不間斷電源和操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域一般涉及電源，并且更具體地，涉及不間斷電源(UPS)和操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]至少一些UPS系統(tǒng)，例如三相雙變換UPS系統(tǒng)通常包括前端整流器、具有電容器和能量儲存裝置的直流(DC)鏈接和逆變器。這種UPS系統(tǒng)使用前端整流器將電源的交流(AC)功率變換成可以供應(yīng)給DC鏈接的DC功率。DC鏈接然后給電容器、能量儲存裝置和逆變器提供DC功率。逆變器將DC功率變換回AC功率，AC功率然后用來給負載供電。如果輸入前端整流器的AC功率變成不可用，則能量儲存裝置充當(dāng)逆變器的DC電池，使得逆變器可以繼續(xù)給負載提供AC功率。以此方式，UPS在其輸入AC功率源變成不可用時，給負載提供不間斷功率。
[0003]在平衡負載條件下，恒定功率可以通過前端整流器從輸入AC功率源汲取，從而由輸入AC功率源提供平衡的三相源電流。結(jié)果，前端整流器的輸出是穩(wěn)態(tài)DC電壓。在至少一些已知的UPS系統(tǒng)中，每當(dāng)輸入公用電力在給定公差之外時，整流器被關(guān)斷，即使對于單相事件和單個橋臂故障也如此。在輸入公用電力經(jīng)歷頻率事件的情況下，UPS系統(tǒng)會頻繁地關(guān)斷整流器。整流器接通/關(guān)斷(0N/0FF)周期對變換器造成壓力。另外，在整流器關(guān)斷時，逆變器從電池汲取功率。重復(fù)的放電周期可能降低電池壽命和/或降低電池自主性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一方面，提供了一種不間斷電源(UPS)，包括:分裂直流(DC)鏈接(link)，所述分裂直流DC鏈接具有耦連于正DC鏈接端和第一節(jié)點之間的第一電容器和耦連于所述第一節(jié)點和負DC鏈接端之間的第二電容器。所述UPS還包括耦連到所述分裂DC鏈接的輸入的整流器和耦連到所述整流器的控制器。所述整流器包括:第一、第二和第三橋臂，其中，每個橋臂被配置成將從AC源接收的第一交流(AC)電壓變換成提供給所述分裂DC鏈接的DC電壓；以及第四橋臂，所述第四橋臂被配置成平衡所述第一和第二電容器的DC鏈接電壓。所述控制器被配置成在部分公用電力中斷、全部公用電力中斷和所述第一、第二、第三和第四橋臂中的至少一個橋臂故障的至少一種情況期間保持所述整流器的功能。
[0005]優(yōu)選地，所述UPS還包括與所述整流器并聯(lián)耦連的能量儲存裝置，所述能量儲存裝置被配置成當(dāng)所述整流器達到預(yù)定電流極限時輔助所述整流器提供能量，所述能量儲存裝置包括電池。
[0006]優(yōu)選地，在影響單個整流器橋臂的單相電力中斷和元件故障中的一種情況期間，所述控制器還被配置成通過在四線配電配置中以單相整流器操作剩余的整流器橋臂，從剩余的相汲取功率；所述UPS還包括與所述整流器并聯(lián)耦連的能量儲存裝置，所述能量儲存裝置被配置成當(dāng)所述整流器達到預(yù)定電流極限時輔助所述整流器提供能量。
[0007]優(yōu)選地，在影響單個整流器橋臂的單相電力中斷和元件故障中的一種情況期間，所述控制器還被配置成通過在三線配電配置中以線間整流器操作剩余的整流器橋臂，從剩余相汲取功率。所述UPS還包括與所述整流器并聯(lián)耦連的能量儲存裝置，所述能量儲存裝置被配置成當(dāng)所述整流器達到預(yù)定電流極限時輔助所述整流器提供能量。
[0008]優(yōu)選地，還包括耦連到所述分裂DC鏈接的輸出的逆變器，所述逆變器被配置成將DC電壓變換成第二 AC電壓。
[0009]在另一方面，提供了一種操作不間斷電源(UPS)的方法。所述方法包括:提供分裂直流(DC)鏈接，所述分裂直流DC鏈接包括耦連于正DC鏈接端和第一節(jié)點之間的第一電容器和耦連于所述第一節(jié)點和負DC鏈接端之間的第二電容器。所述方法還包括將從AC源接收的交流(AC)電壓變換成提供給所述分裂DC鏈接的DC電壓；所述AC電壓是使用耦連到所述分裂DC鏈接的輸入的整流器的第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂中的至少一個橋臂變換的。所述方法還包括使用所述整流器的第四橋臂平衡所述第一和第二電容器的DC鏈接電壓。所述方法還包括在部分公用電力中斷、全部公用電力中斷和所述第一、第二、第三和第四橋臂中的至少一個橋臂故障的至少一種情況期間，通過耦連到所述整流器的控制器保持所述整流器的功能。
[0010]優(yōu)選地，在所述第四橋臂故障同時存在公用電力期間，所述方法還包括:
[0011]傳送從所述整流器的第四橋臂平衡到所述第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂的DC鏈接電壓；以及
[0012]控制所述整流器，以從所述AC源汲取DC分量，從而補償所述DC鏈接中的任何電壓不平衡。
[0013]優(yōu)選地，在所述第四橋臂故障同時不存在公用電力期間，所述方法還包括通過使用所述控制器打開開關(guān)將所述整流器從所述AC源上隔離，以電壓平衡電路操作所述整流器。
【附圖說明】
[0014]圖1是示例性不間斷電源(UPS)系統(tǒng)的框圖。
[0015]圖2是示例性不間斷電源(UPS)的電路圖。
[0016]圖3是當(dāng)元件故障影響圖2中所示的第四橋臂，并且有公用電力時，用于補償DC鏈接電壓中的不平衡的示例性控制算法的框圖。
[0017]圖4是顯示當(dāng)元件故障影響圖2中所示的第四橋臂，并且沒有公用電力時圖2中所示的第一整流器橋臂的操作的示例性電路圖。
[0018]圖5是顯示具有擴展的整流器輸入電壓范圍的圖2中所示的UPS的操作的框圖。
[0019]圖6是在單相電力中斷和/或元件故障影響單個整流器橋臂的的事件中圖2中所示的整流器的電路圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1是示例性不間斷電源(UPS)系統(tǒng)10的框圖。在示例性實施例中，UPS系統(tǒng)10包括與逆變器饋電路徑14并聯(lián)耦連的旁路饋電路徑12，使得每個路徑可以給負載16提供電力。為了給負載16提供電力，旁路饋電路徑12和逆變器饋電路徑14耦連到一個或多個電源(未顯示)。電源可以是公用電源或一些其它的交流(AC)電源。
[0021]在示例性實施例中，旁路饋電路徑12包括每相用一對反并聯(lián)晶閘管實現(xiàn)的靜態(tài)開關(guān)模塊(未顯示)。逆變器饋電路徑14包括整流器26、能量儲存裝置28和逆變器30。整流器26從電源接收AC電壓，并將其變換成DC電壓。逆變器30從整流器26或從也可以輸出DC電壓的能量儲存裝置28接收DC電壓，并將DC電壓變換成AC電壓，AC電壓被饋送到負載16。
[0022]在示例性實施例中，在正常操作期間，UPS系統(tǒng)10使用逆變器饋電路徑14給負載16供電。UPS系統(tǒng)10通過閉合開關(guān)(K7)32操作于正常模式，使得逆變器電流從電源傳送到負載16。替代性地，UPS系統(tǒng)10通過打開開關(guān)(K7)32并閉合旁路靜態(tài)開關(guān)操作于旁路模式。旁路路徑12在所有的時間都不接通0Ν(閉合)。
[0023]UPS系統(tǒng)10還可以包括斷開開關(guān)(K4)36、(Κ6) 38和(Q1) 40，斷開開關(guān)可以提供對UPS系統(tǒng)10的附加保護和/或控制。在一些實施例中，斷開開關(guān)(K4) 36、(K6) 38和(Q1) 40包括手動斷開。
[0024]在示例性實施例中，能量儲存裝置28被配置成橋接UPS系統(tǒng)10以渡過電力中斷。能量儲存裝置28可以直接連接到DC鏈接(以基于變壓器的單元)或者可以通過DC-DC (降壓-升壓)變換器連接，從而考慮電壓適配。能量儲存裝置28是或者直接地或者通過DC-DC變換級連接到DC鏈接的電池或任何其它已知形式的能量儲存。
[0025]在示例性實施例中，UPS系統(tǒng)10包括控制器42?？刂破?2包括通信元件44、處理器46、存儲器48、存儲裝置50、輸入/輸出(I/O)端口 52等等。通信元件44是無線或有線通信元件，其促進UPS系統(tǒng)10內(nèi)的各個元件(例如開關(guān)、整流器、逆變器)之間的通信。處理器46是能夠執(zhí)行計算機執(zhí)行的代碼的計算機處理器或微處理器。存儲器48和存儲裝置50是可以用作存儲處理器可執(zhí)行代碼的介質(zhì)的適當(dāng)?shù)闹圃炱?。這些制造品代表可以存儲由處理器46使用以執(zhí)行本文中描述的實施例的處理器可執(zhí)行代碼的計算機可讀介質(zhì)(即任何適當(dāng)形式的存儲器或存儲裝置)。
[0026]在一些實施例中，控制器42從適合潛在目的的傳感器接收逆變器橋電流、逆變器負載電流、輸出的AC電壓信號、旁路負載電流和旁路輸入電壓有關(guān)的數(shù)據(jù)。使用所接收的數(shù)據(jù)，控制器42在部分公用電力中斷、全部公用電力中斷和整流器橋臂中的至少一個橋臂故障的至少一種情況期間，分析UPS系統(tǒng)10并確定是否控制整流器26保持整流器26的功會泛。
[0027]在正常操作期間，控制器42向UPS系統(tǒng)10內(nèi)的各個元件(例如整流器26、逆變器30)發(fā)送信號，使得整流器26將從電源20接收的功率轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)的DC功率，以對能量儲存裝置28充電，以及將DC功率供應(yīng)到逆變器30。逆變器30然后可以將DC功率變換成頻率調(diào)節(jié)(即可控)AC電壓。如果在任何時間電源20不能向整流器26提供功率，則逆變器30可以從能量儲存裝置28汲取DC功率，并且可以繼續(xù)向負載16供應(yīng)輸出功率。
[0028]盡管圖1描繪單線圖形式的UPS系統(tǒng)10，但應(yīng)當(dāng)注意，在某些實施例中，UPS系統(tǒng)10可以具有多相，諸如三相。例如，提供給負載16的輸出AC功率可以包括任何相數(shù)(例如