用于不間斷供電的設備的制作方法

專利名稱：用于不間斷供電的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于不間斷供電的設備，包括:整流器、用于存儲電能的蓄能器、逆變器、開關裝置和控制裝置。所述整流器可借助整流器輸入端連接到供電網上。蓄能器連接到整流器的整流器輸出端和逆變器的逆變器輸入端上。在逆變器的逆變器輸出端上可連接待保護的網絡或待保護的用電器。整流器輸入端或供電網可通過開關裝置與逆變器輸出端連接并且可借助控制裝置控制和/或調節整流器、逆變器和開關裝置。
背景技術：
現有技術公開了許多這種用于不間斷供電的設備、簡稱為USV。此外，在此區分為非在線式 USV (Offline-USV)和在線式 USV (Online-USV)0
Offline運行的USV、亦稱為依賴電壓和頻率的USV (VFD-USV)或被動的USV在供電網無故障時將電流直接從供電網通過閉合的開關裝置導向待保護的網絡或待保護的負載。此外，由整流器的輸入端供電，該整流器向電蓄能器充電。當電網供應故障時，借助開關裝置進行轉換并且由整流器或蓄能器饋電的逆變器的輸出端與待保護的網絡或待保護的負載連接。
在Online運行的USV、亦稱為不依賴電壓和頻率的USV (VF1-USV)、持續運行的USV、雙轉換器USV等中，供電網被導向整流器的輸入端，該整流器向蓄能器饋電。待保護的網絡或待保護的用電器由逆變器供電，該逆變器在供電網無故障時、即在整流器輸入端上存在電網電壓時通過整流器獲取必要的電能并且在電網故障時由蓄能器供電。
通過逆變器由整流器和逆變器之間的所謂的中間電路的直流電壓產生逆變器輸出端上的交流電壓。
為了提高供電安全性，在VF1-USV中開關裝置使得所謂的旁路電路成為可能，所述開關裝置在整流器和逆變器的功能無故障時將供電網通過整流器和逆變器與待保護的網絡或待保護的用電器連接，所述旁路電路將供電網和待保護的網絡或待保護的用電器通過開關裝置繞過整流器和逆變器連接起來。在整流器或逆變器中出現故障時，連接的用電器被轉接到旁路上并且因此被繼續供電。
Offline-USV和Online-USV的拓撲可彼此相應。原則上它們可在不同的位置上以及開關裝置的任務上有所區別。因此，在USV元件以及控制裝置被適合設計的情況下，Offline-USV可轉換為Online-USV并且可反之進行。
在由本申請人制造和銷售的Online-USV中，控制裝置包括三個通過CAN總線連接的控制部分，其中，一個控制部分用于控制和/或調節整流器，一個控制部分用于控制和/或調節逆變器并且一個控制部分用于控制和/或調節開關裝置。每個控制部分具有一個自身集成的輔助供電裝置，其向控制部分供應輔助電流。當一個控制部分或供應該控制部分的輔助供電裝置故障時，該控制部分不可向連接到USV上的網絡或負載供電。
此外，在每個控制部分中集成有傳感器，借助其可測量整流器或逆變器輸入端或輸出端或USV其它位置上的各種電氣參數。為此，每個控制部分通過測量導線與測量位置連接。在部分測量導線上產生高電壓，其有時會受到干擾源影響，如果沒有足夠的措施來避免測量受到干擾，則可導致受干擾的測量結果。發明內容
因此，本發明所基于的任務是改善開頭所提類型的用于不間斷供電的設備，以提高可靠性并降低易受干擾性。尤其是也應降低電氣參數測量的易受干擾性。
該任務以下述方式得以解決:所述控制裝置具有兩個控制部分，所述兩個控制部分至少關于開關裝置冗余地構造并且借助第一控制部分可同時控制或調節整流器和開關裝置并且借助第二控制部分可同時控制或調節逆變器和開關裝置。還可能的是，控制部分之一或兩個控制部分也關于整流器和/或逆變器冗余地構造，使得借助關于整流器或逆變器也冗余的控制部分可同時控制或調節整流器、逆變器和開關裝置。
在根據本發明的設備中并非像現有技術中那樣設置三個控制部分，而是僅設置兩個控制部分。同時這樣構造所述控制部分，使得至少開關裝置可借助每個控制部分被控制和/或調節并且整流器、逆變器和開關裝置也可能借助控制部分之一或借助每個控制部分被控制和/或調節。原則上一個唯一的控制部分對于所述設備的運行已經足夠。通過根據本發明設置的冗余提高了可靠性，雖然與現有技術相比控制部分的數量減少。
有利的是，控制部分由相同地構造的電路裝置構成，即使控制部分并不用于控制或調節逆變器、整流器和開關裝置。由此確保兩個控制部分可執行至少開關裝置和可能的逆變器、整流器和開關裝置的控制或調節。此外，可通過使用相同的電路裝置簡化設備的制造。
控制部分可被編程，其中控制部分的程序設計可如下加以區分:借助兩個控制部分的第一控制部分可在第一控制部分無故障時至少控制和/或調節整流器并且借助控制部分的第二控制部分可在第二控制部分無故障時至少控制和/或調節逆變器。可通過程序設計將整流器或逆變器分配給每個控制部分，控制部分可在控制裝置無故障的運行中控制所分配的元件。此外，當例如一個控制部分故障時，也可將開關裝置和/或其他的元件分配給另一控制部分。
通過在控制裝置無故障時將整流器分配給第一控制部分并且將逆變器分配給第二控制部分，在控制裝置無故障時確保了控制部分不被滿載、尤其是熱負荷，這使得控制部分的使用壽命提聞。
在第一控制部分故障時可由第二控制部分控制和/或調節逆變器和開關裝置和(必要時)整流器，并且在第二控制部分故障時，可由第一控制部分控制和/或調節整流器和開關裝置和(必要時)逆變器。
根據本發明的電路裝置可具有至少兩個用于輔助供電的器件并且每個用于輔助供電的器件與第一控制部分的用于輔助供電的輸入端和第二控制部分的用于輔助供電的輸入端連接，以便向控制部分供應電能。
根據本發明的電路裝置可具有至少兩個用于輔助供電的器件、即第一和第二用于輔助供電的各設有兩個輸出端的器件。在所述輸出端上可分接輔助電壓。第一和第二用于輔助供電的器件的兩個輸出端中的第一輸出端可與第一控制部分的用于輔助供電的輸入端連接并且第一和第二用于輔助供電的器件的兩個輸出端中的第二輸出端可與第二控制部分的用于輔助供電的輸入端連接。
用于輔助供電的器件的兩個輸出端優選這樣相互脫耦，使得在一個輸出端例如因短路而故障時，同一用于輔助供電的器件的另一輸出端保持無損的狀態。此外，控制部分的兩個輸入端也優選這樣脫耦，使得一個用于輔助電流的輸入端上的故障保持不影響同一控制部分的另一輸入端。
作為替換方案，根據本發明的電路裝置可具有至少兩個用于輔助供電的各設有一個輸出端的器件，在該輸出端上可分接輔助電壓，用于輔助供電的器件的每個輸出端與第一控制部分和第二控制部分的用于輔助供電的輸入端連接。
與現有技術不同，設置多個與控制裝置分開的用于輔助供電的器件。與現有技術不同，所述用于輔助供電的器件也不再特別分配給一個控制部分并且也不是控制部分的集成部分。因此，在本發明的控制部分上并不產生相對高的電壓，所述高電壓產生在輔助供電裝置的輸入端上并且在傳統的具有集成的輔助電流裝置的控制部分中也出現在控制部分上。更確切地說，每個用于輔助供電的器件可向第一控制部分和/或第二控制部分供應輔助能量。因此輔助供電裝置也冗余地構造。有利的是，在輔助供電裝置無故障時，兩個用于產生輔助電流的器件這樣運行，使得其只需提供所需功率的一半，這降低了用于輔助供電的器件的負荷、尤其是熱負荷并且因此提高了用于輔助供電的器件的使用壽命。
有利的是，用于輔助供電的器件為相同地構造的電路裝置。這尤其簡化了根據本發明的設備的制造。
每個用于輔助供電的器件可具有第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端和(必要時)第四輸入端。通過這些輸入端該器件可與整流器輸入端、逆變器輸出端、蓄能器或開關裝置的輸入端連接。可通過這三個或四個輸入端中的每一個向用于輔助供電的器件供電。
根據本發明的設備可具有用于測量電壓和/或電流的各傳感器，每個傳感器通過傳感器的傳感器輸出端可與正好一個控制部分連接并且借助每個傳感器可將待測量的參數轉換為低電壓信號、尤其是保護低電壓信號，該信號可通過連接傳感器和控制部分的導線被輸入給控制部分。
至少部分傳感器可相互成對地配置，并且用于測量相同電氣參數的傳感器對的傳感器可與設備的觸點或導線連接，并且傳感器對的一個傳感器可與第一控制部分連接并且傳感器對的另一傳感器可與第二控制部分連接。
借助所述傳感器可測量整流器輸入端、整流器輸出端、蓄能器、逆變器輸入端、逆變器輸出端、開關裝置的朝向供電網一側和/或開關裝置的朝向待保護的網絡或待保護的負載一側上的電壓。在控制部分中測量信號可用于調節和/或控制整流器、逆變器和/或開關裝置。
傳感器可由相同地構造的電路裝置構成。
控制部分優選通過通信總線、例如CAN總線相互連接。


下面借助實施例說明來解釋本發明的其它特征和優點。附圖如下:
圖1為根據本發明的Online-USV的示意圖。
具體實施方式
根據本發明的USV在圖1中被單極地示出，即僅示出USV的電力線，而并未示出USV的零線。同樣，直流電壓被雙極地示出。
根據本發明的USV具有整流器1、蓄能器2、逆變器3和開關裝置4。整流器I的輸入端與供電網ACl連接。整流器I的輸出端一方面與蓄能器2并且另一方面與逆變器3的輸入端連接。逆變器3的輸出端與待保護的網絡AC3連接。開關裝置的輸入端與供電網AC2連接并且開關裝置的輸出端與待保護的網絡AC3連接。
開關裝置4可根據開關位置將供電網AC2和待保護的網絡AC3連接。如果整流器I和逆變器3無故障地工作并且供電網ACl也無故障，則通過整流器I和逆變器3向待保護的網絡AC3供電。開關裝置中斷供電網AC2和待保護的網絡AC3之間的直接連接。同時，由整流器I向蓄能器2供應來自整流器I輸出端的電能。
如果待保護的網絡AC3通過供電網ACl經由整流器I和逆變器3的供電基于逆變器3的故障而中斷且同時供電網AC2無故障，則通過開關裝置4在供電網AC2和待保護的網絡AC3之間產生直接連接。于是，供電繞過整流器I和逆變器3進行。
相反，如供電網ACl和供電網AC2故障并且至少蓄能器2和逆變器3無故障，則開關裝置4優選斷開并且由蓄能器2通過逆變器3向待保護的網絡供電。
最后，當供電網ACl和供電網AC2以及蓄能器2或逆變器3均出故障時，則待保護的網絡AC3的供電中斷。
就這點看,根據本發明的USV相當于傳統的Online-USV。
如開頭對傳統USV的說明，根據本發明的USV與傳統的USV的區別在于控制裝置、輔助供電裝置和測量值采集裝置的新的架構。
新的控制裝置由第一控制部分5和第二控制部分6構成。所述控制部分5、6由設置在電路載體上的電路裝置構成。電路裝置優選相同地構造并且區別僅在于程序設計，并且程序設計也可通過各結構元件的選擇、開關位置、跳線或通過控制部分輸出端的選擇來實現。
這樣構造控制部分5、6，使得其能夠控制或調節整流器1、逆變器3和開關裝置4。為此，控制部分5、6通過導線與整流器1、逆變器3或開關裝置4的每兩個連接。
USV的所述三個元件1、3、4或僅兩個元件的控制或調節同時進行。也可僅控制或調節元件1、3、4中的唯--個元件。
通過控制部分5、6的 程序設計可實現例如第一控制部分5在第一控制部分5無故障的狀態下至少控制和/或調節整流器1，同樣也可實現第二控制部分6在第二控制部分6無故障的狀態下至少控制和/或調節逆變器3。
一旦兩個控制部分5、6之一出故障，則另一控制部分6、5可根據開關裝置4執行故障的控制部分5、6的功能。
為了使一個控制部分5與另一控制部分6通信，兩個控制部分5、6通過總線、優選通過CAN總線7相互連接。
兩個控制部分5、6由輔助供電裝置為其運行供應電能。輔助供電裝置包括兩個用于輔助供電的器件8、9。這兩個用于輔助供電的器件8、9相同地構造。它們各具有一個輸出端，在該輸出端上提供用于控制部分5、6的運行所需的電能。
用于輔助供電的器件8、9根據可供使用性從供電網AC1、供電網AC2、待保護的網絡AC3或蓄能器2獲取電能，因此這兩個用于輔助供電的器件8、9通過輸入端和導線與供電網ACl、供電網AC2、待保護的網絡AC3或蓄能器2連接。
這樣設計用于輔助供電的器件8、9，使得其可同時向第一控制部分5和第二控制部分6供電。但優選通過硬件功能或程序設計這樣構造器件8、9，使得其分別僅提供由兩個控制部分5、6同時接收的功率的一半并且因此在用于輔助供電的器件8、9無故障時只加載直至一半的額定功率，這相對于更大的負荷延長了用于輔助供電的器件8、9的使用壽命。
最后，兩個控制部分5、6與各傳感器10連接，借助這些傳感器可測量整流器I和/或逆變器3的輸入端和/或輸出端、蓄能器2或開關裝置4上的電氣參數并且將其轉換為低電壓信號。所述低電壓信號通過導線被輸入給控制部分5、6。在控制部分5、6中處理這些低電壓信號，以控制和/或調節整流器1、逆變器3和/或開關裝置4或者檢查整流器1、蓄能器2、逆變器3和/或開關裝置4的狀態并確定故障。
部分傳感器10相互成對地配置，并且一個傳感器對的傳感器10測量相同的電氣參數。傳感器對的一個傳感器10配置給控制部分5，而傳感器對的另一傳感器10與另一控制部分6連接，由此為兩個控制部分5、6部分地提供了相同的電氣參數。由此也在傳感器中確保了冗余。
傳感器10優選相同地構造。
權利要求
1.用于不間斷供電的設備，包括:整流器(I)、用于存儲電能的蓄能器(2)、逆變器(3)、開關裝置(4)和控制裝置(5、6)，其中所述整流器(I)借助整流器輸入端可連接到供電網(ACl)上，蓄能器(2)連接到整流器(I)的整流器輸出端和逆變器(3)的逆變器輸入端上，在逆變器(3)的逆變器輸出端上可連接待保護的網絡(AC3)或待保護的用電器，整流器輸入端或供電網(AC2)能夠通過開關裝置(4)與逆變器輸出端連接并且借助控制裝置(5、6)能夠控制和/或調節整流器(I)、逆變器(2)和開關裝置(4)，其特征在于，所述控制裝置(5、6)具有兩個控制部分(5、6)，所述兩個控制部分冗余地構造并且借助控制部分(5、6)能夠同時控制或調節整流器(I)和開關裝置(4 )或者逆變器(3 )和開關裝置(4 )。
2.根據權利要求1的設備，其特征在于，所述控制部分(5、6)是相同地構造的電路裝置。
3.根據權利要求1或2的設備，其特征在于，所述控制部分(5、6)被編程、設置或通過輸出端與其余的設備連接，其中控制部分(5、6)的第一控制部分(5)這樣被編程、設置或通過輸出端與其余的設備連接，使得在第一控制部分(5)無故障時能夠由第一控制部分(5)至少控制和/或調節整流器(1)，并且控制部分(5、6)的第二控制部分(6)這樣被編程、設置或通過輸出端與其余的設備連接，使得在第二控制部分(6)無故障時能夠由第二控制部分(6)至少控制和/或調節逆變器(3)。
4.根據權利要求3的設備，其特征在于，所述控制部分(5、6)被編程、設置或通過輸出端與其余的設備連接，使得在第一控制部分(5)故障時能夠由第二控制部分(6)控制和/或調節逆變器(3)和開關裝置(4)，并且在第二控制部分(6)故障時能夠由第一控制部分(5)控制和/或調節整流器(I)和開關裝置(4)。
5.根據權利要求1至4之一的設備，其特征在于，所述設備具有至少兩個用于輔助供電的設有兩個輸出端的器件(8、9)，在輸出端上可分接輔助電壓，其中每個輸出端與第一控制部分(5)或第二控制部分(6)的用于輔助供電的輸入端連接。
6.根據權利要求5的設備，其特征在于，所述用于輔助供電的器件(8、9)為相同地構造的電路裝置。
7.根據權利要求5或6的設備，其特征在于，每個用于輔助供電的器件(8、9)具有第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端，通過第一輸入端該器件與整流器輸入端連接，通過第二輸入端該器件與逆變器輸出端連接，并且通過第三輸入端該器件與蓄能器(2)連接。
8.根據權利要 求1至7之一的設備，其特征在于，所述設備具有用于測量電壓和/或電流的傳感器(10)，其中每個傳感器(10)通過該傳感器(10)的傳感器輸出端與正好一個控制部分(5、6)連接并且借助每個傳感器能夠將待測量的參數轉換為低電壓信號。
9.根據權利要求8的設備，其特征在于，至少部分傳感器(10)相互成對地配置，其中用于測量相同電氣參數的傳感器對的傳感器(10)與所述設備的觸點或導線連接，并且傳感器對的一個傳感器(10)與第一控制部分(5)連接并且傳感器對的另一傳感器(10)與第二控制部分(6)連接。
10.根據權利要求8或9的設備，其特征在于，借助傳感器(10)可測量整流器輸入端、整流器輸出端、蓄能器(2)、逆變器輸入端、逆變器輸出端、開關裝置的朝向供電網(AC2) —側和/或開關裝置(4)的朝向待保護的網絡(AC3)或待保護的負載一側上的電壓。
11.根據權利要求8至10之一的設備，其特征在于，所述傳感器(10)為相同地構造的電路裝置。
12.根據權利要求1至11之一的設備，其特征在于，所述控制部分(5、6)通過通信總線、例如CAN總線(7)相互連接。
13.根據權利要求1至12之一的設備，其特征在于，所述控制部分(5、6)被編程、設置或通過輸出端與其余的設備連接，使得在第一控制部分(5)故障時能夠由第二控制部分(6)控制和/或調節逆變器(3)、整流器(I)和開關裝置(4)，和/或在第二控制部分(6)故障時能夠由第一控制部分(5)控制和/或調節逆變器(3)、整流器(I)和開關裝置(4)。
14.根據權利要求1至13之一的設備， 其特征在于，所述控制部分通過通信總線相互連接。
全文摘要
本發明涉及用于不間斷供電的設備，包括整流器、用于存儲電能的蓄能器、逆變器、開關裝置和控制裝置，其中所述整流器借助整流器輸入端可連接到供電網上，蓄能器連接到整流器的整流器輸出端和逆變器的逆變器輸入端上，在逆變器的逆變器輸出端上可連接待保護的網絡或待保護的用電器，整流器輸入端或供電網能夠通過開關裝置與逆變器輸出端連接并且借助控制裝置能夠控制和/或調節整流器、逆變器和開關裝置，其中，所述控制裝置具有兩個控制部分，所述兩個控制部分冗余地構造并且借助控制部分能夠同時控制或調節整流器和開關裝置或者逆變器和開關裝置。
文檔編號H02J9/04GK103138378SQ20121050462
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月30日 優先權日2011年12月1日
發明者X·馬丁, H·諾亞克, D·溫克勒 申請人:安奕極電源系統有限責任公司