CN104272573A - 模块化的三相在线ups - Google Patents

Abstract

一种不间断电源系统(UPS)包括互连电路和多个UPS子系统，所述互连电路被配置成从AC电源接收三相AC输入电力，所述多个UPS子系统中的每一个耦合到互连电路。第一UPS子系统包括第一和第二单相AC-DC转换器。至少一个第二UPS子系统包括第三和第四单相AC-DC转换器。在第一运行模式下，互连电路被配置成引导AC输入电力中的至少一相到第一UPS子系统，并且引导AC输入电力的至少一相到第二UPS子系统，在第二运行模式下，从第一UPS子系统断开AC输入电力，并引导AC输入电力的至少一相到第二UPS子系统。

Description

模块化的三相在线UPS

发明背景之发明领域

本发明的实施方案总体上涉及不间断电源系统的运行。

发明背景之相关技术讨论

不间断电源(UPS)，通常在主要电源或主电源无法使用时，用于为电气设备或负载提供备用电源。传统的在线UPS使用功率因数修正电路(PFC)整流电器设施所提供的输入电力，以提供DC电压到DC母线。当主电源可用时，经整流的DC电压通常用于给电池充电，也提供电力到DC母线。在缺少主电源时，电池提供电力到DC母线。从DC母线，逆变器产生AC输出电压给负载。因为DC母线始终由主电源或电池供电，因此如果主电源出现故障而电池被充分充电，UPS的输出电力也是不间断的。

一些传统的具有三相AC输入的UPS系统通过前端二极管桥式整流器，对全部三个输入相仅使用单一的PFC转换器。其结果是，这些传统的具有三相输入的UPS系统，具有的缺点为差的输入功率因数、高的输入电流畸变和低效率。此外，一些传统的高功率的UPS系统需要分开的电池输入来实现负极DC母线的充电，这使得该系统昂贵、不灵活且复杂。此外，一些传统的高功率的UPS系统不具备在调整UPS的输出功率和连接适当的输入的方面的灵活性，例如，其不具备利用三相输入转换高功率和利用单相输入转换低功率的能力。

发明概述

根据一个实施方案，一种不间断电源(UPS)系统包括互连电路、第一UPS子系统、至少一个第二UPS子系统、以及第三输出，其中，该互连电路被配置成从三相AC电源接收三相AC输入电力，该第一UPS子系统耦合到互连电路且具有第一单相AC-DC转换器、第二单相AC-DC转换器和被配置成提供第一单相AC输出电力的第一输出，该至少一个第二UPS子系统耦合到互连电路且具有第三单相AC-DC转换器、第四单相AC-DC转换器和被配置成提供第二单相AC输出电力的第二输出，该第三输出耦合到第一输出和第二输出。第一UPS子系统被配置成将三相AC输入电力中的至少一相转换为第一单相AC输出电力。第二UPS子系统被配置成将三相AC输入电力中的至少一相转换为第二单相AC输出电力。第三输出被配置成向负载提供第一单相AC输出电力和第二单相AC输出电力的组合。

在第一运行模式下，互连电路被配置成引导三相AC输入电力中的至少一相到第一UPS子系统，并且引导三相AC输入电力中的至少一相到至少一个第二UPS子系统。在第二运行模式下，互连电路被配置成从第一UPS子系统将三相AC输入电力断开，并且引导三相AC输入电力中的至少一相到至少一个第二UPS子系统。

在另一个实施方案中，在第一运行模式下，互连电路可被配置成引导三相AC输入电力的第一相和三相AC输入电力的第二相(其不同于三相AC输入电力的第一相)到第一UPS子系统。互连电路还可以被配置成引导三相AC输入电力的第二相和三相AC输入电力的第三相(其不同于AC输入电力的第一相和第二相中的每一个)到至少一个第二UPS子系统。

在另一个实施方案中，第一单相AC-DC转换器和第二单相AC-DC转换器中每一个可被配置成独立于第三单相AC-DC转换器和第四单相AC-DC转换器中的每一个而运行。

在另一个实施方案中，UPS系统还可包括控制器，其被配置成检测第一UPS子系统的故障且响应于检测到第一UPS子系统的故障而在第二运行模式下运行UPS系统。

在另一个实施方案中，UPS系统还可包括DC电源。第一UPS子系统可包括耦合到第一单相AC-DC转换器的第一输入以及耦合到第二单相AC-DC转换器的第二输入。至少一个第二UPS子系统可包括耦合到第三单相AC-DC转换器的第三输入以及耦合到第四单相AC-DC转换器的第四输入。互连电路可以被配置成可切换地连接第一UPS子系统的第一输入到DC电源和/或三相AC输入电力中的至少一相。互连电路还可以被配置成可切换地连接第一UPS子系统的第二输入到DC电源和/或三相AC输入电力中的至少一相。互连电路还可以被配置成可切换地连接至少一个第二UPS子系统的第三输入到DC电源和/或三相AC输入电力中的至少一相。互连电路还可以被配置成可切换地连接至少一个第二UPS子系统的第四输入到DC电源和/或三相AC输入电力中的至少一相。

在另一个实施方案中，第一输出和第二输出可彼此并联地耦合。在另一个实施方案中，第一UPS子系统可包括第一双转换式UPS。至少一个第二UPS子系统可包括第二双转换式UPS。

根据一个实施方案，一种不间断电源(UPS)系统包括：第一UPS子系统，其具有第一输入、第二输入、耦合到第一输入的第一单相AC-DC转换器以及耦合到第二输入的第二单相AC-DC转换器。UPS还包括第二UPS子系统，其具有第三输入、第四输入、耦合到第三输入的第三单相AC-DC转换器、以及耦合到第四输入的第四单相AC-DC转换器。UPS还包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第一开关、以及第二开关，其中，该第一继电器耦合到第一输入并被配置成耦合到三相AC电源的第一相；该第二继电器耦合到第二输入并被配置成耦合到三相AC电源的第二相；该第三继电器耦合到第三输入并被配置成耦合到三相AC电源的第二相；该第四继电器耦合到第四输入并被配置成耦合到三相AC电源的第三相；该第一开关在一端被耦合到在第一继电器和第一输入之间的第一点，并在相对端耦合到在第二继电器和第二输入之间的第二点；且该第二开关在一端被耦合到在第三继电器和第三输入之间的第三点，并在相对端耦合到在第四继电器和第四输入之间的第四点。

在另一个实施方案中，UPS系统还可包括插入在第一输入和第一开关之间的第五继电器、插入在第二输入和第一开关之间的第六继电器、插入在第三输入和第二开关之间的第七继电器、以及插入在第四输入和第二开关之间的第八继电器。

在另一个实施方案中，UPS系统还可包括DC电源。第五继电器可被配置成可切换地耦合第一单相AC-DC转换器到第一输入和/或DC电源。第六继电器可被配置成可切换地耦合第二单相AC-DC转换器到第二输入和/或DC电源。第七继电器可被配置成可切换地耦合第三单相AC-DC转换器到第三输入和/或DC电源。第八继电器可被配置成可切换地耦合第四单相AC-DC转换器到第四输入和/或DC电源。

在另一个实施方案中，UPS系统还可包括控制器，其耦合到第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八继电器、第一和第二开关、以及第一和第二UPS子系统。在第一运行模式下，控制器可以被配置成闭合第一、第二、第三和第四继电器，以分别地提供三相AC输入电力中的至少一相给第一、第二、第三和第四输入。控制器还可被配置成切换第五继电器以耦合第一单相AC-DC转换器到第一输入，切换第六继电器以耦合第二单相AC-DC转换器到第二输入，切换第七继电器以耦合第三单相AC-DC转换器到第三输入，切换第八继电器以耦合第四单相AC-DC转换器到第四输入，并断开第一开关和第二开关。在第二运行模式下，控制器可配置成断开第一、第二和第三继电器、断开第一开关、闭合第四继电器、并闭合第二开关。在另一个实施方案中，在第三运行模式下，控制器可配置成断开第一和第二继电器、断开第一和第二开关、并闭合第三和第四继电器。在又一个实施方案中，控制器还可被配置成检测第一UPS子系统的故障且响应于检测到第一UPS子系统的故障而在第二或第三运行模式下运行UPS系统。

在另一个实施方案中，UPS系统还可包括第三开关，其在一端耦合到第二点并且在相对端耦合到第三点。在又一个实施方案中，UPS系统还可包括控制器，其耦合到第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八继电器、第一、第二和第三开关、以及第一和第二UPS子系统。在第一运行模式下，控制器可被配置成闭合第一继电器并闭合第一、第二和第三开关，以分别地提供三相AC输入电力中的一相给第一、第二、第三和第四输入。控制器还可被配置成切换第五继电器以耦合第一单相AC-DC转换器到第一输入，切换第六继电器以耦合第二单相AC-DC转换器到第二输入，切换第七继电器以耦合第三单相AC-DC转换器到第三输入，切换第八继电器以耦合第四单相AC-DC转换器到第四输入。在第二运行模式下，控制器可配置成断开第一、第二和第三继电器、断开第三开关、闭合第四继电器、并闭合第二开关。

在另一个实施方案中，第一单相AC-DC转换器可包括第一3.33KWAC-DC转换器，第二单相AC-DC转换器可包括第一1.66KW AC-DC转换器，第三单相AC-DC转换器可包括第二1.66KW AC-DC转换器，以及第四单相AC-DC转换器可包括第二3.33KW AC-DC转换器。

在另一个实施方案中，第一UPS子系统可包括耦合到第一和第二单相AC-DC转换器的第一5KW逆变器。第二UPS子系统可包括耦合到第三和第四单相AC-DC转换器的第二5KW逆变器。

根据一个实施方案，一种控制不间断电源(UPS)系统的方法包括：连接三相AC输入电力的一相到第一UPS子系统的第一单相AC-DC转换器；连接三相AC输入电力的一相到第一UPS子系统的第二单相AC-DC转换器；连接三相AC输入电力的一相到第二UPS子系统的第三单相AC-DC转换器；连接三相AC输入电力的一相到第二UPS子系统的第四单相AC-DC转换器；使用第一、第二、第三和第四AC-DC转换器中的每一个将三相AC输入电力转换为单相AC输出电力；检测第一UPS子系统的故障；并响应于检测到第一UPS子系统的故障，将三相AC输入电力从第一单相AC-DC转换器和第二单相AC-DC转换器中的每个断开；以及使用第三和第四单相AC-DC转换器中的每一个将三相AC输入电力中的至少一相转换为单相AC输出电力。

在另一个实施方案中，该方法还可包括：连接三相AC输入电力的第一相到第一单相AC-DC转换器；连接三相AC输入电力的第二相(其不同于三相AC输入电力的第一相)到第二单相AC-DC转换器；连接三相AC输入电力的第二相到第三单相AC-DC转换器；以及连接三相AC输入电力的第三相(其不同于三相AC输入电力的第一和第二相中的每一相)到第四单相AC-DC转换器。

在另一个实施方案中，该方法还包括：响应于检测到第一UPS子系统的故障，连接三相AC输入电力的第一相和三相AC输入电力的第二相中的至少一相到第三单相AC-DC转换器和第四单相AC-DC转换器中的每一个。在又一个实施方案中，该方法还包括连接三相AC输入电力的一相到第一、第二、第三和第四单相AC-DC转换器中的每一个。

附图概要说明

附图不旨在按比例绘制。在附图中，示出在各附图中的每个相同或几乎相同的组件由同样的标号来表示。为清楚起见，在每个附图中不是每个组件都可被标记的。在附图中：

图1是根据一个实施方案的不间断电源的一个实例的框图；

图2是根据一个实施方案的不间断电源的另一个实例的框图；

图3是根据一个实施方案的不间断电源的另一个实例的框图；以及

图4是根据一个实施方案的不间断电源的另一个实例的框图。

发明的具体描述

本发明的实施方案不限于其应用到在下面描述中阐述的或在附图中示出的组件的结构和布置的细节。本发明的实施方案能够是其他实施方案并且能够以不同的方式被实践或实施。此外，本文所用的措辞和术语用于描述的目的，而不应被视为限制。“包括”、“包含”、或“具有”、“含有”、“涉及”以及其在本文中的变体的使用，旨在包括其后所列的项目和其等效物以及其它项目。

各个实施方案涉及到在UPS中的电力转换；然而，本发明的实施方案不限于在不间断电源中使用，并通常可与其它的电源或其它电源系统一起使用。此外，虽然至少一些实例在下面描述关于在线UPS的使用，但是一些实施方案可以与其它类型的UPS一起使用。

图1是根据一个实施方案的UPS系统100的实例的框图。UPS系统100被配置成耦合到多相AC电源，诸如，如包括A、B和C相的三相AC输入102。UPS系统100还被配置成将AC输入102处的一个或多个相A、B、C转换成在输出104处的单相AC电力。负载106可被耦合到输出104。

UPS系统100包括多个UPS子系统110，每个UPS子系统110耦合到互连电路120。互连电路120被耦合到AC输入102的每个A、B、C相，并在一般情况下，表现为互连AC输入102的每个A、B、C相与多个UPS子系统110。在一个实施方案中，多个UPS子系统110包括至少两个UPS子系统111和112，尽管可理解的是，任何数量n的UPS子系统可以与UPS子系统111和112结合使用。第一UPS子系统111包括两个输入130、132，每个输入耦合到所述互连电路120。相似地，第二UPS子系统112包括两个输入134、136，每个输入耦合到互连电路120。输入130、132、134、136中的每一个输入被配置成引导如由互连电路120提供的AC输入120的一个相(例如，A、B或C)到各自的输入130、132、134、136。UPS系统100还包括耦合到UPS子系统110和/或互连电路120的控制器140，以及电池150或耦合到UPS子系统110和/或互连电路120的其它DC电源。

在一般情况下，每个UPS子系统111、112被配置成将AC输入102的A、B、C相中的一个或多个转换成在输出104处的单相AC电力的至少一部分。每个UPS子系统110的输出(未示出)并联在一起耦合到UPS系统100的输出104。例如，UPS子系统111可包括两相转换器，其配置成将AC输入102的A相和B相转换成在输出104处的AC电力的至少一部分，且UPS子系统112可包括另一个两相转换器，其被配置成将AC输入102的B相和C相转换成在输出104处的AC电力的另一部分。可替换地，每个UPS子系统111、112可被配置成将AC输出102的单个相(例如，A相、B相或C相)转换成在输出104处的AC电力。互连电路120可被控制(例如，通过控制器140)，以将AC输入102的A、B、C相中的一个相分别与UPS子系统111、112的每个输入130、132、134、136选择性地互连，如将在以下进一步详细描述的。在一个实施方案中，互连电路120还可被控制以将电池150耦合到输入130、132、134、136中的一个或更多个。在另一个实施方案中，通过一个或更多个继电器，诸如下面关于图2、3和4描述的继电器191-197，电池150可被直接耦合到任意UPS子系统110。

在一个实施方案中，多个UPS子系统110中的每个(例如，UPS子系统111和112)为模块化组件，其可被添加到互连电路120，或从互连电路120移除，以增加或减少UPS系统100的总功率输出能力。例如，UPS系统100可包括两个、三个、四个或更多个相似结构的UPS子系统，每个子系统经由互连电路120被互连到AC输入102，且每个子系统具有它们各自的彼此并联耦合的输出。

图2是根据一个实施方案的UPS系统100的框图。图2中所示的实施方案包括两个两相UPS子系统111、112。UPS子系统111包括两个输出，线路输出121和零线输出122，且UPS子系统112包括两个输出，线路输出123和零线输出124。与零线输出122和124一样，线路输出121和123并联地一起耦合到输出104。如上所讨论的，负载106可被耦合到输出104。

UPS系统111、112中的每一个包括两个单相转换器(例如，AC-DC功率因数修正转换器)。UPS子系统111包括单相转换器141和142，其每一个被耦合到公共DC母线151。DC母线151还被耦合到逆变电路161。在一个实例中，UPS子系统111可被配置成使用3.33KW转换器(例如，转换器141)和1.65KW转换器(例如，转换器142)在输出121、122处产生5KW。相似地，UPS子系统112包括单相转换器143和144，其每一个被耦合到另一个公共DC母线152。DC母线152还被耦合到另一个逆变电路162。在这个实例中，UPS子系统112可相似地被配置成使用另一个1.65KW转换器(例如，转换器143)和另一个3.33KW转换器(例如，转换器144)在输出123、124处产生5KW。因为输出121、123和122、124被并联地耦合，因此基于UPS 100的运行模式(其在下面描述)，UPS 100在输出104处的总功率输出达到10KW(即，每个UPS子系统5KW)。

在图2的实施方案中，互连电路120包括多个继电器171、172、173、174，每个继电器耦合到AC输入102的A、B或C相中的一个相。例如，继电器171耦合到A相，继电器172耦合到B相，继电器173也耦合到B相，继电器174耦合到C相。互连电路120还包括多个开关181、182、183。开关181耦合到继电器171和继电器172之间，开关182耦合到继电器172和继电器173之间，开关183耦合到继电器173和继电器174之间。尽管在图2中互连电路120显示为与UPS 100分开，但是在一些实施方案中互连电路120可被包含在UPS 100中，诸如关于图1中所描述的。

图2的UPS 100还包括多个继电器191、192、193、194，每一个继电器耦合到转换器141、142、143、144中相应的一个，耦合到互连电路120并且耦合到电池150。尽管在图2中继电器191、192、193、194被示出在UPS 100中，但是在一些实施方案中继电器191、192、193、194可被包括在互连电路120中。

图2的UPS 100被配置使得每个UPS子系统111、112平等地共享总输出电力的产出。例如，如上所述，UPS子系统111产生5KW，且UPS子系统112产生另一个5KW，当UPS子系统111、112都可运行时，总功率输出10KW。当在线路模式下运行时(即，从AC输入102获取能量)，10KW输出电力可来源于AC输入102的所有的三个相A、B、C或来源于AC输入102的单个相(例如，A、B或C)。当在备用模式下运行时(即，从电池150获取能量)，10KW输出电力可来源于电池150。为了实现上述条件，互连电路120可以被控制，例如，如下面表1所示，以将UPS子系统111、112中的每一个选择性地耦合到AC输入102的A、B、C相中的一个或更多个。

表1－三相输入，单相输出，两个UPS子系统。

C＝闭合；O＝断开

在表1中示出的实例中，并参考图2，当UPS子系统111和112都可运行时，继电器171闭合以引导AC输入102的A相到转换器141，继电器172闭合以引导AC输入102的B相到转换器142，继电器173闭合以引导AC输入102的B相到转换器143，且继电器174闭合以引导AC输入102的C相到转换器144。当以表1中描述的方式进行配置时，AC输入102的A、B、C相中的每一相是平均负载的(即，每一相3.33KW)，尽管在B相上的负载被平均地分布到两个UPS子系统111、112(每个UPS子系统111、112上1.66KW)，而在A相和C相上的负载对于每个UPS子系统111、112分别为3.33KW。应当理解的是，在表1中所示的控制配置描述了可如何配置互连电路120以实现UPS 100的各种运行条件的一个非限制性实例，以及应该理解的是其它在表1中未示出的配置是可能的。例如，转换器142和143可以被耦合到A相或C相而不是B相，并且转换器141和144可被耦合到未耦合到转换器142和143的两个其他相中的一相。

UPS 100还被配置成在输出104处提供如果UPS子系统111或112中的一个出现故障时的部分供电冗余。例如，通过控制器140(参见图1)可以检测UPS子系统110的任何故障。例如，如果UPS子系统111故障，则UPS 100能够仅使用UPS子系统112来提供5KW的输出电力(即，UPS100的总输出能力的一半)。在一个实例中，当仅有UPS子系统112可运行时，继电器171、172和173以及开关181和182断开，从AC输入102断开UPS子系统111(即，在这个配置下UPS子系统111将不产生任何输出电力)。继电器174和开关183闭合以仅引导AC输入102的C相到转换器143和144。因此，UPS子系统112仅使用AC输入102的一个相来产生AC输出104。应当理解的是，基于互连电路120的具体配置，可以使用AC输入102的任何A、B、C相。在另一个实例中，也示于表1中，继电器173和174闭合，且开关181、182、183断开，从而仅引导AC输入102的B相和C相到转换器143和144。因此，UPS子系统112使用AC输入102的两个相来产生AC输出104。还应当理解的是，可以使用AC输入102的A、B、C相中的任何两相。

如以上表1所示，继电器171、172、173、174和开关181、182、183可以以各种组合被配置成配置UPS 100在不同模式下运行(例如，一个模式中所有的UPS子系统110是可运行的，或在另一种模式中UPS子系统110中的一个发生故障或因其它原因不能工作)。表2示出了，当从AC输入102的A、B、C相中的一个或多个相获取能量时，在几个示例性运行模式下UPS 100的总功率输出。在第一运行模式下，两个UPS子系统111和112是可运行的，且使用AC输入102的三个相；在第二运行模式下，只有UPS子系统112是可运行的，并仅使用AC输入102的两个相。

表2－用于具有两个5KVA子系统、三相输入的UPS的总功率输出。

表2(续)－用于具有两个5KVA子系统、三相输入的UPS的总功率输出。

图2的UPS 100还可被配置为在单相AC输入操作中运行，如以下表3中所示。

表3－单相输入(C相)，单相输出。C＝闭合；O＝断开

在表3中描述的配置中，继电器174闭合，同时开关181、182和183也闭合。这使得互连电路120引导AC输入102的C相到全部四个转换器141、142、143、144。应当理解的是，通过使用互连电路120的不同配置，UPS 100的单相运行可以从AC输入102的A、B或C相中任何一相获取能量。

下面的表4示出了当在单相AC输入操作中运行时UPS100的总功率输出，如关于表3所描述的。

表4－用于具有两个5KVA子系统、单相输入的UPS的总功率输出。

为在备用模式下运行UPS 100(即，从电池150获取能量)，继电器191、192、193、194被切换到电池连接B+和N，从而将能量从电池150引导到UPS子系统141、142、143、144。

图3是根据另一个实施方案的UPS系统100的框图。图3的实施方案类似于图2的实施方案，除了UPS系统100包括三个UPS子系统111、112、113，而不是如上关于图2所述的两个UPS子系统111、112。UPS子系统113包括两个输出，线路输出125和零线输出126。与零线输出122、124和126一样，线路输出121、123和125并联在一起耦合到输出104。如上所讨论的，负载106可被耦合到输出104。

UPS子系统111、112、113中的每一个包括两个单相转换器(例如，AC-DC功率因数修正转换器)。类似于如上关于图2所述的UPS子系统111、112，UPS子系统113包括各自耦合到公共DC母线153的单相转换器145和146。DC母线153还被耦合到逆变电路163。在一个实例中，UPS子系统113可被配置成使用3.33KW转换器(例如，转换器146)和1.65KW转换器(例如，转换器145)在输出125、126处产生5KW。因为输出121、123、125以及122、124、126并联耦合，因此基于UPS 100的运行模式(其在下面描述)，UPS 100在输出104处的总功率输出达到15KW(即，每个UPS子系统5KW)。

在图3的实施方案中，除了如上关于图2的实施方案所述的继电器171、172、173、174之外，互连电路120包括各自耦合到AC输入102的A、B或C相中的一相的继电器175、176。例如，继电器175被耦合到C相，且继电器176被耦合到A相。除了如上关于图2所述的开关181和183(而不是开关182)之外，互连电路120还包括开关184。开关184被耦合到继电器175和继电器176之间。尽管在图3中互连电路120被示出为与UPS 100分开，但是在一些实施方案中互连电路120可被包含在UPS 100中，诸如关于图1中所描述的。

除了如上关于图2所述的继电器191、192、193、194之外，图3的UPS 100还包括继电器195、196。继电器195、196各自耦合到转换器145、146中相应的一个，耦合到互连电路120以及耦合到电池150。尽管在图3中继电器191、192、193、194、195、196被示出在UPS 100中，但在一些实施方案中继电器191、192、193、194、195、196可被包括在互连电路120中。

图3的UPS 100被配置使得每个UPS子系统111、112、113平等地共享总输出电力的产出。例如，如上所述，UPS子系统111产生5KW，UPS子系统112产生另一个5KW，且UPS子系统113产生另一个5KW，当UPS子系统111、112、113都可运行时，总功率输出为15KW。当在线路模式下运行时(即，从AC输入102获取能量)，15KW输出电力可来源于AC输入102的全部三个相A、B、C。当在备用模式下运行时(即，从电池150获取能量)，15KW输出电力可来源于电池150。为了实现上述条件，例如，如下面表5所示，互连电路120可以被控制以将UPS 100选择性地耦合到AC输入102。

表5－三相输入，单相输出，三个UPS子系统。

C＝闭合；O＝断开

在表5所示的实例中，当所有的UPS子系统111、112、113可运行时，继电器171闭合以引导AC输入102的A相到转换器141，开关181闭合以引导AC输入102的A相到转换器142(继电器172断开)，继电器173闭合以引导AC输入102的B相到转换器143，开关183闭合以引导AC输入102的B相到转换器144(继电器174断开)，继电器175闭合以引导AC输入102的C相到转换器145，且开关184闭合以引导AC输入102的C相到转换器146(继电器176断开)。当以在表5中所描述的方式配置时，AC输入102的各相A、B、C对于三个UPS子系统111、112、113是平均负载的(即，每相3.33KW)。应当理解的是，在表5中所示的控制配置描述了可如何配置互连电路120以实现UPS 100的各种运行条件的一个非限制性实例，并且应当理解的是在表5中未示出的其他配置是可能的。

如果UPS子系统111、112或113中的一个出现故障，UPS 100还被配置为在输出104处提供部分电源冗余。例如，如果UPS子系统111故障，则UPS 100能够仅使用UPS子系统112、113来提供10KW的输出电力(即，UPS 100的总输出能力的三分之二)。当仅UPS子系统112、113可运行时，继电器171和172以及开关181、183和184断开，从AC输入102断开UPS子系统111(即，在这个配置下UPS子系统111将不产生任何输出电力)。继电器173闭合以引导AC输入102的B相到转换器143。继电器174闭合以引导AC输入102的C相到转换器144。继电器175闭合以引导AC输入102的C相到转换器145。继电器176闭合以引导AC输入102的A相到转换器146。因此，在该配置中，UPS 100用类似于图2的实施方案的方式运行，其中，AC输入102的A、B、C相中的每个相对于两个可运行UPS子系统112、113是平均负载的(即，每相3.33KW)。

如表5中所示，继电器171、172、173、174和开关181、183、184，可以以各种组合被配置成配置UPS 100在各种模式下运行。表6示出了当从AC输入102的A、B、C相的一个或多个获取能量时，在几个示例性运行模式下UPS100的总功率输出。在第一运行模式下，所有三个UPS子系统111、112和113是可运行的，且使用AC输入102的三个相；在第二运行模式下，只有UPS子系统112和113是可运行的，但仍然使用AC输入102的所有三个相。

表6－用于具有三个5KVA子系统的UPS的总功率输出。

C＝闭合；O＝断开。

为在备用模式下运行UPS 100(即，从电池150获取能量)，继电器191、192、193、194、195、196被切换到电池连接B+和N，从而将能量从电池150引导到UPS子系统141、142、143、144、145、146。

图4是根据另一个实施方案的UPS系统100的框图。图4的实施方案类似于图3的实施方案，除了UPS系统100包括四个UPS子系统111、112、113、114，而不是如上关于图3所描述的三个UPS子系统111、112、113。UPS子系统114包括两个输出，线路输出127和零线输出128。与零线输出122、124、126和128一样，线路输出121、123、125和127并联在一起耦合到输出104。如上所讨论的，负载106可被耦合到输出104。

UPS子系统111、112、113、114的每一个包括两个单相转换器(例如，AC-DC功率因数修正转换器)。类似于如上关于图3所述的UPS子系统111、112、113，UPS子系统114包括各自耦合到公共DC母线154的单相转换器147和148。DC母线154还被耦合到逆变电路164。在一个实例中，UPS子系统114可被配置为使用3.33KW转换器(例如，转换器148)和1.65KW转换器(例如，转换器147)在输出127、128处产生5KW。因为输出121、123、125、127和122、124、126、128并联耦合，因此基于UPS100的运行模式(其在下面描述)，UPS 100在输出104处的总功率输出达到20KW(即，每个UPS子系统5KW)。

在图4的实施方案中，除了如上关于图3的实施方案所述的继电器171、172、173、174、175、176之外，互连电路120包括各自耦合到AC输入102中的A、B或C相中的一相的继电器177、178。例如，继电器177被耦合到A相，且继电器178被耦合到B相。除了如上关于图3所述的开关181、183和184之外，互连电路120还包括开关185。开关185被耦合到继电器177和继电器178之间。尽管在图4中互连电路120被示出与UPS 100分开，但在一些实施方案中互连电路120可被包含在UPS 100中，诸如关于图1所描述的。

除了如上关于图3所述的继电器191、192，193、194、195、196之外，图4的UPS100还包括继电器197、198。继电器197、198各自耦合到转换器147、148中相应的一个，耦合到互连电路120以及耦合到电池150。尽管在图4中继电器191、192、193、194、195、196、197、198被示出在UPS 100中，但在一些实施方案中继电器191、192、193、194、195、196、197、198可被包括在互连电路120中。

图4的UPS 100被配置使得每个UPS子系统111、112、113、114平等地共享总输出电力的产出。例如，如上所述，UPS子系统111产生5KW，UPS子系统112产生另一个5KW，UPS子系统113产生另一个5KW，且UPS子系统114还产生另一个5KW，当UPS子系统111、112、113、114都可运行时，总功率输出为20KW。当在线路模式下运行时(即，从AC输入102获取能量)，20KW输出电力可来源于AC输入102的所有的三个相A、B、C。当在备用模式下运行时(即，从电池150获取能量)，20KW输出电力可来源于电池150。为了实现上述条件，例如，如下面表7所示，互连电路120可以被控制为将UPS 100选择性地耦合到AC输入102。

表7－三相输入，单相输出，四个UPS子系统。

C＝闭合；O＝断开。

在表7所示的实例中，当所有的UPS子系统111、112、113、114可运行时，继电器171闭合以引导AC输入102的A相到转换器141，继电器172闭合以引导AC输入102的B相到转换器142(开关181断开)，继电器173闭合以引导AC输入102的B相到转换器143，继电器174闭合以引导AC输入102的C相到转换器144(开关183断开)，继电器175闭合以引导AC输入102的C相到转换器145，继电器176闭合以引导AC输入102的A相到转换器146(开关184断开)，继电器177闭合以引导AC输入102的A相到转换器147，且继电器178闭合以引导AC输入102的B相到转换器148(开关185断开)。当以在表7中所描述的方式配置时，AC输入102的各相A、B、C对于四个UPS子系统111、112、113、114是平均负载的(即，每相3.33KW)。应当理解的是，在表7所示的控制配置描述了可如何配置互连电路120以实现UPS 100的各种运行条件的一个非限制性实例，并且应当理解的是在表7中未示出的其他配置是可能的。

如果UPS子系统111、112、113或114中的一个出现故障，则UPS 100还被配置成在输出104处提供部分电源冗余。例如，如果UPS子系统111故障，则UPS 100能够仅使用UPS子系统112、113、114来提供15KW的输出电力(即，UPS 100的总输出能力的四分之三)。当仅UPS子系统112、113、114可运行时，继电器171和172以及开关181断开，从AC输入102断开UPS子系统111(即，在这个配置下UPS子系统111将不产生任何输出电力)。继电器173闭合以引导AC输入102的B相到转换器143。开关183闭合以引导AC输入102的B相到转换器144。继电器175闭合以引导AC输入102的C相到转换器145。开关184闭合以引导AC输入102的C相到转换器146。继电器177闭合以引导AC输入102的A相到转换器147。开关185闭合以引导AC输入102的A相到转换器148。因此，在该配置中，UPS 100用类似于图3的实施方案的方式运行，其中，AC输入102的每个相A、B、C对于三个可运行UPS子系统112、113、114是平均负载的(即，每相3.33KW)。

如表7中所示，继电器171、172、173、174、175、176和开关181、183、184、185可以以各种组合被配置成配置UPS 100在各种模式下运行。表8示出了当从AC输入102的A、B、C相的一个或多个获取能量时，在几个示例性运行模式下UPS100的总功率输出。在第一运行模式下，所有四个UPS子系统111、112、113和114是可运行的，且使用AC输入102的三个相；在第二运行模式下，只有UPS子系统112、113和114是可运行的，但仍然使用AC输入102的所有三个相。

表8－用于具有四个5KVA子系统的UPS的总功率输出。

C＝闭合；O＝断开。

为在备用模式下运行UPS 100(即，从电池150获取能量)，继电器191、192、193、194、195、196、197、198被切换到电池连接B+和N，从而将能量从电池150引导到UPS子系统141、142、143、144、145、146、147、148。

一个实施方案包括具有三相电力输入的模块化UPS系统。UPS系统包括多个模块或子系统，并且相比一些传统的UPS系统，被配置为实现高效率、部分冗余、更低成本、更高功率密度、高灵活性以及低输入电流畸变。根据各种实施方案的UPS系统在功率上是高度灵活和可扩展的，从而提供了以较低的成本构建更高功率的UPS系统的好处，且具有单位功率因数。UPS系统的各种实施方案在备用或电池模式下也能够用单个电池而不是一个分组电池来运行，使得UPS系统不太复杂、更具成本效益并且容易与其它UPS系统或子系统并联配置。

任何前述实施方案可以在UPS中实施，例如，具有作为备用电源的DC电池的UPS。UPS可以被配置成提供备用电源给任何数量的用电设备，如计算机、服务器、网络路由器、空气调节装置、照明装置、安全系统或者其它需要不间断电源的设备和系统。UPS可以包含或耦合到控制器或控制单元以控制UPS的运行。例如，该控制器可以提供脉宽调制(PWM)信号给电路内的每个开关设备，用于控制电力转换功能。在另一实例中，控制器可以为继电器提供控制信号。在一般情况下，控制器控制UPS的运行，使得当来自于AC电源的能量可用时，其从AC电源给电池充电，并且当AC电源不可用时或在欠压(brown-out)条件期间，其逆变来自于电池的DC电力。该控制器可以包括硬件、软件、固件、处理器、存储器、输入/输出接口、数据总线和/或可用来执行控制器的各个功能的任何组合的其它元件。

在上述实施方案中，使用的电池作为备用电源。在其它实施方案中，可以使用其它AC或DC备用电源和设备，包括燃料电池、太阳能电池、DC微型涡轮机、电容器、可替换的AC电源、任何其它合适的电源或它们的任意组合。在利用电池作为备用电源的本发明的实施方案中，电池可包括在UPS内部或外部并联或串联地耦合的多个电池单元。

这样已经描述了本发明的至少一个实施方案的若干方面，但应理解的是，对于本领域技术人员容易进行各种替换、修改和改进。这样的替换、修改和改进旨在作为本公开的一部分，且旨在处于本发明的范围之内。例如，每个UPS子系统可以包括传统PFC转换器拓扑结构。这可以使得UPS系统以低成本实现高效率。在另一实例中，每个UPS子系统的额定功率可以与本文所描述的不同，从而提供不同的总输出电力，并为UPS系统的给定配置提供不同水平的冗余。在另一个实例中，每个UPS子系统可以包括两个以上的AC-DC转换器，例如，三个1.66KW转换器，其每一个都具有其并联耦合的输出。因此，前面的描述和附图仅作为实例。

Claims (21)

1.一种不间断电源UPS系统，包括：

互连电路，其配置成从三相AC电源接收三相AC输入电力；

第一UPS子系统，其耦合到所述互连电路且具有第一单相AC-DC转换器、第二单相AC-DC转换器、以及第一输出，所述第一输出配置成提供第一单相AC输出电力，所述第一UPS子系统配置成将所述三相AC输入电力的至少一相转换为所述第一单相AC输出电力；

至少一个第二UPS子系统，其耦合到所述互连电路且具有第三单相AC-DC转换器、第四单相AC-DC转换器、以及第二输出，所述第二输出配置成提供第二单相AC输出电力，所述至少一个第二UPS子系统配置成将所述三相AC输入电力的至少一相转换为所述第二单相AC输出电力；以及

第三输出，其耦合到所述第一输出和所述第二输出，所述第三输出被配置成向负载提供所述第一单相AC输出电力和所述第二单相AC输出电力的组合，

其中，在第一运行模式下，所述互连电路被配置成引导所述三相AC输入电力中的至少一相到所述第一UPS子系统，并且引导所述三相AC输入电力中的至少一相到所述至少一个第二UPS子系统，以及

其中，在第二运行模式下，所述互连电路被配置成将所述三相AC输入电力从所述第一UPS子系统断开，并且引导所述三相AC输入电力中的至少一相到所述至少一个第二UPS子系统。

2.根据权利要求1所述的UPS系统，其中，在所述第一运行模式下，所述互连电路被配置成引导所述三相AC输入电力的第一相和所述三相AC输入电力的第二相到所述第一UPS子系统，所述三相AC输入电力的第二相不同于所述三相AC输入电力的第一相，并且还被配置成引导所述三相AC输入电力的第二相和所述三相AC输入电力的第三相到所述至少一个第二UPS子系统，所述三相AC输入电力的第三相不同于所述三相AC输入电力的第一相和第二相中的每一相。

3.根据权利要求1所述的UPS系统，其中，所述第一单相AC-DC转换器和所述第二单相AC-DC转换器中的每一个被配置成独立于所述第三单相AC-DC转换器和所述第四单相AC-DC转换器中的每一个而运行。

4.根据权利要求1所述的UPS系统，还包括控制器，所述控制器被配置成检测所述第一UPS子系统的故障，并且响应于检测到所述第一UPS子系统的故障，在所述第二运行模式下运行所述UPS系统。

5.根据权利要求1所述的UPS系统，还包括DC电源，

其中，所述第一UPS子系统包括第一输入和第二输入，所述第一输入耦合到所述第一单相AC-DC转换器，所述第二输入耦合到所述第二单相AC-DC转换器，

其中，所述至少一个第二UPS子系统包括第三输入和第四输入，所述第三输入耦合到所述第三单相AC-DC转换器，所述第四输入耦合到所述第四单相AC-DC转换器，以及

其中，所述互连电路被配置成可切换地连接所述第一UPS子系统的第一输入到所述DC电源和所述三相AC输入电力的至少一相中的一个，连接所述第一UPS子系统的第二输入到所述DC电源和所述三相AC输入电力的至少一相中的一个，连接所述至少一个第二UPS子系统的第三输入到所述DC电源和所述三相AC输入电力的至少一相中的一个，以及连接所述至少一个第二UPS子系统的第四输入到所述DC电源和所述三相AC输入电力的至少一相中的一个。

6.根据权利要求1所述的UPS系统，其中，所述第一输出和所述第二输出彼此并联地耦合。

7.根据权利要求1所述的UPS系统，其中，所述第一UPS子系统包括第一双转换式UPS，并且其中，所述至少一个第二UPS子系统包括第二双转换式UPS。

8.一种不间断电源UPS系统，包括：

第一UPS子系统，其具有第一输入、第二输入、耦合到所述第一输入的第一单相AC-DC转换器、以及耦合到所述第二输入的第二单相AC-DC转换器；

第二UPS子系统，其具有第三输入、第四输入、耦合到所述第三输入的第三单相AC-DC转换器、以及耦合到所述第四输入的第四单相AC-DC转换器；

第一继电器，其被耦合到所述第一输入并被配置成耦合到三相AC电源的第一相；

第二继电器，其被耦合到所述第二输入并被配置成耦合到所述三相AC电源的第二相；

第三继电器，其被耦合到所述第三输入并被配置成耦合到所述三相AC电源的第二相；

第四继电器，其被耦合到所述第四输入并被配置成耦合到所述三相AC电源的第三相；

第一开关，其在一端耦合到在所述第一继电器和所述第一输入之间的第一点，且在相对端耦合到在所述第二继电器和所述第二输入之间的第二点；以及

第二开关，其在一端耦合到在所述第三继电器和所述第三输入之间的第三点，且在相对端耦合到在所述第四继电器和所述第四输入之间的第四点。

9.根据权利要求8所述的UPS系统，还包括第五继电器、第六继电器、第七继电器、以及第八继电器，所述第五继电器插入在所述第一输入和所述第一开关之间，所述第六继电器插入在所述第二输入和所述第一开关之间，所述第七继电器插入在所述第三输入和所述第二开关之间，所述第八继电器插入在所述第四输入和所述第二开关之间。

10.根据权利要求9所述的UPS系统，还包括DC电源，其中所述第五继电器被配置成将所述第一单相AC-DC转换器可切换地耦合到所述第一输入和所述DC电源中的一个，其中所述第六继电器被配置成将所述第二单相AC-DC转换器可切换地耦合到所述第二输入和所述DC电源中的一个，其中所述第七继电器被配置成将所述第三单相AC-DC转换器可切换地耦合到所述第三输入和所述DC电源中的一个，并且其中所述第八继电器被配置成将所述第四单相AC-DC转换器可切换地耦合到所述第四输入和所述DC电源中的一个。

11.根据权利要求10所述的UPS系统，还包括控制器，其被耦合到所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器、所述第七继电器和所述第八继电器、所述第一开关和所述第二开关、以及所述第一UPS子系统和所述第二UPS子系统，

其中，在第一运行模式下，所述控制器被配置成闭合所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器和所述第四继电器，以将所述三相AC输入电力中的至少一相分别地提供到所述第一输入、所述第二输入、所述第三输入和所述第四输入，其中所述控制器还被配置成切换所述第五继电器以将所述第一单相AC-DC转换器耦合到所述第一输入，切换所述第六继电器以将所述第二单相AC-DC转换器耦合到所述第二输入，切换所述第七继电器以将所述第三单相AC-DC转换器耦合到所述第三输入，切换所述第八继电器以将所述第四单相AC-DC转换器耦合到所述第四输入，并断开所述第一开关和所述第二开关；以及

其中，在第二运行模式下，所述控制器可配置成断开所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器、断开所述第一开关、闭合所述第四继电器、并闭合所述第二开关。

12.根据权利要求11所述的UPS系统，其中，在第三运行模式下，所述控制器可配置成断开所述第一继电器和所述第二继电器、断开所述第一开关和所述第二开关、并闭合所述第三继电器和所述第四继电器。

13.根据权利要求12所述的UPS系统，其中，所述控制器还被配置成检测所述第一UPS子系统的故障，并且响应于检测到所述第一UPS子系统的故障，以所述第二运行模式或所述第三运行模式中的一个来运行所述UPS系统。

14.根据权利要求10所述的UPS系统，还包括第三开关，所述第三开关在一端耦合到所述第二点且在相对端耦合到所述第三点。

15.根据权利要求14所述的UPS系统，还包括控制器，其被耦合到所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器、所述第七继电器和所述第八继电器、所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关、以及所述第一UPS子系统和所述第二UPS子系统，

其中，在第一运行模式下，所述控制器被配置成闭合所述第一继电器并闭合所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，以将所述三相AC输入电力中的一相分别地提供到所述第一输入、所述第二输入、所述第三输入和所述第四输入，其中所述控制器还被配置成切换所述第五继电器以将所述第一单相AC-DC转换器耦合到所述第一输入，切换所述第六继电器以将所述第二单相AC-DC转换器耦合到所述第二输入，切换所述第七继电器以将所述第三单相AC-DC转换器耦合到所述第三输入，切换所述第八继电器以将所述第四单相AC-DC转换器耦合到所述第四输入；以及

其中，在第二运行模式下，所述控制器配置成断开所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器、断开所述第三开关、闭合所述第四继电器、并闭合所述第二开关。

16.根据权利要求8所述的UPS系统，其中所述第一单相AC-DC转换器包括第一3.33KW AC-DC转换器，其中所述第二单相AC-DC转换器包括第一1.66KW AC-DC转换器，其中所述第三单相AC-DC转换器包括第二1.66KW AC-DC转换器，以及其中所述第四单相AC-DC转换器包括第二3.33KW AC-DC转换器。

17.根据权利要求16所述的UPS系统，其中所述第一UPS子系统包括第一5KW逆变器，其被耦合到所述第一单相AC-DC转换器和所述第二单相AC-DC转换器中的每一个，且其中所述第二UPS子系统包括第二5KW逆变器，其被耦合到所述第三单相AC-DC转换器和所述第四单相AC-DC转换器中的每一个。

18.一种控制不间断电源UPS系统的方法，所述方法包括：

连接三相AC输入电力中的一相到第一UPS子系统的第一单相AC-DC转换器；

连接所述三相AC输入电力中的一相到所述第一UPS子系统的第二单相AC-DC转换器；

连接所述三相AC输入电力中的一相到第二UPS子系统的第三单相AC-DC转换器；

连接所述三相AC输入电力中的一相到所述第二UPS子系统的第四单相AC-DC转换器；

使用第一、第二、第三和第四AC-DC转换器中的每一个将所述三相AC输入电力转换为单相AC输出电力；

检测所述第一UPS子系统的故障；以及

响应于检测到所述UPS子系统的所述故障，将所述三相AC输入电力从所述第一单相AC-DC转换器和所述第二单相AC-DC转换器中的每一个断开，且使用所述第三单相AC-DC转换器和所述第四单相AC-DC转换器中的每一个将所述三相AC输入电力中的至少一相转换为所述单相AC输出电力。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括，连接所述三相AC输入电力的第一相到所述第一单相AC-DC转换器，连接所述三相AC输入电力的第二相到所述第二单相AC-DC转换器，所述三相AC输入电力的第二相不同于所述三相AC输入电力的所述第一相，连接所述三相AC输入电力的所述第二相到所述第三单相AC-DC转换器，以及连接所述三相AC输入电力的第三相到所述第四单相AC-DC转换器，所述三相AC输入电力的第三相不同于AC输入电力的所述第一相和所述第二相中的每一相。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括，响应于检测到所述第一UPS子系统的所述故障，连接所述三相AC输入电力的所述第一相和所述三相AC输入电力的所述第二相中的至少一相到所述第三单相AC-DC转换器和所述第四单相AC-DC转换器中的每一个。

21.根据权利要求18所述的方法，还包括，连接所述三相AC输入电力的一相到所述第一单相AC-DC转换器、所述第二单相AC-DC转换器、所述第三单相AC-DC转换器和所述第四单相AC-DC转换器中的每一个。