CN107677930B - 一种ups直流母线熔断器状态检测方法及装置 - Google Patents

一种ups直流母线熔断器状态检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UPS直流母线熔断器状态检测方法及装置，所述方法为：实时采集与熔断器串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电压和输出电流，并计算所述输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值；判断输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值是否小于各自对应的设定值，若输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值均小于各自对应的设定值，且输出电流的瞬时值小于设定值的持续时间大于设定时间，则判定所述熔断器熔断。本发明能够在熔断器熔断瞬间快速检测到故障，无需额外增加电路和隔离电源，不会占用主控芯片的IO资源。

Description

一种UPS直流母线熔断器状态检测方法及装置
技术领域
本发明涉及UPS熔断器状态检测技术，特别是涉及一种UPS直流母线熔断器状态检测方法及装置。
背景技术
不间断电源(UPS)是保证供电可靠性重要设备，很多对供电要求比较高的场合都需要配置UPS，确保不间断供电是UPS最重要的功能；UPS电源能够在市电异常时由电池组逆变输出向负载设备供电，在逆变器异常时由旁路输出向负载供电；熔断器是不间断电源(UPS)***中一种常见的保护器件，目的是在特殊情况下利用自身熔断的特性断开故障点，不至于因为单点故障，引起整个***受影响。目前，常用的一种UPS拓扑是在UPS直流母线上串联熔断器，作为逆变桥的保护器件，UPS工作过程中需要实时检测熔断器的状态，如果熔断器熔断了，需要能快速判断到，关闭逆变输出并且快速切换到旁路输出，保证***输出不掉电或者掉电在允许范围内。如果没有对熔断器状态做检测，当熔断器熔断后，逆变桥和直流母线的连接断开，因为缺少能量提供，逆变输出电压会快速跌落，负载越大，逆变输出电压跌落的越快，这样就会导致输出掉电。
目前常用的熔断器检测方式是通过检测熔断器两端电压，利用熔断器熔断瞬间熔断器两端出现压差来检测，这种方法是比较理想的熔断器状态检测方式；但是这种检测方式需要专门的差分检测电路和隔离电源，同时检测的到的信号需要经光耦隔离送到主控芯片IO口，不仅涉及到成本增加、电路板空间增加，同时占用主控芯片IO资源。
发明内容
本发明提供了一种UPS直流母线熔断器状态检测方法及装置，其克服了现有技术的UPS直流母线熔断器状态检测方式所存在的不足之处。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种UPS直流母线熔断器状态检测方法，实时采集与熔断器串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电压和输出电流，并计算所述输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值；判断输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值是否小于各自对应的设定值，若输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值均小于各自对应的设定值，且输出电流的瞬时值小于设定值的持续时间大于设定时间，则判定所述熔断器熔断。
进一步的，判定所述熔断器熔断时，将UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。
进一步的，判定所述熔断器熔断时，发出熔断器故障的告警信号。
进一步的，所述逆变单元包括串联连接的逆变器和变压器，逆变器的输出电流构成所述输出电流，变压器副边的输出电压构成所述输出电压。
进一步的，所述逆变单元的输出和旁路单元的输出通过继电器连接负载设备，判定所述熔断器熔断时，通过控制该继电器通电或断电，使UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。
本发明另提供一种UPS直流母线熔断器状态检测装置，包括：
采样检测单元，用于采集与熔断器串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电流和输出电压，并计算所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop；
比较判断单元，用于对输入的数据作比较并判断熔断器是否发生熔断；
所述采样检测单元的输入接至所述逆变单元的输出端，所述采样检测单元的输出接至比较判断单元，以将计算得到的所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop输出给比较判断单元。
进一步的，还包括控制单元和电路切换机构，所述逆变单元的输出和UPS***的旁路单元的输出通过电路切换机构连接负载设备，所述比较判断单元连接控制单元，控制单元连接电路切换机构，以在判定熔断器熔断时，使电路切换机构将UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。
进一步的，还包括告警单元，所述控制单元连接该告警单元，以在熔断器熔断时，控制告警单元发出熔断器故障的告警信号；和/或，所述电路切换机构为继电器。
进一步的，所述逆变单元包括串联连接的逆变器和变压器，所述采样检测单元包括：
电流采样单元，用于采集所述逆变器的输出电流，并计算所述输出电流的瞬时值Iop；
电压采样单元，用于采集所述变压器副边的输出电压，并计算所述输出电压的瞬时值Uop；
所述电流采样单元和电压采样单元的输出分别接至所述比较判断单元。
进一步的，所述比较判断单元包括：
逻辑比较单元，用于对输入的数据与相应的设定值进行比较；
熔断判断单元，用于判断熔断器是否发生熔断；
所述采样检测单元的输出接至逻辑比较单元的输入，逻辑比较单元的输出接至熔断判断单元。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、利用逆变单元输出电压和输出电流进行快检，能够在熔断器熔断瞬间快速检测到故障，不用检测熔断器两端电压，无需额外增加电路和隔离电源，同时不会占用主控芯片的IO资源；
2、能够在熔断器熔断时，将UPS***由所述逆变单元输出快速切换为旁路单元输出，保证***不掉电，并且能够发出告警信号，帮助工作人员及时知晓熔断器状态和更换熔断器。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种UPS直流母线熔断器状态检测方法及装置不局限于实施例。
附图说明
图1是实施例一本发明的方法流程示意图；
图2是实施例二本发明的原理框图。
具体实施方式
实施例一
本发明的一种UPS直流母线熔断器状态检测方法，实时采集与熔断器串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电流和输出电压，并计算所述输出电流的瞬时值和输出电压的瞬时值；判断输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值是否小于各自对应的设定值，若输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值均小于各自对应的设定值，且输出电流的瞬时值小于设定值的持续时间大于设定时间，则判定所述熔断器熔断，并将UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出，发出熔断器故障的告警信号。
本实施例中，所述逆变单元包括串联连接的逆变器和变压器，逆变器的输出电流构成所述输出电流，变压器副边的输出电压构成所述输出电压。
本实施例中，判断输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值是否小于各自对应的设定值时，先判断输出电压的瞬时值是否小于对应的设定值(即预设的电压值)，若是，则再判断输出电流的瞬时值是否小于对应的设定值(即预设的电流值)。
本实施例中，所述逆变单元的输出和旁路单元的输出通过继电器连接负载设备，即，继电器的两个静触头分别连接逆变单元的输出和旁路单元的输出，继电器的动触头连接负载设备。在熔断器熔断之前，继电器的动触头与逆变单元的输出端连接的静触头吸合，当熔断器熔断时，采用控制单元控制该继电器通电或断电，使继电器的动触头与旁路单元的输出端连接的静触头吸合，从而使UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。熔断器熔断时，并采用所述控制单元控制告警单元发出告警信号。
具体，本发明的一种UPS直流母线熔断器状态检测方法，其整体的方法流程参见图1所示，包括以下步骤：
S1、采集逆变器输出电流和变压器副边输出电压，计算所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop；
S2、判断所述输出电压的瞬时值Uop是否小于预设的电压值U1，若是则执行步骤S3，否则执行步骤S7；
S3、判断所述输出电流的瞬时值Iop是否小于预设的电流值I1，若是则执行步骤S4，否则执行步骤S7；
S4、判断所述输出电流的瞬时值Iop小于预设的电流值I1的持续时间t是否大于设定的时间t1，若是则执行步骤S5，否则回到步骤S1；
S5、判定母线熔断器熔断；
S6、控制单元控制继电器切换为旁路单元输出，控制单元控制告警单元发出告警信号；
S7、结束。
实施例二
请参见图2所示，本发明的一种UPS直流母线熔断器状态检测装置，包括：
采样检测单元，用于采集与熔断器F1串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电流和输出电压，并计算所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop；
比较判断单元6，用于对输入的数据作比较并判断熔断器F1是否发生熔断；
所述采样检测单元的输入接至所述逆变单元的输出端，所述采样检测单元的输出接至比较判断单元6，以将计算得到的所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop输出给比较判断单元6。
本实施例中，本发明还包括控制单元7和电路切换机构，所述逆变单元的输出和UPS***的旁路单元3的输出通过电路切换机构连接负载设备，所述比较判断单元6连接控制单元7，控制单元7连接所述电路切换机构，以在熔断器F1熔断时，使UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元3输出。本发明还包括告警单元8，所述控制单元7连接该告警单元8，以在熔断器F1熔断时，控制告警单元8发出熔断器F1故障的告警信号。所述电路切换机构具体为继电器K1。
本实施例中，所述逆变单元包括串联连接的逆变器1和变压器T1，所述采样检测单元包括：
电流采样单元4，用于采集所述逆变器1的输出电流，并计算所述输出电流的瞬时值Iop；
电压采样单元5，用于采集所述变压器T1副边的输出电压，并计算所述输出电压的瞬时值Uop；
所述电流采样单元4和电压采样单元5的输出分别接至所述比较判断单元6。
所述比较判断单元6具体包括：
逻辑比较单元，用于对输入的数据与相应的预设值进行比较；
熔断判断单元，用于判断熔断器F1是否发生熔断；
所述采样检测单元的输出接至逻辑比较单元的输入，逻辑比较单元的输出接至熔断判断单元。
所述旁路单元3和UPS直流母线并联在市电和负载设备之间，UPS直流母线上还连接有整流单元2和滤波电容C1，所述变压器T1的副边连接有滤波电容C2。实际应用时，所述电流采样单元4连接逆变器1的输出端，电压采样单元5连接变压器T1的副边输出端。
经研究表明，UPS直流母线熔断器F1熔断最直接的现象就是逆变单元输出电压跌落，但是逆变单元输出电压跌落有多种情况，例如冲击性负载(碘钨灯等)突然加入，输出瞬间短路或者持续短路等都会导致逆变输出电压跌落。逆变输出接受冲击性负载导致逆变输出电压跌落是因为逆变器1限流的原因，UPS的控制***检测到逆变器1输出电流达到限流点，为了保护逆变器1，需要通过环路的调节和对驱动进行封锁，从而导致逆变输出电压拉低，此过程的电压跌落是一个周期性渐进的降低，同时伴随有大冲击电流的出现，达到逆变器1***的设计软件或者硬件限流点。输出短路导致逆变器1输出电压跌落也是因为逆变限流的原因，但是输出短路的直接表现就是低压大电流，逆变输出电压很快被拉低，同时逆变器1输出电流达到逆变器1***的设计软件或者硬件限流点，不同于冲击过程的逆变电压渐进的降低。直流母线熔断器F1熔断导致逆变器1输出电压跌落是因为逆变桥上没有直流电压，没有能量提供，导致逆变输出电压跌落，如果输出接的负载越大，逆变输出电压跌落得就越快，它的特点逆变输出电压是快速拉低，但是电流很小。
因此，本发明利用逆变单元输出电压和输出电流进行快检，能够在熔断器F1熔断瞬间快速检测到故障，将UPS***切换到旁路输出，保证***不掉电。并且，本发明不额外增加电路和隔离电源、不会占用主控芯片的IO资源；同时可利用现有的逆变输出电压检测和逆变输出电流检测模块进行逆变单元输出电压和输出电流快检，克服以往需要额外资源去检测熔断器F1两端电压的不足。
本发明的一种UPS直流母线熔断器状态检测装置，其工作过程如下：
电流采样单元4采集逆变器1的输出电流，并计算该输出电流的瞬时值Iop，电压采样单元5采集变压器T1副边的输出电压，并计算该输出电压的瞬时值Uop；
电流采样单元4和电压采样单元5分别将计算得到的输出电流的瞬时值Iop、输出电压的瞬时值Uop输出给逻辑比较单元，逻辑比较单元先将输出电压的瞬时值Uop与预设的电压值U1进行比较，若输出电压的瞬时值Uop小于U1，则进一步将输出电流的瞬时值Iop与预设的电流值I1进行比较，若输出电流的瞬时值Iop小于I1，则将比较结果发送给熔断判断单元，由熔断判断单元计算输出电流的瞬时值Iop小于预设的电流值I1的持续时间t，并将该持续时间t与预设的时间t1进行比较，若持续时间t大于t1，则判定母线熔断器F1熔断，并发送命令给控制单元7，使控制单元7控制继电器K1将UPS***由逆变单元输出切换为旁路单元3输出，并控制告警单元8发出熔断器F1故障的告警信号。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种UPS直流母线熔断器状态检测方法及装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种UPS直流母线熔断器状态检测方法，其特征在于：实时采集与熔断器串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电压和输出电流，并计算所述输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值；判断输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值是否小于各自对应的设定值，若输出电压的瞬时值和输出电流的瞬时值均小于各自对应的设定值，且输出电流的瞬时值小于设定值的持续时间大于设定时间，则判定所述熔断器熔断；所述逆变单元包括串联连接的逆变器和变压器，逆变器的输出电流构成所述输出电流，变压器副边的输出电压构成所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的UPS直流母线熔断器状态检测方法，其特征在于：判定所述熔断器熔断时，将UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。
3.根据权利要求1或2所述的UPS直流母线熔断器状态检测方法，其特征在于：判定所述熔断器熔断时，发出熔断器故障的告警信号。
4.根据权利要求2所述的UPS直流母线熔断器状态检测方法，其特征在于：所述逆变单元的输出和旁路单元的输出通过继电器连接负载设备，判定所述熔断器熔断时，通过控制该继电器通电或断电，使UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。
5.一种UPS直流母线熔断器状态检测装置，其特征在于：包括：
采样检测单元，用于采集与熔断器串联在UPS直流母线上的逆变单元的输出电流和输出电压，并计算所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop；
比较判断单元，用于对输入的数据作比较并判断熔断器是否发生熔断；
所述采样检测单元的输入接至所述逆变单元的输出端，所述采样检测单元的输出接至比较判断单元，以将计算得到的所述输出电流的瞬时值Iop和输出电压的瞬时值Uop输出给比较判断单元；
所述逆变单元包括串联连接的逆变器和变压器，所述采样检测单元包括：
电流采样单元，用于采集所述逆变器的输出电流，并计算所述输出电流的瞬时值Iop；
电压采样单元，用于采集所述变压器副边的输出电压，并计算所述输出电压的瞬时值Uop；
所述电流采样单元和电压采样单元的输出分别接至所述比较判断单元。
6.根据权利要求5所述的UPS直流母线熔断器状态检测装置，其特征在于：还包括控制单元和电路切换机构，所述逆变单元的输出和UPS***的旁路单元的输出通过电路切换机构连接负载设备，所述比较判断单元连接控制单元，控制单元连接电路切换机构，以在判定熔断器熔断时，使电路切换机构将UPS***由所述逆变单元输出切换为旁路单元输出。
7.根据权利要求6所述的UPS直流母线熔断器状态检测装置，其特征在于：还包括告警单元，所述控制单元连接该告警单元，以在熔断器熔断时，控制告警单元发出熔断器故障的告警信号；和/或，所述电路切换机构为继电器。
8.根据权利要求5所述的UPS直流母线熔断器状态检测装置，其特征在于：所述比较判断单元包括：
逻辑比较单元，用于对输入的数据与相应的设定值进行比较；
熔断判断单元，用于判断熔断器是否发生熔断；
所述采样检测单元的输出接至逻辑比较单元的输入，逻辑比较单元的输出接至熔断判断单元。
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