[发明专利]一种分布式多子系统组成的N+M冗余UPS系统

摘要

本发明属于应急供电电源技术领域，具体涉及一种分布式多子系统组成的N+M冗余UPS系统。提出了一种在线主动的对蓄电池进行自动检测和维护的技术方案，通过自动生成多子系统的优先级序列进行协调控制，实现对UPS单元子系统的蓄电池组串轮流进行维护性充放电，同时由单元A子系统蓄电池集中监控器监测蓄电池组串中每一个蓄电池的状态信息，通过系统控制器根据程序预置参数或通过显示及操控面板及系统远程通信接口设定的参数和策略，监测分析各自单元子系统的能量与负载运行功率参数以及监测分析各自蓄电池监控器采集的蓄电池状态信号并据此判断生成自身子系统的调控指令，实现了自动监测分析、自动进行维护、自动调整充放电功率、自动提示落后蓄电池的位置，确保了蓄电池组串的健康运行，大大提高蓄电池组串的可用性和安全性，有利于延长蓄电池的寿命。

主权项

一种分布式多子系统组成的N+M冗余UPS系统，包括：单元A子系统控制器(1A)、单元A子系统蓄电池集中监控器(2A)、单元A子系统充放电控制模块(3A)、单元A子系统显示及操控面板(4A)、单元A子系统整流电路模块(5A)、单元A子系统逆变电路模块(6A)、单元A子系统蓄电池组串(7A)、单元A子系统旁路A开关模块(8A)、单元A子系统远程通信接口(13A)、A多单元子系统源极并接端子(14A1)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)、单元A子系统监控总线(16A)、单元A子系统蓄电池监控总线(17A)、单元B子系统控制器(1B)、单元B子系统蓄电池集中监控器(2B)、单元B子系统充放电控制模块(3B)、单元B子系统显示及操控面板(4B)、单元B子系统整流电路模块(5B)、单元B子系统逆变电路模块(6B)、单元B子系统蓄电池组串(7B)、单元B子系统旁路B开关模块(8B)、单元B子系统远程通信接口(13B)、B多单元子系统源极并接端子(14B1)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)、单元B子系统监控总线(16B)、单元B子系统蓄电池监控总线(17B)、多电源输入控制开关模块(9)、用户负载(10)、主输入电源(11)、副输入电源(12)、多系统通信连接线(15)；由单元A子系统控制器(1A)、单元A子系统蓄电池集中监控器(2A)、单元A子系统充放电控制模块(3A)、单元A子系统显示及操控面板(4A)、单元A子系统整流电路模块(5A)、单元A子系统逆变电路模块(6A)、单元A子系统蓄电池组串(7A)、单元A子系统旁路A开关模块(8A)、单元A子系统远程通信接口(13A)、A多单元子系统源极并接端子(14A1)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)、单元A子系统监控总线(16A)、单元A子系统蓄电池监控总线(17A)组成独立运行的不间断电源单元A子系统；由单元B子系统控制器(1B)、单元B子系统蓄电池集中监控器(2B)、单元B子系统充放电控制模块(3B)、单元B子系统显示及操控面板(4B)、单元B子系统整流电路模块(5B)、单元B子系统逆变电路模块(6B)、单元B子系统蓄电池组串(7B)、单元B子系统旁路B开关模块(8B)、单元B子系统远程通信接口(13B)、B多单元子系统源极并接端子(14B1)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)、单元B子系统监控总线(16B)、单元B子系统蓄电池监控总线(17B)组成独立运行的不间断电源单元B子系统；主输入电源(11)和副输入电源(12)分别通过多电源输入控制开关模块(9)顺次连接A多单元子系统源极并接端子(14A1)、单元A子系统整流电路模块(5A)、单元A子系统逆变电路模块(6A)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)及用户负载(10)，构成主输入电源(11)或副输入电源(12)为用户负载(10)供电的A电力路径；主输入电源(11)和副输入电源(12)分别通过多电源输入控制开关模块(9)顺次连接A多单元子系统源极并接端子(14A1)、单元A子系统充放电控制模块(3A)及单元A子系统蓄电池组串(7A)，构成主输入电源(11)或副输入电源(12)为单元A子系统蓄电池组串(7A)供电的充电A电力路径；单元A子系统蓄电池组串(7A)顺次连接单元A子系统充放电控制模块(3A)、单元A子系统逆变电路模块(6A)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)及用户负载(10)，构成单元A子系统蓄电池组串(7A)为用户负载(10)应急供电的蓄电池A电力供电路径；主输入电源(11)和副输入电源(12)分别通过多电源输入控制开关模块(9)顺次连接A多单元子系统源极并接端子(14A1)、单元A子系统旁路A开关模块(8A)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)及用户负载(10)，构成主输入电源(11)或副输入电源(12)为用户负载(10)旁路A供电的电力路径；主输入电源(11)和副输入电源(12)分别通过多电源输入控制开关模块(9)顺次连接B多单元子系统源极并接端子(14B1)、单元B子系统整流电路模块(5B)、单元B子系统逆变电路模块(6B)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)及用户负载(10)，构成主输入电源(11)或副输入电源(12)为用户负载(10)供电的B电力路径；主输入电源(11)和副输入电源(12)分别通过多电源输入控制开关模块(9)顺次连接B多单元子系统源极并接端子(14B1)、单元B子系统充放电控制模块(3B)及单元B子系统蓄电池组串(7B)，构成主输入电源(11)或副输入电源(12)为单元B子系统蓄电池组串(7B)供电的充电B电力路径；单元B子系统蓄电池组串(7B)顺次连接单元B子系统充放电控制模块(3B)、单元B子系统逆变电路模块(6B)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)及用户负载(10)，构成单元B子系统蓄电池组串(7B)为用户负载(10)应急供电的蓄电池B电力供电路径；主输入电源(11)和副输入电源(12)分别通过多电源输入控制开关模块(9)顺次连接B多单元子系统源极并接端子(14B1)、单元B子系统旁路B开关模块(8B)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)及用户负载(10)，构成主输入电源(11)或副输入电源(12)为用户负载(10)旁路B供电的电力路径；单元A子系统控制器(1A)连接单元A子系统蓄电池集中监控器(2A)和单元A子系统远程通信接口(13A)以及单元A子系统控制器(1A)通过单元A子系统监控总线(16A)分别连接单元A子系统充放电控制模块(3A)、单元A子系统整流电路模块(5A)、单元A子系统逆变电路模块(6A)、单元A子系统旁路A开关模块(8A)、A多单元子系统源极并接端子(14A1)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)，构成单元A子系统监控链路和单元A子系统远程监控链路；单元B子系统控制器(1B)连接单元B子系统蓄电池集中监控器(2B)和单元B子系统远程通信接口(13B)以及单元B子系统控制器(1B)通过单元B子系统监控总线(16B)分别连接单元B子系统充放电控制模块(3B)、单元B子系统整流电路模块(5B)、单元B子系统逆变电路模块(6B)、单元B子系统旁路A开关模块(8B)、B多单元子系统源极并接端子(14B1)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)，构成单元B子系统监控链路和单元B子系统远程监控链路；A多单元子系统源极并接端子(14A1)通过多系统通信连接线(15)连接B多单元子系统源极并接端子(14B1)，构成多单元系统互联通信链路；单元A子系统蓄电池集中监控器(2A)的信号采集传感器(211)分别连接单元A子系统蓄电池组串(7A)中的每一个蓄电池，构成单元A子系统的单体蓄电池状态信号采集链路；单元B子系统蓄电池集中监控器(2B)的信号采集传感器(211)分别连接单元B子系统蓄电池组串(7B)中的每一个蓄电池，构成单元B子系统的单体蓄电池状态信号采集链路；其系统控制的特征是：由具备独立运行能力的A子系统和B子系统构成的分布式多单元子系统N+M冗余UPS系统，其中N为整数，M为整数1至N中的一个整数，每一个子系统设定一个唯一的系统单元编号；并通过多系统通信连接线(15)进行多个单元子系统之间的连接通信及按约定交互各自的状态信息，据此多个单元子系统形成优先级序列；多个单元子系统构成的冗余UPS系统设有自治运行和协同运行两个运行模式，协同运行模式是单元子系统状态分值高的优先级高，同等状态分值时系统单元编号高的优先级高，优先级低的服从优先级高的指挥，当一个子系统需要从备用供电运行状态转换为主动维护运行状态前，需要通报其他子系统并由优先级高的子系统按约定发布执行指令；在自治运行模式运行时，多个分布式单元子系统各自独立自治运行，各自独立自治运行的单元子系统均受控于各自单元子系统控制器，即A子系统和B子系统相对应的单元A子系统控制器(1A)和单元B子系统控制器(1B)；各单元子系统控制器根据程序预置参数或通过各自显示及操控面板以及各自系统远程通信接口设定的参数和策略或优先级最高的子系统发出的指令，监测分析各自单元子系统的能量与负载运行功率参数以及监测分析各自蓄电池监控器采集的蓄电池状态信号并据此判断生成自身子系统的调控指令，即：1)接受优先级最高的子系统发出的指令并执行；2)按监测分析数据和设定时段选择并申请对单元A子系统蓄电池组串(7A)和单元B子系统蓄电池组串(7B)中的一组需要进行维护的蓄电池组进行维护性充放电控制，其他的子系统为在线不间断供电值班备用运行；3)对单元A子系统蓄电池组串(7A)和单元B子系统蓄电池组串(7B)中的每一个蓄电池的状态信号进行分析处理，对性能落后的蓄电池提示位置信息和报警信息；4)监测分析发现存在运行风险的异常单元子系统的电路模块时发出隔离断开异常单元子系统的指令，并通过单元A子系统控制器(1A)控制A多单元子系统源极并接端子(14A1)、A多单元子系统末极并接端子(14A2)或通过单元B子系统控制器(1B)控制B多单元子系统源极并接端子(14B1)、B多单元子系统末极并接端子(14B2)隔离断开异常单元子系统以及通知其他子系统和报警提示人工处理；5)监测分析发现存在运行风险的异常蓄电池组串时发出隔离断开异常蓄电池组串的指令，并通过单元A子系统蓄电池集中监控器(2A)或单元B子系统蓄电池集中监控器(2B)的I/O驱动电路(27)控制直流电力保护电路(26)隔离断开异常蓄电池组串以及报警提示人工处理。