Methods and means of increasing the reliability of computerized modular uninterruptible power supply system

Abstract

Розглянуто питання розроблення та реалізації простого й ефективного методу керування роботою випрямлячів модульного джерела безперебійного живлення постійного струму з метою підвищення його надійності. Основна ідея методу полягає у керуванні процесом циклічного зміщення ввімкнених силових модулів джерела безперебійного живлення шляхом послідовного включення в роботу кожного наступного модуля з числа їх ненавантаженого резерву та відключення попереднього. В роботі наведено структуру системи керування, до складу якої, крім центрального керуючого модуля, запропоновано ввести блок керування силовими модулями, який відповідає за реалізацію процесу їх комутації та здійснює моніторинг їх стану. Для дослідження ефективності запропонованого методу розроблено комп’ютерну імітаційну модель, яка описує логіку керування силовими модулями. Для розроблення імітаційної моделі використано середовище візуального моделювання Simulink та математичний апарат бібліотеки компонентів Stateflow із застосуванням діаграм станів та переходів. Виконано тестування розробленої імітаційної моделі та наведено результати моделювання у вигляді часових діаграм зміни станів. Застосування розробленого методу, завдяки рівномірному зменшенню часу, протягом якого силові модулі джерела безперебійного живлення знаходяться у ввімкненому навантаженому стані, дає змогу збільшити час їх напрацювання на відмову, що, в свою чергу, підвищує його надійність без погіршення показників енергоефективності. Результати моделювання демонструють ефективність розробленого алгоритму в різних режимах роботи системи. На основі запропонованого методу створено апаратно-програмне забезпечення, реалізоване в якості складової інтелектуальної комп’ютеризованої системи керування джерелом безперебійного живлення постійного струму.

The problem of development and implementation of a simple and effective method of the rectifiers operation control for the modular uninterruptible DC power supply unit in order to increase its reliability is considered in this paper. The main idea of the method is to control the process of cyclic shifting of the switched- on power modules of the uninterruptible power supply by series switching into operation of each subsequent module from their unloaded reserve and switching out the previous one. The paper presents the control system structure where in addition to the central control module, it is proposed to add the control unit for power modules, which is responsible for implementing the process of their switching on and monitors their condition. In order to investigate the effectiveness of the proposed method, computer simulation model describing the power modules control logic is developed. The Simulink visual modeling environment and the mathematical tools of the Stateflow library component using state and transition diagrams are used in order to develop the simulation model. The developed simulation model is tested and the simulation results are given in the form of time diagrams of state change. The іmplementation of the developed method, due to the uniform reduction of the period during which the power modules of the uninterruptible power supply are on the switched-on loaded state, makes it possible to increase their operating time to failure, which in turn increases its reliability without deteriorating energy efficiency. The simulation results demonstrate the efficiency of the developed algorithm in various system operation modes. Based on the proposed method, hardware and software which is implemented as a part of intelligent computerized control system for uninterruptible DC power supply is created.