СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ Российский патент 1999 года по МПК H02J9/04 H02J9/06 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах бесперебойного электропитания потребителей переменного тока, питаемых, например, от статического преобразователя и переключаемых к промышленной сети в аварийных условиях.

Известен способ управления системой бесперебойного электропитания, заключающийся в переключении потребителей с инвертора на промышленную сеть в аварийных ситуациях. (Великосельский Н.П. и др. Некоторые результаты эксплуатации систем бесперебойного электропитания аппаратуры управления и контроля химического производства // Организация электроснабжения в условиях перерывов и значительных отклонений напряжения питающей сети. - М.: Информэлектро. 1987).

Недостатком данного способа является то, что переключение осуществляется после превышения выходным напряжением границ U ном ±10%, что сопровождается значительной просадкой напряжения при развитии аварийной ситуации.

Известен способ управления системой бесперебойного электропитания в аварийных режимах, заключающийся в переключении потребителей на параллельную (байпасную) цепь при аварии в преобразователе (Кобзева Т.К. и др. Пути повышения эффективности работы автоматизированных электротехнических комплексов // Автоматизация электротехнических процессов ГПС машиностроения на основе полупроводниковых преобразователей частоты. - Уфа, 1987).

Недостатком этого способа является то, что переключение осуществляется лишь после аварии в преобразователе, что ведет к значительным флюктуациям напряжения на нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления, реализованный в системе бесперебойного электропитания (патент РФ N 2043686 от 09.08.88 г.), построенной на базе параллельно работающих регулируемого и нерегулируемого источников переменного тока, и основанный на выдаче сигналов управления на отключение нерегулируемого источника переменного тока при достижении утроенного допустимого отклонения значения напряжения для потребителей переменного тока и переключение потребителя на регулируемый (резервный) источник, либо на отключение регулируемого источника переменного тока при достижении его величины выходного напряжения допустимого значения для потребителей переменного тока.

Недостаток данного способа заключается в том, что переключение осуществляется лишь по достижении значением выходного параметра (напряжения, тока, частоты и др. ) какой-то заданной границы, что не исключает развития аварийной ситуации и может привести к отклонению выходных параметров за пределы допустимой величины в переходных режимах, а также привести к выходу оборудования из строя при развитии аварийной ситуации.

Задача изобретения заключена в том, чтобы исключить развитие аварийной ситуации для ответственных потербителей и обеспечить их качественным бесперебойным электропитанием.

Задача решена следующим образом: по способу, заключающему в том, что фиксируют отклонения контролируемого параметра от его номинальных значений основного источника питания и подают сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания, согласно изобретению, условно разбивают диапазон допустимых значений отклонений контролируемого параметра на зоны в порядке их удаления от номинальных значений параметра и приближения к границам диапазона, значение контролируемого параметра преобразуют в цифровой код, затем определяют во времени фиксированные отклонения и их значения запоминают, при этом значение каждого измеряемого отклонения сравнивают со значением предыдущего, и если не изменился знак, а по модулю оно больше предыдущего, к содержимому регистра прогноза прибавляют число K = 2^n-1, где 2 - это основание системы счисления, n - порядковый номер зоны, которой принадлежит значение измеряемого отклонения, в иных случаях эту величину вычитают, причем после каждого сложения или вычитания содержимое регистра прогноза делят пополам и по этим значениям судят о скорости изменения контролируемого параметра, а сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания подают при резком изменении значения содержимого регистра или тенденции повышения его значений, а также при достижении содержимым регистра прогноза значений граничных зон.

Таким образом, заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что:
- диапазон допустимых значений отклонений разбивают на условные зоны в порядке удаления их от номинальных значений контролируемого параметра.

Разбивая диапазон допустимых отклонений, можно получить дополнительные зоны контроля и по принадлежности отклонения контролируемого параметра к той или иной зоне можно судить о степени приближения параметра к аварийному режиму.

- Значения контролируемого параметра преобразуют в цифровые коды.

- Определяют во времени фиксированные отклонения контролируемого параметра от его номинальных значений. Определяют принадлежность каждого отклонения зонам допуска.

- Каждое значение отклонения запоминают и сравнивают его с предыдущим значением отклонения.

- Если знак отклонения не изменился, а модуль его больше, то к содержимому регистра прогноза прибавляют число 2^n-1, где 2 - это основание системы счисления, n - порядковый номер зоны, которой принадлежит отклонения.

- Из содержимого регистра прогноза вычитают 2^n-1 при других, не упомянутых в предыдущем пункте, случаях.

- Содержимое регистра прогноза делят пополам после каждого сложения или вычитания.

- По значениям содержимого регистра прогноза, полученным после операций "сложения" или "вычитания", судят об изменении контролируемого параметра.

- Сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания подают при резком изменении содержимого регистра прогноза или тенденции повышения его значений.

- Сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания подают при достижении содержимым регистра прогноза значений граничных зон допуска.

Перевод значений контролируемых параметров, которыми могут быть выходные напряжения сети, инвертора, выходной ток, мощность, частота, постоянное напряжение, в цифровые коды позволяет осуществить необходимые операции по контролю (определение отклонений, сравнение, запоминание, сложение, вычитание, деление) с помощью микропроцессорной техники. Способ позволяет запомнить отклонение, а последующее отклонение сравнить с предыдущим. Увеличение модуля последующего отклонения (если знаки их одинаковые) говорит о наметившейся тенденции приближения контролируемого параметра к граничным режимам. В этом случае к содержимому регистра прибавляют число K, зависящее от принадлежности измеренного отклонения определенной зоне. Если знак отклонения изменился, что говорит о флюктуациях контролируемого параметра, величина K вычитается из содержимого. Величина K = 2^n-1 выбрана исходя из того, что емкость регистра прогноза составляет S > 2^m, где m - количество зон, на которые разделен диапазон допустимых отклонений контролируемого параметра, n - это порядковый номер зоны, которой принадлежит измеренное отклонение.

На фоне резкого изменения значения контролируемого параметра, флюктуациях контролируемого параметра можно выделить общую картину всего процесса. Этого добиваются тем, что результат сложения (вычитания) делят на 2 и эту информацию запоминают.

По результату деления после каждого сложения или вычитания отклонений можно судить о крутизне изменения характеристики контролируемого параметра, о скорости его изменения. Известно, что в переходном процессе часто возникают недопустимые отклонения параметров. Способ позволяет предупредить развитие переходного процесса при граничных значениях допуска. Если происходит вдруг резкое изменение значения содержимого регистра (после операций сложения, вычитания, деления) или наметилась тенденция повышения этих значений, то это свидетельствует о необратимости переходного процесса. И тогда сигнал подают на реконфигурацию системы электропитания. За счет предупреждения, ускорения превышения значений зон допуска, ускоренного перевода потребителя на резервный источник до достижения границ допуска, т.е. в приграничных зонах, удается не допустить значений аварийных отклонений параметров напряжений, токов, мощностей, частот и т.д., приводящих к выходу из строя технических средств систем электропитания. Тем самым удается повысить надежность, срок службы, качество электроэнергии, что особенно важно в период частых пусков энергоемного оборудования, при возникновении локальных коротких замыканий у потребителя или в системе электропитания. Таким образом, все признаки изобретения существенны, взаимосвязаны и позволяют добиться качественного обеспечения электроэнергией потребителя; проконтролировать на любом этапе параметры, проверить вероятность развития аварии в системе, реконфигурировать системы электропитания ранее - при угрозе аварии, т.е. предупредить аварию.

На фиг. 1 изображен вариант структуры системы бесперебойного электропитания, реализующей предлагаемый способ. На фиг.2 - график, характеризующий отклонения ΔU_i контролируемого параметра (выходного напряжения) во времени t, а также принадлежность отклонения зонам контроля. На фиг.3 - алгоритм управления системой бесперебойного электропитания,
где sign(ΔU_i) - знак выражения, заключенного в скобках;
K - число, добавляющееся в регистр прогноза при нахождении контролируемого параметра в ±2%, ±4%, ±6%, ±8%, ±10% зонах отклонения параметра;
РП - число, содержащееся в регистре прогноза;
V - число регистра прогноза, определяющее скорость изменения параметра;
V_доп - число регистра прогноза, по значению которого выдается сигнал на реконфигурацию системы;
РП_гр - число регистра прогноза, по значению которого выдается сигнал на реконфигурацию системы электропитания при достижении контролируемого параметра граничного значения.

Система бесперебойного электропитания, реализующая предлагаемый способ управления. содержит клеммы входной сети 1, статический преобразователь 2, состоящий из выпрямителя 3 и инвертора 4, байпасной цепи 5, статических переключателей 6, 7, подключающих преобразователь 2 и байпасную цепь 5 (резервный источник) через индуктивный делитель тока 8 к нагрузке 9, в состав системы бесперебойного питания входят также аккумуляторная батарея 10, подключенная через зарядное устройство 11 к входной сети и через диод 12 - к входу инвертора 4, коммутатор 13 аналоговых сигналов, подключенный к выходу инвертора 4 и к входной сети 1 аналогово-цифровой преобразователь 14 и микропроцессорный контролер 15 а также дополнительный инвертор со статическим переключателем 16, 17, дополнительный источник переменного тока 18 (фиг.1).

Микропроцессорный контроллер выполнен на стандартном комплекте интегральных микросхем серии КР580. Способ реализуется следующим образом.

(Рассмотрим на примере контролируемого параметра - выходного напряжения основного источника питания).

Разбивают диапазон допустимых отклонений, например, на 10 зон. При этом исходят из того, что для большинства потребителей пределы изменений питающего напряжения составляют ±10% (эти значения являются граничными, т.е. соответствующими аварийному режиму). Во-вторых, известно, что изменение питающего напряжения на ±2% практически не влияет на потребителя (т.е. 0±2% - зоны не опасные).

Итак, зоны контроля будут следующие:
0 ±2% (порядковый номер зоны n = 1)
±2% - ±4% (n = 2)
±4% - ±6% (n = 3)
±6% - ±8% (n = 4)
±8% - ±10% (n = 5) - граничные зоны контроля.

(Зоны показаны на фиг. 2) Зон контроля может быть и больше 10 и менее 10).

Значения контролируемых параметров входной сети 1 и с выхода инвертора 4 (выходное напряжение сети и инвертора, выходной ток, частота, коэффициент искажения синусоидальности, постоянное напряжение инвертора) поступают через коммутатор 13 аналоговых сигналов в цифровой преобразователь 14 и далее в виде цифрового кода в микропроцессорный контроллер 15, в памяти которого значения контролируемого сигнала (фиг.2) сравниваются с номинальным значением и на основе этого сравнения передают информацию в регистр прогноза. Причем, если отклонение находится в 1 зоне, то число К, величина, поступающая в регистр прогноза, =2^o =1 и соответственно во 2-й зоне К = 2^2-1 = 2¹ = и т.д.

Причем, если знак ΔU_i отклонения не изменился, а модуль вновь измеренного отклонения больше предыдущего, то величину К прибавляют к содержимому, в иных случаях ее вычитают (см. фиг. 2; фиг.3). После каждого сложения (вычитания), значение содержимого регистра прогноза делят на 2 путем сдвига на 1 разряд вправо. Если значение содержимого регистра прогноза после деления резко возросло, то подают сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания - переключение потребителя на байпасную цепь; переключение на питание от аккумулятора через инвертор; введение дополнительного инвертора 16; введение дополнительного источника переменного тока 18, в качестве которого может быть использован дизель-, турбо-, газо-, ветроэлектрогенератор. Сигнал на реконфигурацию может быть выдан при резком изменении контролируемого параметра - напряжения во входной сети, на выходе выпрямителя 3, выходе инвертора 4, аккумулятора 10, тока на выходе инвертора 4, выходе выпрямителя 3, в байпасной цепи 5, частоты во входной сети, на выходе инвертора 4, на выходе байпасной цепи, мощности на выходе инвертора и др. Сигнал на реконфигурацию подают также в случае наметившейся тенденции повышения значения содержимого регистра прогноза, а также достижения значений содержимого регистра микропроцессора 5 граничных зон контроля. Все эти три случая свидетельствуют о необратимости переходного процесса, а переключение до допустимого уровня ±10% позволяет предупредить аварию и ликвидировать граничные режимы в работе оборудования, тем самым повысить надежность оборудования и качество электропитания. Подробно весь путь реализации способа представлен алгоритмом на фиг. 3. Аналогичное управление производят и при контроле других параметров системы.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах бесперебойного электропитания потребителей переменного тока для исключения аварийных режимов. По заявляемому способу диапазон допустимых значений отклонений контролируемого параметра от номинальных значений разбивают на условные зоны в порядке их удаления от номинальных значений и приближения этих значений к граница допуска. Границами диапазона являются предельно допустимые значения отклонений контролируемого параметра, соответствующие значениям аварийного режима. Например, для питающего потребителя напряжения эти границы составляют +10%. Измеряют отклонения контролируемого параметра, предварительно преобразуя его значения в цифровые коды. Каждое измеренное отклонение запоминают, а также сравнивают его с предыдущим измерением. При этом определяют принадлежность каждого отклонения условной зоне. Если при равных знаках модуль вновь измеренного отклонения больше модуля предыдущего, то добавляют в регистр прогноза число, равное по величине 2^n-1, где 2- основание системы счисления, n - порядковый номер условной зоны, которой принадлежит измеренное отклонение. Это число 2^n-1 вычитают из содержимого регистра прогноза во всех случаях, кроме вышеназванного. После каждого сложения или вычитания содержимое регистра прогноза делят на два. По полученным значениям судят о скорости изменения контролируемого параметра. Если происходит резкое изменение скорости или содержимое регистра достигает значений граничных зон, то подают сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания путем переключения потребителя с основного источника на резервный, переключения на байпасную цепь, на питание от аккумулятора или введения дополнительного источника переменного тока, или введения дополнительного инвертора. Таким образом удается предотвратить развитие аварийного процесса до достижения контролируемым параметром граничных значений допуска, а значит, и нежелательные для потребителя превышения контролируемого параметра, возникающие в переходном процессе. В качестве контролируемого параметра может быть напряжение, или ток, или частота, или мощность, или коэффициент искажения синусоидальности и др. Технический результат - повышение надежности. 3 ил.

Способ управления системой бесперебойного электропитания в аварийных режимах, согласно которому фиксируют отклонения контролируемого параметра от его номинальных значений основного источника питания, подают сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания, например на переключение потребителя с основного источника на резервный, отличающийся тем, что условно разбивают диапазон допустимых значений отклонений контролируемого параметра на зоны допуска в порядке их удаления от номинальных значений и приближения к границам диапазона, значения контролируемого параметра преобразуют в цифровые коды, затем определяют во времени фиксированные отклонения и принадлежность каждого отклонения зонам допуска, значения отклонений запоминают, при этом значение каждого отклонения сравнивают со значением предыдущего отклонения, на основании этого сравнения передают информацию в регистр прогноза, причем если знак отклонения не изменился, а по модулю оно больше предыдущего, к содержимому регистра прогноза прибавляют число K = 2^n-1, где 2 - это основание системы счисления, n - порядковый номер зоны допуска, которой принадлежит значение измеряемого отклонения, в иных случаях число K = 2^n-1 вычитают из содержимого регистра прогноза, причем после каждого сложения или вычитания содержимое регистра делят пополам и по этим полученным значениям судят о скорости изменения контролируемого параметра, а сигнал на реконфигурацию системы бесперебойного электропитания подают при резком изменении или стабильном повышении значений содержимого регистра прогноза, а также при достижении содержимым регистра прогноза допустимых значений отклонений граничных зон допуска.