CN102244400A - 不间断电源控制的***和方法 - Google Patents

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Abstract

配电***中不间断电源并联配置以提供电力给负载的***和方法。至少一个不间断电源逆变器提供电力给负载。一个通信接口提供第一不间断电源的逆变器输出电流和负载电流的测量值至少其中之一的测量值给第二不间断电源，并接收第二不间断电源的逆变器输出电流和负载电流至少其中之一。一个控制器控制不间断电源工作在主状态和从状态其中之一。处于主状态的不间断电源配置来控制电压到负载，处于从状态的不间断电源配置至少部分基于第二不间断电源的逆变器输出电流的测量值和负载电流测量值至少其中之一来确定参考输出电流。所述处于从状态的不间断电源驱动其逆变器输出电流到参考输出电流值以提供负载电流部分。

Description

不间断电源控制的***和方法
发明背景
1、发明领域
本发明的至少一个实施例涉及不间断电源控制的***和方法，更具体地说，是并联配置下的多个不间断电源***的控制。
2、相关技术的描述
不间断电源被用于给大量不同种类的电气设备提供可靠电源。随着功率需求的增加，多个不间断电源集合提供功率以适应总负载的要求。在不间断电源中协调功率分布是复杂的，不稳定地，并且增加配电消耗。
发明内容
不间断电源控制的***和方法描述如下。在至少一个方面，一个不间断电源被配置成与至少一个其他的不间断电源并联在主/从方式来给负载提供电力。不间断电源的输出电流和作为主设备或从设备时的工作状态被确定并与其他不间断电源所共享。在主状态下的不间断电源控制负载电压，而处于从状态的不间断电源会至少部分基于不少于一个其他的不间断电源的实际输出电流来确定其自身的参考输出电流值。一个控制器调节不间断电源的控制信号的占空比从而驱动其输出电流达到参考输出电流值。并联配置的不间断电源在N+1或N+n操作中提供备用电源来保证冗余性，可靠性，和电源的有效性。
至少一个方面涉及在一个配电***内，一个不间断电源与一个第二不间断电源并联配置。所述不间断电源包括一个逆变器和一个通信接口。所述逆变器配置用来给负载提供电力。所述通信接口配置用来将所述不间断电源的负载电流的测量值和逆变器输出电流的测量值至少其中之一提供给所述第二不间断电源，并接收第二不间断电源的负载电流的测量值和逆变输出电流的测量值至少其中之一。所述不间断电源还包括一个耦合到逆变器和通信接口的控制器。所述控制器被设置用来控制不间断电源工作在主设备或者从设备其中之一。处于主状态的不间断电源配置成控制电压给负载，处于从状态时不间断电源配置成会至少部分参照所述第二不间断电源的负载电流和逆变器输出电流至少其中之一来确定其自身的参考输出电流值以及驱动所述不间断电源的逆变器输出电流到参考输出电流值。
至少一个其他方面涉及一种配电方法，该方法使用不间断电源，其配置成工作在与第二不间断电源并联来给负载提供电力。该方法包括接收第二不间断电源的测量输出电流值和测量负载电流值至少其中之一的步骤，以及至少部分参照第二不间断电源的测量输出电流和所述测量负载电流值至少其中之一来确定所述不间断电源的参考电流值的步骤。该方法也包括控制一个脉宽调变控制信号的占空比来驱动不间断电源的逆变器输出电流达到所述参考电流值的步骤。
至少一个其他方面涉及一个不间断电源被设置用来与第二不间断电源并联以提供电力给负载。所述不间断电源包括一个输入配置用来接收输入电源；和一个输出配置用来提供来自输入电源的输出电源。不间断电源还包括接收第二不间断电源的测量负载电流值和测量输出电流值至少其中之一的方法，至少部分参照第二不间断电源的测量负载电流值和测量输出电流值至少其中之一来确定所述不间断电源的参考电流值，以及驱动不间断电源的逆变器输出电流到参考电流值。
在一些实施例中，不间断电源包括第一和第二电流互感器。第一电流互感器被设置测量不间断电源的逆变器输出电流从而确定逆变器输出电流的测量值，以及提供此测量值给控制器。第二电流互感器被设置测量不间断电源的逆变器输出电流从而确定逆变器输出电流的测量值，以及提供此测量值给第二不间断电源。第一和第二电流互感器可以将不间断电源与第二不间断电源进行电气隔离。
在一个实施例中，处于主状态下的不间断电源被设置于旁路模式和逆变器模式其中之一，处于状态下被设置为逆变器模式。在一个实施例中，逆变器输出电流基本上等于第二逆变器输出电流的测量值。不间断电源也可以被配置成给第二不间断电源供电。
在一个实施例中，不间断电源包括一个整流器，其被配置为给逆变器提供DC整流电压，和至少一个控制器，其被设置为检测不间断电源的从工作状态以及控制DC整流电压在阈值电平时高于DC参考整流电压。此阈值电平基本上高于DC参考整流电压2V。在一些实施例中，通信接口被配置用来给第二不间断电源提供一个负载电流的测量值，并且第一不间断电源被配置为至少部分参照负载电流的测量值来确定参考输出电流值。
在一些实施例中，不间断电源配置为与其他不间断电源并联，并且至少部分参照每一个其他的不间断电源的测量输出电流值来确定所述不间断电源的参考电流值。在一个实施例中，所述不间断电源的输出电流值以及与其并联的每个其他的不间断电源的输出电流值按以下标准确定：保持所述不间断电源与其他每个不间断电源两量电气隔离。电源的测量逆变器输出电流值被传递给第二不间断电源。
在一个实施例中，不间断电源被控制处于主状态和从状态其中之一。处于主状态的不间断电源被配置控制电压到负载，处于从状态的不间断电源配置为确定参考输出电流值。脉宽调变控制信号的占空比可以被控制用来驱动不间断电源的逆变器输出电流达到一个值，该值基本上等于第二不间断电源的测量输出电流值。在一个实施例中，所述不间断电源的一个逆变器被控制来维持负载电压在一个预定范围内。在一些实施例中，测量负载电流值被接收并且至少部分参照所述负载电流值来确定所述不间断电源的参考电流值。在一个实施例中，提供了在无负载状态时控制不间断电源的方法。
其他方面和实施例将通过下列详细描述中体现，结合附图，通过实施例来描述本发明的原理。人们应当被解，前述的信息和下面详细的描述包括不同方面的说明性举例以及实施例，并且用于为理解要求保护的方面和实施例的本质和特性提供了概述或者框架。附图，连同说明的剩余部分，用来描述和解释要求保护的方面和实施例。
附图说明
附图不是按比例绘制的。在图中，每一个相同或基本上相同的组成部分在不同的图中用相同的数字来标记。为了更清楚，不是每一个组成部分在每一副图中都被标记。在图中：
图1是根据一个实施例的不间断电源的方框图；
图2A是根据一个实施例的并联配置的不间断电源的方框图；
图2B是根据一个实施例的并联配置的不间断电源的方框图；
图2C是根据一个实施例的并联配置的不间断电源的方框图；
图3是根据一个实施例的并联配置的电源逆变器的示意图；
图4是根据一个实施例的带有偏移量校正控制的电源逆变器的示意图；
图5是根据一个实施例的并联配置的电源逆变器的示意图；
图6是根据一个实施例的说明在并联配置下的两个不间断电源的输出电流相移的图；
图7是根据一个实施例的描述不间断电源之间通信的方框图；
图8是根据一个实施例的描述不间断电源之间通信的方框图；
图9是根据一个实施例的描述不间断电源并联联接到分布负载的方框图；和
图10是根据一个实施例的流程图，其描述了应用并联配置的不间断电源来使电源分配到负载的一种方法。
具体实施方式
在此描述的***和方法并没用局限于本申请附图所示以及之前描述的具体结构和组成安排。本发明也可以具备其他实施例，或者采用其他方式来实现。同样，在此使用的措词和术语是为了说明，而不应该被认为是限定。使用“包括”，“组成”，“有”，“包含”，“涉及”及其衍生词被用作此后列举的产品、附加产品和由后续单独列举产品的替代装置。
不同方面和实施例涉及一种控制并联配置下的不间断电源传送到通用负载总线的***和方法。至少多个不间断电源之一配置为主设备，至少另一个不间断电源配置为从设备，这些不间断电源彼此共享负载电流信息。所述主不间断电源进一步配置为电压源来保持负载电压。所述从电源配置为一个电流源，至少部分参照共享的负载电流信息来提供一定比例的电流给负载。
图1是根据一个实施例的不间断电源(UPS)100功能框图。在一个实施例中，UPS 100提供电压给至少一个负载105。UPS100同样可以包括至少一个输入电路110，例如一个整流器，(例如，一个充跳升压转换器电路，其也可以被称为正转换器和负转换器，单向大功率整流器，或者普遍作为升压变换器电路，或者简单的升压变换器，)至少一个逆变器115，至少一个电池120，和至少一个控制器125。在一个实施例中，UPS 100包括AC输入主线路130和135，其分别耦合到一个输入AC电源的线路和中性点。UPS 100也可以包括输出端140和145以提供一个输出线路和中性点到负载105。
在UPS 100工作的线性模式下，一个实施例中，在控制器125的控制下，输入电路110从输入端130和135接收输入AC电压并且在与公共线160相关的输出线150和155上提供正负输出DC电压。在UPS 100工作的电池模式下，例如当输入AC电源损耗时，输入电路110可以从电池120产生DC电压。在这个实施例中，公共线160可以被耦合到输入中线135和输出中线145来提供一个穿过UPS 100的连续的中点。逆变器115，可以包括一个双向功率变换器，从输入电路110接收DC电压并且向线路140和145提供输出AC电压。
图2A是***200的功能框图，描述不间断电源100并联配置以提供电力给负载105。在一个实施例中，多个不间断电源100并联在主总线线路205的输入相和负载总线线路210之间，如图2A所示。***200也可以包括多个断路器例如继电器或者开关，来配置不间断电源100处于不同的状态。例如，断路器215将主线路205和不间断电源100连接起来。逆变断路器220将不间断电源100和负载105连接起来。参照图1和图2，当断路器220在启动状态或者连接位置时，不间断电源100工作在逆变器模式，此时在线性或者电池(或同时)工作模式下，逆变器115提供电力给负载105。在旁路模式下，旁路断路器225也可以将主线路205连接到负载105，此时AC主线路输入电压被提供给负载105，不间断电源100设于旁路。在一个实施例中，每一个不间断电源的输出端被连接到负载总线210。在另一个实施例中，输出断路器230被配置在不间断电源100和负载总线线路210之间以控制到负载总线线路的输出电流。在一个实施例中，提供电源(例如，电压或者电流)给负载105包括提供电源到负载总线线路210。例如，不间断电源100可以提供电源给负载总线线路210，用户提供负载105与负载总线线路210连接。
参照图2A，在一个实施例中每一个不间断电源100都可以通过连接负载105和主总线205的旁路断路器225而工作在旁路模式，或者通过连接不间断电源100和负载105的逆变断路器220而工作在逆变器模式，每一个不间断电源100提供一个基本相等的负载电流给负载105。如果，例如，如图2A所示的两个不间断电源100中的一个降低，则另一个仍然起作用的不间断电源100可以提供全部负载电流给负载105当负载电流在起作用的不间断电源100的容量内。在这个实施例中，当负载电流超过容量时，起作用的不间断电源100可能会跳闸，断开与负载105的连接。
在一个实施例中，通过负载总线线路210提供电力给负载105，不间断电源100至少基于其他一个不间断电源100而被配置成处于主状态或者从状态。例如，一个不间断电源100控制负载105的电压而成为主电源，同时至少另外一个不间断电源100被确定为从电源。处于主状态的不间断电源100能够控制逆变器115来维持负载105的电压在一个预定值。在这个实施例中，至少一个其他的处于从状态的不间断电源100会至少部分参照另一个不间断电源100的逆变器输出电流来确定一个参考电流，并且控制其逆变器115来驱动其逆变器电流输出到所述参考电流。因此，主不间断电源100可以控制其逆变器输出电压来调节负载电压，从不间断电源100可以控制其逆变器输出电流以提供部分负载电流。
在一个实施例中，***200包括处于主状态的第一不间断电源100，和处于从状态的第二不间断电源。例如，在具有两个不间断电源100配置为与负载105并联的***200中，第一不间断电源100可以工作在旁路模式，同时通过主线路205给负载105提供电力，逆变器115设为旁路，和第二不间断电源100工作在逆变器模式，同时通过逆变器115给负载105提供电力。在这个实施例中，由于旁路工作负载105被设置成与主线路205并联，从而导致负载电压与主线路电压基本相等。第一不间断电源的控制器125可以决定第一不间断电源100(在旁路模式)处于主状态，而第二不间断电源100(在逆变器模式)处于从状态。在这个实施例中，因为存在两个不间断电源配置成与负载105并联，第二(从)不间断电源100被控制为负载105提供逆变器输出电流，并且在这个实施例中，主线路205通过第一(主)不间断电源100提供剩余的负载电流。
在图2A中两个不间断电源100并联，可以理解***200是可调节的和模块化的，任意数量的电源100可以被配置成并联。进一步地，每一个不间断电源100可以工作在主状态或从状态，并且不间断电源100可以在主状态和从状态中切换。也可以有多于一个的不间断电源处于主状态或从状态。在一些实施例中，***200包括多个不间断电源，其具有同时配置在主状态的多重不间断电源100，在不同时间具有不同的不间断电源100处于主状态，或者同时地或不同时地具有任意数量的不间断电源处于从状态。在一些实施例中，至少一个处于主状态的不间断电源100被设置与至少一个处于从状态的不间断电源并联。
***200还包括至少一个的连接每一个不间断电源100的通信电缆235来交换彼此信息(例如，在它们各自的控制器125之间)。例如，通信电缆235可以连接到在不间断电源100的通信接口上的一般目的的输入/输出(GPIO)连接器以及可以通过使用控制器区域网络协议的一个控制器区域网络(CAN)来交流信息。其他的通信***也可以被使用，例如那些利用推荐标准232(RS-232或者EIA422)，推荐标准485(RS485或者EIA-485)或者其他的美国国家标准原则(ANSI)，通信工业联盟(TIA)，或者电子工业联合会(EIA)的数据传送通信标准。
在一个实施例中，通过通信电缆235的信息传递包括不间断电源100的状态或工作信息。例如，通信电缆235可以传递信息指示：1)一个不间断电源是否正处于主状态或从状态；2)主线路205的输入相被连接到何处；和3)其输出电流的测量值，例如逆变器115输出电流的测量值。在一个实施例中，至少一些信息被提供成数字信号，通过使用光隔离器或光耦合器实现在其发送之前的不间断电源100之间的电气隔离。
在一些实施例中，多个不间断电源100被并联配置来直接给负载总线210提供电源，如图2B所示，或者通过一个平行箱240来提供电源，如图2C所示。平行箱240有助于组织，维修和安装不间断电源100。参考图2B和2C，输入端包括从主线路205输入到不间断电源100的电源，和输出端包括从不间断电源100提供电源到负载总线线路210。
图3是具有不间断电源逆变器并联配置到各自的负载105的***200的示意图。如图3所示，逆变器305被配置工作在主状态，逆变器310被配置工作在从状态。主控制器315控制主逆变器305的输出电压和电流，从控制器320控制从逆变器310的输出电流。参考图1和图3，不间断电源100的逆变器115被配置为工作在主逆变器305和作为从逆变器310，并且可以在这些工作状态中切换。更进一步，控制器125可以包括主控制器315和从控制器320的控制逻辑，并且可以在模拟，数字，和混合域中处理信息。
在一个实施例中，主逆变器305的逆变器输出电压330作为负载电压335被应用于负载105。主控制器315可以包括电压控制器325来控制负载电压335。例如，负载电压335的值通过与参考负载电压340比较来识别被差动负载电压345所代替的电压误差。在这个实施例中，电压控制器325和脉宽调制器350至少部分基于差分电压345调整门脉冲335的宽度，来驱动负载电压335到参考负载电压340，提供负载电压335的被调整电压控制。更具体地说，电压控制器325处理差分电压345以产生主感应器参考电流375，该电流是预定的使负载电压335保持在给定值的主逆变器电流365。所述主感应器参考电流375与主逆变感应器电流367比较来识别差分主逆变器电流370并提供给电流控制器360。继续这个实施例，电流控制器360基于差分主逆变器电流370调整门脉冲355的宽度来驱动主逆变器电流365到主感应器参考电流375。在一个实施例中，主控制器315是一个数字控制器并且负载电压335通过一个模拟-数字转换器(ADC)被发送到主控制器315。
在一个实施例中，从逆变器310被控制用来调节从逆变器电流379，从而提供的一定部分的负载电流337给负载105。在一个实施例中，举例来说，主逆变器电流365被一个电流互感器测量，并且这个测量值被提供给从控制器320。从控制器320至少部分参考主逆变器电流365来确定从参考电流381。例如，如图3所示，从控制器320可以对主逆变器电流365和从逆变器电流379求和并参考负载105，除以工作在并联配置的不间断电源的数目，以此来确定从参考电流381，并通过与从逆变感应器电流378进行比较来确定差分从逆变器电流383。至少部分基于差分从逆变器电流383，电流控制器385和脉宽调制器387可以调节门脉冲389的宽度来驱动从逆变器电流379到从参考电流381。负载电流337也被测量并且此测量值提供给从控制器320，其至少部分基于负载电流377的测量值和主逆变器电流365的测量值至少其中之一来确定从参考电流381。如图3所示，从电容器电流380实际上对从参考电流381的测定没有影响，通过从控制器320。参考图5进一步讨论如下，在一个实施例中，从控制器320至少部分参考从电容器电流380来确定从参考电流381的值。
参考图2C的上述讨论，不间断电源100通过使用平行箱240并联配置。在一个实施例，平行箱240对于每一个不间断电源100包括至少一个电流互感器。所述电流互感器测量不间断电源输出电流。所述逆变器电流的测量值被提供给其他的不间断电源100。例如，电流互感器测量不间断电源100的逆变器电流并且提供这个测量值给另一个不间断电源100。在一个实施例中，一个电流互感器测量第一(主)不间断电源100的主逆变器电流365并且将此测量值提供给第二(从)不间断电源，从控制器320处理这些信息从而识别从参考电流381。例如，主逆变器电流365或者从逆变器电流379可以通过具有两组相同的次级绕组的电流互感器的初级绕组。在这个实施例中，电流互感器的第一次级绕组的输出被用于控制不间断电源100，第二次级绕组的输出被用于控制另一个不间断电源100。
在一个实施例中，一台专用电流互感器确定每一个不间断电源100的逆变器输出电流，并且该测量值通过通信电缆235被传递给其他的不间断电源。其在不间断电源100之间通过的通信信号中提供了电气隔离。在一些实施例中，单个电流互感器测量从至少一个不间断电源100输出的逆变器电流值，例如当电气隔离不是一种设计特性时。没有平行箱240时，电流互感器是不间断电源100的一部分。在一个实施例中，电流互感器是在不间断电源100之外的分立单元，其通过通信电缆与不间断电源100进行通信。
虽然图3没有描述，主逆变器305可以包括从状态控制逻辑，而从逆变器310可以包括主状态控制逻辑，并且每一个逆变器可以被配置工作在主或者从状态之一。参考图1和3，主控制器315和从控制器320可以是相同控制单元的一部分，例如控制器125，也可以是不间断电源100的一部分或者独立的单元。一个单独的主控制器315或者从控制器320可以被配置用来控制一个或多个不间断电源100。
在一个实施例中，控制器125控制逆功率通量，其发生在并联配置的不间断电源100之间。例如，负载105可能被激活或者再生从而导致能量反馈回逆变器115。例如，当转换器110是一个单向的大功率整流器，逆功率没有被吸收，在输出线路150和155的DC总线电压就会增加到一个跳闸值。
多个不间断电源100可以在空载状态下至少进行临时性操作，此时主逆变器电流365等于从逆变器输出电流379的负值，如下面方程所述。
(1)iINVMaster＝-iINVSlave
在无负载工作时，负载电压335包括一个DC偏移电压VOFFSET和一个DC偏移电流iOFFSET，由于电压和电流的测量容限其可能出现在从逆变器电流379。这些偏移量产生功率通量，(例如，一个有用功率和无用功率的交换)在主逆变器305和从逆变器310之间。这可能使输出线路150和155上的DC电压增加到不良水平，引起不间断电源100的跳闸。输出线路150和155上的DC电压增加到跳闸值的时间会根据电容器391的特性而变化。
在一个实施例中，通过工作在主状态的不间断电源100对负载电压335的控制包括出现在负载电压335的VOFFSET的控制。像现在将被参考图4描述的那样，负载电压335传递通过低通滤波器405，此滤波器从负载电压335中滤出AC电压组分然后输出负载电压335的DC电压组分。低通滤波器405可能具有，例如，一个0.5Hz或更小的截止频率。负载电压335被电压偏移控制器401处理，控制器调节负载参考电压340的DC值以驱动负载电压335的VOFFSET趋向0。在一个实施例中，电压控制器410包括一个积分(I型)调节器。电压控制器410也可以包括比例-积分(PI型)或者比例-积分-微分(PID)调节器。
负载电压335测量时的偏移误差和其他偏移量可能没有被低通滤波器405和电压偏移调节器410完全去除，一个工作在从属模式的并联不间断电源控制电流偏移，该偏移量可能存在于例如无负载或小(例如，＜1％)负载状况下的从逆变器电流379中。
电流偏移会增加输出线路150和155上的DC电压，参考图1，其为整流器110的输出电压。在一个实施例中，一个在从属模式下的不间断电源的控制器125通过驱动整流器输出电压达到DC参考电压VDC *来控制所述整流器输出电压。在最小或者无负载时从逆变器310能够将有效功率提供给主逆变器305，电压能够在主逆变器305的线路150和155上累积。为了检测所述逆功率通量，一个高于参考电压的阈值电压(VTHRESH)被提供到供给从逆变器310的输出线路150和155，从而导致从逆变器310的输出线150和155的电压为VDC *+VTHRESH。因为在一个实施例中的VTHRESH没有应用到供给主逆变器305的输出线路150和155，所以它保持在基准电压VDC *附近调节。这将禁止与从逆变器310相关的不间断电源100的整流器，以至于整流器不能将功率反馈到从逆变器310的线路150和155，从而不能顺次把功率反馈到从逆变器310上。在一个实施例，VTHRESH为2V，尽管此值可能变化。
为了维持从逆变器310的输出线路150和155为VDC *+VTHRESH，以及阻止主逆变器305的线路150和155上的电压增加，从逆变器310从主逆变器305拉动有效功率。例如，如图5所示，DC电压控制器505控制和平衡从逆变器310的输出线路150和155上的两个DC总线电压，来确定补偿参考电压控制电流503((iVC *)。DC电压控制器505包括两个控制器，DC总线电压控制器510控制整个DC总线电压，例如，+VDC输出线路150和-VDC输出线路155((+VDC)-(-VDC))，以及DC平衡控制器515来平衡+VDC输出线路150和-VDC输出线路155((+VDC)-(-VDC))。在一个实施例中，DC电压控制器505(包括DC总线电压控制器510和DC平衡控制器515)是一个I-型调节器。但是，DC电压控制器505也可以包括PI和PID-型调节器。
如图5所示，在一个实施例中，DC总线电压控制器510调节参考电压控制电流503的幅度，例如其与负载电压335相差180度，从而从主逆变器305拉动功率到从逆变器310。在一个实施例中，参考电压控制电流503被夹持到例如+/-0.5A这样的容量范围。例如，当负载电压335是230V时，从逆变器310能够吸收或流出大约80W的有效功率，例如，(230(0.5))/√2)。
在一个实施例中，DC平衡控制器515通过调节参考电压控制电流503(iVC *)的DC水平来控制从逆变器电流379从而平衡正(+VDC)输出线150和负(-VDC)输出线155。例如，参照中性线160，正输出线路150可能在绝对值上小于负输出线路155。在这个实施例中，DC平衡控制器515增加正偏移到参考电压控制电流503上，从而给正输出线路150充电时间长于给负输出线路155充电时间。
在一个实施例中，当相应的不间断电源处于从状态下，DC电压控制器505调节线路150和155的整流器/升压转换器110输出电压。例如，如果从逆变器310从主逆变器305拉动功率，线路150和155的(从)电压能够增加到超过VDC *+VTHRESH，如果余下的未控制。在另一个实施例中，如果从逆变器310反馈功率给主逆变器305，线路150和155的(从)电压可以下降到VDC *+VTHRESH以下。这两个实施例中，从不间断电源100的DC总线电压控制器510可以调节参考电压控制电流503(iVC *)来维持线路150和155的电压基本为VDC *+VTHRESH。
在一些实施例中，DC电压控制器505调节正负DC偏移量，该偏移量可存在于从逆变器输出电流379中。例如，从逆变器电流379可能包含一个正的DC偏移量，此处正(+VDC)输出线路150放电超过负(-VDC)的输出线路155，或者一个负的DC偏移量，此处负(-VDC)的输出线路155放电超过正(+VDC)输出线路150。在这两个实施例中，DC平衡控制器515对参考电压控制电流503调节偏移量从而对正或负的偏移量进行补偿。
在一个实施例中，当一个负载被配置为与逆变器305和310并联时，从参考电流381(iLS *)变成非零的并且电流参考的有效功率组分为((iLS *+iVC *))。在这个实施例中，参考电压控制电流503可能与从参考电流381相差例如180度，而参考电容器电流525(iCS *)的影响可以被忽略。
在小负载时(例如，小于160W)，参考电压控制电流503((iVC *)可以控制从逆变器电流379，到达从逆变器310的净功率会变成负值。在这个实施例中，主逆变器305可能提供整个负载功率，另外也可给从逆变器310提供DC总线充电电源以维持从线路150和155处于如上所述的VDC *+VTHRESH，例如此时VTHRESH基本上为2V。
在另一个实施例中，在重负载时(例如，超过160W)，DC总线电压控制器510将饱和到其最大饱和值，(例如+0.5A)，导致参考电压控制电流503变成，例如，一个0.5等幅的正弦波。在这个实施例中，参考逆变器电流520控制参考电压控制电流503和从逆变器310之外的净功率为正，从而从逆变器310提供电力给负载105。从逆变器DC总线线路150和155能够放电到小于VDC *+VTHRESH的一个值，同时与从逆变器310相关的整流器(例如，整流器110)供给从逆变器DC总线线路150和155以维持其在VDC *附近。禁止DC总线电压控制器510的输出，例如在更高的负载时，可以阻止功率被从逆变器310分享，该功率少于被主逆变器305所分享的功率。
参照图3-5，在一个实施例中，从逆变感应器电流378(iLS)在方程式(2)中被提供，其中iINVS是从逆变器电流379，iCS是从电容器电流380；相应的从参考电流381((iLS *)被提供在方程式(3)中，其中iINVS *是参考逆变器电流520，iCS *是参考电容器电流525；从电容器电流380((iCS)被提供在方程式(4)中；其中vm是负载电压335(VLOAD)的幅度，w是角频率，Cs是电容器530的电容量；负载电压335(VLOAD)被提供在方程式(5)中。
(2)iLS＝iINVS+iCS
(3)iLS *＝iINVS *+iCS *
(4)iCS＝(VmωCS)cosωt
(5)VLOAD＝Vmsinωt
在一个实施例中，从参考电流381((iLS *)也被提供在方程式(6)中，其中iLOAD是负载电流377，iCS *是参考电容器电流525，UPSH是正常(例如，通常工作中)的并联不间断电源100的数量。UPSH忽略在关闭状态下的不间断电源100而包括在旁路模式下的不间断电源100。
( 6 ) , i LS * = ( i LOAD UPS H ) + i CS *
在一个实施例中，电容器电流参考控制器535至少部分基于逆变器310的测量输出电压来确定参考电容器电流525，电容器530的值，和一份查阅表。可以理解，相同或不同的查阅表也可以用来确定参考负载电压340。
参照图3如上所述，在一个实施例中，从控制器320没有确定参考电容器电流525。例如，从控制器320不需要包括像电容器电流参考控制器535这样的电容器电流参考控制逻辑。在没有电容器电流参考控制的实施例中，主逆变器305可以为充电电容器530将从电容器电流380((iCS)提供给从逆变器310。在此例中，主逆变器电流365(iINVM)和从逆变器电流379(iINVS)分别在方程式(7)和(8)中被提供，它们的差被提供在方程式(9)中，其中iLOAD是负载电流377。
( 7 ) , i INVM = ( i LOAD 2 ) + i CS
( 8 ) , i INVS = ( i LOAD 2 ) - i CS
(9)iINVS-iINVS＝2iCS
在一个实施例中，假设一个真实的整功率因数负载，从电容器电流380((iCS)超前负载电流377(iLOAD)90度，当从控制器320不包括电容器电流参考控制器535时在主逆变器电流365(iINVM)和从逆变器电流379(iINVS)之间产生一个相移。该相移如图6所示，其描述了一个在主逆变器电流365(iINVM)和从逆变器电流379(iINVS)之间的相移的实施例。在一个实施例中，此相移使主逆变器305和从逆变器310不具有相等的瞬时电流共享。
参照图5，在一个实施例中，电容器电流参考控制器535确定参考电容器电流525，而主逆变器305和从逆变器310之间的电流共享实质上是相等的和瞬时的。在一个实施例中，电容器电流参考控制器535估算参考电容器电流525，导致在主逆变器305和从逆变器310之间具有相等和瞬时的电流共享，同时由于在估算的参考电容器电流525和其实际值之间具有差别还会引进偏差和相移。
在一个实施例中，当多个不间断电源100被配置成并联的，每一个不间断电源100从其他的每一个不间断电源100接收逆变器输出电流指示，以及每一个其他的不间断电源的作为主设备或从设备的状态指示。处于主状态的电源100工作在逆变器模式或旁路工作模式，处于从状态的电源100工作在逆变器模式。
在一些实施例中，有多种方式对并联的多个不间断电源进行主/从配置。例如，多个不间断电源100可以同时在旁路模式，其中每一个被确定为同时工作在主状态。在另一个实施例中，至少一个不间断电源100是在旁路模式并作为主设备，而其他的作为从设备工作在逆变器模式。在一个实施例中，当所有的不间断电源100处于逆变器模式，一个不间断电源100作为主设备工作而其他的作为从设备工作。如果，在所述的实施例中，主不间断电源100跳闸(例如，进入关闭状态)，那么其中一个从不间断电源能够重新配置作为主设备。当其他的不间断电源100决定了负载电流部分时，在关闭状态下的不间断电源100可以被忽略。
在一个实施例中，两个不间断电源100配置成并联，如图2，3和5，四种工作状态(主-逆变器模式；主-旁路模式；从-逆变器模式；和关闭)可以采用不间断电源之间的通信状态位表示，如图7和下表1所示。
状态位(STATx1，STATx2)   状态
00   关闭
01   主-逆变器
10   从-逆变器
11   主-旁路
表1
图7描述了不间断电源100之间的通信。在一个实施例中，不间断电源100和其他不间断电源100进行状态位信息705(STATx1，STATx2)的通信，为了在不间断电源100的控制器125之间通信而使用通信接口710。在一个实施例中，控制器125与不间断电源100通过具有控制器区域网络协议和总线线路的通信电缆235(图7中没有标出出)或者其他电缆，相互传递此状态位信息和其他测量信息，如：主逆变器输出电流715。在一个实施例中，通信接口710包括通用目的输入/输出(GPIO)连接器。通信接口710也可以包括一个隔离器，例如一个光隔离器来彼此隔离状态位信息。如图7所示的不间断电源100能够同时工作在主和从状态，也可以在两种状态之间切换，因此逆变器输出电流715(iINV)可以是主逆变器电流365或者也可以是从逆变器电流379。
第二不间断电源100可以在线并且与为负载提供电力的第一不间断电源100同步。例如，第一不间断电源100作为主设备提供电力给负载，其处于逆变器模式或者旁路工作模式，同时第二不间断电源处于关闭状态，例如，逆变断路器处于打开位置。在这个实施例中，第二不间断电源100可以接收命令，或者其他方式确定其打开并工作在一个线性模式或者电池逆变器模式。例如，基于状态位信息705，第二不间断电源100能够确定它将作为从设备工作因为在这个实施例中的主不间断电源100工作在主状态。第二不间断电源100确定负载电压335是否在一个可允许的容限范围，并操作其逆变器使其成为使用负载电压335作为参考电压340的主设备。第二不间断电源100将负载电压335与其逆变器电压进行比较，当差值小于大多数连续电压周期(例如，2个或者3个)的阈值时，第二不间断电源100的逆变断路器220被命令关闭。在一个实施例中，命令被送给逆变断路器220到真正关闭会有10-20ms的延时，这将造成在一个简短时间段里，例如2-3ms，第一和第二不间断电源100同时工作在主状态。在这个实施例中，当逆变断路器220关闭，控制器120操作第二不间断电源100作为一个从设备同时逆变器电流379如上所述将被控制。在这个图示实例中，第二不间断电源100的状态位信息705表明工作在逆变器模式下的从设备，(例如，上述表1的状态位信息10)。
图8描述了不间断电源100之间的通信，其包括在不间断电源之间的零交叉信息805的共享。在一个实施例中，从两个不同的输入相所供给的两个不间断电源100被阻止同时工作在旁路模式以避免在输入相位的短路。例如，如图8所示，R-相810供给第一不间断电源，与中性线820相关的Y-相815供给第二不间断电源。为了阻止短路，在一个实施例中，控制器125通过通信接口710来共享零交叉信息805。在一个实施例中，控制器125决定不间断电源100处于同步状态，例如，从相同的输入相位供给)在控制不间断100工作在旁路模式之前。例如，如果两个不间断电源从不同相位供给，控制器125可以阻止不间断电源100工作在旁路状态。可以理解，其他的短路情况有可能出现。例如，当输入相(例如，R-相810或Y-相815)和中性线820由于如人为错误在安装时被交换，会发生一个短路。在这个实施例中，控制器125能够检测出这种错误基于零交叉信息805并且能够在控制不间断电源100处于旁路状态之前获得同步。
图9是分布负载105并联的不间断电源100的方框图。参照图9，断路器905将负载105和负载总线210连接起来。例如，负载105被分成多个负载组，断路器905连接负载组910和负载总线210。在一个实施例中，断电路905安装在一个配电板中。例如，在两个不间断电源100的稳态运行中，每一个可以提供总功率的一半给负载总线。所述两个不间断电源100可评为少于负载总线210上的100％(例如，50％)总负载，如果其中一个变成唯一一个在线的连接到负载总线上的不间断电源100，会由于启动时处于过载状态而引起跳闸。
在一个实施例中，不间断电源100同时打开避免过载相关的跳闸。参考图9，在一些实施例中，负载105通过断路器905被分成负载组910。在这个实施例中，在至少一个不间断电源100的启动时，断路器905处于关闭状态，而在不间断电源100启动后，断路器905将负载组910和负载总线210按序排列连接起来以阻止过载。
参照图9和图2，在一个实施例中，至少一个输出断路器230将不间断电源100和负载总线210连接起来。当由于过电流或者人为误差相关的不间断电源100跳闸，断路器230打开从而负载105和不间断电源100断开连接并且中断并联操作。在一个实施例中，如果断开连接的负载100是主设备，一个或更多个的与单独的不间断电源100通信的电压互感器能够测量出负载电压信息。在这个实施例中，从状态不间断电源可以使用此信息来避免因为输出超过或低于电压状态，或者超过电流状态而引起的跳闸。
图10是一个流程图，其描述与实施例相关的一种使用配置在并联方式的不间断电源的分配功率的方法1000。此方法1000包括一种测量输出电流值(ACT 1005)的步骤。例如，至少一个电流互感器测量不间断电源的输出电流。当多个不间断电源并联配置，测量输出电流(ACT 1005)可以将电流互感器(不间断电源的一部分或者在不间断电源外部)的输出电流作为平行箱的一部分或者一个标准独立设备包括在内。在一个实施例中，测量输出电流值(ACT 1005)包括测量负载的负载电流。在一个实施例中，测量输出电流值(ACT 1005)包括测量不间断电源的输出电流，该不间断电源具有配置成能将所述不间断电源和至少另一个不间断电源电气隔离的电流互感器。在一些实施例中，测量输出电流值(ACT 1005)包括估算一个不间断电源的逆变器输出。
方法1000还包括至少传递输出电流值(ACT 1010)的一个步骤。例如，一个不间断电源的测量输出电流值或一个负载电流的测量输出值被传递到并联配置以提供电源给负载的多段不间断电源。传递输出电流值(ACT 1010)包括经由至少一个通信接口和至少一条通信电缆在与至少一个电源相关的控制逻辑之间发送和接收测量输出电流值。在一个实施例中，多个不间断电源配置在并行方式，传递输出电流值(ACT 1010)传递至少一个测量负载电流和一个相应的不间断电源的测量输出电流值之一到并行配置的每一个其他的不间断电源。在关闭状态下可以但不是必须的包括不间断电源。
在一个实施例中，方法1000包括接收被测量输出电流值(ACT 1015)的步骤。该步骤包括通过不间断电源的通信接口来接收例如逆变器输出电流或负载电流这样的测量输出值(ACT1015)。在一个实施例中，接收测量输出电流值(ACT 1015)包括接收不间断电源的输出电流的估算值。进一步地，任一不间断电源可以接收(ACT 1015)任一其他的不间断电源的输出电流值。在一个实施例中，一个不间断电源通过至少一个通信电缆来接收(ACT 1015)多个不间断电源的输出电流值。测量输出电流值也可以通过无线通信被传递和接收。在一个实施例中，实际的逆变器输出电流并不是参考或预期的输出电流。
在一个实施例中，方法1000包括确定参考电流值(ACT1020)的步骤。该步骤包括至少部分基于另一个不间断电源的测量(ACT 1005)输出电流值或负载电流的测量值确定一个不间断电源的参考电流值(ACT 1020)。例如，当不间断电源配置成并联时，第一不间断电源至少部分基于不少于一个其他的不间断电源的测量输出电流值和并联配置的不间断电源的数量来确定参考电流值。
确定参考电流值(ACT 1020)可以将不间断电源输出给负载电流的那部分电流计算在内。例如，第一不间断电源确定一个参考电流值(ACT 1020)，其基本上与第二不间断电源的测量输出电流值相等。
方法1000还可以包括确定不间断电源(ACT 1025)的工作状态的步骤。该步骤可以包括确定一个不间断电源正工作在主状态或从状态。在一个实施例中，被确定工作在主状态的不间断电源控制输出电压到规定的负载电压，并且传递其测量输出电流值(ACT 1010)到工作在从状态的不间断电源。被确定工作在从状态的不间断电源接收测量输出电流值(ACT 1015)并至少部分参考从主不间断电流处接收的输出电流值来确定其参考电流值(ACT 1020)。
在一个实施例中，方法1000包括控制逆变器输出(ACT1030)的步骤。在一个实施例中，控制逆变器输出(ACT 1030)包括控制一个脉冲宽度调制控制信号的频宽比来调节逆变器输出电流。例如，调节频宽比能驱动不间断电源的逆变器输出电流到参考电流值。控制逆变器输出(ACT 1030)还可以包括控制逆变器输出电压来维持负载电压在一个预定范围内，或者驱动负载电压到参考电压。控制逆变器输出(ACT 1030)包括调节或调整幅度，频率，相位，或载波的强度从而控制不间断电源的逆变器输出。
方法1000为并联配置的不间断电源的精密电源分布的控制带来益处。该方法能够接收输出电流值，其被测量并通过通信接口被传递；也可以至少部分参照此接收值来确定参考电流值。至少一个不间断电源可以基于参考电流值来控制输出电流。
现在已经描述本发明的一些图示实例，应该理解，对本领域熟练的技术人员来说上述内容是说明性而不是限制性的。尤其，尽管在此涉及的大部分实施例包含具体方法步骤的组合或***元件，但可以被理解这些步骤和元件可以用其他方式组合来实施相同的目的。仅在一个实施例中所述的步骤，元件和特性并不是为了从其他实施例的类似作用中排除。
注意在图1到图10，列举的项目作为单独的元件被示出。涉及的***和方法在实际应用中，可以是其他电气设备例如一台数字电子计算机的不可分离的部件。上述行为至少部分利用软件实现，其包括一种程序存储介质。该程序存储介质包括数据信号，其体现在一种或更多的载波，计算机磁盘(磁性的，或者光的(例如，CD或者DVD，或者两者都有))，非易失性存储器，磁带，***存储器，和计算机硬盘。
任何一个涉及的实施例或元件或***步骤和涉及的单一的方法也可能包括那些包含多个元件的实施例，对涉及的任何实施例或元件或步骤的多次引用也可能包括了包含仅仅单个元件的实施例。一次或多次引用的目的不在于把目前公开的***或者方法，组成部分，步骤或元件限制到单个或者多个结构中。
在此公开的任何实施例可以和其他实施例合并，所涉及到“一个实施例”，“一些实施例”，“可选择的实施例”，“不同的实施例”，或者类似的都不是必须互斥的并且表明结合实施例所描述的特定的性质，结构，或特性可能包括在至少一个实施例中。在此使用的条件并不是全部必要涉及到相同的实施例。任一个实施例可以用与在此公开的方面和实施例一致的任何方式和其他实施例合并。
本文提到的“或者”可理解为包括，因此文中任何使用“或者”来描述的术语可能时其中的一个、多个或者全部。除非列举出来，其中的实施例、步骤或者元件是必不可少的。由于在可选项内陈述，此处任何供选择的问题解决方法、元件或者步骤，例如使用“或者”，既不是模糊的也不是间接的。至少一个实施例具有独立于其他可选(或者中间)解决方案、元件或者步骤的特性。由此可知，任何这样的实施例、解决方案、元件、步骤都是直接的并且没有歧义的。
图中的技术特征，详细说明或者任何权利要求其后都具有参考符号，参考符号是为了增加图表和权利要求的理解。因此，有参考符号和没有参考符号没有对权利要求的范围产生限制影响。
本领域技术人员能够理解到此处描述的***和方法可以在没有离开本发明的精神或者其必要的特性下采用其他特定形式体现。例如。本发明的实施例没有限制不间断电源，可以采用其他电源，转换器，频率变换器，线路调节器，或者其他通用***。所述输入端和输出端可以分别包括与一电压源和负载相耦合的多路连接器，不间断电源的控制***也可以包括多个控制器。控制器可以是模拟的，数字的，或者其组合。模拟数字转换器可以转换测量模拟信号到数字信号以被控制器处理。这些转换器可以是控制器的一部分也可以是分立元件。进一步的，主不间断电源和从不间断电源的命名没有将不间断电源限制到一个单一的工作状态。在一个实施例中，不间断电源被配置工作在主设备或者从设备，并且基于例如其工作模式或者在线的命令而在这两个状态之间切换。尽管一些图中描述了两不间断电源并联的实施例，任意数量的不间断电源都可以被配置成并联。上述实施例是说明性的而不是对被描述的***和方法的限制。我们对此处描述的***和方法的范围提出了附加权利要求，而不仅仅包括之前的描述，任何在此意义和范围内具有与本产品等同性质的产品都将包括在内。

Claims (19)

1.一种不间断电源，在一个配电***中与第二不间断电源并联配置，所述不间断电源包括：
一个逆变器配置以给负载提供电力；
一个通信接口配置以提供一个负载电流的测量值和所述不间断电源的逆变器输出电流的测量值至少其中之一给所述第二不间断电源，并且接收所述负载电流的测量值和所述第二不间断电源的逆变器输出电流的测量值至少其中之一；以及
一个控制器耦合到所述逆变器和所述通信接口并且配置以控制不间断电源工作在主状态或从状态其中之一，其中所述处于主状态的不间断电源被设置控制电压到负载，处于从状态的不间断电源被设置至少部分基于所述负载电流和所述第二不间断电源的逆变器输出电流的测量值至少其中之一来确定一个参考输出电流值，并且驱动所述不间断电源的逆变器输出电流到所述参考输出电流值。
2.根据权利要求1所述的不间断电源，包括：
第一电流互感器配置以测量所述不间断电源的逆变器输出电流来确定逆变器输出电流的测量值，并且提供测量值给所述控制器；以及
第二电流互感器配置以测量所述不间断电源的逆变器输出电流来确定逆变器输出电流的测量值，并且提供测量值给第二不间断电源；
其中所述第一和第二电流互感器配置成将所述不间断电源与所述第二不间断电源电气隔离。
3.根据权利要求1所述的不间断电源，其中所述逆变器被配置输出逆变器输出电流，其与第二逆变器输出电流的测量值基本相等。
4.根据权利要求1所述的不间断电源，其中处于主状态的不间断电源配置在旁路模式或者逆变器模式其中之一，并且处于从状态的不间断电源被配置在逆变器模式。
5.根据权利要求1所述的不间断电源，其中不间断电源配置以提供电力给所述第二不间断电源。
6.根据权利要求1所述的不间断电源，其中不间断电源进一步包括：
一个整流器配置以提供一个DC整流器电压给逆变器；并且
至少一个控制器配置以检测不间断电源的从状态和控制所述DC整流器电压处于高于DC参考整流电压的阈值电平。
7.根据权利要求6所述的不间断电源，其中所述阈值电平基本上高于所述DC参考整流器电压2V。
8.一种配电的方法，使用与第二不间断电源并联工作的不间断电源配置来给负载提供电力，包括：
接收所述第二不间断电源的测量输出电流值和测量负载电流值至少其中之一；
至少部分基于第二不间断电源的测量输出电流值和测量负载电流值至少其中之一来确定不间断电源的参考电流值；以及
控制脉宽调制器控制信号的占空比来驱动所述不间断电源的逆变器输出电流到所述参考电流值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中不间断电源与包括所述第二不间断电源的其他不间断源并联配置，该方法包括：
至少部分基于每一个其他的不间断电源的测量输出电流值来确定所述不间断电源的参考电流值。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
测量所述不间断电源和每一个其他的不间断电源的输出电流值，同时保持所述不间断电源与每一个其他的不间断电源之间的电气隔离。
11.根据权利要求8所述的方法，包括：
传递电源的测量逆变器输出电流值到所述第二不间断电源。
12.根据权利要求8所述的方法，包括：
控制不间断电源处于主状态和从状态其中之一，其中处于主状态的不间断电源配置为控制电压到负载，处于从状态的不间断电源配置为确定参考输出电流值。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
控制处于主状态的所述不间断电源在旁路工作模式。
14.根据权利要求12所述的方法，包括：
控制处于主状态和从状态其中之一的不间断电源在逆变器工作模式。
15.根据权利要求8所述的方法，包括：
确定所述不间断电源的工作状态在主状态或者从状态至少其中之一。
16.根据权利要求8所述的方法，包括：
控制所述脉宽调制器控制信号的占空比来驱动所述不间断电源的逆变器输出电流到基本上与所述第二不间断电源的测量输出电流值相等的值。
17.根据权利要求8所述的方法，包括：
控制所述不间断电源的逆变器以保持负载电压处于预定范围。
18.一种配置成与一个第二不间断电源并联工作以提供电力给负载的不间断电源，所述不间断电源包括：
一个输入端配置为接收输入电源；
一个输出端配置为提供来自输入电源的输出电源；以及方法：
接收测量负载电流值和第二不间断电源的测量输出电流值至少其中之一，至少部分基于测量负载电流值和第二不间断电源的测量输出电流值至少其中之一来确定不间断电源的参考电流值；
驱动不间断电源的逆变器输出电流到所述参考电流值。
19.根据权利要求18所述的不间断电源，包括：
在无负载状态下控制不间断电源的方法。
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