CN109103982A - 双输入四冗余高可靠不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双输入四冗余高可靠不间断电源系统，发明了一种两路交流输入、两路交流输出的一种双输入四冗余高可靠不间断电源系统，实现无缝切换来保证其供电可靠性。本发明通过调整一次系统的接线结构，利用另一个ups的输出作为本ups动态旁路的输入，从而提高了动态旁路输入的可靠性。通过对旁路的实时监测来调整装置内部的输出，来提高旁路和输出之间的同步性，不需要在ups之间连接同步线，从而减少了此前由于两个不间断电源相互之间同步线的故障或中断而导致整个ups电源的不同步进而烧坏ups装置的可能性。

Description

双输入四冗余高可靠不间断电源系统

所属技术领域

本发明涉及电力系统自动化运行控制领域，是提升不间断电源系统供电可靠性的一种简化装置。

背景技术

不间断电源ups是能够提供稳定、持续、不间断的电力供应设备。随着信息技术、计算机技术等先进技术的迅猛发展，各种用电设备的增加，对供电系统的可靠性要求也越来越高，电网电压和频率的不稳定，供电的瞬时或长期中断都会造成设备的运行中断、数据丢失甚至硬件损坏，导致系统瘫痪而造成重大损失。解决供电电源的最好方法是使用不间断电源ups。单台电源供电时有着固有的缺陷，一旦发生故障则可能导致系统瘫痪，造成不可估量的损失。

在目前的不间断电源系统中，常常采用逆变电源并联技术来提高ups供电系统运行的可靠性和扩大供电容量的技术手段，此时各ups输出电压的相位、频率、幅值必须要保持一致，且ups并联系统中的各ups之间必须处于均分负载电流的状态，否则将在系统中的各ups之间产生环流；各ups之间必须连接同步通讯线，一旦同步线出现故障或中断，整个ups装置就会失步，造成逆变回路的烧毁。

专利中提出了一种新的提高不间断电源供电可靠性的方法，发明了一种两路交流输入、两路交流输出的一种双输入四冗余高可靠不间断电源系统，实现无缝切换来保证其供电可靠性。本专利通过调整一次系统的接线结构，利用另一个ups的输出作为本ups动态旁路的输入，从而提高了动态旁路输入的可靠性。通过对旁路的实时监测来调整装置内部的输出，来提高旁路和输出之间的同步性，不需要在ups之间连接同步线，从而减少了此前由于两个不间断电源相互之间同步线的故障或中断而导致整个ups电源的不同步进而烧坏ups装置的可能性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种双输入四冗余高可靠不间断电源系统，包括：主机、冗余电路、二次回路、采集控制电路；所述双交流输入四冗余高可靠不间断电源系统设置于主机的中央处理服务器中；

所述冗余电路包括：交流第一输入源、ups1、电池1、交流第二输入源、ups2、电池2；交流第一输入源为直流源1、ups1的输入交流供电，交流第二输入源为直流源2、ups2的输入交流供电，ups1的直流输入是由电池2为其供电，ups2的直流输入是由电池1为其供电，即同一ups在输入部分由来自两个不同电源点的电源供电，形成一种双ups交叉的电源的来源；

所述二次回路包括：交流第一输入源、交流第二输入源、电池1、电池2，ups1、ups2，其中ups1与ups2通过并联运行方式的结构连接，即ups1的输出作为ups2旁路的输入，ups2的输出作为ups1旁路的输入，所述旁路分为动态旁路和静态旁路，形成了一个ups与四个电源点有关的电路，即交流第一输入源、交流第二输入源、电池1、电池2，其二次部分设置于主机中的中央处理器及各个ups内部处理器中，由此构成两输入四冗余不间断电源系统；

所述采集控制电路：主机内的中央处理服务器连接ups1与ups2的两个终端，并不间断的对ups1与ups2的两个终端进行数据采集，并对所采集的数据进行分析与处理，将处理后的数据传输至主机。

由于该不间断电源旁路的输入是另一个不间断电源的输出，其负荷、频率、辐角的变化及电压波动率等均符合要求，故其电能质量完全符合所带负荷装置的电源的电能质量，在动态旁路和静态旁路输入时会形成非常稳定的旁路输入源，提高了其供电可靠性。

所述双输入四冗余高可靠不间断电源系统建立了一个采集控制回路，对二次回路的电源进行监测。其监测控制系统中包括整流回路采集模块、逆变回路采集模块、各断路器采集模块、旁路采集模块、输出采集模块以及交流输入电流互感器、直流输入电流互感器、交流输入电压互感器、直流输入电压互感器、旁路输入电流互感器、输出交流电流互感器、输出交流电压互感器等等，通过并联运行的方式与ups连接，同时也要对整流回路的自检、逆变回路的检测及旁路回路的刀闸、开关等进行信息采集。

所述双输入四冗余高可靠不间断电源系统建立网络采集控制回路，两台ups分别采集信息后存放入采集框的单元中，最后统一收集到中央控制器中，再由中央控制器进行策略分析。ups1作为采集控制调节单元，ups2作为采集控制单元，二者配合中央处理器进行策略分析。通过分析输入和输出直流及交流端各个阶段的电压波形的变化，可监测出各个阶段的电压幅值变化、各个模块是否故障及故障程度，由各模块的自检功能来进行信息采集，进而可对采集到的信息进行智能分析。

将旁路输入的电压电流与ups输出的电压电流的幅值和相角进行同步比较，通过对旁路输入的频率和幅角等的实时监测，根据辐角差和频率差在合理范围内调整内部的交流输出，使动态旁路和逆变慢慢接近，来实现逆变与旁路输入的同步，以此实现无缝切换来保证该电源系统的供电可靠性。

双输入四冗余高可靠不间断电源系统二次回路部分具有采集控制终端的控制调整功能，由中央处理器及各ups内部处理器分析并上报出现问题的ups及其具体模块，如逆变故障、整流故障等等，根据采集终端采集的数字信息及模拟量信息，如电压下降、整流自检信息、故障或位置等信息可反映出来是问题的所在；当整流部分的交流输入无变化，直流输出有变化(如频率、角度、突变等)，可检测判断整流回路存在的问题。如输入电压正常，中间有空开跳开，导致输出电压为零或由于输入电压的下降导致整流输出的直流电压的下降等情况，再如整流的输入电压下降，输出电压正常，此可能是由于整流老化或整流内部的原因导致整流故障，再根据空开位置和隔离状态即可分析出具体故障原因。

依靠逆变回流的跟随功能，根据辐角差和频率差在合理范围内调整内部的交流输出，使旁路输入与逆变慢慢接近，来实现逆变与旁路输入的同步；当逆变部分的直流输入正常，而逆变无输出，在这种情况下一般是没有检测到输入输出取样信号，即输入输出取样线脱落。此时ups会发出告警或者自动切换。若出现输出电压很高的情况，此时可能是由于取样变压器的某组线圈断开或反馈信号整条支路上的有关器件出现开路的情况。

所述双输入四冗余高可靠不间断电源系统电池组结构相比此前的电池组的接线更为复杂，该电源系统的电池组结构是将电池拆分成多个电池并联在一起，两端电压保持不变，此时电池组中的电池数量增加，在这种情况下，当电池组中的某一电池损坏、内阻增大时，不会影响到整个电池组电压的变化。同时还要对每块电池两端的电压、电流进行监测，而后把监测到的数据送入中央处理服务器，便于中央处理服务器进行智能分析。

有益效果：

本发明提出了一种新的提高不间断电源供电可靠性的方法，发明了一种双输入四冗余不间断电源系统，实现无缝切换来保证其供电可靠性。本专利通过调整一次系统的接线结构，利用另一个ups的输出作为本ups动态旁路的输入，从而提高了动态旁路输入的可靠性。通过对旁路输入的频率和幅角等的实时监测，在合理范围内调整装置内部的交流输出，从而提高旁路输入和交流输出的同步性。不需要在ups之间连接同步线，从而减少了此前由于两个不间断电源相互之间同步线的故障或中断而导致整个ups电源的不同步产生环流进而烧坏ups装置的可能性。

附图说明

图1是双输入四冗余高可靠不间断电源系统的一次系统结构图。

图2是双输入四冗余高可靠不间断电源系统的二次系统结构图。

图3、图4是双输入四冗余高可靠不间断电源系统信息采集模块分布图

具体实施方式

一种提高不间断电源供电可靠性的双输入四冗余高可靠不间断电源系统，其中包括：

一种双交流输入四冗余不间断电源系统，其特征在于，包括：主机、冗余电路、二次回路、采集控制电路；所述双交流输入四冗余不间断电源系统设置于主机的中央处理服务器中；

如图1所示，所述冗余电路包括：交流第一输入源、ups1、电池1、交流第二输入源、ups2、电池2；交流第一输入源为直流源1、ups1的输入交流供电，交流第二输入源为直流源2、ups2的输入交流供电，ups1的直流输入是由电池2为其供电，ups2的直流输入是由电池1为其供电，即同一ups在输入部分由来自两个不同电源点的电源供电，形成一种双ups交叉的电源的来源；

如图2所示，所述二次回路包括：交流第一输入源、交流第二输入源、电池1、电池2，ups1、ups2，其中ups1与ups2通过并联运行方式的结构连接，即ups1的输出作为ups2旁路的输入，ups2的输出作为ups1旁路的输入，所述旁路分为动态旁路和静态旁路，形成了一个ups与四个电源点有关的电路，即交流第一输入源、交流第二输入源、电池1、电池2，其二次部分设置于主机中的中央处理器及各个ups内部处理器中，由此构成两输入四冗余不间断电源系统；

所述采集控制电路：主机内的中央处理服务器连接ups1与ups2的两个终端，并不间断的对ups1与ups2的两个终端进行数据采集，并对所采集的数据进行分析与处理，将处理后的数据传输至主机。

该电源系统建立了一个采集控制回路，对二次回路的电源进行监测。如图4所示，其监测控制系统中包括整流回路采集模块、逆变回路采集模块、各断路器采集模块、旁路采集模块、输出采集模块以及交流输入电流互感器、直流输入电流互感器、交流输入电压互感器、直流输入电压互感器、旁路输入电流互感器、输出交流电流互感器、输出交流电压互感器等等，同时也要对整流回路的自检、逆变回路的检测及旁路回路的刀闸、开关等进行信息采集。

建立网络采集控制回路，两台ups分别采集信息后存放入采集框的单元中，最后统一收集到中央控制器中，再由中央控制器进行策略分析。如图3所示，ups1作为采集控制调节单元，ups2作为采集控制单元，二者配合中央处理器进行策略分析。通过分析输入和输出直流及交流端各个阶段的电压波形的变化，可监测出各个阶段的电压幅值变化、各个模块是否故障及故障程度，由各模块的自检功能来进行信息采集，进而可对采集到的信息进行智能分析。

要想实现动态旁路和逆变之间的无缝切换，须做到旁路输入与逆变二者同步。将旁路输入的电压电流与ups输出的电压电流的幅值和相角进行同步比较。本专利中通过对旁路输入的频率和幅角等的实时监测，根据辐角差和频率差在合理范围内调整内部的交流输出，使二者慢慢接近，来实现与旁路输入的同步，以此实现无缝切换来保证该电源系统的供电可靠性。

该电源系统二次部分具有采集控制终端的控制调整功能，由中央处理器及各ups内部处理器分析并上报出现问题的ups及其具体模块，如逆变故障、整流故障等等，根据采集终端采集的数字信息及模拟量信息，如电压下降、整流自检信息、故障或位置等信息可反映出来是问题的所在。

当整流部分的交流输入无变化，直流输出有变化(如频率、角度、突变等)，可检测判断整流回路存在的问题。如输入电压正常，中间有空开跳开，导致输出电压为零或由于输入电压的下降导致整流输出的直流电压的下降等情况，再如整流的输入电压下降，输出电压正常，此可能是由于整流老化或整流内部的原因导致整流故障，再根据空开位置和隔离状态即可分析出具体故障原因。

根据辐角差和频率差在合理范围内调整内部的交流输出，使二者慢慢接近，来实现与旁路输入的同步，此过程是依靠逆变回流的跟随功能来实现的。当逆变部分的直流输入正常，而逆变无输出，在这种情况下一般是没有检测到输入输出取样信号，即输入输出取样线脱落。此时ups会发出告警或者自动切换。若出现输出电压很高的情况，此时可能是由于取样变压器的某组线圈断开或反馈信号整条支路上的有关器件出现开路的情况。

该电源系统电池组结构相比此前的电池组的接线更为复杂，如正常的电池组为10个24V电池组成一串的结构，每个电池的容量都会比较大，这样便形成一个大的电池组。而该电源系统的电池组结构是将24V、100兆瓦时的电池拆分成5个20兆瓦时的电池并联在一起，两端电压24V保持不变，此时电池组中的电池数量从原来的10个增加到了50个，在这种情况下，当电池组中的某一电池损坏、内阻增大时，不会影响到整个电池组电压的变化。同时还要对每块电池两端的电压、电流进行监测，而后把监测到的数据送入中央处理服务器，便于中央处理服务器进行智能分析。

该电源系统存在中央处理服务器。由中央处理服务器对不间断电源ups1、ups2两个终端的数据进行采集，并对采集到的数据进行智能分析，找出具体故障点并给出安全措施以及最后的处理方法，最终形成决策性信息传送给控制主机。

Claims (4)

1.一种双输入四冗余高可靠不间断电源系统，其特征在于，包括：主机、冗余电路、二次回路、采集控制电路；所述双交流输入四冗余高可靠不间断电源系统设置于主机的中央处理服务器中；

所述冗余电路包括：交流第一输入源、ups1、电池1、交流第二输入源、ups2、电池2；交流第一输入源为直流源1、ups1的交流输入端供电，交流第二输入源为直流源2、ups2的交流输入端供电，电池2为ups1的直流输入端供电，电池1为ups2的直流输入端供电，即同一ups在输入部分由来自两个不同电源点的电源供电，形成一种双ups交叉的电源的来源；

所述二次回路包括：交流第一输入源、交流第二输入源、电池1、电池2，ups1、ups2，其中ups1与ups2通过并联运行方式的结构连接，即ups1的输出作为ups2旁路的输入，ups2的输出作为ups1旁路的输入，所述旁路分为动态旁路和静态旁路，形成了一个ups1、ups2与四个电源点有关的电路，即交流第一输入源、交流第二输入源、电池1、电池2，其二次部分设置于主机中的中央处理器及各个ups内部处理器中，由此构成双输入四冗余不间断电源系统；

所述采集控制电路：主机内的中央处理服务器连接ups1与ups2的两个终端，并不间断的对ups1与ups2的两个终端进行数据采集，并对所采集的数据进行分析与处理，将处理后的数据传输至主机。

2.根据权利要求1所述的双输入四冗余高可靠不间断电源系统，其特征在于，所述采集控制电路，对二次回路的电源进行监测；其采集控制电路中包括整流回路采集模块、逆变回路采集模块、各断路器采集模块、旁路采集模块、输出采集模块以及交流输入电流互感器、直流输入电流互感器、交流输入电压互感器、直流输入电压互感器、旁路输入电流互感器、输出交流电流互感器、输出交流电压互感器，通过相互并联的方式与ups连接，对整流回路的自检、逆变回路的检测及旁路回路的刀闸开关进行信息采集。

3.根据权利要求1所述的双输入四冗余高可靠不间断电源系统，所述采集控制回路；其中，ups1作为采集控制调节单元，ups2作为采集控制单元，ups1和ups2分别连接中央处理器，两台ups分别采集信息存放入采集框的单元中，统一收集到中央控制器中，由中央控制器进行分析。

4.根据权利要求1所述的双输入四冗余高可靠不间断电源系统，其特征在于，所述双输入四冗余高可靠不间断电源系统的电池为电池组结构，是将电池拆分为多个电池并联在一起，两端电压保持不变，电池组中的电池数量增加；采集控制回路连接每块电池两端的电压、电流进行监测，通过采集控制回路把监测到的数据送入中央处理服务器，中央处理服务器进行分析。