CN101267125A - 具有快速整流器控制和提高的电池寿命的干净输入ups - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有快速整流器控制和提高的电池寿命的干净输入UPS。本发明涉及UPS***的有源整流器的控制。本发明的多个方面涉及一种控制算法，该算法被实施以便实现产生与UPS***的有源整流器有关的电池的寿命提高的快速整流器控制操作。在不平衡负载条件下的本发明的方面中，有可能在两个可能的极端条件之间选择期望的特性，即实施导致电池寿命缩短的干净功率输入或者实施导致电池寿命提高的不干净功率输入。另外，本发明利用快速整流器控制和特定的前馈动作来使得有可能获得对dc链电压的非常严格的控制，甚至是在极端阶跃负载变化下。

Description

具有快速整流器控制和提高的电池寿命的干净输入UPS
技术领域
本发明涉及不间断电源，特别涉及对不间断电源的有源整流器的控制。
背景技术
在不间断电源(UPS)***内实施的电池通常遭受着可能影响与***有关的电池的寿命的纹波电流和快速放电脉冲。在不平衡负载的条件下，输出逆变器汲取来自直流(dc)链的两倍的市电频率以及由整流器和电池所产生的振荡电流。标准的整流器只能提供该振荡电流的平均值，因此必须从电池汲取纹波电流，从而影响电池的寿命。如果当时UPS负载不平衡，则相关联的有功功率不是恒定的。在这种情况下，有可能存在两种极端操作条件。第一种操作条件需要从公用电源(utility)汲取恒定的有功功率，从而导致以在电池上产生高电流纹波的代价来获得正弦电流。第二种操作条件需要从该公用电源汲取振荡的有功功率，并且因此获得非正弦电流，其中该操作是在不汲取任何电池电流的情况下被理想地实施的。
按照常规，已经把六个或十二个脉冲晶闸管整流器(有时与无源滤波器相结合)用作不间断电源(UPS)的输入端。然而，使用这些特定的拓扑结构不可能获得解决上述问题所需的快速电流控制。目前，利用更多现代的电源拓扑结构来实现可以以高功率因数从市电汲取正弦电流的干净(clean)输入的UPS。典型的前端变换器包括电流或电压源整流器，这些常常被称作IGBT整流器。这些变换器使得有可能达到进行电流控制操作所需的带宽。然而，为了利用这种快速电流控制以便解决所述问题，即增加电池寿命并获得非常严格的dc链电压控制，需要附加的控制量。
发明内容
本发明涉及对不间断电源的有源整流器的控制。更具体而言，本发明的多个方面包括一种有源整流器控制***，其被配置成增强用于为负载服务的不间断电源(UPS)***的响应控制性能，该有源整流器控制***提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流(dc)链电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率。该控制***包括前馈电压控制器，该前馈电压控制器包括比例积分(PI)控制器部件和前馈电流确定部件，该PI控制器部件被配置成响应于dc电压参考和dc电压输入值来确定电压误差参考电流值，该前馈电流确定部件被配置成响应于有功电流输入值来确定前馈电流值。
该控制***还包括变量限制部件和电流控制部件，该变量限制部件被配置成响应于dc参考输入值来确定受限参考电流值，该电流控制部件被配置成从该变量限制部件接收所确定的受限参考电流值，其中使用所确定的受限参考电流值来作为低电平电流控制器的参考值。
本发明的更多方面涉及一种有源整流器控制***的方法，其用于增强为负载服务的不间断电源(UPS)***的响应控制性能，该方法包括：确定有功功率负载值，将有功功率负载值除以dc电压值以便确定有功电流输入值，确定前馈电流值，以及确定电压误差参考电流值。该方法还包括：根据电压误差参考电流值与前馈电流值的总和来确定dc参考输入值，将dc参考输入值提供给变量限制部件，其中该变量限制部件被配置成利用dc参考输入值来计算受限参考电流值，并将受限参考电流值提供给电流控制部件。
附加的特征和优点通过本发明的技术来实现。
附图说明
在本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且清楚地要求保护被视为本发明的主题。根据以下结合附图所做出的详细描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点是显而易见的，其中：
图1是示出可以在本发明各实施例内被实施的电流源整流器的各方面的图；
图2是示出图1的电流源整流器的AC分量的两相表示的图；
图3是详述可以在本发明各实施例内被实施的前馈电压控制器的各方面的图；
图4是示出在平衡线性负载的情况下的有功功率分配的图；
图5是示出在不平衡线性负载的情况下的有功功率分配的图；
图6是示出具有K＝1的可变参数的不平衡线性负载的屏幕截图；
图7是示出具有K＝0的可变参数的不平衡线性负载的屏幕截图。
该详细描述参考附图通过例子解释了本发明各优选实施例以及优点和特征。
具体实施方式
下面详细描述了本发明的一个或多个示例性实施例。所公开的各实施例打算仅仅是说明性的，因为其中的众多修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
本发明涉及UPS***，特别是对UPS***的有源整流器的控制。在操作中，使用有源整流器来实现可以以高功率因数从市电汲取正弦电流的干净输入UPS***。本发明的多个方面涉及一种控制***，其中实施该控制***以便实现快速整流器控制操作，所述操作导致与UPS***的有源整流器有关的电池的寿命得到提高。在不平衡负载条件下的本发明的多个方面内，有可能在这样两种可能的极端条件之间选择所期望的特性，即导致电池寿命缩短的干净功率输入的实施方式或者导致电池寿命提高的不干净功率输入的实施方式。另外，本发明使用快速整流器控制来使得有可能获得对dc链电压的非常严格的控制，甚至是在极端阶跃负载变化下。该方面还导致提高的电池寿命(在阶跃负载变化过程中没有从电池汲取能量)、输出逆变器的增大的动态稳定性、以及功率变换器的提高的可靠性；尤其是在电池没有被连接或者使用替换的能量存储***的情况下。
如上所述，该控制***使得在不平衡条件下最小化从电池汲取的纹波电流最小化成为可能。另外，在该控制***内所实施的快速整流器控制允许甚至在极端阶跃负载变化下获得对dc链电压的非常严格控制的可能性。该功能方面是通过以下操作来实现的：首先在重大阶跃负载变化过程中最小化从电池汲取的能量的量，其次获得输出逆变器的增大的动态稳定性(这一方面在存在脉动负载的情况下是非常有用的，例如医学成像***)。最后，通过在突然的负载释放下避免高dc链电压，获得了功率变换器的提高的可靠性，尤其是如果没有连接电池或者在使用替换能量存储***的情况下。
图1示出可以在本发明各实施例内被实施的电流源整流器的拓扑结构的多个方面。如图1所示，变换器100包括具有6个IGBT 105(TR1到TR6)和6个二极管110(D1到D6)的桥。桥的AC侧包括三相LC滤波器115(L1、L2和L3，以及C12、C23和C31)，并被用来避免高频率开关谐波注入到电网120(电压源V1、V2和V3)中。桥的DC侧包括续流二极管D0125、滤波电感Ldc130和dc链电容器Cdc135。电流源iinv 140表示由逆变器所汲取的电流。如下解释整流器100的基本操作。假定恒定的dc链电流idc145和六个开关105的适当调制，有可能产生三个正弦脉宽调制电流155(ir1、ir2和ir3)。如从公用电源和通过三相LC滤波器115所见，这些电流是三线电流150is1、is2和is3，并且被控制为正弦。
该示例性配置造成两个***控制问题。第一个问题涉及电流控制，也就是，期望在补偿LC滤波器115的谐振的同时汲取三个正弦电流150is1、is2和is3。在以市电频率旋转的两相参考帧中处理这个问题。通过对变换器的AC侧执行所需的变换，获得了图2中表示的两个电路(205、210)。实际上将耦合这两个电路，但是出于这种控制示例的目的将忽略耦合。
在稳定状态中，图1的变换器的AC侧的所有正弦变量在图2的旋转两相表示中都变成了恒定变量。这允许具有扰动前馈的状态空间控制被设计成围绕图2的这两个电路。具体而言，状态变量是线电流isA和isB(206，211)和滤波电容器电压ucA和ucB(208，213)。扰动变量是公用电源电压umA和umB(209，214)，以及命令变量是电流irA和irB(207，212)。这些是图1的三个电流155ir1、ir2和ir3的旋转两相参考帧变换。通过作用于六个开关105TR1到TR6的dc链电流idc的脉宽调制来获得这些电流。这里通常直接利用两个变量irA和irB(207，212)来使用电流状态空间调制。在输入电流总谐波失真(THD)方面可以获得的性能受到开关频率和LC滤波器115的滤波电感L1、L2和L3的大小的限制。要在输入电流THD、开关损耗和滤波电感大小之间进行折衷。
参考图1，所造成的第二个控制问题是如何获得对dc链电压Vdc 160的非常严格的控制，甚至是在极端阶跃负载变化下，如由逆变器负载电流iinv 140所表示的。如上所述，对dc链电压的非常严格的控制带来了几个优点。首先，在重大阶跃负载变化期间从电池汲取的能量的量被最小化，从而导致电池寿命的提高。其次，获得了输出逆变器的增大的动态稳定性。如上所述，在脉动负载***(例如医学成像***)的情况下，这一特殊的方面非常有用。最后，通过在突然的负载释放下避免高dc链电压，获得了功率变换器的提高的可靠性，尤其是如果没有连接电池或者是在使用可替换能量存储***的情况下。
参考图1，通过使dc链电流idc 145遵循参考值idcref来获得对dc链电压Vdc的控制。这在如图3所示的电压控制器300中实现。参考值idcrefNL332由两项构成。第一项Iv 308来自标准PI控制器部件306，由Vdcref～Vdc(302，304)表示的电压误差馈送给PI控制器部件306。第二项IL 328是基于在逆变器输出端的负载所消耗的瞬时有功功率PACload 310的前馈项。然后总参考电流idcrefNL 332经过为了控制与电池有关的所有可能操作条件而需要的变量限制部件limAT 334。受限参考电流isAref 336是线电流控制器的部件205(图2)的参考电流。因此，对于部件210，同样的isBref 338被设置为0，以便以单位功率因数从公用电源汲取正弦电流。本发明的焦点是由三项Ifw1、Ifw2和Ifw3(325、326和327)构成的前馈项IL328。
将关于图4和图5来解释前馈项Ifw1、Ifw2和Ifw3(325、326和327)，图4和图5分别表示在平衡和不平衡负载情况下UPS***中的有功功率分配。这些图表示在UPS***内部各种点中的有功功率，具体而言：PACin是从公用电源402汲取的有功功率，PDC是整流器406所提供的有功功率，PB是电池412所提供的有功功率，以及PACload是从负载422汲取的有功功率。这些功率可以通过下列等式来确定：
P ACin = Σ i u mi i mi 等式1
PDC＝UDCIDC    等式2
PB＝UDCIB      等式3
P ACload = Σ i u i i i 等式4
在这些等式中，ui和ii是ac负载相电压和电流，umi和imi是在UPS输入端上的ac相电压和电流，UDC是dc链电压，IDC 408是整流器所提供的dc电流，以及IB 414是电池412所提供的dc电流。
假定UPS的最佳效率，总有功功率必须在***的任何点中守恒，具体而言：
PACload＝PBC+PB＝PACin    等式5
该等式规定负载所需的有功功率必须来自公用电源和电池。
在如图4所示在UPS输出端424处平衡线性负载的情况下，等式4显示出PACload是恒定的。因此，等式5和等式1表明正弦电流imi可以从公用电源汲取，而不从电池412汲取。
在如图5所示在UPS输出端524处不平衡线性负载的情况下，等式4显示出PAcload具有公用电源频率两倍的正弦变化。因此，可能出现如等式5和等式1所述的两种极端情况。在第一种情况下(在图5中被标记为A)，电池512提供PACload的振荡分量，而从公用电源502汲取恒定的有功功率。这意味着，以由于电池电流上的纹波而导致的电池寿命缩短为代价，可以从公用电源502汲取正弦电流imi504。在第二种情况下(在图5中被标记为B)，整流器506提供所需的全部有功功率，特别是包括振荡分量。因此，电池512的寿命没有缩短，但是因此不可能从公用电源502汲取正弦电流。
第二种操作模式需要具有快速电流控制的有源整流器，以便遵循dc电流IDC 508所需的正弦变化。典型地，这对于标准六脉冲晶闸管整流器是不可能的。参考图3，将描述如何利用所提出的电压控制器300可以得到如上所述的两种情况之间的任何操作模式。负载所需的有功功率除以dc链电压Vdc 312以便产生总dc电流Iatt 314。通过参数K(在0和1之间的变量)，电流Iatt 314可以以期望的比例在前馈网络的第二和第三分支(320，322)之间经过，其被称作Ifw2和Ifw3(326，325)。
具体而言，通过设置参数K等于1，全部电流Iatt 314将经过低通滤波器316以便产生前馈项Ifw2 326。在不平衡负载的情况下，然后获得上述的操作模式，也就是可以以电池电流中的纹波为代价(即缩短电池的寿命)从公用电源汲取正弦电流imi。另一方面，通过设置参数K为0，全部电流Iatt 314将产生前馈项Ifw3 325。在不平衡负载的情况下，然后获得上述的操作模式，其中电池寿命没有缩短，但是不可能从公用电源汲取正弦电流。通过使用0和1之间的K值可以获得所述两种极端情况之间的任何操作模式。
在图3的前馈网络的第三分支内，通过使电流Iatt 314经过选择性阶跃滤波器318和参数KJ 324来确定项Ifw1 327。该前馈项负责保证在重大负载阶跃过程中电压控制的高稳定性。基本上，由于选择性阶跃滤波器，所以Ifw1 327仅仅在负载阶跃变化之后的短时间是有功的，因此，将滤出Iatt 314的任何永久振荡。
在本发明的多个方面内，可以以不同的方式实现选择性阶跃滤波器(例如通过使用快速傅里叶变换(FFT)技术、带通滤波器等等)。典型地，Iatt 314可以包含公用电源频率两倍(在不平衡负载的情况下)或者公用电源频率六倍(在非线性或者计算机负载的情况下)的振荡分量。具体而言，该选择性阶跃滤波器被设计成对于Iatt 314的所有振荡分量具有高阻尼。
如前所讨论的，对dc链电压的非常严格的控制带来了几个优点。首先，在重大阶跃负载变化期间从电池汲取的能量的量被最小化，并且因此提供提高的电池寿命。其次，获得输出逆变器的增大的动态稳定性。最后，通过在突然的负载释放下避免高dc链电压，获得功率变换器的提高的可靠性，尤其是如果没有连接电池或者在使用替换能量存储***的情况下。
图6和图7是示出从向不平衡负载供电的UPS所获得的实验结果的屏幕截图。图6示出当K＝1时获得的操作模式。在这种情况下，输入电流610是正弦的，但是电池纹波电流615是40App。另外，输入功率因数是1，如从与电流同相的电压605所示。图7示出当K＝0时获得的操作模式。在这种情况下，输入电流710不是正弦的，但是电池纹波电流715降低到16App。
这里所描绘的流程图作为说明性例子被给出。同样，还可以对这里所述的这些图或步骤(或操作)做出许多变化，所述变化可以被实施而不脱离本发明的精神。所有的随后变化都被认为是所要求保护的本发明的一部分。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出各种变化，并且可以对其元件进行等同替换。另外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可以作出许多变形以使特定的情形或材料适于本发明的教导。因此，打算本发明不限于作为为了实现本发明所想到的最佳的或唯一的模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。另外，术语“一”、“一个”等等的使用不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的项。
附图标记列表
图1
100   整流器
105   IGBT
110   二极管
115   3相LC滤波器
120   电网
125   二极管
130   滤波电感
135   DC链电容器
140   电流源
145   DC链电流
150   开关(晶体管)
160   DC链电压
图2
205 电路
206 线电流
207 电流
208 滤波电容器电压
209 公用电源电压
210 电路
211 线电流
212 电流
213 滤波电容器电压
214 公用电源电压
图3
300 电压控制器
302 Vdcref
304 Vdc
306 PI控制器
308  IV
310  PACload
312  Vdc
314  Iatt
316  低通滤波器
318  选择性阶跃滤波器
320  第三分支
322  第二分支
324  第一分支
325  Ifw1
326  Ifw2
327  Ifw3
328  IL
332  idcrefNL
334  变量限制部件
336  isAref
338  isBref
图4
400  UPS***有功功率点
402  公用电源
404  Imi
406  整流器
408  IDC
410  DC链
412  电池
414  IB
416  IDC+IB
418  逆变器
420  ii
422  负载
424  UPS输出端
图5
500  UPS***有功功率点
502  公用电源
504  Imi
506  整流器
508  IDC
510  DC链
512  电池
514  IB
516  IDC+IB
518  逆变器
520  ii
522  负载
524  UPS输出端
图6
605  电压
610  输入电流
615  电池纹波电流
图7
705  电压
710  输入电流
715  电池纹波电流

Claims (10)

1.一种有源整流器控制***，其被配置成增强用于为负载服务的不间断电源(UPS)***的响应控制性能，该有源整流器控制***提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流(dc)链电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率，该控制***包括：
前馈电压控制器(300)，该前馈电压控制器(300)包括：
比例积分(PI)控制器部件(306)，该PI控制器部件(306)被配置成响应于dc电压参考(302)和dc电压(304)输入值来确定电压误差参考电流值(308)；
前馈电流确定部件(330)，该前馈电流确定部件(330)被配置成响应于有功电流输入值(314)来确定前馈电流值(328)；
变量限制部件(334)，该变量限制部件(334)被配置成响应于dc参考输入值(332)来确定受限参考电流值(336)；以及
电流控制部件(340)，该电流控制部件(340)被配置成从该变量限制部件(334)接收所确定的受限参考电流值(336)，其中使用所确定的受限参考电流值(336)来作为低电平电流控制器的参考值。
2.根据权利要求1所述的控制***，其中通过把有功功率负载值(310)除以该dc电压输入值(312)来确定该有功电流输入值(314)。
3.根据权利要求2所述的控制***，其中根据该电压误差参考电流值(308)和该前馈电流值(328)的总和来确定该dc参考输入值(332)。
4.根据权利要求3所述的控制***，其中根据第一前馈电流值(325)、第二前馈电流值(326)和第三前馈电流值(327)的总和来确定该前馈电流值(328)。
5.根据权利要求4所述的控制***，其中通过使该有功电流输入值(314)经过选择性阶跃滤波器(318)并且然后把该有功电流输入值(314)乘以可变参数KJ(324)来确定该第一前馈电流值(325)，通过使该有功电流输入值(314)经过低通滤波器并且然后把该有功电流输入值(314)乘以可变参数K(322)来确定该第二前馈电流值(326)，以及通过把该有功电流值(314)乘以可变参数1-K(320)来确定该第三前馈电流值(327)。
6.一种用于增强为负载服务的不间断电源(UPS)***的响应控制性能的有源整流器控制***的方法，该有源整流器控制***提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流(dc)链电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率，该方法包括：
确定有功功率负载值(310)；
把该有功功率负载值(310)除以dc电压值(312)，以便确定有功电流输入值；
确定前馈电流值(328)；
确定电压误差参考电流值(308)；
根据该电压误差参考电流值(308)和该前馈电流值(328)的总和来确定dc参考输入值(332)；
向变量限制部件(334)提供该dc参考输入值，其中该变量限制部件(334)被配置成利用该dc参考输入值(332)来计算受限参考电流值(336)；以及
向电流控制部件(340)提供该受限参考电流值(336)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中根据第一前馈电流值(327)、第二前馈电流值(326)和第三前馈电流值(325)的总和来确定该前馈电流值(328)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过使该有功电流输入值(314)经过选择性阶跃滤波器(318)并且然后把该有功电流输入值(314)乘以可变参数KJ(324)来确定该第一前馈电流值(325)，通过使该有功电流输入值(314)经过低通滤波器并且然后把该有功电流输入值(314)乘以可变参数K(322)来该确定第二前馈电流值(326)，以及通过把该有功电流值(314)乘以可变参数1-K(320)来确定该第三前馈电流值(327)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中0≤K≤1。
10.根据权利要求9所述的方法，其中如果0＜K＜1，那么该有功电流输入值(314)被划分成在该第二前馈电流值(326)和该第三前馈电流值(327)之间的预定比例。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012013125A1 (zh) * 2010-07-27 2012-02-02 荣信电力电子股份有限公司 多套自动控制的电力设备平衡输出的复合控制结构
CN107005049A (zh) * 2014-11-13 2017-08-01 香港大学 功率控制器和功率控制方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006028103A1 (de) * 2006-06-19 2007-12-20 Siemens Ag Netzseitiger Stromrichter mit unterbrechungsfreier Umschaltung zwischen getaktetem spannungsgeregelten Betrieb und grundfrequentem ungeregelten Betrieb, sowie Verfahren zum unterbrechungsfreien Umschalten eines solchen Stromrichters
JP4506891B2 (ja) * 2008-12-23 2010-07-21 ダイキン工業株式会社 電流形電力変換回路
JP4720942B1 (ja) * 2010-01-19 2011-07-13 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
JP4735761B1 (ja) * 2010-01-19 2011-07-27 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
JP5964306B2 (ja) * 2010-09-09 2016-08-03 ベンショウ・インコーポレイテッド モジュール式の多電圧値出力変換器装置を制御する装置及び方法
IN2014DN08268A (zh) 2012-03-09 2015-05-15 Curtiss Wright Electro Mechanical Corp
AT512752B1 (de) * 2012-03-30 2018-02-15 Schneider Electric Power Drives Gmbh Gleichrichterschaltung mit Strominjektion
US9927466B2 (en) 2012-07-06 2018-03-27 General Electric Company System and method for controlling dynamic output impedance of an inverter
US9270198B2 (en) * 2013-03-12 2016-02-23 University Of Tennessee Research Foundation Control of parallel-connected current source rectifiers
US9774246B2 (en) * 2013-10-11 2017-09-26 University Of Tennessee Research Foundation Three-phase current source rectifier for power supplies
US20150171663A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 Eaton Corporation Uninterruptible power systems using current source rectifiers and methods of operating the same
RU2633966C1 (ru) * 2016-11-30 2017-10-20 Юрий Борисович Соколов Источник питания от многофазной сети переменного тока с коррекцией гармонических колебаний
RU172897U1 (ru) * 2017-03-22 2017-07-31 Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" Трехфазный источник бесперебойного питания
US10574136B2 (en) 2018-04-17 2020-02-25 Abb Schweiz Ag Methods and systems for controlling current source rectifiers
CN107124093B (zh) * 2017-06-07 2019-03-26 燕山大学 电流源型变换器直流电感纹波优化控制方法
CN111674275A (zh) 2020-06-18 2020-09-18 薛洛良 采用变压器输出1250伏电压的电动车直流充电***
CN115967088B (zh) * 2023-03-15 2023-05-16 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种柔性互联开关的配电故障自愈方法及相关装置
CN117060713B (zh) * 2023-10-10 2024-01-26 成都希望森兰智能制造有限公司 一种低压变频器老化功率因数控制方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4761725A (en) * 1986-08-01 1988-08-02 Unisys Corporation Digitally controlled A.C. to D.C. power conditioner
IN172422B (zh) * 1989-03-06 1993-07-24 Kone Elevator Gmbh
US5499178A (en) * 1991-12-16 1996-03-12 Regents Of The University Of Minnesota System for reducing harmonics by harmonic current injection
RU2037249C1 (ru) * 1992-08-06 1995-06-09 Общество с ограниченной ответственностью "Истэн" Система бесперебойного электропитания
DE19516838A1 (de) * 1995-05-08 1996-11-14 Hagen Batterie Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zur Deckung von Energiespitzenbedarf bei elektrischen Wechselstrom- bzw. Drehstromnetzen
US5594630A (en) * 1995-06-27 1997-01-14 Sundstrand Corporation Add-on distortion scrubber for AC power systems
US5905644A (en) * 1998-07-31 1999-05-18 Allen-Bradley Company, Llc DC bus voltage controller
JP3725015B2 (ja) * 2000-09-22 2005-12-07 山洋電気株式会社 無停電電源装置
US6917124B2 (en) * 2000-10-27 2005-07-12 Liebert Corporation Uninterruptible power supply
US6693409B2 (en) * 2001-07-23 2004-02-17 Northern Power Systems, Inc. Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter
CN100440709C (zh) * 2003-11-14 2008-12-03 力博特公司 整流器的变系数控制方法
CN100433494C (zh) * 2003-11-26 2008-11-12 力博特公司 不间断电源中整流器的矢量控制方法
US7129677B2 (en) * 2004-03-16 2006-10-31 Tyco Electronics Power Systems, Inc. Vector controller, a polyphase synchronous rectifier, and a method of vector-controlling thereof
RU2286639C1 (ru) * 2005-05-05 2006-10-27 Открытое акционерное общество "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я. Березняка" Способ бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на нестабильных источниках энергии

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012013125A1 (zh) * 2010-07-27 2012-02-02 荣信电力电子股份有限公司 多套自动控制的电力设备平衡输出的复合控制结构
CN107005049A (zh) * 2014-11-13 2017-08-01 香港大学 功率控制器和功率控制方法
CN107005049B (zh) * 2014-11-13 2020-12-01 香港大学 功率控制器和功率控制方法

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