断电源系统(以下简称UPS)的电路框图。该UPS包括储能装置110、变流器120和功率调节控制电路200。

储能装置110用于存储电能并向外释放电能。储能装置110与变流器120连接后接入公共连接点PCC(以下简称PCC点)，并通过PCC点与电网10和负载20连接。变流器120用于对不间断电源系统的输出进行控制，从而满足负载的供电需求。

功率调节控制电路200包括频率检测电路210、功率检测电路220、模式切换电路230和功率调节电路240。其中，频率检测电路210分别与变流器120的输出端、电网(也即PCC点的市电侧)连接。频率检测电路210用于对UPS(也即变流器120)输出电压的频率进行检测并作为第一频率反馈f_inv输出。频率检测电路210还用于对电网电压的频率进行检测并作为第二频率反馈值f_grid输出。

功率检测电路220与变流器120的输出端连接，用于对变流器120的输出功率进行检测并输出功率反馈值。功率检测电路220可以根据UPS的输出电流和输出电压确定输出功率。

模式切换电路230包括第一并网触点S1、第一离网触点S2、第二并网触点S3和第二离网触点S4。其中，第一并网触点S1与频率检测电路210连接，以接收第二频率反馈值f_grid。第一离网触点S2则用于接收预设给定频率值f_REF。在本实施例中，预设给定频率值f_REF为50Hz，也即f_50Hz。在其他的实施例中，也可以根据负载用电需求设定。第二并网触点S3与电网连接，以接收电网电压反馈值U_gd。第二离网触点S4用于接收预设给定电压值U_REF。在本实施例中，预设给定电压值U_REF为220V，也即U_220V。在其他的实施例中，预设给定电压值U_REF可以根据需要进行设定。模式切换电路230用于在UPS处于并网模式时，将第一并网触点S1的输入作为频率给定值，并将第二并网触点S3的输入作为输出电压给定值后输出给功率调节电路240。模式切换电路230在UPS处于离网模式时，将第一离网触点S2的输入作为频率给定值，并将第二离网触点S4的输入作为输出电压给定值后输出给功率调节电路240。

功率调节电路240分别与频率检测电路210、功率检测电路220和模式切换电路230连接。功率调节电路240还与变流器120的输出端连接，以接收其输出电压反馈值U_d。功率调节电路240用于根据输出功率反馈值、第一频率反馈值f_inv、输出电压反馈值U_d、频率给定值和输出电压给定值确定功率调节信号。具体地，当UPS处于并网模式时，模式切换电路230将第一并网触点S1的输入作为频率给定值，并将第二并网触点S3的输入作为输出电压给定值后输出给功率调节电路240。也即，此时频率给定值为第二频率反馈值f_grid，也即电网电压的频率反馈值；输出电压给定值为电网电压反馈值U_gd。利用频率和电压来确定功率调节信号，能够确保功率调节信号可以及时跟随负载的变化而发生变化，从而使得功率调节具有较好的实时性。

在一实施例中，功率调节控制电路200还包括控制信号生成电路250和驱动电路260。控制信号生成电路250与功率调节电路240连接。控制信号生成电路250还与变流器120的输出端连接，以接收其输出电流反馈值。控制信号生成电路250的输出端与驱动电路260的控制端连接。控制信号生成电路250用于根据该输出电流反馈值以及该功率调节信号生成控制信号后输出给驱动电路260。驱动电路260根据该控制信号生成对应的驱动信号后输出给变流器120，从而对变流器120中的工作进行控制，进而实现对变流器120的输出功率的控制，使得UPS输出功率能够满足负载需求。

上述UPS的功率调节控制电路，模式切换电路230可以根据UPS的工作模式对输出的输出电压给定值和频率给定值进行切换，从而使得功率调节电路240可以根据UPS输出电压的频率(也即第一频率反馈值)、输出电压反馈值、输出功率反馈值、频率给定值和输出电压给定值来确定功率调节信号，具有较好的实时性，从而能够确保UPS的输出功率与负荷需求功率匹配，满足负载的供电需求。

图2为一实施例中的UPS的电路原理图。在本实施例中，频率检测电路210包括第一频率检测单元212和第二频率检测单元214。第一频率检测单元212用于对UPS输出电压的频率进行检测并作为第一频率反馈值f_inv输出。其中，第一频率检测单元212包括第一锁相环2122和第一变换单元2124。第一锁相环2122的输入端与变流器120的输出端连接，第一锁相环2122的输出端与第一变换单元2124的输入端连接。第一锁相环2122用于检测变流器120输出电压的相位θ_inv。第一变换单元2124用于根据该相位θ_inv变换得到对应的第一频率反馈值f_inv。第二频率检测单元214用于对电网电压的频率进行检测并作为第二频率反馈值f_grid输出。第二频率检测单元214包括第二锁相环2142和第二变换单元2144。其中，第二锁相环2142的输入端连接于PCC点的电网侧，也即与电网连接。第二锁相环2142的输出端与第二变换单元2144的输入端连接。第二频率检测单元214的工作原理与第一频率检测单元212的工作原理相同。

在本实施例中，功率检测电路220用于对UPS输出的有功功率和无功功率进行检测并输出有功功率反馈值P和无功功率反馈值Q。功率检测电路220包括第一三相静止坐标系到两相旋转坐标系变换模块(第一abc/dq变换模块)222、第二三相静止坐标系到两相旋转坐标系变换模块(第二abc/dq变换模块)224和功率计算单元226。其中，第一abc/dq变换模块222的输入端与变流器120的输出端连接，用于接收其输出的三相电流(i_A、i_B、i_C、)。第一abc/dq变换模块222用于将接收到的三相电流(i_A、i_B、i_C、)转换为两相旋转坐标系下的d轴电流I_d和q轴电流I_q后通过d轴输出端和q轴输出端分别输出。第二abc/dq变换模块224的输入端与变流器120的输出端连接，用于接收其输出的三相电压(u_A、u_B、u_C、)并将该三相电压(u_A、u_B、u_C、)转换为两相旋转坐标系下的d轴电压U_d和q轴电压U_q后通过d轴输出端和q轴输出端分别输出。功率计算单元226分别与第一abc/dq变换模块222和第二abc/dq变换模块224连接。功率计算单元226根据第一abc/dq变换模块222和第二abc/dq变换模块224输出的d轴电压U_d和d轴电流I_d计算得到有功功率反馈值P。功率计算单元226还根据第一abc/dq变换模块222和第二abc/dq变换模块224输出的q轴电压U_q和q轴电流I_q计算得到无功功率反馈值Q。

参见图2，模式切换电路230包括第一切换开关232、第二切换开关234和控制单元(图中未示)。其中，第一切换开关232的固定端与功率调节电路240连接。第一切换开关232的第一触点1作为模式切换电路230的第一并网触点S1，也即第一切换开关232的第一触点1与第二频率检测单元214的输出端连接，以接收其输出的第二频率反馈值f_gird(也即电网电压的频率反馈值)。第二切换开关232的第二触点2作为模式切换电路230的第一离网触点S2。也即，第一切换开关232的第二触点2用于接收预设给定频率值f_50Hz。第二切换开关234的固定端与功率调节电路240连接。第二切换开关234的第一触点1作为模式切换电路230的第二并网触点S3，也即与电网连接以接收其电网电压反馈值U_gd。第二切换开关234的第二触点2作为模式切换电路230的第二离网触点S4，也即其用于接收预设给定电压值U_220V。控制单元用于根据UPS的工作模式对第一切换开关232和第二切换开关234进行切换控制。具体地，控制单元在并网模式下，控制第一切换开关232接通其第一触点1并控制第二切换开关234接通其第一触点1，从而将第二频率反馈值f_grid作为频率给定值并将电网电压反馈值U_gd作为输出电压给定值。控制单元在离网模式下则控制第一切换开关232接通其第二触点2并控制第二切换开关234接通其第二触点2，从而将预设给定频率值f_50Hz作为频率给定值并将预设给定电压值U_220V作为输出电压给定值输出。

功率调节电路240包括有功调节单元242和无功调节单元244。其中，有功调节单元242的第一输入端用于与频率检测电路210的第一频率检测单元212的输出端连接，以接收第一频率反馈值f_inv。有功调节单元242的第二输入端与第一切换开关232的固定端连接，以接收第一切换开关232输出的频率给定值。有功调节单元242的第三输入端还与功率检测电路220中的功率计算单元226的输出端连接，以接收有功功率反馈值P。有功调节单元242用于根据第一频率反馈值f_inv、频率给定值和有功功率反馈值P确定有功功率调节信号I_d^*。

在一实施例中，有功调节单元242包括依次连接的频率环310和有功功率环320。频率环310包括依次连接的第一加法器312和频率环控制器314。第一加法器312的第一输入端(-)作为有功调节单元242的第一输入端，接收第一频率反馈值f_inv。第一加法器312的第二输入端(+)作为有功调节单元242的第二输入端，接收频率给定值。第一加法器312用于求取频率给定值和第一频率反馈值f_inv之间的差值并输出给频率环控制器314。频率环控制器314对输入的差值进行闭环控制并生成有功功率给定值P^*。频率环控制器314可以为PI控制器。

有功功率环320包括依次连接的第二加法器322和有功环控制器324。第二加法器322的第一输入端(-)作为有功调节单元242的第三输入端，接收有功功率反馈值P。第二加法器322的第二输入端(+)与频率环控制器314的输出端连接，接收其输出的有功功率给定值P^*。第二加法器322用于求取有功功率给定值P^*和有功功率反馈值P之间的差值并输出给有功环控制器324。有功环控制器324用于对该差值进行闭环控制生成有功功率调节信号I_d^*。有功环控制器324可以为PI控制器。

无功调节电路244的第一输入端与UPS的输出端连接，以接收其输出电压反馈值U_d。无功调节单元244的第二输入端与第二切换开关234的固定端连接，以接收第二切换开关234输出的输出电压给定值。无功调节单元244的第三输入端还与功率检测电路220中的功率计算单元226的输出端连接，以接收无功功率反馈值Q。无功调节单元244用于根据输出电压反馈值U_d、输出电压给定值和无功功率反馈值Q确定无功功率调节信号I_q^*。

在一实施例中，无功调节单元244包括依次连接的电压环330和无功率环340。电压环330包括依次连接的第三加法器332和电压环控制器334。第三加法器332的第一输入端(-)作为无功调节单元244的第一输入端，接收输出电压反馈值U_d。第三加法器332的第二输入端(+)作为无功调节单元244的第二输入端，接收输出电压给定值。第三加法器332用于求取输出电压给定值和输出电压反馈值U_d的差值并输出给电压环控制器334。电压环控制器334对输入的差值进行闭环控制并生成无功功率给定值Q^*。电压环控制器334可以为PI控制器。

无功功率环340包括依次连接的第四加法器342和无功环控制器344。第四加法器342的第一输入端(-)作为无功调节单元244的第三输入端，接收无功功率反馈值Q。第四加法器342的第二输入端(+)与电压环控制器334的输出端连接，接收其输出的无功功率给定值Q^*。第四加法器342用于求取无功功率给定值Q^*和无功功率反馈值Q之间的差值并输出给无功环控制器344。无功环控制器344用于对该差值进行闭环控制生成无功功率调节信号I_q^*。无功环控制器344可以为PI控制器。

控制信号生成电路250包括有功电流环252和无功电流环254。其中，有功电流环252包括加法器2522和电流环d轴控制器2524。加法器2522的第一输入端(-)作为有功电流环252的第一输入端，以接收d轴电流I_d。加法器2522的第二输入端(+)作为有功电流环252的第二输入端与有功环控制器244的输出端连接，以接收有功功率调节信号I_d^*。加法器2522用于获取有功功率调节信号I_d^*和d轴电流I_d之间的差值并输出给电流环d轴控制器2524。电流环d轴控制器2524用于对该差值进行闭环控制从而生成d轴控制信号u_do。无功电流环254的结构以及工作原理与有功电流环252的类似，不重复介绍。在一实施例中，控制信号生成电路250还包括两相旋转坐标系到三相静止坐标系变换模块(dq/abc变换模块)256。dq/abc变换模块256用于将有功电流环252和无功电流环254输出的d轴控制信号u_do和q轴控制信号u_qo转换为三相控制信号(V_aref2、V_bref2、V_cref2、)。

驱动电路260的输入端与控制信号生成电路250的输出端连接。驱动电路260的输出端与变流器120连接。驱动电路260用于根据接收到的三相控制信号(V_aref2、V_bref2、V_cref2、)生成对应的驱动信号后输出给变流器120，以控制变流器120对输出功率进行调节，满足负荷用电需求。

下面分别就不同模式下功率调节控制电路的工作过程做进一步说明：

在并网模式下，第一切换开关232接通第一触点1，从而将第二频率反馈值f_grid作为频率给定值。在并网模式下，第一频率反馈值f_inv(也即UPS的输出电压的频率反馈值)接近第二频率反馈值f_grid(也即电网电压的频率反馈值)，故通过频率环控制器314的作用，频率环310的输出值很小，有功功率给定值P^*很小，变流器120不输出有功功率，能耗很小。在该模式下，变流器120可以根据情况对电网进行无功和谐波补偿，改善PCC点的电能质量。同时，第二切换开关234接通其第一触点1，从而将电网电压反馈值U_gd作为输出电压给定值。此时，UPS的输出电压反馈值U_d等于电网电压反馈值U_gd，电压环330的输出为零，也即无功功率给定值Q^*为零，从而使得变流器120不输出无功功率。

在离网模式下，第一切换开关232接通第二触点，从而将预设给定频率值f_50Hz作为频率给定值。也即，离网模式下频率给定值恒定为50Hz。在负荷变化时，UPS输出电压的频率也即第一频率反馈值f_inv会相应的发生变化。例如，当负载突增时，变流器120输出的有功功率会出现缺额，导致变流器120的频率反馈值也即第一频率反馈值f_inv变小。因此，频率环310的频率给定值和第一频率反馈值f_inv之间的误差变大，故通过频率环控制器314的作用，有功功率给定值P^*变大，控制变流器120增大有功功率输出，最终使得变流器120输出的有功功率与负荷需求功率相等，满足负载用电需求。反之，当负载突减时，第一频率反馈值f_inv变大，通过频率环控制器314的作用，有功功率给定值P^*变小，控制变流器120减小有功功率输出，满足负荷用电需求。总之，负荷消耗有功功率的变化直接体现在输出电压的频率的变化上，该频率反馈值与固定的50Hz给定值比较，并通过频率环控制器314的调节，最终控制变流器120的有功功率满足负荷供电需求。

同时，在离网模式下，第二切换开关234接通其第二触点，从而将预设给定电压值U_220V作为输出电压给定值。也即，离网模式下，输出电压给定值恒定为220V。在该模式下，通过变流器120实际输出的电压值去调节负荷无功功率变化的需求。具体地，在负荷的无功功率增加时，变流器120输出的无功功率同样会出现缺额，从而导致变流器120的输出电压的幅值下降。电压环330的输出电压给定值U_220V和输出电压反馈值U_d之间的误差变大，故通过电压环控制器334的调节作用，无功功率给定值Q^*变大，控制变流器120增大无功功率输出，最终使得变流器120输出的无功功率与负荷需求功率相等，进而快速维持变流器120输出电压幅值的稳定，满载负荷高电能质量供电的需求，反之情况亦然。

通过上述功率调节控制电路，可以在负荷变化时快速对变流器120的输出进行调节，具有较好的实时性，能够满足负载用电需求。上述功率调节控制电路也适用于多台UPS并机系统中。当负荷有功和无功功率需求变化时，多台UPS输出的频率和幅值都会同步发生变化，因此各台UPS均可以通过频率调节控制电路200的控制作用，快速平均分配变流器120输出的有功功率和无功功率大小，最终使得多台变流器输出的有功和无功功率与负荷需求功率相等，进而快速维持变流器输出电压幅值的稳定，满载负荷高电能质量供电的需求。这种功率调节方法相比于传统的通过互联线并机的UPS电源系统，在实时性、功率均分性以及可靠性方面，具有非常好的效果。

上述UPS能够实现并网模式到离网模式的无缝切换。当变流器120在并网模式时，频率环310和电压环330基本不工作，变流器120按照有功功率环320、无功功率环330、有功电流环132和无功电流环134工作，即PQ(有功/无功)控制方式工作。并且在该模式下，变流器120可以根据实际情况对电网电流进行无功和谐波补偿，改善PCC点市电的电能质量。在市电异常，变流器120从并网模式无缝切换至离网模式时，变流器120按照频率环310、电压环330、有功功率环320、无功功率环330、有功电流环132和无功电流环134工作，即VF(恒压/恒频)控制方式工作，通过对变流器输出电压频率和幅值的控制进而达到对变流器输出的有功功率和无功功率的调节，实时响应负荷功率变化需求，进而快速维持变流器120输出电压幅值的稳定，满载负荷高电能质量供电的需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。