一种多模态静态切换开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及UPS及其逆变电源技术领域，具体涉及一种多模态静态切换开关及其控制方法。

背景技术

在UPS及其逆变电源领域中，静态切换开关(STS，Static Transfer Switch)被用来实现对UPS或逆变电源系统的切换任务。实际应用中，静态切换开关的不间断断开必须满足以下条件：一个是输入交流电源频率在备用的情况下的频率与逆变器输出的同步误差范围不可过大，一般在2％之内；另一个是电压幅值不能超出或低于逆变电压，需要两者电压是相近的或逆变输出稍高，其误差值范围应在10％；另外输入交流电源与逆变器输出电压的相位差必须在7.2度以内即误差不应超过400us。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多模态静态切换开关及其控制方法，以实时智能控制掌握UPS或逆变电源系统可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多模态静态切换开关，包括控制管理模块，分别与所述控制管理模块电连接的电量状态检测模块和驱动模块；

所述控制管理模块用于分别向所述驱动模块发送驱动指令信号，向所述电量状态检测模块发送采集控制信号；

所述电量状态检测模块用于根据所述控制管理模块发送的采集控制信号，采集UPS或逆变电源系统状态切换模式需求的电源端电量信息；

所述驱动模块用于根据所述控制管理模块发送的驱动指令信号，驱动静态开关器件进行打开与关闭操作。

进一步地，所述电量状态检测模块具体用于根据控制管理模块发送的采集控制信号，完成UPS或逆变电源系统切换前的电量状态采集，包括同步采集直流输入电源、系统输入交流电源、逆变输出电压；所述电量状态检测模块包括电量隔离变换电路、滤波电路和放大电路。

进一步地，所述控制管理模块还用于获取切换需求特征数据作为输入数据源需求，建立诊断混合判断模型，对特征数据中的不同混合模型的对比，跟踪出系统故障特征。

进一步地，所述控制管理模块获取UPS或逆变电源系统状态切换模式需求，所述切换模式需求包括模式切换过程控制保持的负载信息、电源端电量信息，并在切换前或切换过程检测到切换模式需求量异常时禁止模式切换。

进一步地，所述控制管理模块获取系统输入交流电源状态向逆变电源系统切换模式需求，首先控制逆变器为电压源但不做电压闭环控制，以增大逆变电源的等效输出阻抗减小并联环流，同时执行跟踪控制算法控制逆变输出幅值始终跟踪到系统输入交流电源幅值上，在切换执行完成后且延迟一定的时间再执行电压闭环控制。

进一步地，所述控制管理模块获取逆变电源系统向系统输入交流电源状态切换模式需求，首先控制执行跟踪控制算法并通过二级锁相控制逆变输出相位跟踪到系统输入交流电源相位道上，差异控制到最小时，启动切换开关执行切换过程持续锁相，在切换过程中一旦发现切换条件不符合时立即终止切换，并将系统恢复到切换前状态。

进一步地，所述控制管理模块采用32位单片机为主CPU控制芯片，还包括复位和晶振电路、数据存储电路、时钟电路、通信接口、输出控制驱动接口；CPU控制芯片用于实现数据分析与存储、控制逻辑执行、报警和自愈命令输出；复位和晶振单元为CPU控制芯片提供工作必需的基本时钟脉冲信号；数据存储电路与CPU控制芯片采用I2C方式连接，用于存储装置运行过程数据、故障信息、定值数据；时钟电路用于提供时钟信号，以便于准确标识操作与故障的时间节点；通信接口与UPS系统管理主机模块通信，充当下位机终端接受通信传输命令和数据传输。

本发明还提供一种多模态静态切换开关的控制方法，包括：

控制管理模块分别向驱动模块发送驱动指令信号，向电量状态检测模块发送采集控制信号；

电量状态检测模块根据控制管理模块发送的采集控制信号，采集UPS或逆变电源系统状态切换模式需求的电源端电量信息；

驱动模块根据控制管理模块发送的驱动指令信号，驱动静态开关器件进行打开与关闭操作。

进一步地，控制管理模块获取系统输入交流电源状态向逆变电源系统切换模式需求，首先控制逆变器为电压源但不做电压闭环控制，以增大逆变电源的等效输出阻抗减小并联环流，同时执行跟踪控制算法控制逆变输出幅值始终跟踪到系统输入交流电源幅值上，在切换执行完成后且延迟一定的时间再执行电压闭环控制。

进一步地，控制管理模块获取逆变电源系统向系统输入交流电源状态切换模式需求，首先控制执行跟踪控制算法并通过二级锁相控制逆变输出相位跟踪到系统输入交流电源相位道上，差异控制到最小时，启动切换开关执行切换过程持续锁相，在切换过程中一旦发现切换条件不符合时立即终止切换，并将系统恢复到切换前状态。

实施本发明具有如下有益效果：基于多模态融合静态开关智能切换与UPS或逆变电源系统切换任务特性的适配性，获得UPS或逆变电源系统状态切换的模式需求、负载需求、电量信号及控制系统之间信息交互，控制简单，并联环流小，过渡电压无过冲，安全可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例一种多模态静态切换开关的构成方框图。

图2是本发明实施例中控制管理模块控制切换的流程示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

请参照图1所示，本发明实施例一提供一种多模态静态切换开关，包括控制管理模块，分别与所述控制管理模块电连接的电量状态检测模块和驱动模块；

所述控制管理模块用于分别向所述驱动模块发送驱动指令信号，向所述电量状态检测模块发送采集控制信号；

所述电量状态检测模块用于根据所述控制管理模块发送的采集控制信号，采集UPS或逆变电源系统状态切换模式需求的电源端电量信息；

所述驱动模块用于根据所述控制管理模块发送的驱动指令信号，驱动静态开关器件进行打开与关闭操作。

具体地，电量状态检测模块根据控制管理模块发送的采集控制信号，完成UPS或逆变电源系统切换前的电量状态采集，包括同步采集直流输入电源、系统输入交流电源、逆变输出电压，以获取UPS或逆变电源系统状态切换模式需求的电源端电量信息，反馈给控制管理模块，以随时保证逆变输出与市电电压的幅值、相位差异尽可能的小，防止切换过程中逆变输出电源和系统输入交流电源并联短暂几个周波的并联时间内损坏开关器件和缓冲器件。本实施例中，电量状态检测模块包括电量隔离变换电路、滤波电路和放大电路，实现了对UPS或逆变电源系统输入电压、逆变输出电压的采集，并发送给所述控制管理模块。

控制管理模块具体用于获取切换需求特征数据作为输入数据源需求，建立诊断混合判断模型，对特征数据中的不同混合模型的对比，跟踪出系统故障特征；特征提取是从复杂叠加的原始信号中提取隐含的有用信息，过滤杂乱无用信息，降低原始数据中的信息维度，保留关键有效特征量的过程。

具体请结合图2所示，逆变电源与输入交流电源间切换的流程为：

控制管理模块首先获得UPS或逆变电源系统状态切换模式需求，其切换模式需求包括模式切换过程控制保持的负载信息、电源端电量信息，以确保满足切换后供电可靠性、稳定性，具有负载供电的连续柔和变化能力，响应切换指示、切换成功指示，切换控制模式之间应存在避免控制器误操纵的自锁逻辑，模式切换点实现响应形式之间的无缝切换，在切换前或切换过程检测到切换模式需求量异常时禁止模式切换；

控制管理模块获得系统输入交流电源状态向逆变电源系统切换模式需求，首先控制逆变器为电压源但不做电压闭环控制，以增大逆变电源的等效输出阻抗减小并联环流，同时执行跟踪控制算法控制逆变输出幅值始终跟踪到系统输入交流电源幅值上，并控制逆变输出幅值稍高，这样可以向系统输入交流电源输出功率防止母线电压泵升，在切换执行完成后且延迟一定的时间再执行电压闭环控制，逆变输出幅值恢复；此控制策略具备并联环流小、过渡时间内无过冲的优点；

控制管理模块获得逆变电源系统向系统输入交流电源状态切换模式需求，首先控制执行跟踪控制算法并通过二级锁相控制逆变输出相位跟踪到系统输入交流电源相位道上，差异控制到最小时，启动切换开关执行切换过程持续锁相，在切换过程中一旦发现切换条件不符合时立即终止切换，并将系统恢复到切换前状态。

本实施例中，控制管理模块采用32位单片机为主CPU控制芯片，还包括复位和晶振电路、数据存储电路、时钟电路、通信接口、输出控制驱动接口；CPU控制芯片实现数据分析与存储、控制逻辑执行、报警和自愈命令输出；复位和晶振单元为CPU控制芯片提供工作必需的基本时钟脉冲信号；数据存储电路与CPU控制芯片采用I2C方式连接，用于存储装置运行过程数据、故障信息、定值数据；时钟电路为装置提供时钟信号，以便于准确标识操作与故障的时间节点；通信接口通过TTL收发信号放大、隔离、变换成485信号输出的设计，与UPS系统管理主机模块通信，充当下位机终端接受通信传输命令和数据传输。

静态开关器件根据驱动模块发送的驱动使能信号进行打开与关闭操作，最终达到在系统运行故障时仍能稳定切换至备用电源输出状态。

相应于前述本发明实施例一一种多模态静态切换开关，本发明实施例二提供一种多模态静态切换开关的控制方法，包括：

控制管理模块分别向驱动模块发送驱动指令信号，向电量状态检测模块发送采集控制信号；

电量状态检测模块根据控制管理模块发送的采集控制信号，采集UPS或逆变电源系统状态切换模式需求的电源端电量信息；

驱动模块根据控制管理模块发送的驱动指令信号，驱动静态开关器件进行打开与关闭操作。

进一步地，控制管理模块获取系统输入交流电源状态向逆变电源系统切换模式需求，首先控制逆变器为电压源但不做电压闭环控制，以增大逆变电源的等效输出阻抗减小并联环流，同时执行跟踪控制算法控制逆变输出幅值始终跟踪到系统输入交流电源幅值上，在切换执行完成后且延迟一定的时间再执行电压闭环控制。

进一步地，控制管理模块获取逆变电源系统向系统输入交流电源状态切换模式需求，首先控制执行跟踪控制算法并通过二级锁相控制逆变输出相位跟踪到系统输入交流电源相位道上，差异控制到最小时，启动切换开关执行切换过程持续锁相，在切换过程中一旦发现切换条件不符合时立即终止切换，并将系统恢复到切换前状态。

有关本实施例的工作原理及过程，请参照前述本发明实施例一的说明，此处不再赘述。

通过上述说明可知，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：基于多模态融合静态开关智能切换与UPS或逆变电源系统切换任务特性的适配性，获得UPS或逆变电源系统状态切换的模式需求、负载需求、电量信号及控制系统之间信息交互，控制简单，并联环流小，过渡电压无过冲，安全可靠性高。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明的权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。