CN106549486A - 用于操作不间断电源的***和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种不间断电源(UPS)(104)和操作方法。UPS包括配置成从公用事业接收功率的变压器(114)。变压器包括初级绕组(128)，次级绕组(130，132，134，136，138，140，142)和第三绕组(174)。UPS还包括耦合至次级绕组的整流器(116)和耦合至整流器输出的逆变器(118)，其中在整流器与逆变器之间的连接限定DC链路(124)。逆变器配置成输出配置成提供给负载的第一调节电压。UPS进一步包括耦合至第三绕组并配置成输出与第一调节电压组合的第二调节电压的升压变换器(176)。

Description

用于操作不间断电源的***和方法
背景技术
本发明的领域一般涉及不间断电源，并且更具体地说，涉及多模式中压不间断电源。
不间断电源(UPS)被用于例如数据中心和医院的多种应用中，以在没有中断(包括AC干线供应电压中的停电或干扰期间)的情况给负载提供高质量的功率。通常，UPS被定额以从低压(如380V-480V)分配网接收AC电压并供应三相电压给负载。随着数据中心的大小增大，通过低压UPS为关键负载供电成为挑战，因为电流幅值显著增大，甚至达到低压开关装置的极限。在较高电压(如4.16kV或13.8kV)下处理功率使得由UPS和输出电缆处理的电流减小。然后电压降压在负载点处。因此，UPS中的中压变换(如4.16kV或13.8kV)相对于提高操作效率和降低电缆成本具有优势。
发明内容
一方面中，提供一种不间断电源(UPS)。该UPS包括配置成接收输入功率的变压器。该变压器包括初级绕组，次级绕组和第三绕组。该UPS还包括耦合至次级绕组的整流器和耦合至整流器的输出的逆变器，其中整流器和逆变器之间的连接限定DC链路。逆变器配置成输出第一调节电压。UPS进一步包括耦合至第三绕组并配置成输出第二调节电压的升压变换器，第二调节电压被添加至第一调节电压。
另一方面中，提供一种操作功率***的方法。该方法包括将UPS耦合在公用事业和负载之间。该UPS包括配置成接收输入功率的变压器，其中该变压器包括初级绕组，次级绕组和第三绕组。该方法还包括使用耦合至次级绕组的整流器来对输入功率进行整流以调节由整流器和逆变器之间的连接所限定的DC链路两端的DC链路电压。该方法进一步包括使用耦合至整流器输出的逆变器来生成第一调节电压，以及生成添加至第一调节电压的第二调节电压。通过使用耦合至第三绕组的升压变换器来生成第二调节电压。
技术方案1：一种不间断电源(UPS)，包括：
配置成接收输入功率的变压器，所述变压器包括初级绕组，次级绕组和第三绕组；
耦合至所述次级绕组的整流器；
耦合至所述整流器的输出的逆变器，其中所述整流器和所述逆变器之间的连接限定DC链路，所述逆变器配置成输出第一调节电压；以及
耦合至所述第三绕组并且配置成输出添加至所述第一调节电压的第二调节电压的升压变换器。
技术方案2：根据权利要求1所述的UPS，进一步包括电池和电池变换器，所述电池变换器电气耦合在所述电池和所述DC链路之间。
技术方案3：根据权利要求2所述的UPS，其中所述电池变换器配置成当所述输入功率的输入电压处于预定范围之外时调节所述DC链路上的电压。
技术方案4：根据权利要求2所述的UPS，进一步包括耦合至升压变换器DC链路和耦合至所述电池的双向降压-升压变换器，所述升压变换器DC链路由耦合在升压变换器整流器和升压变换器逆变器之间的导体限定，所述双向降压-升压变换器配置成：
当所述输入功率的输入电压处于预定范围内时，对所述电池充电；以及
当所述输入电压处于预定范围之外时，对所述电池放电以对所述升压变换器DC链路的DC链路电压进行调节。
技术方案5：根据权利要求1所述的UPS，进一步包括配置成对所述逆变器和所述升压变换器应用控制方法的控制器。
技术方案6：根据权利要求5所述的UPS，其中所述控制器配置成：
不论输入线路条件，将来自所述升压变换器的负载电压贡献设定在恒定值；以及
响应于干扰而切换所述逆变器以调节负载电压。
技术方案7：根据权利要求5所述的UPS，其中所述控制器配置成：
改变来自所述升压变换器的电压贡献，使得最大贡献发生在低压线路状况下而最小贡献发生在高压线路情况下；以及
响应于干扰而切换所述逆变器以调节负载电压。
技术方案8：根据权利要求5所述的UPS，其中所述控制器配置成：
基于对负载功率和线路电压的估计使所述逆变器提供负载电压贡献；以及
基于负载电流反馈调节所述升压变换器的输出电压。
技术方案9：根据权利要求5所述的UPS，其中在轻载需求期间，所述控制器配置成当所述逆变器贡献全部功率给负载时将所述升压变换器放置在待机模式中。
技术方案10：根据权利要求5所述的UPS，其中所述控制器配置成：
控制所述逆变器以低频进行切换，从而导致大的电压阶跃；以及
控制所述升压变换器提供用来提供正弦输出电压所需的校正电压。
技术方案11：根据权利要求1所述的UPS，进一步包括旁路网络，当所述旁路网络被激活时，配置成旁路所述逆变器并将所述输入功率直接耦合至负载。
技术方案12：一种操作功率***的方法，所述方法包括：
将不间断电源(UPS)耦合在功公用事业和负载之间，其中UPS包含配置成接收输入功率的变压器，所述变压器包含初级绕组，次级绕组和第三绕组；
使用耦合至所述次级绕组的整流器对所述输入功率进行整流以调节跨由所述整流器和逆变器之间的连接限定的DC链路的DC链路电压；
使用耦合至所述整流器的输出的所述逆变器来生成第一调节电压；以及
生成添加至所述第一调节电压的第二调节电压，使用耦合至所述第三绕组的升压变换器来生成所述第二调节电压。
技术方案13：根据权利要求12所述的方法，进一步包括当电压处于预定范围之外时使用电气耦合在电池和所述DC链路之间的电池变换器来调节由所述电池提供的DC链路上的电压。
技术方案14：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
当所述输入功率的输入电压处于预定范围之内时使用双向降压-升压变换器来对所述电池充电，其中所述双向降压-升压变换器耦合至升压变换器DC链路和所述电池，其中所述升压变换器DC链路由耦合在升压变换器整流器和升压变换器逆变器之间的导体限定；以及
当所述输入电压处于预定范围之外时对所述电池放电以调节所述升压变换器DC链路的DC链路电压。
技术方案15：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
不论输入线路条件，将来自所述升压变换器的负载电压贡献设定在恒定值；以及
响应于干扰而切换所述逆变器以调节所述负载电压。
技术方案16：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
改变来自所述升压变换器的电压贡献，使得最大贡献发生在低压线路条件下且最小贡献发生在高压线路条件下；以及
响应于干扰而切换所述逆变器以调节所述负载电压。
技术方案17：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
基于对负载功率和线路电压的估计使所述逆变器提供负载电压贡献；以及
基于负载电流反馈调节所述升压变换器的输出电压。
技术方案18：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：当所述逆变器贡献用来供应所述负载所需的全部功率时将所述升压变换器放置在待机模式中。
技术方案19：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
控制所述逆变器以低频进行切换，从而导致大的电压阶跃；以及
控制所述升压变换器提供用来提供正弦输出电压所需的校正电压。
技术方案20：根据权利要求12所述的方法，进一步包括：当发生所述整流器故障、所述逆变器故障、以及所述负载具有是所述负载侧上的熔丝断开的故障的至少一个时，旁路所述逆变器并将所接收到的输入电压直接耦合至所述负载。
附图说明
图1A是示范性功率***的示意图的上部分。
图1B是图1a所示的示范性功率***的示意图的下部分。
图2A是图1所示的示范性功率***的简化框图的上部分。
图2B是图1所示的示范性功率***的简化框图的下部分。
图3是操作图1所示的功率***的示范性方法的流程图。
具体实施方式
提出不间断电源(UPS)***和用于操作不间断电源的方法的示范性实施例。特别地，提出一种不间断电源(UPS)。而且，该UPS可配置成接收来自例如交流(AC)干线的公用事业的中压并供应中压输出给负载。在一个实例中，AC干线处的中压可从3.3kV到20kV的变动。
图1A是示范性功率***100的示意图的上部。图1B是图1A所示示范性功率***的示意图的下部。图2A是图1A和1B所示的示范性功率***的简化框图的上部。图2B是图1A和1B所示的示范性功率***的简化框图的下部。参见图1A，1B，2A和2B，在该示范性实施例中，功率***100包括交流干线或公用事业102，中压UPS 104，和至少一个负载106。UPS 104促进从公用事业102将功率输送到负载106。在该示范性实施例中，UPS 104从中压(例如13.8kV)公用事业102进行操作并提供调节好的三相中压给负载106。在该示范性实施例中，***100包括一个UPS 104。备选地，***100可包括多个并联耦合的UPS 104。
UPS 104包括与第二或旁路路径110并联的第一或双变换路径108。在该示范性实施例中，第一路径108包括串联的第一开关单元112、第一变压器114、交流(AC)到直流(DC)整流器116、DC到AC逆变器118、第二变压器120和第二开关单元122。在该示范性实施例中，逆变器118是每相中包括串联连接的三电平逆变器的多电平变换器。备选地，整流器116和逆变器118可以使***100能够如本文所述地那样运行的任意变换器。由于UPS 104包括整流器116和逆变器118，UPS 104还可被称为双变换UPS。
在该示范性实施例中，变压器114配置成接收提供给UPS 104的输入功率。变压器114提供降压功能并改善输入功率的输入电压的功率质量。变压器114在DC链路124和电池126的上游。变压器114包括在初级侧130上的初级或三角形绕组128以及在次级侧144上的包括六个次级绕组132，134，136，138，140和142的次级绕组。次级绕组为星形、三角形或曲折绕组并配置成减少来自公用事业102的电流中的谐波含量。星形绕组包括三个绕组，每个在第一端处耦合至三相电源的不同相并在第二端处耦合至中性线。对于任意绕组组合，任意一个绕组与另一绕组之间的电压相同，但是任意一个绕组与中性线之间的电压是不同的。三角形绕组包括彼此耦合的三根线，并且全部具有相同的电压。曲折绕组包括一分为二的三个绕组，其中每一半绕组与另一铁芯柱上的一半绕组互连。曲折绕组被用于抑制三次谐波或者作为接地变压器提供中性连接，并获得相角移位。在一个实施例中，第一、第二、第五和第六次级绕组132，134，140和142为曲折绕组，第三次级绕组136为三角形绕组，并且第四次级绕组138为星形(Y形)绕组。
在该示范性实施例中，整流器116耦合至变压器114的次级绕组。整流器116为36脉冲整流器，其对AC输入功率进行整流以调节DC链路124上的DC链路电压。整流器116经由DC链路124输出所整流的AC电压给逆变器118。在该示范性实施例中，DC链路124通过整流器116与逆变器118之间的连接形成。整流器116可以是有源或无源整流器并且可以使用二极管、IGBT、晶闸管和/或装置的组合。整流器116包括六个三相整流器146，148，150，152，154和156；一个耦合至次级绕组132，134，136，138，140和142中的每一个。在示范性实施例中，整流器146，148，150，152，154和156为3相二极管桥整流器。备选地，整流器146，148，150，152，154和156可以使***100能够如本文所述地那样运行的任意整流器。
在该示范性实施例中，每个DC链路124包括通过由整流器116所生成的所整流的AC电压进行充电的DC链路电容器158。DC链路电容器158提供平滑的DC电压给逆变器118。
逆变器118耦合至整流器116的输出并且配置成输出第一调节电压。更具体地说，逆变器118包括一组级联的中性点钳位(NPC)逆变器160，162，164，166，168和170，其使用DC链路电压来生成相对高的幅值(如11kV)的三相AC电压。对于三相A，B和C中的每一相存在两个逆变器输出。电压输出串联耦合以组合每一相的电压输出。因此，从NPC逆变器输出第一调节电压。例如，逆变器160和162的输出被耦合以生成A相电压，逆变器164和166的输出被耦合以生成B相电压，并且逆变器168和170的输出被耦合以生成C相电压。逆变器160，162，164，166，168和170中的每一个包括操作地串联耦合的多个切换单元172。在示范性实施例中，每个切换单元172包括至少两个半导体开关。
变压器114进一步包括第三绕组174，其生成具有较低幅值(如～480VAC)的三相电压。在示范性实施例中，第三绕组174为三角形绕组。
AC-DC-AC升压变换器176耦合至第三绕组174并生成馈送给第二变压器120的初级绕组178以添加到由逆变器118所生成的第一调节电压的第二调节电压。在示范性实施例中，升压变换器176包括整流器180、DC链路182和逆变器184。整流器180可以本质上是有源或无源的。升压变换器176的DC链路182由耦合在整流器180和逆变器184之间的导体限定。
第二变压器120具有三角形/开星形配置并包括初级三角形绕组178和开星形次级绕组186。初级三角形绕组178耦合至升压变换器176的调节的三相输出。开星形次级绕组186与逆变器118的各相电压输出A，B和C串联耦合。通过将由逆变器118所生成的第一调节电压与由升压变换器176所生成的第二调节电压相加，第二变压器120与逆变器118输出的串联连接使UPS 104能够得到用于负载106的适当的输出电压。
电池126电气耦合至DC链路124。电池126可以是单个电池或组合为单个电池组或多个电池组的一组电池。电池126通常被定额用于低压(如最大600V)并配置成在公用事业102中断或故障时提供DC电压给DC链路124。
双向降压-升压变换器188耦合至AC-DC-AC升压变换器176的DC链路182和电池126。双向降压-升压变换器188配置成当存在来自公用事业102的功率时对电池126充电。另外，双向降压-升压变换器188配置成在输入电压处于预定范围之外时对电池126放电以调节升压变换器176的DC链路126上的DC链路电压。
第一，第二和第三电池变换器190，192，194将低压电池126电气耦合至由36脉冲整流器116形成的中压DC链路124。每个电池变换器190，192，194配置成在电池的操作模式下调节DC链路124上的DC链路电压。每个电池变换器190，192，194包括两个输出，一个连接至在每相输出处串联耦合的两个逆变器的DC链路124。也就是说，电池变换器190包括两个隔离的输出，其中第一输出连接至逆变器160的DC链路124以及第二输出连接至逆变器162的DC链路124，其输出A相电压。电池变换器192包括连接至逆变器164的DC链路124的第一输出和连接至逆变器166的DC链路124的第二输出，其输出B相电压。电池变换器194包括连接至逆变器168的DC链路124的第一输出和连接至逆变器170的DC链路124的第二输出，其输出C相电压。电池变换器190，192和194可以是DC-DC变换器或者使电池变换器190，192和194能够如本文所述地那样运行的任意类型的DC功率变换装置。尽管此处所述为具有三个电池变换器，但是UPS 104可以使用任意其它数量的电池变换器来调节DC链路124上的电压。
第二路径110包括旁路网络196，当其被激活时，其配置成旁路逆变器118并将来自公用事业102的输入功率直接耦合至负载106。在示范性实施例中，旁路网络196使用串联连接的双向传导晶闸管来实现。备选地，旁路网络196可使用强制换向装置(如，集成门极换向晶闸管(IGCT))或使***100能够如本文所述地那样运行的任意其它装置来实现。
在一些实施例中，第一滤波器198(电感器和/或电容器)被提供在第一变压器114前以减少输入电流失真和改善功率因数。包括电感器和并联电容器的第二滤波器200被提供在负载106前。第二滤波器200减少负载电压处的切换谐波。变压器120的泄漏可被用于提供第二滤波器200的电感。
控制器202通信地耦合至UPS 104并控制UPS 104的操作，如本文所述。更具体地说，控制器202配置成将控制方法应用于逆变器118和升压变换器176。控制器202可包括其自己的功率***(未示出)，如专用能量源(如电池)。在一些实施例中，控制器202耦合至替代控制器(未示出)，其可在控制器202故障的情况下被使用。
在示范性实施例中，控制器202通过通信地耦合至存储器装置206用于运行指令的处理器204实现。在一些实施例中，可运行的指令存储在存储器装置206中。备选地，控制器202可通过使用使控制器202能够如本文所述地那样控制UPS 104的操作的任意电路***来实现。例如，控制器202可动态确定将需要什么功率资源，以及在什么性能水平和环境条件(如，温度、湿度、一天中的时间等)下，在其下那些功率资源将需要进行操作。控制器202可执行动态监测以确定所输送的功率是否满足负载106，以及所输送的功率是否没有谐波、瞬态等等。在一些实施例中，动态监测可包括追踪资源的使用以确定应当输送多少电流或电压。控制器202还可监测和/或控制速度(即，带宽)和逆变器能力(如，过载，无功功率，有功功率)以便于确保***100的可靠性以及最小化UPS 104的性能降级。
控制器202还可包括状态机调度器，其配置成选择性地激活和停用功率资源，设置电压和电流等级，和/或采取省电动作(如，减少电流输送)。控制器202还可追踪***100的特性(如，功率的静态分配)以确定***100的一个或多个组件是否应当待机或者是否应当输送功率。
在示范性实施例中，控制器202通过对处理器204进行编程来执行本文所述的一个或多个操作。例如，处理器204可通过将操作编码为一个或多个可运行指令以及通过将可运行指令提供到存储器装置206中来进行编程。处理器204可包括一个或多个处理单元(如，以多核配置)。此外，处理器204可使用一个或多个异构处理器***来实现，在异构处理器***中主处理器与次级处理器一起存在于单个芯片上。作为另一示范性实施例，处理器204可以是包含多个相同类型的处理器的对称多处理器***。此外，处理器204可以使用任何适合的包含一个或多个***和微控制器、微处理器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)的可编程电路，以及能够运行本文所述功能的任何其他电路来实现。在示范性实施例中，处理器204使控制器202操作UPS 104，如本文所述。
在示范性实施例中，存储器装置206为使诸如可运行指令和/或其它数据的信息能够被存储和读取的一个或多个装置。存储器装置206可包括一个或多个计算机可读媒体，例如，但不限于，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态盘，和/或硬盘。存储器装置206可配置成存储，但不限于，应用程序源代码，应用程序对象代码，感兴趣的源代码部分，感兴趣的对象代码部分，配置数据，运行事件和/或任何其它类型的数据。
在AC干线电压是标称的时的正常操作模式中，UPS 104工作在双变换模式中。在双变换模式期间，整流器116从公用事业102汲取功率并调节DC链路电压。控制器202控制逆变器118的切换单元172以在负载106处产生所调节的3相AC电压而不管负载本质(即，平衡的/不平衡的，线形的/非线性的)。
选择变压器114的匝数比，使得在最高线路条件(如1.06每单元(pu))下，最大DC链路电压能够将装置电压应力竞致被限制为最大允许极限。在低压线路条件(如0.85pu)下，由整流器116创建的DC链路电压将不足以供逆变器118生成跨负载106的全部调节的AC电压。升压变换器176生成与由主逆变器所生成的AC电压同相相加的电压以将负载电压调节至期望值。更具体地说，升压变换器176对接收来自第三绕组174的AC电压进行升压并生成馈送到第二变压器120中的调节的3相AC电压。该调节的3相AC电压与由逆变器118输出的3相AC电压相加并对其进行补充。
在示范性实施例中，由于负载电压由逆变器118和升压变换器176贡献，因此存在若干控制自由度。在第一控制方法中，升压变换器176对负载电压的贡献保持恒定而不管线路条件，并且逆变器118响应于干扰进行切换以调节负载电压。更具体地说，在低压线路条件下，控制器202控制升压变换器176供应设定量(a set amount of)的AC电压，并控制逆变器118供应在施加该设定量的AC电压后所需的任何量的AC电压。
在第二控制方法中，控制器202配置成改变来自升压变换器176的电压贡献，使得最大贡献在低压线路条件(如0.85pu)下发生，并且使得在高压线路条件(如1.06pu)下贡献最小。另外，控制器202配置成响应于干扰来切换逆变器118以调节负载电压。也就是说，当供给整流器116和逆变器118的AC输入电压相对低时，升压变换器176提供其最大电压贡献以对逆变器118进行补充。随着供给整流器116和逆变器118的AC输入电压逐渐增大，对来自升压变换器176的电压贡献的需求逐渐降低。最终，在相对高压线路条件下，当输入功率与负载功率相比相对高时，所需的来自升压变换器176的电压贡献最小。
在第三控制方法中，控制器202配置成使逆变器118基于对负载功率和线路电压的估计提供负载电压贡献，例如，通过使用取决于对负载电压的估计的前馈方案。同时，控制器202还配置成基于负载电流反馈调节升压变换器176的输出电压。可以例如通过在UPS104的输出定位一个或多个电流传感器以感测供给负载106的输出电流来获得负载电流反馈。电流传感器将负载电流信息传送给控制器202。由于逆变器118的控制方案基于估计而不是测量，因此其被认为是“粗糙”控制调节，其中对逆变器118输出电压的控制比采用其它方法不太精确。备选地，由于升压变换器176使用反馈测量，因此其被认为是“紧密(tight)”调节，其准确地控制升压变换器176的输出电压以确保UPS 104提供调节好的输出电压给负载106。
在第四控制方法中，在轻载需求期间，控制器202配置成在逆变器118给负载106贡献全部功率时将升压变换器176放置在待机模式中。在负载需求相对于逆变器118的输出能力较小(即，负载需求是逆变器能力的0％～30％)时可能发生轻载需求。由于逆变器118能够在没有由升压变换器176供应的补充的情况下容易地供应轻载需求，因此控制器202命令升压变换器176进入待机模式，其是使升压变换器176能够保持通电但消耗能量(其将会在正常操作模式中)的一部分的低功率模式。将升压变换器176放置为待机模式提高了UPS104的操作效率。
在第五控制方法中，控制器202配置成控制逆变器118在降低的频率下进行切换以增大UPS 104的效率，从而导致由逆变器118输出的增大的电压波动。控制器202进一步配置成控制升压变换器176提供UPS 104所需的校正电压以提供正弦输出电压。
在正常操作模式下，控制器202控制输出电压和频率近似等于AC干线电压和频率，使得UPS 104可移至操作的旁路模式以在不影响负载的情况下进行维护。
此外，在正常模式期间，电池126由双向降压-升压变换器188充电，其从升压变换器176的DC链路182接收能量。来自干线102的功率沿着初级侧被发送到升压变换器176并随后被发送到双向降压-升压变换器188中。
在示范性实施例中，当AC输入电压处于预定范围之外时，UPS 104移至电池操作模式。在电池模式期间，AC干线断路器208断开。从电池126操作的DC-DC变换器190，192和194配置成在输入电压处于预定范围之外时调节DC链路电压。双向降压-升压变换器188(其在正常操作模式下对电池126进行充电)现在对电池126放电并将升压变换器176的DC链路电压调节至限定值。逆变器118和升压变换器176操作以调节负载电压而无任何中断。
当逆变器118和/或整流器116故障或处于定期维修时，控制器202将UPS 104移至操作的旁路模式。AC干线断路器208导通。旁路开关210(例如，通过半导体装置实现)导通。整流器116和逆变器118断开(无门极脉冲)且负载隔离器开关(通常为电路断路器122)断开。因此，在旁路模式期间，负载106由公用事业102直接供电。
图3是操作功率***100(图1A，1B，2A和2B中示出)的示范性方法300的流程图。在示范性实施例中，方法300包括将UPS 104(图1A，1B，2A和2B中示出)耦合302在功率源102(图1A，1B，2A和2B中示出)和负载106(图1A，1B，2A和2B中示出)之间。UPS 104包括配置成接收输入功率的变压器114(图1A，1B，2A和2B中示出)。变压器114包括初级绕组130，次级绕组144和第三绕组174。
方法300还包括使用耦合至次级绕组144的整流器116来整流304输入功率以调节DC链路电压。方法300进一步包括使用耦合至整流器116输出的逆变器118来生成306第一调节电压，其中整流器116与逆变器118之间的连接限定DC链路124。最后，方法300包括生成308添加到第一调节电压的第二调节电压。第二调节电压使用耦合至第三绕组174的升压变换器176来生成。
本文所述的方法和***的示范性技术效果包括下述至少之一：(a)将不间断电源(UPS)耦合在功率源和负载之间，其中UPS包括配置成接收输入功率的变压器，变压器包括初级绕组、次级绕组和第三绕组；(b)使用耦合至次级绕组的整流器对输入功率进行整流以对由整流器和逆变器之间的连接所限定的DC链路两端的DC链路电压进行调节；(c)使用耦合至整流器输出的逆变器来生成第一调节电压；以及(d)生成添加到第一调节电压的第二调节电压，使用耦合至第三绕组的升压变换器来生成第二调节电压。
本文所述的实施例提供从中压(如，13.8kV)电网操作并提供调节好的三相中压给负载的UPS的连接和控制。在所考虑的电压和功率额定下，本文所述的UPS避免了在负载处的全功率额定变压器并因而提供了低覆盖区和高操作效率的优势。该UPS避免了变换器装置的串联连接并从而避免了与串联连接装置中的电压共享相关的任何问题。这提高了变换器的可靠性。所公开的UPS避免了对装置造成的应力超出其正常范围的变换器中的过电压。该配置实现每相具有串联耦合的最小数量(如，2个)的3电平逆变器的较低压装置(如，4500V装置等级)的使用。另外，即使是在低压线路条件(如，0.85pu)下和即使是在AC干线完全丢失的条件下的任何负载电压的中断都能得以避免。本文所述的升压变换器不仅有助于达到定额负载电压，而且提高了整个UPS的功率额定。
用于不间断电源的***和方法的示范性实施例已在上文详细描述。这些***和方法不限于本文所述的特定实施例，相反，***的元件和/或方法的操作可与本文所述的其它元件和/或操作独立和单独使用。此外，所述的元件和/或操作还可被限定在其它***、方法和/或装置中，或与其它***、方法和/或装置结合使用，并且不限于仅采用本文所述的***进行实施。
除非另行指定，否则本文图示和描述的本发明的实施例中的操作的运行或执行的次序并非是必要的。即，除非另行指定，否则这些操作可以按任何次序来执行，并且本发明的实施例可以包括比本文公开的操作更多或更少的操作。例如，预期将特定操作在另一个操作之前、与之同时或之后运行或执行处于本发明的方面的范围内。
虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些图中示出而未在其它图中示出，但这只是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护。
本书面描述使用包含最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包含制作和使用任何装置或***，以及执行任何结合方法。本发明的可取得的专利范围由权利要求书来限定，并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们处于权利要求的范围之内。
部件列表

Claims (10)

1.一种不间断电源(UPS)(104)，包括：
变压器(114)，配置成接收输入功率，所述变压器包括初级绕组(128)，次级绕组(130，132，134，136，138，140，142)和第三绕组(174)；
整流器(116)，耦合至所述次级绕组；
逆变器(118)，耦合至所述整流器的输出，其中在所述整流器与所述逆变器之间的连接限定DC链路(124)，所述逆变器配置成输出第一调节电压；以及
升压变换器(176)，耦合至所述第三绕组并配置成输出添加到所述第一调节电压的第二调节电压。
2.根据权利要求1所述的UPS(104)，进一步包括电池(126)和电池变换器(190，192，194)，所述电池变换器电气耦合在所述电池与所述DC链路(124)之间，其中所述电池变换器配置成当输入功率的输入电压处于预定范围之外时调节所述DC链路上的电压。
3.根据权利要求2所述的UPS(104)，进一步包括耦合至升压变换器DC链路(182)和所述电池(126)的双向降压-升压变换器(188)，所述升压变换器DC链路由耦合在升压变换器整流器(180)与升压变压器逆变器(184)之间的导体限定，所述双向降压-升压变换器配置成：
当所述输入功率的所述输入电压处于预定范围内时对所述电池充电；以及
当所述输入电压处于所述预定范围外时对所述电池放电以调节所述升压变换器DC链路的DC链路电压。
4.根据权利要求1所述的UPS(104)，进一步包括配置成将控制方法应用到所述逆变器(118)和所述升压变换器(176)中的控制器(202)。
5.根据权利要求4所述的UPS(104)，其中所述控制器(202)配置成：
将来自所述升压变换器(176)的负载电压贡献设定在恒定值而不管输入线路条件；以及
响应于干扰来切换所述逆变器(118)以调节所述负载电压。
6.根据权利要求4所述的UPS(104)，其中所述控制器(202)配置成：
改变来自所述升压变换器(176)的电压贡献，使得最大贡献发生在低压线路条件下并且最小贡献发生在高压线路条件下；以及
响应于干扰来切换所述逆变器(118)以调节所述负载电压。
7.一种操作功率***的方法(300)，所述方法包括：
将不间断电源(UPS)耦合(302)在公用事业和负载之间，其中UPS包含配置成接收输入功率的变压器，所述变压器包含初级绕组，次级绕组和第三绕组；
使用耦合至所述次级绕组的整流器对所述输入功率进行整流(304)以调节跨由所述整流器与逆变器之间的连接限定的DC链路的DC链路电压；
使用耦合至所述整流器的输出的所述逆变器生成(306)第一调节电压；以及
生成(308)添加到所述第一调节电压的第二调节电压，所述第二调节电压使用耦合至所述第三绕组的升压变换器来生成。
8.根据权利要求7所述的方法(300)，进一步包括：
使所述逆变器基于对负载功率和线路电压的估计来提供负载电压贡献；以及
基于负载电流反馈调节所述升压变换器的输出电压。
9.根据权利要求7所述的方法(300)，进一步包括当所述逆变器贡献用来供应所述负载所需的全部功率时将所述升压变换器放置在待机模式中。
10.根据权利要求7所述的方法(300)，进一步包括：
控制所述逆变器在低频进行切换，从而导致大的电压阶跃；以及
控制所述升压变换器以提供用来提供正弦输出电压所需的校正电压。
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