CN109378897A - 一种共用电池组的ups***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子电路技术领域，提供了一种共用电池组的UPS***及其控制方法，该UPS***包括电池组以及与电池组相连接的至少两台UPS主机，每台UPS主机的第一输入端均与电池组的正极相连接，每台UPS主机的第二输入端均与电池组的负极相连接；电池组输出的电流信号对每台UPS主机供电，并依序经过整流模块和逆变模块进行整流和逆变，控制模块用于根据并机模块反馈的同步信号控制每台UPS主机实现整流模块的同步和逆变模块的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。由此实现了多台UPS主机并机时可共用电池组，降低了***成本；同时，由于控制每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致，减少了并机故障，其控制方式简单易行、高效。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种共用电池组的UPS***及其控制方法。
背景技术
当前，各大电源厂商推出的单相输入输出并采用单电池组做后备放电功能的UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，不间断电源)，在并机时都无法实现共用电池组。因此，每台UPS主机必须单独配备一套电池组，在并机模式下，只有控制UPS输出电压及相位一致才不会出现并机故障，同时在用户端，客户需购买多套电池组，其经济性和使用便捷性上相对较差。
因此，现有的UPS***存在着当多台UPS主机并机时无法实现共用电池组，需要采用多套电池组对每台UPS主机单独进行供电，导致成本增加及控制复杂的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共用电池组的UPS***及其控制方法，旨在解决现有的UPS***存在着当多台UPS主机并机时无法实现共用电池组，需要采用多套电池组对每台UPS主机单独进行供电，导致成本增加及控制复杂的问题。
本发明第一方面提供了一种共用电池组的UPS***，所述UPS***包括电池组以及与所述电池组相连接的至少两台UPS主机，每台所述UPS主机的第一输入端均与所述电池组的正极相连接，每台所述UPS主机的第二输入端均与所述电池组的负极相连接；
其中，每台所述UPS主机均包括整流模块、逆变模块、控制模块以及并机模块；
所述控制模块分别与所述整流模块、所述逆变模块以及所述并机模块相连接，所述整流模块与所述逆变模块相连接；
所述电池组输出的电流信号对每台所述UPS主机供电，并依序经过所述整流模块和所述逆变模块进行整流和逆变，所述控制模块用于根据所述并机模块反馈的同步信号控制每台所述UPS主机实现所述整流模块的同步和所述逆变模块的同步，以使每台所述UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
本发明第二方面提供了基于上述的共用电池组的UPS***的控制方法，所述控制方法包括：
采用所述电池组输出电流信号对每台所述UPS主机供电；
采用所述整流模块对所述电流信号进行整流；
采用所述逆变模块对整流后的所述电流信号进行逆变；
采用所述并机模块采集每台所述UPS主机的工作状态及反馈同步信号；
采用所述控制模块根据所述同步信号控制每台所述UPS主机实现所述整流模块的同步和所述逆变模块的同步，以使每台所述UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
本发明提供的一种共用电池组的UPS***及其控制方法，该UPS***包括电池组以及与电池组相连接的至少两台UPS主机，每台UPS主机的第一输入端均与电池组的正极相连接，每台UPS主机的第二输入端均与电池组的负极相连接；并且每台UPS主机均包括整流模块、逆变模块、控制模块以及并机模块，电池组输出的电流信号对每台UPS主机供电，并依序经过整流模块和逆变模块进行整流和逆变，控制模块用于根据并机模块反馈的同步信号控制每台UPS主机实现整流模块的同步和逆变模块的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。由此实现了多台UPS主机并机时可共用电池组，降低了***成本；同时通过控制每台UPS主机实现整流模块的同步和逆变模块的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致，减少了并机故障，其控制方式简单易行、高效，解决了现有的UPS***存在着当多台UPS主机并机时无法实现共用电池组，需要采用多套电池组对每台UPS主机单独进行供电，导致成本增加及控制复杂的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***的模块结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***的示例电路图。
图3是本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***中各个节点的信号波形示意图。
图4示出了本发明另一实施例提供的一种基于共用电池组的UPS***的控制方法的步骤流程图。
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。
上述的一种共用电池组的UPS***及其控制方法，该UPS***包括电池组以及与电池组相连接的至少两台UPS主机，每台UPS主机的第一输入端均与电池组的正极相连接，每台UPS主机的第二输入端均与电池组的负极相连接；并且每台UPS主机均包括整流模块、逆变模块、控制模块以及并机模块，电池组输出的电流信号对每台UPS主机供电，并依序经过整流模块和逆变模块进行整流和逆变，控制模块用于控制每台UPS主机实现整流模块的同步和逆变模块的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
图1示出了本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
上述一种共用电池组的UPS***，包括电池组20以及与电池组20相连接的至少两台UPS主机(图1采用101…10n表示)，每台UPS主机的第一输入端均与电池组20的正极相连接，每台UPS主机的第二输入端均与电池组20的负极相连接。
其中，每台UPS主机(以第一UPS主机101为例进行说明)均包括整流模块1011、逆变模块1013、控制模块1012以及并机模块1014；
控制模块1012分别与整流模块1011、逆变模块1013以及并机模块1014相连接，整流模块1011与逆变模块1013相连接；
电池组20输出的电流信号对每台UPS主机供电，并依序经过整流模块1011和逆变模块1013进行整流和逆变，控制模块1012用于根据并机模块1014反馈的同步信号控制每台UPS主机实现整流模块1011的同步和逆变模块1013的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
作为本发明一实施例，由于每台UPS主机的第一输入端均与电池组20的正极相连接，每台UPS主机的第二输入端均与电池组20的负极相连接，使得多台UPS主机进行并机时可共用电池组20，因此节省了***成本，实现了UPS主机在并机模式下共用电池组的效果，提升UPS***的经济性和使用便捷性，增强市场竞争力。
作为本发明一实施例，由于每台UPS主机都通过并机模块1014一一并联，并机模块1014用于反馈同步信号，因此，可以保证每台UPS处于同步工作。上述控制模块1012还用于控制整流模块1011对整流过程中超出限额的电流值进行限流。一方面，控制模块1012根据并机模块1014反馈的同步信号控制每台UPS主机实现同步整流和同步逆变，既保证了并机的UPS主机中的整流模块和逆变模块均同步工作，又防止出现电池组20短路故障；另一方面，控制模块1012控制整流模块1011对整流过程中超出预设阈值的电流值进行限流，确保了即使出现电池组20短路故障，整流模块也能即使进行电流信号封锁，以免对整流模块造成严重损坏。
图2示出了本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
图2为两台UPS主机进行并机的实施例，则上述一种共用电池组的UPS***包括第一UPS主机(图2采用UPS#1表示)101和第二UPS主机(图2采用UPS#2表示)102。
作为本发明一实施例，上述整流模块101包括第二霍尔式电流传感器H2、第三霍尔式电流传感器H3、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1以及第二二极管D2。
第二霍尔式电流传感器H2的第一端经过第一电感L1接电池组20的正极，第二霍尔式电流传感器H2的第二端与第一二极管D1的阳极以及第一开关管Q1的输入端共接，第一二极管D1的阴极接第一电容C1的第一端，第一开关管Q1的输出端接第二开关管Q2的输入端，第一电容C1的第二端接第二电容C2的第一端，第三霍尔式电流传感器H3的第一端经过第二电感L2接电池组20的负极，第三霍尔式电流传感器H3的第二端与第二开关管Q2的输出端以及第二二极管D2的阴极共接，第二二极管D2的阳极接第二电容C2的第二端。
作为本发明一实施例，上述逆变模块1013包括第一霍尔式电流传感器H1、第三电感L3、第七电容C7、第三开关管Q21、第四开关管Q22、第五开关管Q23以及第六开关管Q24。
第三开关管Q21的输入端接整流模块1011，第三开关管Q21的输出端、第五开关管Q23的输入端、第六开关管Q24的输入端以及第一霍尔式电流传感器H1的第一端共接，第四开关管Q22的输入端接整流模块1011，第四开关管Q22的输出端接第五开关管Q23的输出端，第六开关管Q24的输出端接整流模块1011，第一霍尔式电流传感器H1的第二端接第三电感L3的第一端，第三电感L3的第二端接第七电容C7的第一端，第七电容C7的第二端接地。
作为本发明一实施例，每台UPS主机的并机模块一一并联连接，并机模块1014包括并机板。由于每台UPS主机的并机模块一一并联，使得每台UPS主机之间可传递同步信号，以达到同步工作的效果。
作为本发明一实施例，上述控制模块1012包括数字信号处理控制板(图2采用DSP控制板表示)。数字信号处理控制板通过同步信号线和限流信号线接整流模块1011，数字信号处理控制板还通过同步信号线分别与逆变模块1013以及并机模块1014相连接。
作为本发明一实施例，每台UPS主机都还包括第一晶闸管S1、第二晶闸管S2、第三晶闸管S3、第一电感L1以及第二电感L2。
第一晶闸管S1的阳极与第二晶闸管S2的阴极接输入火线，第三晶闸管S3的阳极接电池组20的正极，第一晶闸管S1的阴极与第三晶闸管S3的阴极以及第一电感L1的第一端共接，第一电感L1的第二端接整流模块1011，第二晶闸管S2的阳极与第二电感L2的第一端接电池组20的负极，第二电感L2的第二端接整流模块1011。在每台UPS主机中设置晶闸管和电感，起到了对电池组输出的电信号进行整流和滤波，从而得到更为稳定及干扰更小的电信号对UPS主机供电的效果。
作为本发明一实施例，每台UPS主机都还包括熔断器F1和通断开关RLY1。
熔断器F1的第一端接逆变模块1013，熔断器F1的第二端接通断开关RLY1的第一端，通断开关RLY1的第二端接输出火线。在每台UPS主机中设置了熔断器F1和通断开关RLY1，起到对每台UPS主机的过流保护作用和过压保护作用，避免了电流过大或者电压过大导致损坏UPS主机的情况出现。
图3示出了本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***中各个节点的信号波形，以下结合图1和图2对上述一种共用电池组的UPS***进行同步控制及限流驱动的工作原理进行描述如下：
在并机模式下共用电池组时，同步信号会参与控制所有处于并机模式下整流模块1011中第一开关管Q1和第二开关管Q2的驱动，例如在输出电压处于正半周时，保证UPS#1中第一开关管Q1和UPS#2中第一开关管Q1的驱动同时处于发PWM波的状态，此时UPS#1中第二开关管Q2和UPS#2中第二开关管Q2的驱动同时处于发高电平的状态；在输出电压从正半周转到负半周时，保证UPS#1中第一开关管Q1和UPS#2中第一开关管Q1的驱动同时切换到发高电平的状态，此时UPS#1中第二开关管Q2和UPS#2中第二开关管Q2的驱动同时从发高电平的状态切换到发PWM的状态。同步信号在每一个输出电压的市电周期的电压过零点出现一次，各台处于并机状态的UPS主机同时接收到这个信号后，都以接收到该信号的时刻作为一个市电周期的起点，各台UPS主机以此信号来控制接下来一个市电周期的整流IGBT的驱动。
关于电流限流值设置一高一低的原因为：在输出电压处于正半周时，各UPS主机中的整流模块的第一开关管Q1电流限流值比第二开关管Q2低一些，避免第一开关管Q1和第二开关管Q2同时关断，造成母线电压供给不上而出现整流故障；同样地，在输出电压处于负半周时，各UPS主机中的整流模块的第二开关管Q2电流限流值比第一开关管Q1低一些，也是一样的道理。之所以要将常高的开关管也做电流限流，是为了保证某些因同步信号异常(例如并机线断开或被人为拔掉)工况下，出现电池短路，保证DSP控制板获取到电流超限额了，这样能及时关闭常高开关管的驱动，避免开关管因过流而烧坏。
另外，在输出电压处于过零点位置时，每台UPS主机的整流模块的第一开关管Q1和整流模块的第二开关管Q2都要同时发2个相同宽度的PWM波，以避免整流模块的第一开关管Q1和整流模块的第二开关管Q2的驱动在换向时跟其他处于并机模式的稍晚一点换向的UPS主机的整流模块的开关管的驱动出现同时导通，造成整流模块的开关管电流突然升高，如若同时导通的时间太久，则会造成整流器故障。
图4示出了本发明另一实施例提供的一种基于共用电池组的UPS***的控制方法的步骤流程，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
本发明还提供了基于上述的共用电池组的UPS***的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
S101.采用所述电池组输出电流信号对每台所述UPS主机供电；
S102.采用所述整流模块对所述电流信号进行整流；
S103.采用所述逆变模块对整流后的所述电流信号进行逆变；
S104.采用所述并机模块采集每台所述UPS主机的工作状态及反馈同步信号；
S105.采用所述控制模块根据所述同步信号控制每台所述UPS主机实现所述整流模块的同步和所述逆变模块的同步，以使每台所述UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
综上，本发明实施例提供的一种共用电池组的UPS***及其控制方法，该UPS***包括电池组以及与电池组相连接的至少两台UPS主机，每台UPS主机的第一输入端均与电池组的正极相连接，每台UPS主机的第二输入端均与电池组的负极相连接；并且每台UPS主机均包括整流模块、逆变模块、控制模块以及并机模块，电池组输出的电流信号对每台UPS主机供电，并依序经过整流模块和逆变模块进行整流和逆变，控制模块用于根据并机模块反馈的同步信号控制每台UPS主机实现整流模块的同步和逆变模块的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。由此实现了多台UPS主机并机时可共用电池组，降低了***成本；同时通过控制每台UPS主机实现整流模块的同步和逆变模块的同步，以使每台UPS主机输出的电压、频率相位一致，减少了并机故障，其控制方式简单易行、高效，解决了现有的UPS***存在着当多台UPS主机并机时无法实现共用电池组，需要采用多套电池组对每台UPS主机单独进行供电，导致成本增加及控制复杂的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种共用电池组的UPS***，其特征在于，所述UPS***包括电池组以及与所述电池组相连接的至少两台UPS主机，每台所述UPS主机的第一输入端均与所述电池组的正极相连接，每台所述UPS主机的第二输入端均与所述电池组的负极相连接；
其中，每台所述UPS主机均包括整流模块、逆变模块、控制模块以及并机模块；
所述控制模块分别与所述整流模块、所述逆变模块以及所述并机模块相连接，所述整流模块与所述逆变模块相连接；
所述电池组输出的电流信号对每台所述UPS主机供电，并依序经过所述整流模块和所述逆变模块进行整流和逆变，所述控制模块用于根据所述并机模块反馈的同步信号控制每台所述UPS主机实现所述整流模块的同步和所述逆变模块的同步，以使每台所述UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
2.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，所述控制模块还用于控制所述整流模块对整流过程中超出限额的电流值进行限流。
3.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，所述整流模块包括：
第二霍尔式电流传感器、第三霍尔式电流传感器、第一开关管、第二开关管、第一电容、第二电容、第一二极管以及第二二极管；
所述第二霍尔式电流传感器的第一端接所述电池组的正极，所述第二霍尔式电流传感器的第二端与所述第一二极管的阳极以及所述第一开关管的输入端共接，所述第一二极管的阴极接所述第一电容的第一端，所述第一开关管的输出端接所述第二开关管的输入端，所述第一电容的第二端接所述第二电容的第一端，所述第三霍尔式电流传感器的第一端接所述电池组的负极，所述第三霍尔式电流传感器的第二端与所述第二开关管的输出端以及所述第二二极管的阴极共接，所述第二二极管的阳极接所述第二电容的第二端。
4.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，所述逆变模块包括：
第一霍尔式电流传感器、第三电感、第七电容、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管；
所述第三开关管的输入端接所述整流模块，所述第三开关管的输出端、所述第五开关管的输入端、所述第六开关管的输入端以及所述第一霍尔式电流传感器的第一端共接，所述第四开关管的输入端接所述整流模块，所述第四开关管的输出端接所述第五开关管的输出端，所述第六开关管的输出端接所述整流模块，所述第一霍尔式电流传感器的第二端接所述第三电感的第一端，所述第三电感的第二端接所述第七电容的第一端，所述第七电容的第二端接地。
5.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，每台所述UPS主机的所述并机模块一一并联连接，所述并机模块包括并机板。
6.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，所述控制模块包括数字信号处理控制板，
所述数字信号处理控制板通过同步信号线和限流信号线接所述整流模块，所述数字信号处理控制板还通过同步信号线分别与所述逆变模块以及所述并机模块相连接。
7.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，每台所述UPS主机都还包括：
第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第一电感以及第二电感；
所述第一晶闸管的阳极与所述第二晶闸管的阴极接输入火线，所述第三晶闸管的阳极接所述电池组的正极，所述第一晶闸管的阴极与所述第三晶闸管的阴极以及所述第一电感的第一端共接，所述第一电感的第二端接所述整流模块，所述第二晶闸管的阳极与所述第二电感的第一端接所述电池组的负极，所述第二电感的第二端接所述整流模块。
8.如权利要求1所述的UPS***，其特征在于，每台所述UPS主机都还包括：
熔断器和通断开关；
所述熔断器的第一端接所述逆变模块，所述熔断器的第二端接所述通断开关的第一端，所述通断开关的第二端接输出火线。
9.一种基于如权利要求1所述的共用电池组的UPS***的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
采用所述电池组输出电流信号对每台所述UPS主机供电；
采用所述整流模块对所述电流信号进行整流；
采用所述逆变模块对整流后的所述电流信号进行逆变；
采用所述并机模块采集每台所述UPS主机的工作状态及反馈同步信号；
采用所述控制模块根据所述同步信号控制每台所述UPS主机实现所述整流模块的同步和所述逆变模块的同步，以使每台所述UPS主机输出的电压、频率以及相位一致。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190222 |