应用于UPS并机系统断路故障的检测方法、设备及介质与流程

应用于ups并机系统断路故障的检测方法、设备及介质
技术领域
1.本发明涉及故障检测技术领域，尤其是涉及应用于ups并机系统断路故障的检测方法、设备及介质。


背景技术：

2.ups即不间断电源(uninterruptible power supply)，是一种含有储能装置的不间断电源。将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。因此，如何提高usp的可靠性成为本领域亟需解决的问题。
3.现有技术中，为了解决ups系统的可靠性，通常会采用ups并机方案。ups并机是指两个或多个ups在同时工作的过程中,让相关的负载得以分散,承担的责任小了,它自然就可以降低故障发生的几率。这是由于当一台机器故障时,其他完好的电源会承担起故障电源的责任,短时间内整个系统的运行不会受到任何影响。在ups并机时，需要保证每台ups的每相输出线路都能可靠的并接在一起，这样在并机时，才能保证机器的正常运行。
4.如图1所示，当发生输出线路断路故障时，按照故障点可以分为两类：
5.1、若断路点发生在ups主机输出端，则从属与故障类型1的输出线路断路故障；
6.2、若断路点发生在ups从机输出端，则从属与故障类型2的输出线路断路故障。
7.传统的供电故障检测是通过人工的方式进行检测，当机器已经出现故障时，不能第一时间被检测出来，且也不能直观地定位出具体出现故障的位置，需要每个点逐一进行排查，排查检测时间会比较长，耗费大量的人力，检测效率不高，且供电故障检测的准确性也有待提高。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本发明提供应用于ups并机系统断路故障的检测方法，能快速检测出故障点，节省了人力，提高了检测效率和准确性。
9.本发明是通过以下技术方案予以实现：
10.本发明提供了应用于ups并机系统断路故障的检测方法，该ups并机系统需提供一个ups主机、复数个ups从机和至少一个负载；所述方法包括如下步骤：
11.步骤1、每个ups从机接收由ups主机发送的主机逆变输出电压及主机输出功率；
12.步骤2、每个ups从机判断主机逆变输出电压和自身的从机逆变输出电压的差值绝对值，当差值绝对值大于误差阈值时，进入步骤3；
13.步骤3、所述ups从机判断差值是否大于误差阈值，若否，则进入步骤4；若是，则继续判断从机输出功率是否大于功率阈值，如果是，则认定ups主机的输出端发生了线路断开故障；如果否，则清空该ups从机的均流环积分量，继续等待故障条件满足后进行再次判断；
14.步骤4、所述ups从机判断差值是否小于误差阈值的负数，若否，则结束流程；若是，则继续判断主机输出功率是否大于功率阈值，如果是，则认定该ups从机的输出端发生了线路断开故障；如果否，则清空该ups从机的均流环积分量，继续等待故障条件满足后进行再
次判断。
15.进一步的，所述步骤1中ups主机是通过并机can通讯总线发送主机逆变输出电压及主机输出功率给每个ups从机。
16.进一步的，所述步骤2具体包括：
17.步骤21、每个ups从机计算出主机逆变输出电压和自身的从机逆变输出电压的差值绝对值；
18.步骤22、对比该差值绝对值与误差阈值，若差值绝对值大于误差阈值，则对比结果进行确认并统计次数，进入步骤23；若差值绝对值不大于误差阈值，则对比结果计数清零，结束流程；
19.步骤23、判断统计次数是否大于或等于预设次数，若是，则进入步骤3；若否，则重复步骤22-23。
20.进一步的，所述步骤3中认定ups主机的输出端发生了线路断开故障后，还包括：
21.步骤31、所述ups从机将故障标志变量进行置位，并通过并机can通讯总线发送给ups主机；
22.步骤32、所述ups从机接收到由所述ups主机收到该置位后的故障标志变量后，发送的反馈信息；
23.步骤33、所述ups从机停止对ups主机输出故障标志变量；
24.步骤34、将ups主机断开输出并退出ups并机系统，并选择其中一个ups从机作为ups主机继续工作；
25.步骤35、所述ups从机接收到当ups主机的线路断开故障修复好后，重新加入到ups并机系统后，通过并机can通讯总线发送的置位后的重置变量；
26.步骤36、所述ups从机检测到该重置变量发生置位后，则复位故障标志变量。
27.进一步的，所述步骤4中认定ups从机的输出端发生了线路断开故障后，还包括：
28.将发生线路断开故障的ups从机断开输出并退出ups并机系统，并进行修复，不影响未发生线路断开故障的ups主机和其他ups从机运行，待发生线路断开故障的ups从机修复后，继续加入ups并机系统。
29.进一步的，所述误差阈值为2v-10v中的任意一个数值。
30.进一步的，所述误差阈值为3v。
31.进一步的，所述功率阈值为ups从机额定输出功率的r％，其中，r为0＜r≤10的正数。
32.本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的应用于ups并机系统断路故障的检测方法。
33.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的应用于ups并机系统断路故障的检测方法。
34.本发明的有益效果是：
35.本发明是通过对比主机逆变输出电压和每个从机逆变输出电压的差值，对比从机输出功率和功率阈值的数值，以及对比主机输出功率和功率阈值的数值来判断出输出端线路断开故障点是发生在ups主机或对应的ups从机中，由于数据是实时进行对比，故当机器
出现故障时，就能第一时间被检测出来，通过数值对比能快速进行检测并能直观地定位出具体出现故障的位置；无需对每个点逐一进行排查，减少了排查检测时间，节省了人力，提高了检测效率和准确性。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
37.图1是ups并机系统输出线路断路故障示意图(均流环未图示)。
38.图2是ups主机并机控制外环环路控制原理框图。
39.图3是ups从机并机控制外环环路控制原理框图。
40.图4是本发明实施例提供的应用于ups并机系统断路故障的检测方法流程图。
41.图5是ups从机检测出ups主机输出端发生线路断开故障后的处理逻辑示意图。
42.图6是ups主机接收到ups从机告知发生输出端线路断开故障的处理逻辑示意图。
43.图7本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。
44.图8是本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
45.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
46.1、如图1-3所示，ups并机系统均流原理简单介绍：
47.ups并机系统的输出平均电流参考(out_avg_curt_ref)：(理解为各ups输出电流的平均值)
48.out_avg_curt_ref＝(im+i1+i2+
…
+in)/(n+1)；(n＝1,2,3
…
)公式1
49.如图1中标注所示，im为ups主机的输出电流，i1为ups从机1的输出电流，i2为ups从机2的输出电流，in为ups从机n的输出电流；
50.如图2所示，ups主机的主机逆变输出电压的有效值参考直接决定了ups主机的主机逆变输出电压的大小，也直接决定稳态时，ups并机系统的逆变输出电压的大小。在ups进行并机时，如果在相位一致的情况下，就可以直接通过调节各机器的逆变输出电压幅值来实现输出均流的效果，实现负载的平均分配。如图2所示，均流环的输出量直接加在逆变输出电压的有效值参考端，将直接影响机器的逆变输出电压。ups主机之所以不加均流环，是为了保证ups并机系统整体电压钳位在市电电压。
51.如图3所示，与ups主机不同，ups从机的从机逆变输出电压的有效值参考值与其均流环pi控制器输出值共同决定ups从机的最终的从机逆变输出电压的大小；当各ups之间完成了逆变输出电压的相位同步后，之后通过均流环的调节，来控制各ups从机的逆变输出电压，以此来实现ups并机系统各ups之间的输出电流的平均控制。ups从机加均流环的原因是为了实现ups并机系统输出均流的目标，ups从机通过均流环调节自身电压，来保证自身输出电流，和ups并机系统的输出平均电流一致。
52.2、输出线路断开故障对ups并机系统的影响：
53.按故障类型进行故障现象分析：
54.分析假设条件：n台ups并机组成的ups并机系统，包含1台ups主机、(n-1)台ups从机，当前ups并机系统总输出功率为m千瓦(m》0)，可知当前ups并机系统正常均流情况下每台ups输出功率为(m/n)千瓦。
55.(1)主机端输出线路断开状况分析：
56.若ups主机的输出端线路断开时，则ups主机的输出功率从(m/n)千瓦下降为零，由其他(n-1)台ups从机承当m千瓦的功率，可推算出每台ups从机的输出功率从(m/n)千瓦增加为[m/(n-1)]千瓦；ups并机系统总负载不变情况下，ups主机和每一台ups从机输出平均电流参考(out_avg_curt_ref)将保持不变；ups主机负载断开，其他ups从机的输出功率被动上升，导致ups从机输出平均电流反馈(out_avg_curt_fdb)增大，ups从机的输出平均电流参考和输出平均电流反馈，两者相减计算将产生负的平均电流误差(avg_curt_err)，ups从机的均流环pi控制器根据输出平均电流误差进行计算，产生负向的逆变输出电压调节量，通过均流环pi控制器下调ups从机的从机逆变输出电压，将导致ups从机的从机逆变输出电压不断跌落，而ups主机控制没有均流环路的调节，将维持与市电电压相同的逆变输出电压；所以当ups从机的从机逆变输出电压低于ups主机的主机逆变输出电压一定范围时，直至低压保护退出ups并机系统，这可作为ups主机的输出端线路断开的判断条件。
[0057]
(2)从机端输出线路断开状况分析：
[0058]
若k台(k＝1,2,3
…
(n-1))ups从机的输出端线路断开，ups主机的输出功率从(m/n)千瓦上升为[m/(n-k)]千瓦，发生输出端线路断开的ups从机的输出功率从(m/n)千瓦下降为0，从而导致ups从机的输出平均电流反馈(out_avg_curt_fdb)减小为0，ups并机系统总负载不变情况下，ups主机和每一台ups从机输出平均电流参考(out_avg_curt_ref)将保持不变；ups从机输出平均电流参考和输出平均电流反馈，两者相减计算将产生正的平均电流误差(avg_curt_err),ups从机的均流环pi控制器根据输出平均电流误差进行计算产生正向的逆变输出电压调节量，通过均流环pi控制器上调ups从机的从机逆变输出电压，将导致ups从机的从机逆变输出电压不断上升，而主ups机控制没有均流环路的调节，将维持与市电电压相同的逆变输出电压；所以当从机逆变输出电压高于主机逆变输出电压一定范围时，直至高压保护退出ups并机系统，这可作为从机输出线路断开的判断条件。
[0059]
3、如图4所示，本发明实施例提供了应用于ups并机系统断路故障的检测方法，该ups并机系统需提供一个ups主机、复数个ups从机和至少一个负载；ups并机系统中每台ups的硬件都存在一定的参数差异，故每台ups输出平均电流的实际采样值将存在一定误差。当ups并机系统的ups处于空载时，此时理论上的输出平均电流参考值为零，但由于硬件差异引起的采样误差，导致此时每台ups的实际平均电流参考不为零，ups从机经过均流环pi控
制器的调整，将会导致从机自身电压和主机电压产生压差。为了避免此种情况引起输出线路断开故障的误判断，因此加入必须存在一定功率负载的条件来保证故障检测的精准性。
[0060]
所述方法包括如下步骤：
[0061]
步骤1、每个ups从机接收由ups主机发送的主机逆变输出电压及主机输出功率；
[0062]
在本实施例中，所述步骤1中ups主机是通过并机can通讯总线发送主机逆变输出电压及主机输出功率给每个ups从机；故障判断逻辑由个ups从机执行，个ups主机不执行，所以需要将用于故障判定的ups主机的数据(主机逆变输出电压及主机输出功率)都发给每一个ups从机进行分析和处理，这样可以保证ups从机上都有对应的数据进行判定。
[0063]
步骤2、每个ups从机判断主机逆变输出电压(volt_master)和自身的从机逆变输出电压(volt_slave)的差值绝对值(volt_err)，当差值绝对值大于误差阈值(err_limit(x》err_limit》0,x为大于0的正数))时，进入步骤3；(volt_err＝fabs(volt_master
–
volt_slave),fabs()为浮点求绝对值函数)；所述误差阈值为2v-10v中的任意一个数值。误差阈值(err_limit)的取值越小则故障检测越快，但检测可靠性降低；最佳的，所述误差阈值为3v，3v既能够保证能快速检测到故障，又能提高检测可靠性，本实施例中以3v为例进行说明。
[0064]
在本实施例中，所述步骤2具体包括：
[0065]
步骤21、每个ups从机计算主机逆变输出电压和自身的从机逆变输出电压的差值绝对值；
[0066]
步骤22、对比该差值绝对值与误差阈值，若差值绝对值大于误差阈值，则对比结果进行确认并统计次数，进入步骤23；若差值绝对值不大于误差阈值，则对比结果计数清零，结束流程；
[0067]
步骤23、判断统计次数是否大于或等于预设次数，若是，则进入步骤3；若否，则重复步骤22-23。进行多次对比判定是为了能提高准确性，避免存在误差。
[0068]
步骤3、所述ups从机判断差值是否大于误差阈值，若否，则说明(主机逆变输出电压-从机逆变输出电压)≤3v，则进入步骤4；若是，则说明(主机逆变输出电压-从机逆变输出电压)＞3v，根据上述主机端输出线路断开状况分析结论，则初步认定ups主机的输出端发生了线路断开故障，为了进一步确认结果的准确性，需要保证当前机器存在一定负载，排除空载情况下的计算误差引起的误判断，在(主机逆变输出电压-从机逆变输出电压)＞3v的条件下，继续判断从机输出功率是否大于功率阈值(pw瓦特)，所述功率阈值为ups从机额定输出功率的r％，其中，r为0＜r≤10的正数，最佳的，功率阈值为200w；如果是，则认定ups主机的输出端发生了线路断开故障；如果否，则清空该ups从机的均流环积分量，继续等待故障条件满足后进行再次判断；
[0069]
如图5-6所示，在本实施例中，所述步骤3中认定ups主机的输出端发生了线路断开故障后，还包括：
[0070]
步骤31、所述ups从机将故障标志变量(maser_out_line_brk_err)进行置位，并通过并机can通讯总线发送给ups主机；由于故障判断逻辑由ups从机执行，ups主机不执行，所以ups从机在检测到ups主机的输出端发生线路断开故障时需要将该故障告知ups主机；
[0071]
步骤32、所述ups从机接收到由所述ups主机收到该置位后的故障标志变量后，发送的反馈信息；所述ups主机检测到故障标志变量发生置位后，得知自身的输出端发生线路
断开故障；
[0072]
步骤33、所述ups从机停止对ups主机输出故障标志变量；
[0073]
步骤34、将ups主机断开输出并退出ups并机系统，选择其中一个ups从机作为ups主机继续工作；新的ups主机是从剩余的ups从机中根据主从竞争机制产生的；
[0074]
步骤35、所述ups从机接收到当ups主机的线路断开故障修复好后，重新加入到ups并机系统后，通过并机can通讯总线发送的置位后的重置变量(master_out_line_err_rese)；
[0075]
步骤36、所述ups从机检测到该重置变量发生置位后，则复位故障标志变量。如图5中，若ups主机发生了输出端线路断开故障，当ups主机接收到ups从机告知故障后，将退出ups并机系统，此时ups并机系统其它正常ups从机根据主从竞争机制产生新的主机，故新组成的ups并机系统，其它ups从机正常情况下将进入到“no”分支等待故障ups主机确认故障信息后置位master_out_line_err_reset；其它正常机器检测到该变量置位后，则对master_out_line_brk_err进行复位。
[0076]
步骤4、所述ups从机判断差值是否小于误差阈值的负数，若否，则说明-3≤(主机逆变输出电压-从机逆变输出电压)≤3v，结束流程；若是，则说明(主机逆变输出电压-从机逆变输出电压)＜-3v，根据上述从机端输出线路断开状况分析结论，则初步认定ups从机的输出端发送了线路断开故障，为了进一步确认结果的准确性，需要保证当前机器存在一定负载，排除空载情况下的计算误差引起的误判断，在(主机逆变输出电压-从机逆变输出电压)＜-3v的条件下，继续判断主机输出功率是否大于功率阈值，如果是，则认定该ups从机的输出端发生了线路断开故障；如果否，则清空该ups从机的均流环积分量，继续等待故障条件满足后进行再次判断。
[0077]
在本实施例中，所述步骤4中认定ups从机的输出端发生了线路断开故障后，还包括：
[0078]
将发生线路断开故障的ups从机断开输出并退出ups并机系统，并进行修复，不影响未发生线路断开故障的ups主机和其他ups从机运行，待发生线路断开故障的ups从机修复后，继续加入ups并机系统。
[0079]
如图7所示，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的应用于ups并机系统断路故障的检测方法。
[0080]
如图8所示，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的应用于ups并机系统断路故障的检测方法。
[0081]
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。