船用不间断电源自动切换装置、控制系统、方法及应用

技术领域

本发明属于不间断电源技术领域，尤其涉及一种船用不间断电源自动切换装置、控制系统、方法及应用。

背景技术

目前：随着科学技术的不断发展，电子设备与装置等在人们的生活中日趋重要。如果在工作进行中出现突然停电或者由于电源的不稳定导致系统数据的丢失，设备的损坏以及机器的误操作等重大危害。不间断电源是一种向负载提供不间断、优质、高效和可靠，且具有保护和检测功能的交流电源。在计算机、通信、金融、交通、国防和电力等部门得到了广泛应用。20世纪80年代以后，舰船动力系统、电力系统以及通信设备等采用了越来越多的计算机自动化监控设备，大幅度提升了舰船的自动化水平。同时舰船对于供电系统以及电源的要求也日益提高。当主电网不正常或发生中断故障，输出需要不间断供电以保证舰船重要系统的稳定运行。而其中的不间断电源装置给舰船动力、电力、通信等系统重要负载不间断的提供稳定且高质量的电源。

UPS(Uninterruptedpower Supply)又称不间断电源，通常用于市电电网和用电负载之间，改善对负载的供电质量，并在市电故障是，保障负载设备的正常运行。但是在各种用电设备中，有一类设备(舰船电力系统、金融行业计算机系统、通讯系统、航空管制系统等)对电网的供电要求很高，同时要求任何情况下都不能停电。

而多台UPS的并联运行可以有效扩大UPS的容量并提高UPS电源系统的可靠性。其中逆变电源的模块化以及并联控制技术是其固态交流电源从集中式供电向分布式供电乃至整个电力系统供电模式发展中必须面对的，可以大幅提高系统的灵活性以及适用性。但是若并联控制电路发生故障可能会导致整个并联系统发生崩溃，无法满足对于电源系统高可靠性的要求。

因此，双电源自动切换装置由此产生。双电源自动切换装置用于电网系统中网电与网电或网电与发电机电源启动切换的装置，进而可使电源连续供电。以往的两路电源用户、发生过低压侧采用手动操作的双向隔离开关进行倒闸操作，误操作导致事故发生。目前投入的专用智能化设备，具有自投自复、自投不自复和电网发电机三种切换功能，对两路供电电源的三相电压有效值以及相位进行实时监测，当任一相发生过压、欠压、缺相，能自动从异常电源切换至正常电源。

目前在矿井、安保、瓦斯监测、变电站、银行等领域的电力保障中均用到了双电源自动切换装置以及不间断电源，确保重要负荷电力的可靠供应。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)针对现阶段舰船等复杂系统失去外部电源无法工作的情况，设计发明了一种可提供应急电源的UPS，使其在应急情况下仍能正常启动并运行才有发电机组，进而恢复机组对用户的供电能力。

(2)传统的双电源自动切换装置用于电网系统中网电与网电或网电与发电机电源启动切换的装置，进而使电源连续供电。而以往的双路电源切换装置安全系数不高，容易发生低压侧采用手动操作的双向隔离开关进行倒闸操作，进而导致事故的发生。

解决以上问题及缺陷的难度为：本发明的双电源自动切换装置具有自投自复、自投不自复和电网发电机三种切换功能，对两路供电电源的三相电压有效值以及相位进行实时监测，当任一相发生过压、欠压，缺相等异常情况时，均能实现自动从异常电源切换至正常电源。

解决以上问题及缺陷的意义为：对于舰船电站等复杂系统设备，为柴油发电机组监控设备提供应急电源的UPS是在失去外部电源的应急情况下，仍能正常启动并运行柴油发电机组，进而恢复该机组对于用户的供电能力。当UPS发生故障，该台柴油机组将失去供电能力，极端状况下，所有UPS均发生故障，导致断电发生，且无法恢复。加装直流不间断电源自动转换装置可实现UPS故障下无缝(不间断)切换至另一台UPS，确保柴油发电机组连续工作，提升了供电的连续性，消除了UPS故障给供电系统及相关负载带来的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种船用不间断电源自动切换装置、控制系统、方法及应用，本发明主要的使用对象为舰船，作为海上的独立运行单元，其电力的保障至关重要。不论是对于民用船舶的生活用电保障，还是针对军事船舶供电，其不间断电源的自动切换装置都有利于提高用电设备的稳定性以及整体系统的可靠性。

本发明是这样实现的，一种船用不间断电源自动切换装置的控制系统包括：

船用不间断电源自动切换装置的控制系统包括：

主备电模块，包括连接自动转换装置的两台UPS，一台UPS作为主电源通过自动转换装置向负载供电，另一台UPS作为备用电源处于备用未接通状态；

自动转换模块，用于主电源UPS故障时，自动无缝切换至备用UPS供电，即由备用UPS作为电源通过自动转换装置向负载供电；

逆向恢复模块，用于主电源UPS故障排除并恢复正常后，由备用UPS供电自动逆向恢复为主电源UPS供电；

电源转换模块，包括手动转换和自动转换，用于通过工作状态转换开关实现手动与自动功能转换；

负载短路保护模块，用于当负载出现短路时，控制自动转换装置不进行UPS之间的相互切换；

运行状态指示模块，用于实时显示主电电压、备电电压和负载电流的数值，以及备电供电、主电故障、备电故障、负载过流、装置接入、装置断开的状态指示。

进一步，所述工作状态转换开关包括装置接入开关和装置断开开关，选择装置接入开关时，自动转换装置实时监测两台UPS状态，一旦主电源UPS故障立即自动切换；选择装置断开开关时，自动转换装置不再监测两台UPS状态，此时主电源UPS故障，只能手动切换至备用UPS向负载供电。

本发明的另一目的在于提供一种船用不间断电源自动切换装置，所述船用不间断电源自动切换装置设置有：

箱体；

所述箱体正面通过铰链连接有箱门，所述箱门正面嵌装有显示面板和多个状态指示灯，所述箱门正面嵌装有状态转换开关。

进一步，所述箱门里侧固定有屏蔽铜片并安装防水橡皮，箱体与箱门接触处贴设有到点橡胶。

进一步，所述箱门及箱体加焊软线，箱体下端加焊接地螺钉。

进一步，所述箱门的里侧设置有与箱体内壁连接的门撑。

进一步，所述箱体后侧通过连接线路连接有两个电缆转换盒，所述电缆转换盒另一端与负载连接。

进一步，所述箱体侧面上下两端分别开设有散热格栅。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述船用不间断电源自动切换装置的控制系统的电力系统。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述船用不间断电源自动切换装置的控制系统的通信设备。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明加装UPS自动转换装置后，2台UPS所供电的负载能够实现供电电源双备份，提高了负载运行的可靠性和连续性，同时确保柴油发电机组的可靠不间断运行，提高了设备、电力系统及全船的安全性及可靠性。同时其自动转换时间：小于0.01S(转换瞬间电压不能降至10V)。自动转换电压：22±0.5V；逆向恢复电压：26±0.5V。

本发明具备主备电、UPS电源故障自动切换、逆向恢复、负载短路保护等功能，UPS所供电的负载能够实现供电电源的双备份，提高了负载运行的可靠性和连续性，进而提高了设备、电力系统的安全性以及可靠性。

本发明通过加装UPS自动切换装置，使得两台UPS所供电的负载能够实现供电电源双备份，有效的提高了负载运行的可靠性以及连续性，同时确保柴油机组的可靠不间断运行，提高了设备、电力系统以及整体设备的安全性以及可靠性。

本发明通过两种电源转换方式，提高了装置的操作性，并实现了冗余备份，使得系统可靠性稳步提升；还具备逆向恢复功能以及负载短路保护功能，当主电源UPS故障排除并恢复正常后，自动转换装置由备用UPS供电自动逆向恢复为主电源UPS供电；当电源负载出现短路时，为防止故障蔓延，自动转换装置不进行UPS之间的相互切换。有效的提高了整体设备的运行稳定性。并且可以通过本发明对于设备的主电电压、备电电压、负载电流、备电供电、备电故障、负载过流、装置接入、装置断开等状态进行实时监测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的船用不间断电源自动切换装置的控制系统的结构框图。

图2是本发明实施例提供的船用不间断电源自动切换装置的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的船用不间断电源自动切换装置侧面的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的电缆转换盒的结构示意图。

图中：1、箱体；2、箱门；3、显示面板；4、状态指示灯；5、状态转换开关；6、电缆转换盒；7、接地螺钉；8、散热格栅。

图5是本发明实施例提供船用不间断电源自动切换装置加装前单台UPS与负载之间的接线示意图。

图6是本发明实施例提供的船用不间断电源自动切换装置加装后的接线示意图。

图7是本发明实施例提供的加装前接线示意图。

图8是本发明实施例提供的原2台UPS的负载之间的接线示意图。

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，以下结合实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种船用不间断电源自动切换装置、控制系统、方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的船用不间断电源自动切换装置的控制系统包括：

主备电模块，包括连接自动转换装置的两台UPS，一台UPS作为主电源通过自动转换装置向负载供电，另一台UPS作为备用电源处于备用未接通状态；

自动转换模块，用于主电源UPS故障时，自动无缝切换至备用UPS供电，即由备用UPS作为电源通过自动转换装置向负载供电；

逆向恢复模块，用于主电源UPS故障排除并恢复正常后，由备用UPS供电自动逆向恢复为主电源UPS供电；

电源转换模块，包括手动转换和自动转换，用于通过工作状态转换开关实现手动与自动功能转换；

负载短路保护模块，用于当负载出现短路时，控制自动转换装置不进行UPS之间的相互切换；

运行状态指示模块，用于实时显示主电电压、备电电压和负载电流的数值，以及备电供电、主电故障、备电故障、负载过流、装置接入、装置断开的状态指示。

如图2至图4所示，本发明实施例提供的船用不间断电源自动切换装置中的箱体1正面通过铰链连接有箱门2，箱门2正面嵌装有显示面板3和多个状态指示灯4，箱门2正面嵌装有状态转换开关5。箱门2里侧固定有屏蔽铜片并安装防水橡皮，箱体1与箱门2接触处贴设有到点橡胶。箱门2及箱体1加焊软线，箱体1下端加焊接地螺钉7。箱门2的里侧设置有与箱体1内壁连接的门撑。箱体1后侧通过连接线路连接有两个电缆转换盒6，电缆转换盒6另一端与负载连接。箱体1侧面上下两端分别开设有散热格栅8。

一、自动转换装置的功能

自动转换装置具有的基本功能如下：

(1)主备电功能：连接自动转换装置的两台UPS，一台UPS作为主电源通过自动转换装置向负载供电，另一台UPS作为备用电源处于备用未接通状态；

(2)UPS电源故障后自动转换功能：当主电源UPS故障时(电压输出不正常)，自动转换装置自动无缝切换至备用UPS供电，即由备用UPS作为电源通过自动转换装置向负载供电；

(3)逆向恢复功能：主电源UPS故障排除并恢复正常后，自动转换装置由备用UPS供电自动逆向恢复为主电源UPS供电；

(4)手动转换和自动转换两种功能：通过工作状态转换开关“装置接入”、“装置断开”实现手动与自动功能转换；选择“装置接入”时，自动转换装置实时监测两台UPS状态，一旦主电源UPS故障立即自动切换；选择“装置断开”时，自动转换装置不再监测两台UPS状态，此时主电源UPS故障，只能手动切换至备用UPS向负载供电；

(5)负载短路保护功能：当负载出现短路时，为防止故障蔓延，自动转换装置不进行UPS之间的相互切换；

(6)运行状态指示功能：实时显示主电电压、备电电压、负载电流，备电供电、主电故障、备电故障、负载过流、装置接入、装置断开状态指示。

二、自动转换装置技术指标

自动转换装置技术指标如下：

(1)额定电压：24V

(2)额定电流：120A

(3)自动转换时间：小于0.01S(转换瞬间电压不能降至10V)

(4)自动转换电压：22±0.5V

(5)逆向恢复电压：26±0.5V

(6)防护等级：IP23

三、自动转换装置物理特性

(1)最大外形尺寸(宽×高×深)：450×590×355mm；

(2)装置重量(含减振器)：38kg；

(3)箱体及门先镀锌后喷漆，颜色：中绿灰；

(4)门背后卯屏蔽铜片并安装防水橡皮，箱体与门接触处贴到点橡胶；

(5)门及箱体加焊软线，箱体加焊接地螺钉；

(6)在箱门的适当位置加焊门撑。

四、加装接线方案

根据调研的相关情况，确定如下接下方案：

1、加装前单台UPS与负载之间的接线如图5所示。

2、加装后2台UPS与1台自动转换装置，以及原2台UPS的负载之间的接线示意图如图6。

3、加装方案增加的设备与材料：

加装工程除需要增加自动转换装置，还需增加相关的附加设备与材料。具体如下：

1、每台自动转换装置后方需连接2个电缆转换盒，用以连接自动转换与负载。

2、需增加UPS与自动转换装置之间，以及自动转换装置与电缆转换盒之间的电缆，如图6所示。

下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。

目前已在某型船上加装3台自动切换装置：一台加装于备件室，使UPS舱内的UPS-1和备件室内的UPS-2互为备用；一台加装于前配电板室，使前电站UPS-7与UPS-8直流电源装置互为备用；一台加装于后配电板室，使后电站UPS-9与UPS-10直流电源装置互为备用。

加装接线方案，根据调研的相关情况，以及与设计单位协调的意见，我们确定如下接下方案：

1、加装前单台UPS与负载之间的接线示意图如图7。

2、加装后2台UPS与1台自动转换装置，以及原2台UPS的负载之间的接线示意图如图8。

加装方案增加的设备与材料

根据加装方案，除增加3台自动转换装置外，加装工程还需增加相关的附加设备与材料。具体如下：

每台自动转换装置后方需连接2个电缆转换盒，用以连接自动转换与负载。

需增加UPS与自动转换装置之间，以及自动转换装置与电缆转换盒之间的电缆。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。