[發明專利]一種分布式多子系統組成的N+M冗余UPS系統

在審

• 申請號: 201610084025.3
• 申請日: 2016-02-15
• 公開（公告）號: CN107086613A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 周錫衛
• 申請（專利權）人: 周錫衛
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J9/04;H02J13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種分布式多子系統組成的N+M冗余UPS系統，包括：單元A子系統控制器(1A)、單元A子系統蓄電池集中監控器(2A)、單元A子系統充放電控制模塊(3A)、單元A子系統顯示及操控面板(4A)、單元A子系統整流電路模塊(5A)、單元A子系統逆變電路模塊(6A)、單元A子系統蓄電池組串(7A)、單元A子系統旁路A開關模塊(8A)、單元A子系統遠程通信接口(13A)、A多單元子系統源極并接端子(14A1)、A多單元子系統末極并接端子(14A2)、單元A子系統監控總線(16A)、單元A子系統蓄電池監控總線(17A)、單元B子系統控制器(1B)、單元B子系統蓄電池集中監控器(2B)、單元B子系統充放電控制模塊(3B)、單元B子系統顯示及操控面板(4B)、單元B子系統整流電路模塊(5B)、單元B子系統逆變電路模塊(6B)、單元B子系統蓄電池組串(7B)、單元B子系統旁路B開關模塊(8B)、單元B子系統遠程通信接口(13B)、B多單元子系統源極并接端子(14B1)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)、單元B子系統監控總線(16B)、單元B子系統蓄電池監控總線(17B)、多電源輸入控制開關模塊(9)、用戶負載(10)、主輸入電源(11)、副輸入電源(12)、多系統通信連接線(15)；

由單元A子系統控制器(1A)、單元A子系統蓄電池集中監控器(2A)、單元A子系統充放電控制模塊(3A)、單元A子系統顯示及操控面板(4A)、單元A子系統整流電路模塊(5A)、單元A子系統逆變電路模塊(6A)、單元A子系統蓄電池組串(7A)、單元A子系統旁路A開關模塊(8A)、單元A子系統遠程通信接口(13A)、A多單元子系統源極并接端子(14A1)、A多單元子系統末極并接端子(14A2)、單元A子系統監控總線(16A)、單元A子系統蓄電池監控總線(17A)組成獨立運行的不間斷電源單元A子系統；

由單元B子系統控制器(1B)、單元B子系統蓄電池集中監控器(2B)、單 元B子系統充放電控制模塊(3B)、單元B子系統顯示及操控面板(4B)、單元B子系統整流電路模塊(5B)、單元B子系統逆變電路模塊(6B)、單元B子系統蓄電池組串(7B)、單元B子系統旁路B開關模塊(8B)、單元B子系統遠程通信接口(13B)、B多單元子系統源極并接端子(14B1)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)、單元B子系統監控總線(16B)、單元B子系統蓄電池監控總線(17B)組成獨立運行的不間斷電源單元B子系統；

主輸入電源(11)和副輸入電源(12)分別通過多電源輸入控制開關模塊(9)順次連接A多單元子系統源極并接端子(14A1)、單元A子系統整流電路模塊(5A)、單元A子系統逆變電路模塊(6A)、A多單元子系統末極并接端子(14A2)及用戶負載(10)，構成主輸入電源(11)或副輸入電源(12)為用戶負載(10)供電的A電力路徑；

主輸入電源(11)和副輸入電源(12)分別通過多電源輸入控制開關模塊(9)順次連接A多單元子系統源極并接端子(14A1)、單元A子系統充放電控制模塊(3A)及單元A子系統蓄電池組串(7A)，構成主輸入電源(11)或副輸入電源(12)為單元A子系統蓄電池組串(7A)供電的充電A電力路徑；

單元A子系統蓄電池組串(7A)順次連接單元A子系統充放電控制模塊(3A)、單元A子系統逆變電路模塊(6A)、A多單元子系統末極并接端子(14A2)及用戶負載(10)，構成單元A子系統蓄電池組串(7A)為用戶負載(10)應急供電的蓄電池A電力供電路徑；

主輸入電源(11)和副輸入電源(12)分別通過多電源輸入控制開關模塊(9)順次連接A多單元子系統源極并接端子(14A1)、單元A子系統旁路A開關模塊(8A)、A多單元子系統末極并接端子(14A2)及用戶負載(10)，構成主輸入電源(11)或副輸入電源(12)為用戶負載(10)旁路A供電的電力路徑；

主輸入電源(11)和副輸入電源(12)分別通過多電源輸入控制開關模塊(9)順次連接B多單元子系統源極并接端子(14B1)、單元B子系統整流電路模塊(5B)、單元B子系統逆變電路模塊(6B)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)及用戶負載(10)，構成主輸入電源(11)或副輸入電源(12)為用戶負載(10)供電的B電力路徑；

主輸入電源(11)和副輸入電源(12)分別通過多電源輸入控制開關模塊(9)順次連接B多單元子系統源極并接端子(14B1)、單元B子系統充放電控制模塊(3B)及單元B子系統蓄電池組串(7B)，構成主輸入電源(11)或副輸入電源(12)為單元B子系統蓄電池組串(7B)供電的充電B電力路徑；

單元B子系統蓄電池組串(7B)順次連接單元B子系統充放電控制模塊(3B)、單元B子系統逆變電路模塊(6B)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)及用戶負載(10)，構成單元B子系統蓄電池組串(7B)為用戶負載(10)應急供電的蓄電池B電力供電路徑；

主輸入電源(11)和副輸入電源(12)分別通過多電源輸入控制開關模塊(9)順次連接B多單元子系統源極并接端子(14B1)、單元B子系統旁路B開關模塊(8B)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)及用戶負載(10)，構成主輸入電源(11)或副輸入電源(12)為用戶負載(10)旁路B供電的電力路徑；

單元A子系統控制器(1A)連接單元A子系統蓄電池集中監控器(2A)和單元A子系統遠程通信接口(13A)以及單元A子系統控制器(1A)通過單元A子系統監控總線(16A)分別連接單元A子系統充放電控制模塊(3A)、單元A子系統整流電路模塊(5A)、單元A子系統逆變電路模塊(6A)、單元A子系統旁路A開關模塊(8A)、A多單元子系統源極并接端子(14A1)、A多單元子系統 末極并接端子(14A2)，構成單元A子系統監控鏈路和單元A子系統遠程監控鏈路；

單元B子系統控制器(1B)連接單元B子系統蓄電池集中監控器(2B)和單元B子系統遠程通信接口(13B)以及單元B子系統控制器(1B)通過單元B子系統監控總線(16B)分別連接單元B子系統充放電控制模塊(3B)、單元B子系統整流電路模塊(5B)、單元B子系統逆變電路模塊(6B)、單元B子系統旁路A開關模塊(8B)、B多單元子系統源極并接端子(14B1)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)，構成單元B子系統監控鏈路和單元B子系統遠程監控鏈路；

A多單元子系統源極并接端子(14A1)通過多系統通信連接線(15)連接B多單元子系統源極并接端子(14B1)，構成多單元系統互聯通信鏈路；

單元A子系統蓄電池集中監控器(2A)的信號采集傳感器(211)分別連接單元A子系統蓄電池組串(7A)中的每一個蓄電池，構成單元A子系統的單體蓄電池狀態信號采集鏈路；

單元B子系統蓄電池集中監控器(2B)的信號采集傳感器(211)分別連接單元B子系統蓄電池組串(7B)中的每一個蓄電池，構成單元B子系統的單體蓄電池狀態信號采集鏈路；

其系統控制的特征是：由具備獨立運行能力的A子系統和B子系統構成的分布式多單元子系統N+M冗余UPS系統，其中N為整數，M為整數1至N中的一個整數，每一個子系統設定一個唯一的系統單元編號；并通過多系統通信連接線(15)進行多個單元子系統之間的連接通信及按約定交互各自的狀態信息，據此多個單元子系統形成優先級序列；

多個單元子系統構成的冗余UPS系統設有自治運行和協同運行兩個運行 模式，協同運行模式是單元子系統狀態分值高的優先級高，同等狀態分值時系統單元編號高的優先級高，優先級低的服從優先級高的指揮，當一個子系統需要從備用供電運行狀態轉換為主動維護運行狀態前，需要通報其他子系統并由優先級高的子系統按約定發布執行指令；在自治運行模式運行時，多個分布式單元子系統各自獨立自治運行，各自獨立自治運行的單元子系統均受控于各自單元子系統控制器，即A子系統和B子系統相對應的單元A子系統控制器(1A)和單元B子系統控制器(1B)；

各單元子系統控制器根據程序預置參數或通過各自顯示及操控面板以及各自系統遠程通信接口設定的參數和策略或優先級最高的子系統發出的指令，監測分析各自單元子系統的能量與負載運行功率參數以及監測分析各自蓄電池監控器采集的蓄電池狀態信號并據此判斷生成自身子系統的調控指令，即：

1)接受優先級最高的子系統發出的指令并執行；

2)按監測分析數據和設定時段選擇并申請對單元A子系統蓄電池組串(7A)和單元B子系統蓄電池組串(7B)中的一組需要進行維護的蓄電池組進行維護性充放電控制，其他的子系統為在線不間斷供電值班備用運行；

3)對單元A子系統蓄電池組串(7A)和單元B子系統蓄電池組串(7B)中的每一個蓄電池的狀態信號進行分析處理，對性能落后的蓄電池提示位置信息和報警信息；

4)監測分析發現存在運行風險的異常單元子系統的電路模塊時發出隔離斷開異常單元子系統的指令，并通過單元A子系統控制器(1A)控制A多單元子系統源極并接端子(14A1)、A多單元子系統末極并接端子(14A2)或通過單元B子系統控制器(1B)控制B多單元子系統源極并接端子(14B1)、B多單元子系統末極并接端子(14B2)隔離斷開異常單元子系統以及通知其他子系統和報 警提示人工處理；

5)監測分析發現存在運行風險的異常蓄電池組串時發出隔離斷開異常蓄電池組串的指令，并通過單元A子系統蓄電池集中監控器(2A)或單元B子系統蓄電池集中監控器(2B)的I/O驅動電路(27)控制直流電力保護電路(26)隔離斷開異常蓄電池組串以及報警提示人工處理。

2.根據權利要求1一種分布式多子系統組成的N+M冗余UPS系統，所述單元A子系統蓄電池集中監控器(2A)和單元B子系統蓄電池集中監控器(2B)均由嵌入式單片計算機(21)、固化軟件系統(22)、數據存儲器(23)、時鐘電路(24)、電源電路(25)、直流電力保護電路(26)、I/O驅動電路(27)、模數轉換電路(28)、通信接口電路(29)、總線(210)、信號采集傳感器(211)、報警電路(212)組成，并且嵌入式單片計算機(21)通過總線(210)分別連接固化軟件系統(22)、數據存儲器(23)、時鐘電路(24)、電源電路(25)、直流電力保護電路(26)、I/O驅動電路(27)、模數轉換電路(28)、通信接口電路(29)，構成蓄電池集中監控器(2)主控電路模塊；由I/O驅動電路(27)分別連接直流電力保護電路(26)、模數轉換電路(28)以及信號采集傳感器(211)和報警電路(212)，構成蓄電池狀態信號采集與直流電力保護監控鏈路。