CN109450074A - 一种ups并机分段电源节能配置*** - Google Patents

一种ups并机分段电源节能配置*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UPS并机分段电源节能配置***，涉及电力电源配置技术领域。包括UPS配置***、电流监测***和切换控制***，UPS配置***采用并机分段配置，通过电流监测***时刻检测UPS负载率，切换控制***根据负载率大小，实现两台UPS负载的灵活调配，从而使每台UPS的输出效率最大化，另一方面两台UPS互为冗余备用，通过转换开关可切换任一台为主机UPS，使两台UPS及电池得以均衡运行，提高了UPS的运行效率和电池的寿命。所以，本发明的***，可以根据UPS负载量调整UPS或UPS功能模块的投入和退出。在轻载时停止部分UPS主机或UPS功能模块运行，在重载时投入部分UPS主机或UPS功能模块运行。

Description

一种UPS并机分段电源节能配置***
技术领域
本发明涉及电力电源配置技术领域，尤其涉及一种UPS并机分段电源节能配置***。
背景技术
UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)，即不间断电源，其作用是，在市电交流输入正常时，UPS把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，给负载供电。UPS给负载供电的过程中，负载并不是长期处于满载状况，而是根据实际需要处于变动的状况。UPS的输出效率与所带负载容量是非线性关系，关系曲线可参见附图1，从图中可以看出，UPS带载率小于30％时效率急剧下降。UPS严禁长时间超载运行。
目前，为保障负载得到持续可靠的供电，UPS均采用冗余配置，2台UPS和负载的冗余配置连接***主要有以下几种：(可参考DL/T1074-2007电力用直流和交流一体化不间断电源设备)
1、串联备用冗余UPS配置：(配置图见附图2)
串联备用冗余UPS配置，是一台UPS作为供电主用机给负载供电，另外一台UPS作为备用机，备用机UPS的输出作为主机UPS的旁路输入。正常情况下，主用机带负载运行，备用机处于等待工作状态，带载为零。当主用机UPS故障时，快速切换至备用机UPS带负载运行。
串联备用冗余UPS配置主要存在以下的缺点：
备用UPS机长期处于待机状态，备用机电池因而也长期处于浮充电状态，严重影响电池寿命。
当负载大于主用机UPS的输出容量时，UPS会发出报警信号，虽然备用机待机运行带载率为零，用户也必须切除超额负载后方可正常运行。
2、一用一备并联备用冗余UPS配置：(配置图见附图3)
一用一备并联备用冗余UPS配置，是两台UPS的输出分别作为双电源开关的两路电源输入，再通过双电源开关的输出给负载供电，输出给双电源主电源回路的UPS为主用机，输出给双电源备用回路的UPS为备用机。正常情况下，主用机通过双电源开关带负载运行，备用机处于等待工作状态，带载为零。当主用机UPS故障时，通过双电源开关切换至备用机UPS带负载运行。
一用一备并联备用冗余UPS配置主要存在以下的缺点：
备用UPS机长期处于待机状态，备用机电池因而也长期处于浮充电状态，严重影响电池寿命。
当负载大于主用机UPS的输出容量时，UPS会发出报警信号，虽然备用机待机运行带载率为零，用户也必须切除超额负载后方可正常运行。
3、两台各带一段互为备用冗余UPS配置：(配置图见附图4)
两台各带一段互为备用冗余UPS配置，是将负载分成两部分，分别由两段母线给负载提供电源。两台UPS中的每一台UPS的输出均分别作为1台双电源开关的主电源输入和另一台双电源的备用电源输入。两台双电源开关各带一段母线给本段负载供电。正常情况下，每台UPS均通过本段双电源开关给本段负载供电，当有一台UPS发生故障时，故障UPS端的双电源开关快速切换至另一台UPS的输出上，另一台UPS即通过两台双电源开关带动两段负载运行。
两台各带一段互为备用冗余UPS配置主要存在以下的缺点：
两段负载总计不大于单台UPS输出容量时，当每段负载小于单台UPS输出容量的50％以及更低，仍然是两台UPS各带一段运行，UPS的效率就几乎下降至60％及以下。
4、1+1并联冗余UPS配置：(配置图见附图5)
1+1并联冗余UPS配置是两台UPS通过并机功能同时给负载供电，每台UPS均承担50％负载量。正常情况下，两台UPS同时给负载供电，当有一台UPS发生故障时，另外一台UPS给全部负载供电。
1+1并联冗余UPS配置主要存在以下的缺点：
当负载量小于单台UPS输出容量的50％以及更低时，仍然是两台UPS均承担一半负载量同时运行，UPS的效率就几乎下降至60％及以下。。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UPS并机分段电源节能配置***，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种UPS并机分段电源节能配置***，包括UPS配置***、电流监测***和切换控制***，所述UPS配置***采用并机分段配置，每台UPS连接负载中的一段，在每条UPS与对应分段负载的连接线路中均设置有馈线接触器和三相的电流检测装置，所有的连接线路通过联络接触器连接，
用于相同相的电流检测装置与一个比较器构成该相的电流比较求和电路，三相的电流比较电路构成或门后与继电器形成所述电流监测***；
馈线接触器常闭点与继电器的辅助常闭点并联，继电器的辅助常开点与联络接触器常闭点并联后与切换开关连接形成切换控制***。
优选地，所述UPS配置***包括两台并联的UPS，分别为UPS1和UPS2，其中，UPS1的输出接至接触器CJ1的输入端，接触器CJ1的输出端接至一段汇流端子或汇流排连接至一段负载AC1，接触器CJ1的输出端A,B,C相分别安装有电流检测装置HG1、HG3、HG5，UPS2的输出接至接触器CJ2的输入端，接触器CJ2的输出端接至二段汇流端子或汇流排连接至二段负载AC2，接触器CJ2的输出端A,B,C相分别安装有电流检测装置HG2、HG4、HG6，一段汇流端子或汇流排与二段汇流端子或汇流排通过接触器CJ3连接。
优选地，所述电流检测装置HG1-HG6，由精密电流互感器和分压端子组成，分别用于实时检测UPS1、UPS2所带负载的电流大小.
优选地，所述电流检测装置HG1与HG2，HG3与HG4，HG5与HG6分别组成UPS1所带一段负载电流和UPS2所带二段负载电流的A相、B相、C相采样电路，A相、B相、C相采样电路分别与IC1、IC2、IC3及***元件组成电流求和比较电路，三个电流求和比较电路通过IC4构成或门后，与继电器J1形成电流监测***。
优选地，当HG1与HG2采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC1输出低电平，表示一二段总负载A相不大于90％；当HG3与HG4采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC2输出低电平，表示一二段总负载B相不大于90％；当HG5与HG6采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC3输出低电平，表示一二段总负载C相不大于90％；在IC1、IC2、IC3同为低电平时，表示总负载不大于单台UPS输出容量90％，IC4输出为低电平，继电器J1线圈失电释放；当HG1与HG2采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC1输出高电平，表示一二段总负载A相大于95％；当HG3与HG4采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC2输出高电平，表示一二段总负载B相大于95％；当HG5与HG6采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC3输出高电平，表示一二段总负载C相大于95％；在IC1、IC2、IC3有一个为高电平时，表示总负载大于单台UPS输出容量95％，IC4输出为高电平，继电器J1线圈得电吸合。
优选地，当负载电流小于单台UPS输出容量90％时，电流监测***中的继电器J1线圈失电释放，继电器J1辅助常开点J1-2接点闭合，接触器CJ3线圈得电，CJ3接触器闭合，CJ3辅助常闭点CJ3-1断开，接触器CJ2线圈失电，CJ2接触器断开，CJ3接触器闭合后，CJ3主触头将一段负载AC1和二段负载AC2连接起来；CJ2接触器断开，断开了UPS2的电源输出回路，则一段负载AC1及二段负载AC2均由UPS1供电；当负载电流大于单台UPS输出容量95％时，电流监测***中的继电器J1线圈得电闭合，J1辅助常闭点J1-1接点断开，接触器CJ3线圈失电，CJ3接触器断开，CJ3辅助常闭点CJ3-1闭合，接触器CJ2线圈得电，CJ2接触器闭合，CJ3接触器断开后，CJ3主触头将一段负载AC1和二段负载AC2断开，CJ2接触器闭合后，CJ2给二段负载AC2供电，接触器CJ1给一段负载AC1供电。
本发明的有益效果是：本发明提供的UPS并机分段电源节能配置***，包括UPS配置***、电流监测***和切换控制***，UPS配置***采用并机分段配置，通过电流监测***时刻检测UPS负载率，并通过切换控制***根据负载率大小，实现两台UPS负载的灵活调配，从而使每台UPS的输出效率最大化，另一方面两台UPS互为冗余备用，通过转换开关可切换任一台为主机UPS，使两台UPS及电池得以均衡运行，提高了UPS的运行效率和电池的寿命。所以，采用本发明提供的***，可以根据UPS负载量调整UPS或UPS功能模块的投入和退出。在轻载时停止部分UPS主机或UPS功能模块运行，在重载时投入部分UPS主机或UPS功能模块运行，从而达到UPS节能及提高UPS效率目的。
附图说明
图1是UPS效率与负载曲线示意图；
图2是串联备用冗余UPS配置结构示意图；
图3是一用一备并联备用冗余UPS配置结构示意图；
图4是两台各带一段互为备用冗余UPS配置结构示意图；
图5是1+1并联冗余UPS配置结构示意图；
图6是本发明提供的UPS配置***结构示意图；
图7是本发明提供的电流监测***结构示意图；
图8是本发明提供的切换控制***结构示意图。
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，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方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的主要目的是通过负载分段设置，智能IC检测负载变化，根据实际负载率调整UPS的配置，从而解决目前UPS配置中冗余UPS长期待机导致电池寿命缩短及负载量过大而冗余UPS闲置、负载量过小而两台UPS同时低效率运行的问题。
如图6-8所示，本发明实施例提供了一种UPS并机分段电源节能配置***，包括UPS配置***、电流监测***和切换控制***，所述UPS配置***采用并机分段配置，每台UPS连接负载中的一段，在每条UPS与对应分段负载的连接线路中均设置有馈线接触器和三相的电流检测装置，所有的连接线路通过联络接触器连接，
用于相同相的电流检测装置与一个比较器构成该相的电流比较求和电路，三相的电流比较电路构成或门后与继电器形成所述电流监测***；
馈线接触器常闭点与继电器的辅助常闭点并联，继电器的辅助常开点与联络接触器常闭点并联后与切换开关连接形成切换控制***。
在本发明的一个优选实施例中，所述UPS配置***包括两台并联的UPS，分别为UPS1和UPS2，其中，UPS1的输出接至接触器CJ1的输入端，接触器CJ1的输出端接至一段汇流端子或汇流排连接至一段负载AC1，接触器CJ1的输出端A,B,C相分别安装有电流检测装置HG1、HG3、HG5，UPS2的输出接至接触器CJ2的输入端，接触器CJ2的输出端接至二段汇流端子或汇流排连接至二段负载AC2，接触器CJ2的输出端A,B,C相分别安装有电流检测装置HG2、HG4、HG6，一段汇流端子或汇流排与二段汇流端子或汇流排通过接触器CJ3连接。
所述电流检测装置HG1-HG6，由精密电流互感器和分压端子组成，分别用于实时检测UPS1、UPS2所带负载的电流大小.
所述电流检测装置HG1与HG2，HG3与HG4，HG5与HG6分别组成UPS1所带一段负载电流和UPS2所带二段负载电流的A相、B相、C相采样电路，A相、B相、C相采样电路分别与IC1、IC2、IC3及***元件组成电流求和比较电路，三个电流求和比较电路通过IC4构成或门后，与继电器J1形成电流监测***。
当HG1与HG2采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC1输出低电平，表示一二段总负载A相不大于90％；当HG3与HG4采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC2输出低电平，表示一二段总负载B相不大于90％；当HG5与HG6采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC3输出低电平，表示一二段总负载C相不大于90％。在IC1、IC2、IC3同为低电平时，表示总负载不大于单台UPS输出容量90％，IC4输出为低电平，继电器J1线圈失电释放；当HG1与HG2采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC1输出高电平，表示一二段总负载A相大于95％；当HG3与HG4采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC2输出高电平，表示一二段总负载B相大于95％；当HG5与HG6采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC3输出高电平，表示一二段总负载C相大于95％；在IC1、IC2、IC3有一个为高电平时，表示总负载大于单台UPS输出容量95％，IC4输出为高电平，继电器J1线圈得电吸合。
当负载电流小于单台UPS输出容量90％时，电流监测***中的继电器J1线圈失电释放，继电器J1辅助常开点J1-2接点闭合，接触器CJ3线圈得电，CJ3接触器闭合，CJ3辅助常闭点CJ3-1断开，接触器CJ2线圈失电，CJ2接触器断开，CJ3接触器闭合后，CJ3主触头将一段负载AC1和二段负载AC2连接起来；CJ2接触器断开，断开了UPS2的电源输出回路，则一段负载AC1及二段负载AC2均由UPS1供电；当负载电流大于单台UPS输出容量95％时，电流监测***中的继电器J1线圈得电闭合，J1辅助常闭点J1-1接点断开，接触器CJ3线圈失电，CJ3接触器断开，CJ3辅助常闭点CJ3-1闭合，接触器CJ2线圈得电，CJ2接触器闭合，CJ3接触器断开后，CJ3主触头将一段负载AC1和二段负载AC2断开，CJ2接触器闭合后，CJ2给二段负载AC2供电，接触器CJ1给一段负载AC1供电。
上述***在使用过程中，当负载电流小于单台UPS输出容量90％时，可以一段负载AC1及二段负载AC2均由UPS1提供供电，从而有效解决了负载量过小，仍然两台UPS同时低效运行的问题。而且，由于接触器CJ3闭合后才断开接触器CJ2，从而保障了负载的不间断供电。
另外，当负载电流大于单台UPS输出容量95％时，接触器CJ2给二段负载AC2供电，接触器CJ1给一段负载AC1供电。从而解决了负载量过大而冗余UPS闲置的问题。平时UPS1作为主机运行，UPS2作为冗余备用，可通过转换开关切换为UPS1作为冗余备用，UPS2作为主机运行，这样可有效解决冗余备用机长期待机电池寿命缩短的问题。
所以，本发明中，通过电流监测***时刻检测UPS负载率，并通过切换控制***根据负载率大小，实现两台UPS负载的灵活调配，从而使每台UPS的输出效率最大化，另一方面两台UPS互为冗余备用，通过转换开关可切换任一台为主机UPS，使两台UPS及电池得以均衡运行，提高了UPS的运行效率和电池的寿命。
本发明提供的***，相比于现有技术中串联备用冗余UPS配置、一用一备并联备用冗余UPS配置，UPS具有主备机切换、延长备机电池寿命、过载时两台UPS机分段运行等显著的优越性，解决了串联备用冗余UPS配置、一用一备并联备用冗余UPS配置中备用UPS长期待机电池寿命缩短、UPS过载时需减载的问题；相比于现有技术中两台各带一段互为备用冗余UPS配置、1+1并联冗余UPS配置，UPS具有负载调配灵活、UPS运行效率高的明显优点。本发明中，UPS在过载时分段运行，轻载时单机运行，解决了两台各带一段互为备用冗余UPS配置、1+1并联冗余UPS配置中轻载时仍然两台UPS机低效率运行的问题。
具体实施例
某电力工程三相进出线，负载功率总计128KW,电源故障后电池容量满足满载运行30min，采用本发明提供的***进行UPS配置，首先和用户根据现场的负载状况将负载总功率128KW分成两段供电，每段负载各64KW。UPS采用两台配置，每台UPS容量需满足总负载功率128KW要求，故UPS采用两台CPS-200型。每台UPS馈出线接触器及联络接触器按满载配置，接触器采用CJX1-400A交流接触器。
其中，UPS配置图可参见图6所示。电流监测***结构可参见图7所示，切换控制***的结构可参见图8所示。
通过切换控制***中接触器CJ1、CJ2、CJ3的释放和吸合控制两台UPS的负载率。从而在轻载时停止部分UPS主机或UPS功能模块运行，在重载时投入部分UPS主机或UPS功能模块运行，从而达到UPS节能及提高UPS效率目的。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的UPS并机分段电源节能配置***，包括UPS配置***、电流监测***和切换控制***，UPS配置***采用并机分段配置，通过电流监测***时刻检测UPS负载率，并通过切换控制***根据负载率大小，实现两台UPS负载的灵活调配，从而使每台UPS的输出效率最大化，另一方面两台UPS互为冗余备用，通过转换开关可切换任一台为主机UPS，使两台UPS及电池得以均衡运行，提高了UPS的运行效率和电池的寿命。所以，采用本发明提供的***，可以根据UPS负载量调整UPS或UPS功能模块的投入和退出。在轻载时停止部分UPS主机或UPS功能模块运行，在重载时投入部分UPS主机或UPS功能模块运行，从而达到UPS节能及提高UPS效率目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种UPS并机分段电源节能配置***，其特征在于，包括UPS配置***、电流监测***和切换控制***，所述UPS配置***采用并机分段配置，每台UPS连接负载中的一段，在每条UPS与对应分段负载的连接线路中均设置有馈线接触器和三相的电流检测装置，所有的连接线路通过联络接触器连接，
用于相同相的电流检测装置与一个比较器构成该相的电流比较求和电路，三相的电流比较电路构成或门后与继电器形成所述电流监测***；
馈线接触器常闭点与继电器的辅助常闭点并联，继电器的辅助常开点与联络接触器常闭点并联后与切换开关连接形成切换控制***。
2.根据权利要求1所述的UPS并机分段电源节能配置***，其特征在于，所述UPS配置***包括两台并联的UPS，分别为UPS1和UPS2，其中，UPS1的输出接至接触器CJ1的输入端，接触器CJ1的输出端接至一段汇流端子或汇流排连接至一段负载AC1，接触器CJ1的输出端A,B,C相分别安装有电流检测装置HG1、HG3、HG5，UPS2的输出接至接触器CJ2的输入端，接触器CJ2的输出端接至二段汇流端子或汇流排连接至二段负载AC2，接触器CJ2的输出端A,B,C相分别安装有电流检测装置HG2、HG4、HG6，一段汇流端子或汇流排与二段汇流端子或汇流排通过接触器CJ3连接。
3.根据权利要求2所述的UPS并机分段电源节能配置***，其特征在于，所述电流检测装置HG1-HG6，由精密电流互感器和分压端子组成，分别用于实时检测UPS1、UPS2所带负载的电流大小。
4.根据权利要求2所述的UPS并机分段电源节能配置***，其特征在于，所述电流检测装置HG1与HG2，HG3与HG4，HG5与HG6分别组成UPS1所带一段负载电流和UPS2所带二段负载电流的A相、B相、C相采样电路，A相、B相、C相采样电路分别与IC1、IC2、IC3及***元件组成电流求和比较电路，三个电流求和比较电路通过IC4构成或门后，与继电器J1形成电流监测***。
5.根据权利要求4所述的UPS并机分段电源节能配置***，其特征在于，当HG1与HG2采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC1输出低电平，表示一二段总负载A相不大于90％；当HG3与HG4采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC2输出低电平，表示一二段总负载B 相不大于90％；当HG5与HG6采样电流相加，电流值小于单台UPS额定输出电流的90％时，IC3输出低电平，表示一二段总负载C相不大于90％；在IC1、IC2、IC3同为低电平时，表示总负载不大于单台UPS输出容量90％，IC4输出为低电平，继电器J1线圈失电释放；当HG1与HG2采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC1输出高电平，表示一二段总负载A相大于95％；当HG3与HG4采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC2输出高电平，表示一二段总负载B相大于95％；当HG5与HG6采样电流相加，电流值相加大于UPS额定输出电流的95％时，IC3输出高电平，表示一二段总负载C相大于95％；在IC1、IC2、IC3有一个为高电平时，表示总负载大于单台UPS输出容量95％，IC4输出为高电平，继电器J1线圈得电吸合。
6.根据权利要求5所述的UPS并机分段电源节能配置***，其特征在于，当负载电流小于单台UPS输出容量90％时，电流监测***中的继电器J1线圈失电释放，继电器J1辅助常开点J1-2接点闭合，接触器CJ3线圈得电，CJ3接触器闭合，CJ3辅助常闭点CJ3-1断开，接触器CJ2线圈失电，CJ2接触器断开，CJ3接触器闭合后，CJ3主触头将一段负载AC1和二段负载AC2连接起来；CJ2接触器断开，断开了UPS2的电源输出回路，则一段负载AC1及二段负载AC2均由UPS1供电；当负载电流大于单台UPS输出容量95％时，电流监测***中的继电器J1线圈得电闭合，J1辅助常闭点J1-1接点断开，接触器CJ3线圈失电，CJ3接触器断开，CJ3辅助常闭点CJ3-1闭合，接触器CJ2线圈得电，CJ2接触器闭合，CJ3接触器断开后，CJ3主触头将一段负载AC1和二段负载AC2断开，CJ2接触器闭合后，CJ2给二段负载AC2供电，接触器CJ1给一段负载AC1供电。
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