CN105322642A - 用于开发在静态ups中的电流容量的***和方法 - Google Patents
用于开发在静态ups中的电流容量的***和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105322642A CN105322642A CN201510457447.6A CN201510457447A CN105322642A CN 105322642 A CN105322642 A CN 105322642A CN 201510457447 A CN201510457447 A CN 201510457447A CN 105322642 A CN105322642 A CN 105322642A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ups
- current
- inverter
- controller
- bridge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
- G06F1/266—Arrangements to supply power to external peripherals either directly from the computer or under computer control, e.g. supply of power through the communication port, computer controlled power-strips
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
- G06F1/30—Means for acting in the event of power-supply failure or interruption, e.g. power-supply fluctuations
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
- H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
- H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
提供了一种***。该***包括多个不间断电源(UPS),多个UPS中的每一个UPS包括逆变器、环形母线、以及通信地联接至多个UPS的至少一个控制器,该至少一个控制器构造成控制各个UPS中的至少一个电桥电流,控制至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
Description
相关申请的交叉引用
该申请是非临时专利申请并要求享有2014年7月30日提交的美国临时专利申请No.62/030,847“用于开发在静态UPS中的电流容量的***和方法”的优先权,其整体通过引用而并入本文中。
技术领域
本发明大体涉及不间断电源,并且更具体地,涉及在部分电流限制方案中操作逆变器。
背景技术
鲁棒电力***能够供应电力至一个或更多负载。这样的电力***可包括电力的产生、运输、整流、逆变和转换的组合以供应电力用于电子、光学、机械、和/或核能的应用和负载。当实施电力***和架构时,实际问题包括实施方式的成本、大小、可靠性、以及简易性。
在至少一些公知的电力***中,一个或更多不间断电源(UPS)有助于供应电力至负载。即便当电力***的一个或更多构件失效时,UPS有助于确保电力被连续地供应至一个或更多关键负载。因此,UPS提供备用的电源。UPS可被利用在许多的应用中(例如,公用工程变电所、工业工厂、船舶***、高安全性***、医院、数据通信和电信中心、半导体制造场所、核电厂等)。而且,UPS可利用在高、中和低电力应用中。例如,UPS可利用在相对小的电力***(例如,娱乐或消费***)或微型***(例如,基于芯片的***)中。
发明内容
在一个方面,提供了***。***包括多个不间断电源(UPS),多个UPS中的每个UPS包括逆变器;环形母线:以及至少一个控制器,其通信地联接至多个UPS,至少一个控制器构造成控制在各个UPS中的至少一个电桥电流,控制至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的局部电流限制方案中操作。
在另一个方面,提供了用于控制包括环形母线和多个不间断电源(UPS)的电力供给***的至少一个控制器。至少一个控制器包括:处理器;以及存储装置,其通信地联接至处理器,储存可执行指令的存储装置构造成促使处理器控制在多个UPS的每个UPS中的至少一个电桥电流,控制至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
在又一个方面,提供了一种控制包括环形母线和各自包括逆变器的多个不间断电源(UPS)的电力供给***的方法。方法包括:监控在多个UPS的每个UPS中的至少一个电桥电流;以及控制至少一个电桥电流,使得每个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
本发明的第一技术方案为一种***,其包括:多个不间断电源(UPS),多个UPS中的每个UPS包括逆变器;环形母线:以及至少一个控制器,其通信地联接至多个UPS,至少一个控制器构造成控制在各个UPS中的至少一个电桥电流,控制至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的局部电流限制方案中操作。
本发明的第二技术方案为,在本发明的第一技术方案中,为了控制至少一个电桥电流,至少一个控制器构造成:将至少一个电桥电流与预定的电流限制相比较;以及当至少一个电桥电流超出预定的电流限制时,修改门信号以用于在逆变器中的开关。
本发明的第三技术方案为,在本发明的第二技术方案中,为了修改门信号,至少一个控制器构造成修改门信号使得至少一个电桥电流的量值减少。
本发明的第四技术方案为,在本发明的第一技术方案中,至少一个控制器进一步构造成当到达预定的停止操作时间时停止在部分电流限制方案中逆变器的操作。
本发明的第五技术方案为,在本发明的第一技术方案中,至少一个控制器包括多个控制器,多个控制器中的每个控制器通信地联接至多个UPS中的关联的UPS。
本发明的第六技术方案为,在本发明的第一技术方案中,逆变器包括单相电压源两电平逆变器。
本发明的第七技术方案为,在本发明的第一技术方案中,逆变器包括单相电压源三电平逆变器。
本发明的第八技术方案为至少一个控制器,用于控制包括环形母线和多个不间断电源(UPS)的电力供给***,该至少一个控制器包括:处理器;以及存储装置,其通信地联接至处理器,储存可执行指令的存储装置构造成促使处理器控制在多个UPS的每个UPS中的至少一个电桥电流,控制至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
本发明的第九技术方案为,在本发明的第八技术方案中,为了控制至少一个电桥电流,处理器构造成:将至少一个电桥电流与预定的电流限制相比较;以及当至少一个电桥电流超出预定的电流限制时,修改门信号以用于在逆变器中的开关。
本发明的第十技术方案为,在本发明的第九技术方案中,为了修改门信号,处理器构造成修改门信号使得至少一个电桥电流的量值减少。
本发明的第十一技术方案为,在本发明的第八技术方案中,处理器进一步构造成当到达预定的停止操作时间时停止在部分电流限制方案中逆变器的操作。
本发明的第十二技术方案为,在本发明的第八技术方案中,为了控制至少一个电桥电流,处理器构造成控制至少一个电桥电流,使得逆变器在部分电流限制方案中操作比在完全方波电流限制方案下可能的更长时间。
本发明的第十三技术方案为,在本发明的第八技术方案中,为了控制至少一个电桥电流,处理器构造成控制至少一个电桥电流,使得单相电压源两电平逆变器在部分电流限制方案中操作。
本发明的第十四技术方案为,在本发明的第八技术方案中,为了控制至少一个电桥电流,处理器构造成控制至少一个电桥电流,使得单相电压源三电平逆变器在部分电流限制方案中操作。
本发明的第十五技术方案为一种控制包括环形母线和各自包括逆变器的多个不间断电源(UPS)的电力供给***的方法,方法包括:监控在多个UPS的每个UPS中的至少一个电桥电流;以及控制至少一个电桥电流,使得每个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
本发明的第十六技术方案为,在本发明的第十五技术方案中,控制至少一个电桥电流包括:将至少一个电桥电流与预定的电流限制相比较;以及当至少一个电桥电流超出预定的电流限制时,修改门信号以用于在逆变器中的开关。
本发明的第十七技术方案为,在本发明的第十六技术方案中,修改门信号包括修改门信号使得至少一个电桥电流的量值减少。
本发明的第十八技术方案为,在本发明的第十五技术方案中,控制至少一个电桥电流包括控制至少一个电桥电流,使得逆变器在部分电流限制方案中操作比在完全方波电流限制方案下可能的更长时间。
本发明的第十九技术方案为,在本发明的第十五技术方案中,控制至少一个电桥电流包括控制至少一个电桥电流,使得单相电压源两电平逆变器在部分电流限制方案中操作。
本发明的第二十技术方案为,在本发明的第十五技术方案中,控制至少一个电桥电流包括控制至少一个电桥电流使得单相电压源三电平逆变器在部分电流限制方案中操作。
附图说明
图1是示例性的环形母线架构的图解。
图2是示例性的单相电压源两电平逆变器的电路图。
图3是示例性的单相电压源三电平逆变器的电路图。
图4是单相逆变器的简化的电路图。
图5是带有可与图4中显示的电路一起使用的电流限制的电压控制算法的框图。
图6是示出电流限制时段的图表。
图7是显示UPS上输出带有持续的电流限制的短路的图表。
图8是示出电流限制时段的图表。
图9是示出用以确定停止操作时间的特性的图表。
附图标记:
300架构
302UPS
303电压源
304负载
306环形母线
308阻流器(choke)
309控制器
310第一电路断路器
311处理器
312第二电路断路器
313存储装置
314第三电路断路器
316第四电路断路器
320中央电路断路器
322左电路断路器
324右电路断路器
330逆变器
358能量储存***
400逆变器
402第一开关装置
404第二开关装置
405第一开关
406第一二极管
407第二开关
408第二二极管
410节点
412电感器
414电阻器
416负载
418电容器
420中性线
430第一直流电容器
432第二直流电容器
500逆变器
502第三开关装置
504第四开关装置
505第三开关
506第三二极管
507第四开关
508第四二极管
600电路
602电压源
604控制器
700框图
702电压控制块
704调制块
706限制块
708***块
800图表
900图表
1000图表
1100图表。
具体实施方式
描述的***和方法解决了涉及静态UPS在环形母线架构中的使用的技术挑战。特别地,阻流器(choke)的大小可通过利用电流限制算法来减少,该算法提供另外的时间以处理未能打开的断路器。这还具有涉及静态UPS架构的成本、可能性以及可行性的另外优点。
这里描述不间断电源***的示例性的实施例。多个不间断电源布置在环形母线构型中并构造成供应电力至至少一个负载。至少一个控制装置通信地联接至多个不间断电源。
图1是示例性的备用独立并联(IP)的不间断电源(UPS)环形母线架构300的示意图。在示例性的实施例中,如在本文中所描述的,架构300包括布置在环形架构或并联架构中的多个UPS302。具体地,架构300在示例性的实施例中包括四个UPS302。备选地,架构300可包括使架构300能够起本文描述的作用的任意数目的UPS302。在示例性的实施例中,架构300是三线***。备选地,架构300可以是四线***(典型地来供应需求中性线的负载)。
在示例性的实施例中,UPS302是静态双变频UPS(即,真实在线***制式)。静态和旋转UPS两者可需求有差控制(droopcontrol)技术以用于电压和频率两者。在一些情形中,只用于频率的有差控制可以是足够的。在一些实施例中,修改有差控制技术以处理非线性负载。
架构300有助于提供电力至一个或更多负载304。在正常操作下,一个或更多设施起电压源303的作用并提供交流(AC)电力至负载304。发电机也可起电压源303的作用。值得注意地,电压源303不需要在架构300中同步。这是有利的,由于每一个UPS302可由单独的发电机和/或设施供给,并且不需要添加另外的设备来同步电压源303。
在电压源303或UPS整流器的失效的事件中,如本文中描述的,UPS302利用连接至UPS302的能量储存***358(例如,带有自己的转换器的电池、飞轮等)来保持电力流动至负载304。而且,如本文中所描述的,如果给定的UPS302失效,那么负载304被穿过环形母线306来供给电力。在示例性的实施例中,架构300包括四个负载304。备选地,架构300可包括使架构300能够起本文描述的作用的任意适合数目的负载304。
在示例性的实施例中,各个UPS302电联接至有关联的负载304,并穿过有关联的阻流器308(例如,电感器)联接至环形母线306。在架构300中,没有恰当的同步,UPS302由于不期望的循环电流而不能恰当地工作。因此,在示例性的实施例中,至少一个控制器309控制UPS302的操作。更具体地,如本文中所描述的,至少一个控制器309控制各个UPS302的输出电压的频率。如本文中所描述的,各个UPS302的频率计算为电力的函数。
在一些实施例中,架构300包括分离的、专用的控制器309以用于各个UPS302。备选地,***可包括控制所有UPS302的操作的单个控制器309。各个控制器309可包括它自己的电力***(未显示),例如专用能源(例如,电池)。在一些实施例中,各个控制器309联接至在控制器309失效的事件中可使用的替代控制器(未显示)。
在示例性的实施例中,各个控制器309通过通信地联接至存储装置313的处理器311来实施以用于执行指令。在一些实施例中,可执行的指令储存在存储装置313中。备选地,控制器309可使用如本文中所描述的使控制器309能够控制UPS302的操作的任意电路来实施。例如,在一些实施例中,控制器309可包括状态机,其学习或预编程来确定负载304需求电力有关的信息。
在示例性的实施例中,控制器309通过程序设计处理器311实行本文描述的一个或更多操作。例如,处理器311可通过将操作编码成一个或更多可执行的指令并通过提供在存储装置313中的可执行指令来编程。处理器311可包括一个或更多处理单元(例如,在多核构型中)。而且,处理器311可使用一个或更多异构处理器***来实施,在该异构处理器***中主要处理器与二级处理器在单个芯片上一起呈现。作为另一个示出的示例,处理器311可以是包含相同类型的多个处理器的对称的多处理器***。而且,处理器311可使用包括一个或更多***和微控制器、微处理器、简化指令***计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、以及能够执行本文描述的功能的任意其他电路的任意适合的可编程电路来实施。在示例性的实施例中,如本文中所描述的,处理器311促使控制器309来操作UPS302。
在示例性的实施例中,存储装置313是使诸如可执行的指令和/或其他数据的信息能够被储存和检索的一个或更多装置。存储装置313可包括一个或更多计算机可读介质,诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态硬盘、和/或硬盘,但不限于此。存储装置313可构造成储存应用程序源代码、应用程序对象代码、源代码感兴趣的一部分、对象代码感兴趣的一部分、构型数据、执行事件和/或任意其他类型的数据,但不限于此。
在示例性的实施例中,如在下面更详细地描述的,一个或更多控制器309并且更具体地处理器311计算用于各个UPS302的输出电压频率,并且一个或更多控制器309以计算的频率操作各个UPS302。在各个UPS302的通过有差控制确定的分别计算的频率下操作它们使在架构300中获得负载分享和稳定性成为可能。越过各种UPS302的操作的频率在瞬变条件下(例如,跟随一个或更多负载304的变型)是不同的。一旦有差控制处于稳定的状态,所有的UPS302在相同的频率但是带有越过均等化由各个UPS302提供的有功功率的阻流器308的相位差来操作。
在架构300中,各个UPS302能够供给电力至关联的局部负载304,以及转移有功和无功功率穿过关联的阻流器308至环形母线306。在示例性的实施例中,架构300有助于在UPS302之间相等地分享局部负载304而没有使用有差控制(且特别地,频率对有功功率和电压对无功功率)的任意通信。这去除了架构300中UPS302的数目上的限制。
在示例性的实施例中,架构300包括许多的电路断路器。具体地,对于各个UPS302,第一电路断路器310电联接在UPS302和阻流器308之间,第二电路断路器312电联接在第一电路断路器310和局部负载304之间,第三电路断路器314电联接在第一电路断路器310和环形母线306之间,以及第四电路断路器316电联接在阻流器308和环形母线306之间。而且,在环形母线306处,中央电路断路器320、左电路断路器322、以及右电路断路器324与各个UPS302关联,并有助于将UPS302与环形母线306和/或环形母线306上的其他UPS302隔离。各个电路断路器310、312、314、316、320、322及324包括关联的逻辑和继电器(均未显示)以用于操作。由电路断路器310、312、314、316、320、322及324提供的保护计划有助于定位架构300中的故障并通过打开合适的断路器将这些故障隔离。而且,第三电路断路器314,也称为旁路断路器,有助于当关联的UPS302失效或在维护中时旁路阻流器308。由于去除了在阻流器308上的电压降,因而这有助于改善关联的局部负载304上的电压品质。
对于环形母线应用,阻流器308确定大小以维持环形母线306上的短路故障达足够长的时间,来通过架构300中的具体断路器的激活而保证故障的隔离。而且,对于断路器未能打开的情形,需加入另外的时间以确定并执行备选的故障隔离策略。因此,为了有助于最大化在关联的UPS302中的逆变器可维持环形母线306上的短路故障的持续时间,阻流器308可确定大小来在环形母线306上短路电路下以线性模型操作逆变器。本文描述的***和方法有助于最大化间歇电流限制时段中的操作时间以提供更长的可用时间来处理断路器未能打开的情景。因此,阻流器308的大小可稍微减少。
如在图1中所示,各个UPS302包括逆变器330。不同的设计对逆变器330是可能的。例如,对于无变压器设计,图2是示例性的单相电压源两电平逆变器400的电路图,并且图3是示例性的单相电压源三电平逆变器500的电路图。
如在图2中所示,逆变器400包括第一开关装置402和第二开关装置404。第一开关装置402包括与第一二极管406并联地电联接的第一开关405(例如,晶体管),并且第二开关装置404包括与第二二极管408并联地电联接的第二开关407(例如,晶体管)。跨下面的或第二开关装置404的电压在本文中称为命令电压ucmd。在第一和第二开关装置402和404之间的节点410输出穿过电感器412和电阻器414的电桥电流is。电桥电流is分成流至负载416(诸如局部负载304)的负载电流iL和流动穿过电容器418的电流。跨电容器418的电压称为电容器电压uC。逆变器400包括电联接在第一开关装置402和中性线420之间的第一直流电容器430、以及电联接在第二开关装置404和中性线420之间的第二直流电容器432。跨第一直流电容器430的电压是上直流链电压VdcP,并且跨第二直流电容器432的电压是下直流链电压VdcN。如将被本领域技术人员所了解的,对于三相***,如本文所描述的将控制三个电桥电流。
除非另有说明,逆变器500基本类似于逆变器400。如在图3中所示,逆变器500包括串联地电联接在节点410和中性线420之间的第三开关装置502和第四开关装置504。第三开关装置502包括与第三二极管506并联地电联接的第三开关505(例如,晶体管),并且第四开关装置504包括与第四二极管508并联地电联接的第四开关507(例如,晶体管)。第三和第四开关装置502和504实施双向开关装置。备选地,双向开关装置可使用其他的构件(例如,使用反向阻断装置)来实施。逆变器400和逆变器500的拓扑可通过使用三只脚实施为三相转换器。
对于逆变器400和逆变器500两者,图4是单相逆变器的等效电路600的电路图。电路600包括表示为电压源602的命令电压ucmd。间断的命令电压ucmd模拟两电平或三电平逆变器。因此,该电压可具有在两个或三个可能值之间的方波变型。在示例性的实施例中,例如控制器309(在图1中显示)的控制器604控制电路600的一个或更多构件的操作。
图5是带有可与电路600一起使用的电流限制的示例性的电压控制算法的框图700。框图700的步骤可例如使用控制器604(图4中显示)来实行。在框图700中,电压控制块702Ru基于参考电压uref、正交参考电压urefQ、电容器电压uc、负载电流iL和电桥电流is来实施并确定命令电压ucmd。参考电压uref和正交参考电压urefQ可以是储存在例如存储装置313(在图1中显示)的存储器中的预定值。备选地,参考电压uref和正交参考电压urefQ可使用方程式例如以下面的方式来求出:。
调制块704,M,实施确定用于电力开关的门信号di(例如,用于逆变器400的第一和第二开关405和407的门信号d1和d2,以及用于逆变器500的第一、第二、第三和第四开关405、407、505和507的门信号d1…d4)的调制。调制分别地适应为上和下直流链的瞬时电压VdcP和VdcN的函数。限制块706,Lis,实施可修改用于电力开关的门信号di的电桥电流限制。在示例性的实施例中,限制块706使用迟滞比较器来检查电桥电流is是否超出预定的电流限制Ismax。
特别地,考虑正电流,当电桥电流is超出限制Ismax时,用于开关的门信号di以一种方式修改来使电流is减少。这取决于所使用的逆变器的拓扑。作为示例,考虑图2的逆变器400。对于正的和增加的电流is,第一开关405闭合且第二开关407打开。如果电流is超出限制Ismax,第一开关405被限制块706命令打开。因此,电流is将流动穿过第二二极管408并将随着由电感器412和电容器418形成的LC滤波器反向偏置而减少。当电流降到较低的最大限制IsmaxLOW(例如Ismax的大约70%)以下时,电压控制块702和调制块704再次接管控制。控制被类似地实行以用于负电流,一旦负的电桥电流is降到限制-Ismax以下,通过操作开关来促使负的电桥电流is增加(即,向零电流移动)。
限制块706可实施另外的特征以改善在包括三电平逆变器(例如,逆变器500)的实施例中的性能。例如,在逆变器500中,由第三和第四开关装置502和504形成的双向开关装置可在电流限制过程期间使用以便避免两电平换向(即,从VdcP到-VdcN或其相反)。例如,对于超出限制Ismax的正的和增加的电桥电流is,开关405、407、506和508受限制块706命令,以便换向命令电压Ucmd从VdcP到0然后到-VdcN。这减少了开关上的换向过电压。
在框图700中,***块708,S,表示受控制的***,特别地逆变器电桥和LC滤波器(见图2至4)。对于三相***,三相逆变器可结合用于每个相的不同的控制器604使用。备选地,本文描述的电流限制策略可使用空间矢量靠近来实施。
图6中示出框图700的该操作,其是当slim=1时示出电流限制时段的图表800。框图700的电流限制操作可通过使用控制器604实施的定时机构来控制,该控制器604在电流限制Ismax是第一击时触发并然后检查对限定限制(例如,100毫秒(ms))的持续时间。为了有助于优化在架构300中逆变器的设计,电流限制可轻微地设置在通常可维持30秒的逆变器的典型最大150%过载能力之上。
图7是显示完全电流限制方案的操作的图表900。如由图表900展示的,在完全电流限制方案中,逆变器传送典型地2.2倍标称电流的方波电流达限制时间(例如,100ms),来例如烧断输出保险丝。因此,典型的完全电流限制方案仅可维持大约100ms。如在图7中所示,在完全电流限制方案中,电流在正的和负的峰值电流之间改变。
与利用完全电流限制区域相反,框图700的算法有助于开发例如在图7中显示的完全电流限制方案和通常(例如,经济原因)在150%过载下发生的线性模型(即,没有电流限制)中的最大过载情况之间的区域中的逆变器的电流容量。换句话说,按照框图700的算法操作逆变器提供了可变时间(例如,从100ms到30s),其中可维持局部电流限制方案。
本文描述的该电流限制算法的实施方式利用实际限制百分比时间的测量。为此,如在图8的图表1000中所示,在电流限制时段的突变的发生时生成信号SlimB。图8显示当Slim=1时的电流限制时段。SlimB显示电流限制时段的突变的发生。电流限制百分比时间由方程式1求出:
(方程式1)
其中,Ts表示基波的时段(例如,对于50Hz频率为20ms)。实际电流限制百分比时间LIM%的使用允许***维持操作达更长的一段时间(例如,300至400毫秒),提供更多的时间来清除故障。
此外,如在图9的图表1100上所示,停止操作时间从预定的特性TSTOP=f(LIM%)来确定。在示例性的实施例中,停止操作特性TSTOP=f(LIM%)基于逆变器的设计且特别地半导体开关的类型和口径、冷却***等来确定。在一些实施例中,在该操作模型中半导体开关上的应力使用热模型或真实测量来分析。如在图9中显示的,降低LIM%增加停止操作时间,提供更多的时间来处理一个或更多断路器310、312、314、316、320、322和324的失效。在备选的实施例中,停止操作时间使用实时地估计半导体的结温度的热模型来确定。
本文描述的***和方法利用控制算法,其开发逆变器在完全电流限制方案(即,方波操作)和线性模型(即,没有电流限制)中的最大过载情况之间的区域中的电流容量。换句话说,本文描述的实施例提供可变时间,其中可维持部分的电流限制方案。这在UPS***的许多不同的构型和/或架构中提供优点。
对于单个UPS或传统的并联UPS架构(N+1备用、2N等),本文描述的***和方法提供增加的能力以在间歇的电流限制时段中提供延长的操作。继而,由于其充分地延迟从逆变器到旁路器的转换,因而这增加关键电力***的稳定性。
而且,描述的***和方法解决了涉及在环形母线架构中静态UPS的使用的技术挑战。特别地,阻流器的大小可稍微减少,因为电流限制算法提供在部分电流限制方案中更长的时间。这还具有涉及静态UPS架构的成本、可能性以及可行性的另外的优点。
本文描述的***和方法独立于电压电平可应用,并且更具体地可应用至低压(LV)(例如,相到相480V)和中压(MV)(例如,相到相13.8kV)应用两者。例如,虽然本文描述的逆变器拓扑典型地使用在LV***中,但是本文描述的实施例的原则可相等地应用至使用合适的逆变器技术的MV***。
与至少一些公知的电力***相比,本文描述的***和方法有助于在完全电流限制方案和线性模型之间操作逆变器。而且,如本文中所描述的,使用本文描述的***和方法来控制电桥电流向UPS***提供另外的时间来解决故障。
上面详细地描述了用于不间断电源的***和方法的示例性实施例。***和方法不限于本文中描述的具体实施例,而是***的构件和/或方法的操作可与本文中描述的其他构件和/或操作独立地和分离地利用。而且,描述的构件和/或操作还可限定在其他的***、方法和/或装置中,或与其组合使用,并且不限于仅与本文中描述的***实践。
本文中描述的***和方法的至少一个技术效果包括(a)监控在多个UPS的各个UPS中的至少一个电桥电流;以及(b)控制至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
在本文中示出和描述的本发明的实施例中操作的执行或实行的顺序不是本质的,除非另有说明。即,操作可以以任意顺序实行,除非另有说明,并且本发明的实施例可包括与本文公开的那些相比额外或更少的操作。例如,可预期在另一个操作之前、同时、或之后执行或实行特别的操作落在本发明的方面的范围内。
虽然本发明的各种实施例的具体特征在一些附图中显示且未在其他附图中显示,但这仅仅是为了方便。按照本发明的原则,附图的任意特征可组合任意其他附图的任意特征来参考和/或要求权利保护。
该书面描述使用示例以公开包括最佳模型的本发明,并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任意装置或***以及执行任意并入的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括没有不同于权利要求的文字表达的结构元件,或者如果它们包括带有与权利要求的文字表达无实质区别的等同结构元件,则它们意图在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种***,包括:
多个不间断电源(UPS),所述多个UPS中的每个UPS包括逆变器;
环形母线:以及
至少一个控制器,其通信地联接至所述多个UPS,所述至少一个控制器构造成控制在各个UPS中的至少一个电桥电流,控制所述至少一个电桥电流使得各个UPS的所述逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的局部电流限制方案中操作。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,为了控制所述至少一个电桥电流,所述至少一个控制器构造成:
将所述至少一个电桥电流与预定的电流限制相比较;以及
当所述至少一个电桥电流超出所述预定的电流限制时,修改门信号以用于在所述逆变器中的开关。
3.根据权利要求2所述的***,其特征在于,为了修改门信号,所述至少一个控制器构造成修改门信号使得所述至少一个电桥电流的量值减少。
4.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述至少一个控制器进一步构造成当到达预定的停止操作时间时停止在所述部分电流限制方案中所述逆变器的操作。
5.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述至少一个控制器包括多个控制器,所述多个控制器中的每个控制器通信地联接至所述多个UPS中的关联的UPS。
6.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述逆变器包括单相电压源两电平逆变器。
7.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述逆变器包括单相电压源三电平逆变器。
8.至少一个控制器,用于控制包括环形母线和多个不间断电源(UPS)的电力供给***,所述至少一个控制器包括:
处理器;以及
存储装置,其通信地联接至所述处理器,储存可执行指令的所述存储装置构造成促使所述处理器控制在所述多个UPS的每个UPS中的至少一个电桥电流,控制所述至少一个电桥电流使得各个UPS的逆变器在完全电流限制方案和线性模型之间的部分电流限制方案中操作。
9.根据权利要求8所述的至少一个控制器,其特征在于,为了控制所述至少一个电桥电流,所述处理器构造成:
将所述至少一个电桥电流与预定的电流限制相比较;以及
当所述至少一个电桥电流超出所述预定的电流限制时,修改门信号以用于在所述逆变器中的开关。
10.根据权利要求9所述的至少一个控制器,其特征在于,为了修改门信号,所述处理器构造成修改门信号使得所述至少一个电桥电流的量值减少。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201462030847P | 2014-07-30 | 2014-07-30 | |
US62/030847 | 2014-07-30 | ||
US14/568817 | 2014-12-12 | ||
US14/568,817 US10135237B2 (en) | 2014-07-30 | 2014-12-12 | Systems and methods for exploiting current capability in static ups |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105322642A true CN105322642A (zh) | 2016-02-10 |
CN105322642B CN105322642B (zh) | 2020-04-24 |
Family
ID=53546156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510457447.6A Active CN105322642B (zh) | 2014-07-30 | 2015-07-30 | 用于开发在静态ups中的电流容量的***和方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10135237B2 (zh) |
EP (1) | EP2980959B1 (zh) |
CN (1) | CN105322642B (zh) |
ES (1) | ES2759432T3 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107819356A (zh) * | 2016-09-13 | 2018-03-20 | 通用电气公司 | 带有扼流圈旁路开关的隔离并联不间断电源*** |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10284007B2 (en) * | 2014-10-23 | 2019-05-07 | Abb Schweiz Ag | Protection methods and switches in uninterruptible power supply systems |
CN108509010B (zh) * | 2018-03-21 | 2024-04-23 | 联想(北京)有限公司 | 供电方法和供电*** |
US10826381B2 (en) * | 2018-04-17 | 2020-11-03 | Abb Schweiz Ag | Method and control system for zero-sequence current compensation for ground current reduction |
US11394201B2 (en) * | 2018-11-26 | 2022-07-19 | Cummins Power Generation Ip, Inc. | Reverse flow automatic transfer switch |
US20240162742A1 (en) * | 2022-11-15 | 2024-05-16 | Google Llc | System and Method for Transitioning to Backup Power Pooling |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140003103A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-02 | Eaton Corporation | Multi-level inverter apparatus and methods using variable overcurrent response |
CN103904726A (zh) * | 2012-12-27 | 2014-07-02 | 通用电气公司 | 用于不间断电源中的公共冗余旁路馈送路径的*** |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3750004A (en) | 1972-02-23 | 1973-07-31 | Esb Inc | Instantaneous current control for static inverters |
US4489371A (en) | 1982-04-23 | 1984-12-18 | Westinghouse Electric Corp. | Synthesized sine-wave static generator |
US5210685A (en) | 1985-03-08 | 1993-05-11 | Westinghouse Electric Corp. | Uninterruptible power supply system and load transfer static switch for such a system |
FI871686A (fi) | 1987-04-16 | 1988-10-17 | Fiskars Ab Oy | Matarsystem foer kontinuerlig elkraft. |
AU651034B2 (en) * | 1992-04-24 | 1994-07-07 | Hitachi Limited | Power converter for converting DC voltage into AC phase voltage having three levels of positive, zero and negative voltage |
US6191500B1 (en) | 1998-11-06 | 2001-02-20 | Kling Lindquist Partnership, Inc. | System and method for providing an uninterruptible power supply to a critical load |
US6657320B1 (en) | 1999-11-03 | 2003-12-02 | Active Power, Inc. | Integrated flywheel uninterruptible power supply system |
US20050073783A1 (en) * | 2003-10-02 | 2005-04-07 | Phoenixtec Power Co., Ltd. | Parallel redundant power system and the control method for the same |
EP1890371A1 (en) | 2006-08-03 | 2008-02-20 | Michael J. Mosman | UPS system configuration comprising parallel modules being independent of each other |
US9209677B2 (en) * | 2010-10-27 | 2015-12-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus |
US9239364B2 (en) * | 2012-12-18 | 2016-01-19 | Eaton Corporation | Methods of testing unInterruptible power supply (UPS) systems with multiple UPS modules |
US9601945B2 (en) * | 2013-01-29 | 2017-03-21 | Reynolds & Reynolds Electronics, Inc. | Emergency back-up power system for traction elevators |
-
2014
- 2014-12-12 US US14/568,817 patent/US10135237B2/en active Active
-
2015
- 2015-07-14 EP EP15176635.9A patent/EP2980959B1/en active Active
- 2015-07-14 ES ES15176635T patent/ES2759432T3/es active Active
- 2015-07-30 CN CN201510457447.6A patent/CN105322642B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140003103A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-02 | Eaton Corporation | Multi-level inverter apparatus and methods using variable overcurrent response |
CN103904726A (zh) * | 2012-12-27 | 2014-07-02 | 通用电气公司 | 用于不间断电源中的公共冗余旁路馈送路径的*** |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
FRANK HERBENER: "Isolated-Parallel UPS Configuration", 《PILLER POWER SYSTEM》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107819356A (zh) * | 2016-09-13 | 2018-03-20 | 通用电气公司 | 带有扼流圈旁路开关的隔离并联不间断电源*** |
CN107819356B (zh) * | 2016-09-13 | 2023-03-28 | Abb瑞士股份有限公司 | 带有扼流圈旁路开关的隔离并联不间断电源*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2980959B1 (en) | 2019-09-04 |
US10135237B2 (en) | 2018-11-20 |
EP2980959A1 (en) | 2016-02-03 |
US20160036216A1 (en) | 2016-02-04 |
ES2759432T3 (es) | 2020-05-11 |
CN105322642B (zh) | 2020-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105322642A (zh) | 用于开发在静态ups中的电流容量的***和方法 | |
Akhmatov et al. | Technical guidelines and prestandardization work for first HVDC grids | |
CN107819356B (zh) | 带有扼流圈旁路开关的隔离并联不间断电源*** | |
EP2919350B1 (en) | Systems and methods for providing increased fault current capability in uninterruptible power supply systems | |
Maqsood et al. | DC microgrid protection: Using the coupled-inductor solid-state circuit breaker | |
WO2015131207A1 (en) | Power conversion system with controlled neutral | |
EP3035482B1 (en) | Systems and methods for implementing series compensators in static ups | |
CN104917278A (zh) | 冗余不间断电源*** | |
CN105305532B (zh) | 用于管理不间断电源***中的反向馈电的***和方法 | |
CN102959847B (zh) | 功率转换装置 | |
RU2503114C1 (ru) | Устройство бесперебойного автоматического включения резерва | |
CN105006878B (zh) | 在不可中断电源***中提供增加的故障电流能力的***和方法 | |
CN104868579A (zh) | 冗余不间断电力供应*** | |
US20060131960A1 (en) | Power converter | |
CN104701969A (zh) | 不间断电源和不间断电源*** | |
EP2980960B1 (en) | Systems and methods for hybrid voltage and current control in static ups systems | |
JP6674313B2 (ja) | 多端子送電システム | |
RU2577031C1 (ru) | Блок источника постоянного тока для блока обеспечения энергии | |
CN105391030A (zh) | 基于网络拓扑结构负荷逐渐加载聚合的计划孤岛划分方法 | |
Larruskain et al. | Requirements for fault protection in HVDC grids | |
Vishakh et al. | Fault detection isolation restoration of an active distribution network | |
Rao et al. | A fault tolerant dual inverter configuration for islanded mode photovoltaic generation system | |
RU148504U1 (ru) | Схема кольцевого многосекционного автоматического включения резерва энергоснабжения | |
Musa et al. | DC Fault Analysis and Protection in MTDC Grid-based Hybrid AC/DC Networks | |
KR100678762B1 (ko) | 전력 변환기 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190726 Address after: Baden, Switzerland Applicant after: ABB TECHNOLOGY LTD. Address before: American New York Applicant before: General Electric Company |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |