CN105322524A - 对于静态ups系统中的混合电压和电流控制的系统和方法 - Google Patents

对于静态ups系统中的混合电压和电流控制的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105322524A
CN105322524A CN201510457216.5A CN201510457216A CN105322524A CN 105322524 A CN105322524 A CN 105322524A CN 201510457216 A CN201510457216 A CN 201510457216A CN 105322524 A CN105322524 A CN 105322524A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inverter
ups
current
controller
control algolithm
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
Application number
CN201510457216.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105322524B (zh
Inventor
A.曼努奇尼
S.科隆比
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN105322524A publication Critical patent/CN105322524A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105322524B publication Critical patent/CN105322524B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

提供系统（300）。该系统包括多个不间断电源（UPS）（302），多个UPS中的每个UPS包括逆变器（330）、环形总线（306）和通信耦合于多个UPS的至少一个控制器（309），该至少一个控制器配置成确定多个UPS的至少一个UPS中的桥电流何时达到预定桥电流极限，并且响应于该确定来修改至少一个UPS的逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。

Description

对于静态UPS系统中的混合电压和电流控制的系统和方法
相关申请的交叉引用
该申请是非临时申请并且要求2014年7月30日提交的对于“SYSTEMSANDMETHODSFORHYBRIDVOLTAGEANDCURRENTCONTROLINSTATICUPSSYSTEMS（对于静态UPS系统中的混合电压和电流控制的系统和方法）”的美国临时专利申请序列号62/030,843的优先权，其通过引用全部合并于此。
技术领域
本发明的领域大体上涉及不间断电源，并且更特定地，涉及在螺栓故障的情况下减少DC故障电流分量。
背景技术
鲁棒的功率系统能够向一个或多个负载供应功率。这样的功率系统可包括功率的发生、传输、整流、倒置和转换的组合以对电子、光、机械和/或核应用和负载供应能量。在实现功率系统和架构时，实际考虑包括成本、尺寸、可靠性和实现的难易度。
在至少一些已知的功率系统中，一个或多个不间断电源（UPS）便于向负载供应功率。UPS便于确保向一个或多个关键负载连续供应功率，甚至在功率系统的一个或多个部件失效时也如此。因此，UPS提供冗余电源。UPS可在许多应用（例如，公用事业变电器、工厂、船舶系统、高安全性系统、医院、数据通信和电信中心、半导体制造现场、核电厂，等）中使用。此外，UPS可在高、中或低功率应用中使用。例如，UPS可在相对小的功率系统（例如，娱乐或消费系统）或微系统（例如，基于芯片的系统）中使用。
发明内容
在一个方面，提供系统。该系统包括多个不间断电源（UPS），该多个UPS中的每个UPS包括逆变器、环形总线、通信耦合于多个UPS的至少一个控制器，该至少一个控制器配置成确定多个UPS的至少一个UPS中的桥电流何时达到预定桥电流极限并且响应于该确定来修改至少一个UPS的所述逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
在另一个方面，提供至少一个控制器，用于控制电源系统，其包括多个不间断电源（UPS）、环形总线以及电耦合于多个UPS和环形总线的至少一个负载。该至少一个控制器包括处理器和通信耦合于所述处理器的存储器装置，所述存储器装置存储可执行指令，其配置成促使处理器确定多个UPS的至少一个UPS的逆变器中的桥电流何时达到预定桥电流极限并且响应于该确定来修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
在再另一个方面，提供控制电源系统的方法，该电源系统包括多个不间断电源（UPS）、环形总线以及电耦合于多个UPS和环形总线的至少一个负载。方法包括确定多个UPS的至少一个UPS的逆变器中的桥电流何时达到预定桥电流极限并且响应于该确定来修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
示例1：一种系统，其包括：多个不间断电源（UPS），所述多个UPS中的每个UPS包括：逆变器；环形总线；以及至少一个控制器，其通信耦合于所述多个UPS，所述至少一个控制器配置成：确定所述多个UPS的至少一个UPS中的桥电流何时达到预定桥电流极限；以及修改所述至少一个UPS的所述逆变器中的电容器电压以使所述逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
示例2：如示例1所述的系统，其中所述逆变器包括单相电压源两级逆变器。
示例3：如示例1所述的系统，其中所述逆变器包括单相电压源三级逆变器。
示例4：如示例1所述的系统，其中为了修改电容器电压，所述至少一个控制器配置成实现这样的控制算法，所述控制算法在桥电流达到预定电流极限时修改对于所述逆变器中的开关的选通信号。
示例5：如示例4所述的系统，其中为了实现控制算法，所述至少一个控制器配置成实现这样的控制算法，所述控制算法修改选通信号使得桥电流的量值减小。
示例6：如示例1所述的系统，其中负载电流是通过与至少一个UPS关联的负载的电流中的至少一个和至少一个UPS中的故障电流的总和。
示例7：如示例1所述的系统，其进一步包括在所述至少一个UPS与所述环形总线之间耦合的至少一个断路器。
示例8：用于控制电源系统的至少一个控制器，所述电源系统包括多个不间断电源（UPS）、环形总线以及电耦合于多个UPS和环形总线的至少一个负载，所述至少一个控制器包括：处理器；和存储器装置，其通信耦合于所述处理器，所述存储器装置存储可执行指令，所述可执行指令配置成促使所述处理器：确定多个UPS的至少一个UPS的逆变器中的桥电流何时达到预定桥电流极限；以及修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
示例9：如示例8所述的至少一个控制器，其中为了修改电容器电压，所述至少一个控制器配置成实现这样的控制算法，所述控制算法在桥电流达到预定电流极限时修改对于逆变器中的开关的选通信号。
示例10：如示例9所述的至少一个控制器，其中为了实现控制算法，所述至少一个控制器配置成实现这样的控制算法，所述控制算法修改选通信号使得桥电流的量值减小。
示例11：如示例8所述的至少一个控制器，其中为了修改电容器电压，所述至少一个控制器配置成修改单相电压源三级逆变器中的电容器电压。
示例12：如示例8所述的至少一个控制器，其中为了修改电容器电压，所述处理器配置成修改单相电压源两级逆变器中的电容器电压。
示例13：如示例8所述的至少一个控制器，其中负载电流是通过与至少一个UPS关联的负载的电流中的至少一个和至少一个UPS中的故障电流的总和。
示例14：如示例8所述的至少一个控制器，其中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与多个UPS的不同UPS关联。
示例15：一种控制电源系统的方法，所述电源系统包括多个不间断电源（UPS）、环形总线以及电耦合于多个UPS和环形总线的至少一个负载，所述方法包括：确定多个UPS的至少一个UPS的逆变器中的桥电流何时达到预定桥电流极限；以及响应于所述确定来修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
示例16：如示例15所述的方法，其中修改电容器电压包括实现这样的控制算法，所述控制算法在桥电流达到预定电流极限时修改对于逆变器中的开关的选通信号。
示例17：如示例16所述的方法，其中实现控制算法包括实现这样的控制算法，所述控制算法修改选通信号使得桥电流的量值减小。
示例18：如示例15所述的方法，其中修改电容器电压包括修改单相电压源三级逆变器中的电容器电压。
示例19：如示例15所述的方法，其中修改电容器电压包括修改单相电压源两级逆变器中的电容器电压。
示例20：如示例15所述的方法，其中修改电容器电压包括实现这样的控制算法，所述控制算法使通过与至少一个UPS关联的扼流圈的负载电流的DC故障电流分量减少。
附图说明
图1是示范性环形总线架构的图。
图2是示范性单相电压源两级逆变器的电路图。
图3是示范性单相电压源三级逆变器的电路图。
图4是单相逆变器的简化电路图。
图5是具有可与在图4中示出的电路一起使用的电流限制的电压控制算法的框图。
图6是图示电流限制期的曲线图。
图7是图示故障电流行为的曲线图。
图8是图示在使用混合电压/电流控制算法时故障电流的行为的曲线图。
具体实施方式
本文描述的系统和方法使用混合电压/电流限制控制。具体地，使用本文描述的混合电压/电流限制控制，可能快速重定位（re-center）故障电流，从而与其他方法相比准许减少扼流圈的尺寸（例如，使其减半）。一达到预定桥电流极限就接管电流限制控制。因此，电压短暂下降，从而重定位故障电流并且大致消除另外将出现的大的DC故障电流。
在这里描述不间断电源系统的示范性实施例。多个不间断电源采用环形总线配置设置并且配置成向至少一个负载供应功率。至少一个控制装置通信耦合于多个不间断电源。
图1是示范性冗余隔离并行（IP）不间断电源（UPS）环形总线架构300的示意图。在示范性实施例中，如本文描述的，架构300包括设置在环形架构或并行架构中的多个UPS302。具体地，在示范性实施例中，架构300包括四个UPS302。备选地，架构300可包括任何数量的UPS302，其使架构300能够如本文描述的那样起作用。在示范性实施例中，架构300是三线系统。备选地，架构300可以是四线系统（典型地用于对需要中性线的负载供电）。
在示范性实施例中，UPS302是静止双转换UPS（即，真实的在线系统系统）。静止和旋转UPS两者可需要对于电压和频率两者的下垂控制技术。在一些情况下，单独对频率的下垂控制可是足够的。在一些实施例中，修改下垂控制技术以便处理非线性负载。
架构300便于向一个或多个负载304提供功率。在正常操作下，一个或多个公用事业起到电压源303的作用并且向负载304提供交流（AC）功率。发电机也可起到电压源303的作用。显著地，电压源303不需要在架构300中同步。这是有利的，因为每个UPS302可由个体发电机和/或公用事业馈电并且不需要添加额外设备来使电压源303同步。
在电压源303或UPS整流器失效的情况下，UPS302使用连接到UPS302的能量存储系统358（例如，电池、飞轮等，其中它们的转换器连接到UPS302）来保持流向负载304的功率，如本文描述的。此外，如果指定UPS302失效，通过环形总线306对负载304馈电，如本文描述的。在示范性实施例中，架构300包括四个负载304。备选地，架构300可包括任何适合数量的负载304，其使架构300能够如本文描述的那样起作用。
在示范性实施例中，每个UPS302电耦合于关联的负载304，并且通过关联扼流圈308（例如，感应器）耦合于环形总线306。在架构300中，在没有正确同步的情况下，UPS302由于不可取的循环电流而无法正确工作。因此，在示范性实施例中，至少一个控制器309控制UPS302的操作。更具体地，至少一个控制器309控制每个UPS302的输出电压的频率，如本文描述的。对于每个UPS302的频率作为功率的函数而计算，如本文描述的。
在一些实施例中，架构300包括对于每个UPS302的独立、专用控制器309。备选地，系统可包括单个控制器309，其控制所有UPS302的操作。每个控制器309可包括它自己的功率系统（未示出），例如专用能源（例如，电池）。在一些实施例中，每个控制器309耦合于替代控制器（未示出），其可在控制器309失效的情况下使用。
在示范性实施例中，每个控制器309由通信耦合于存储器装置313的处理器311实现以用于执行指令。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器装置313中。备选地，控制器309可使用使控制器309能够如本文描述的那样控制UPS302的操作的任何电路来实现。例如，在一些实施例中，控制器309可包括状态机，其学习或被预先编程来确定与负载304需要功率相关的信息。
在示范性实施例中，控制器309通过对处理器311编程来执行本文描述的一个或多个操作。例如，可通过将操作编码为一个或多个可执行指令并且通过在存储器装置313中提供可执行指令来对处理器311编程。处理器311可包括一个或多个处理单元（例如，采用多核配置）。此外，处理器311可使用一个或多个异构处理器系统（其中主处理器与负处理器一起在单个芯片上存在）实现。作为另一个说明性示例，处理器311可以是对称多处理器系统，其包含相同类型的多个处理器。此外，处理器311可使用任何适合的可编程电路实现，其包括一个或多个系统和微控制器、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）和能够执行本文描述的功能的任何其他电路。在示范性实施例中，处理器311促使控制器309操作UPS302，如本文描述的。
在示范性实施例中，存储器装置313是使信息（例如可执行指令和/或其他数据）能够被存储和检索的一个或多个装置。存储器装置313可包括一个或多个计算机可读介质，例如而无限制地，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313可配置成无限制地存储应用源代码、应用对象代码、感兴趣的源代码部分、感兴趣的对象代码部分、配置数据、执行事件和/或任何其他类型的数据。
在示范性实施例中，如在下文更详细描述的，一个或多个控制器309以及更具体地处理器311计算对于每个UPS302的输出电压频率，并且一个或多个控制器309以计算的频率操作每个UPS302。以它们的相应计算频率（如由下垂控制确定的）操作每个UPS302使得在架构300中实现负载共享和稳定性成为可能。跨各种UPS302操作的频率在瞬态条件（例如，跟随一个或多个负载304的变化）下是不同的。一旦下垂控制处于稳态，所有UPS302以相同频率但跨扼流圈308（其使由每个UPS302提供的有功功率均衡）以一定相移操作。
在架构300中，每个UPS302能够向关联的局部负载304供应功率，以及通过关联的扼流圈308将有功和无功功率传输到环形总线306。在示范性实施例中，架构300便于在UPS302之间均等地共享局部负载304而没有使用下垂控制的任何通信，并且特别地，频率相对有功功率和电压相对无功功率。这去除对架构300中UPS302的数量的限制。
在示范性实施例中，架构300包括许多断路器。具体地，对于每个UPS302，第一断路器310在UPS302与扼流圈308之间电耦合，第二断路器312在第一断路器310与局部负载304之间电耦合，第三断路器314在第一断路器310与环形总线306之间电耦合，并且第四断路器316在扼流圈308与环形总线306之间耦合。此外，在环形总线306处，中央断路器320、左断路器322和右断路器324与每个UPS302关联，并且便于使UPS302与环形总线306和/或环形总线306上的其他UPS302隔离。每个断路器310、312、314、316、320、322和324包括关联的逻辑和继电器（都未示出）用于操作。由断路器310、312、314、316、320、322和324提供的保护方案便于在架构300中定位故障并且通过断开合适的中断器而使那些故障隔离。此外，第三断路器314（也称为旁路中断器）在关联的UPS302失效或在维修中时便于绕过扼流圈308。这在去除扼流圈308上的电压降时便于提高关联局部负载304上的电压的质量。
对于环形总线应用，扼流圈308大小适于持续足够长时间地遭受环形总线306上的螺栓故障以保证通过激活架构30中的特定中断器来隔离故障。此外，对于中断器失效以断开的情形，应内置额外时间来确定并且执行备选故障隔离策略。因此，为了便于使关联UPS302中的逆变器可以遭受环形总线306上的螺栓故障的持续时间最大化，扼流圈308可大小适于在环形总线306上的短路下采用线性模式操作逆变器。本文描述的系统和方法便于快速消除DC故障电流分量，如本文描述的。因此，扼流圈308的尺寸可成比例地减少。
如在图1中示出的，每个UPS302包括逆变器330。不同的设计对于逆变器330是可能的。例如，对于无变压器设计，图2是示范性单相电压源两级逆变器400的电路图，并且图3是示范性单相电压源三级逆变器500的电路图。
如在图2中示出的，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并联电耦合的第一开关405（例如，晶体管），并且第二开关装置404包括与第二二极管408并联电耦合的第二开关407（例如，晶体管）。跨下或第二开关装置404的电压在本文称为命令电压ucmd。第一与第二开关装置402和404之间的节点410输出通过感应器412和电阻器414的桥电流is。桥电流is分成流到负载416（例如局部负载304）的负载电流iL和流过电容器418的电流。总负载电流是负载电流iL和潜在故障电流的总和。跨电容器418的电压称为电容器电压uC。逆变器400包括在第一开关装置402与中性线420之间电耦合的第一DC电容器430，和在第二开关装置404与中性线420之间电耦合的第二DC电容器432。跨第一DC电容器430的电压是上DC链路电压VdcP，并且跨第二DC电容器432的电压是下DC链路电压VdcN。
除非另外指示，逆变器500与逆变器400大致相似。如在图3中示出的，逆变器500包括在节点410与中性线420之间串联电耦合的第三开关装置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并联电耦合的第三开关505（例如，晶体管），并且第四开关装置504包括与第四二极管508并联电耦合的第四开关507（例如，晶体管）。第三和第四开关装置502和504实现双向开关装置。备选地，双向开关装置可使用其他部件（例如，使用反向阻断装置）来实现。逆变器400和逆变器500的拓扑可通过使用三个腿（leg）而实现为三相转换器。
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。不连续命令电压ucmd使两级或三级逆变器模型化。因此，该电压可具有在两个或三个可能值之间的方波变化。在示范性实施例中，例如控制器309（在图1中示出）的控制器604控制电路600的一个或多个部件的操作。
图5是具有可与电路600一起使用的示范性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（在图4中示出）来执行。在框图700中，电压控制器块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和桥电流is实现并且确定命令电压ucmd。参考电压uref和正交参考电压urefQ可以是存储在例如存储器装置313（在图1中示出）等存储器中的预定值。备选地，参考电压uref和正交参考电压urefQ可使用例如采用下列方式的方程来计算：uref=A*sin(2*π*f*时间)以及urefQ=B*cos(2*π*f*时间)。
调制块704M实现调制，调制确定对于功率开关的选通信号di（例如对于逆变器400的第一和第二开关405和407的选通信号d1和d2，以及对于逆变器500的第一、第二、第三和第四开关405、407、505和507的选通信号d1…d4）。调制分别作为上和下DC链路的瞬时电压VdcP和VdcN的函数来更改。限制块706Lis实现桥电流限制，其可以修改对于功率开关的选通信号di。在示范性实施例中，限制块706使用迟滞比较器来检查桥电流is是否超过预定义电流极限Ismax。
特别地，考虑正电流，在桥电流is超过极限Ismax时，对于开关的选通信号di采用使得电流is减小这样的方式来修改。这取决于使用的逆变器的拓扑。作为示例，考虑图2的逆变器400。对于正且增加的电流is，第一开关405闭合并且第二开关407断开。如果电流is超过极限Ismax超过，由限制块706命令第一开关405断开。因此，电流is将流过第二二极管408并且将在由感应器412和电容器418形成的LC滤波器反向偏置时减小。当电流降到下最大极限IsmaxLOW（例如，近似Ismax的70%）时，电压控制块702和调制块704再次接管控制。一旦负的桥电流is降到极限-Ismax以下则通过操作开关以促使负的桥电流is增加（即，朝零电流移动），相似地对负电流进行控制。
限制块706可以实现额外特征以在包括三级转换器（例如，逆变器500）的实施例中提高性能。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中使用以便避免两级通信（即，从VdcP到-VdcN或其互反）。例如，对于正且增加的桥电流is，在超过极限Ismax的情况下，由限制块706向开关405、407、506和508发出命令以便使命令电压Ucmd从VdcP换向到0并且然后到-VdcN。这使开关上的换向过电压减少。
在框图700中，系统块708S代表控制系统，特别是逆变器桥和LC滤波器（参见图2-4）。对于三相系统，三相逆变器可对于每个相结合不同的控制器604使用。备选地，本文描述的电流限制策略可使用空间矢量方法来实现。
框图700的该操作在图6中图示，其是图示在slim=1时的电流限制期的曲线图800。框图700的电流限制操作可由使用控制器604实现的定时器机构控制，该控制器604在首先命中电流极限Ismax并且然后针对限定极限来检查持续时间（例如，100毫秒（ms））时触发。为了便于优化架构300中逆变器的设计，电流极限可设置成略微高于逆变器的典型最大150%过载能力，其通常可以持续30秒。
返回参考图1，为了便于使关联UPS302中的逆变器330可以遭受环形总线306上的螺栓故障的持续时间最大化，扼流圈308典型地大小适于在环形总线306上的短路下采用线性模式操作逆变器330。
图7是图示在未实现在图5中示出的混合电压/电流控制算法的情况下故障电流的行为的曲线图900。曲线图900包括在环形总线306上的螺栓故障期间随时间标绘的感应故障电流曲线902和电压曲线904。如在图7中示出的，根据环形总线306上的短路的相角，通过扼流圈308的感应故障电流可以包括相对大的DC分量（参见例如感应故障电流曲线902中的初始倾斜）。该DC分量随时间衰减以利用扼流圈308的L/R时间常数来“重定位”。如在图7中示出的，感应故障电流曲线902相对慢地重定位。因此，瞬态峰值故障电流可达到两倍稳态故障电流（参见例如感应故障电流曲线902中的初始倾斜）。
为了使UPS302的逆变器330保持采用线性操作模式操作，一个方法是使扼流圈308的尺寸增加（例如，加倍）。这可是不切实际的，因为静态UPS（例如UPS302）具有有限的故障电流能力，其可需要相对大的扼流圈。
然而，使用本文描述的混合电压/电流控制算法，可能相对快地重定位故障电流，典型地在周期的一部分中。例如，在图8中，重定位时间是周期的近似1/4。因此，扼流圈308的尺寸可保持为相对小的。具体地，如在上文参考图7描述的，在达到最大桥电流极限±Ismax时使用电流限制控制。因此，电压短暂下降（以绝对值计），从而快速重定位故障电流。
例如，图8是图示在实现在图5中示出的混合电压/电流控制算法时故障电流的行为的曲线图1000。曲线图1000包括在环形总线306上的螺栓故障期间随时间标绘的感应故障电流曲线图1002和电压曲线图1004。如在图10中示出的，一旦桥电流is（参见图2和3）达到下阈值-Ismax，混合电压/电流控制算法促使电压曲线1004短暂下降，从而导致感应故障电流曲线1002的相对快的重定位。参考图4和8，在环形总线306上的螺栓故障的情况下，负载416是扼流圈308，感应故障电流曲线1002是负载电流iL，并且电压曲线1004是电容器电压uc。
总之，使用本文描述的混合电压/电流限制控制，可能快速重定位故障电流，从而与其他方法相比准许扼流圈尺寸减少（例如，减半）。一达到预定桥电流极限就接管电流限制控制。因此，电压短暂下降（以绝对值计），从而重定位故障电流并且大致消除将以其他方式出现的大的DC故障电流。
本文描述的系统和方法独立于电压级别而能适用，并且更特定地，能适用于低压（LV）（例如，480V相间）和中压（MV）（例如，13.8kV相间）应用两者。例如，尽管本文描述的逆变器拓扑典型地在LV系统中使用，本文描述的实施例的原理可以同样适用于使用合适逆变器技术的MV系统。
与至少一些已知功率系统相比，本文描述的系统和方法便于使相对大的DC故障电流减少。具体地，控制装置确定逆变器中的桥电流何时达到预定桥电流限制，并且响应于该确定来实现混合电压/电流限制控制算法，其修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
对于不间断电源的系统和方法的示范性实施例在上文详细描述。这些系统和方法不限于本文描述的特定实施例，而相反，系统的部件和/或方法的操作可独立并且与本文描述的其他部件和/或操作分开使用。此外，描述的部件和/或操作也可在其他系统、方法和/或装置中限定或结合它们使用，并且不限于仅用本文描述的系统来实践。
本文描述的系统和方法的至少一个技术效果包括（a）确定多个UPS中的一个UPS的逆变器中的桥电流何时达到预定桥电流极限；以及（b）响应于该确定来修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
在本文图示和描述的本发明的实施例中的操作的执行或履行顺序不是必不可少的，除非另外规定。即，操作可采用任何顺序执行，除非另外规定，并且本发明的实施例可包括另外的或比本文公开的那些更少的操作。例如，预期在另一个操作之前、与其同时或在其之后执行或执行特定操作在本发明的方面的范围内。
尽管本发明的各种实施例的特定特征可在一些图中示出并且不在其他图中示出，这只是为了方便。根据本发明的原理，图的任何特征可与任何其他图的任何特征结合参考和/或要求保护。
该书面描述使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且进行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
部件列表
300架构
302UPS
303电压源
304负载
306环形总线
308扼流圈
309控制器
310第一断路器
311处理器
312第二断路器
313存储器装置
314第三断路器
316第四断路器
320中央断路器
322左断路器
324右断路器
330逆变器
358能量存储系统
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感应器
414电阻器
416负载
418电容器
420中性线
430第一DC电容器
432第二DC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
508第四二极管
600电路
602电压源
604控制器
700框图
702电压控制器块
704调制块
706限制块
708系统块
800曲线图
900曲线图
902感应故障电流曲线图
904电压曲线
1000曲线图
1002感应故障电流曲线
1004电压曲线

Claims (10)

1.一种系统（300），其包括：
多个不间断电源（UPS）（302），多个UPS中的每个UPS包括：逆变器（330）；
环形总线（306）；以及
至少一个控制器（309），其通信耦合于所述多个UPS，所述至少一个控制器配置成：
　　确定所述多个UPS的至少一个UPS中的桥电流何时达到预定桥电流极限；以及
　　修改所述至少一个UPS的所述逆变器中的电容器电压以使所述逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
2.如权利要求1所述的系统（300），其中所述逆变器（330）包括单相电压源两级逆变器（400）。
3.如权利要求1所述的系统（300），其中所述逆变器（330）包括单相电压源三级逆变器（500）。
4.如权利要求1所述的系统（300），其中为了修改电容器电压，所述至少一个控制器（309）配置成实现这样的控制算法，所述控制算法在桥电流达到预定电流极限时修改对于所述逆变器中的开关（405，407）的选通信号。
5.如权利要求4所述的系统（300），其中为了实现控制算法，所述至少一个控制器（309）配置成实现这样的控制算法，所述控制算法修改选通信号使得桥电流的量值减小。
6.如权利要求1所述的系统（300），其中负载电流是通过与至少一个UPS（302）关联的负载（304）的电流中的至少一个和至少一个UPS中的故障电流的总和。
7.如权利要求1所述的系统（300），其进一步包括在所述至少一个UPS（302）与所述环形总线（306）之间耦合的至少一个断路器（310）。
8.用于控制电源系统（300）的至少一个控制器（309），其包括多个不间断电源（UPS）（302）、环形总线（306）以及电耦合于多个UPS和环形总线的至少一个负载（304），所述至少一个控制器包括：
处理器（311）；和
存储器装置（313），其通信耦合于所述处理器，所述存储器装置存储可执行指令，所述可执行指令配置成促使所述处理器：
　　确定多个UPS的至少一个UPS的逆变器（330）中的桥电流何时达到预定桥电流极限；以及
　　修改逆变器中的电容器电压以使逆变器中的负载电流的DC故障电流分量减少。
9.如权利要求8所述的至少一个控制器（309），其中为了修改电容器电压，所述至少一个控制器配置成实现这样的控制算法，所述控制算法在桥电流达到预定电流极限时修改对于逆变器（330）中的开关（405，407）的选通信号。
10.如权利要求9所述的至少一个控制器（309），其中为了实现控制算法，所述至少一个控制器配置成实现这样的控制算法，所述控制算法修改选通信号使得桥电流的量值减小。
CN201510457216.5A 2014-07-30 2015-07-30 对于静态ups系统中的混合电压和电流控制的系统和方法 Active CN105322524B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462030843P 2014-07-30 2014-07-30
US62/030843 2014-07-30
US14/568,632 US10608428B2 (en) 2014-07-30 2014-12-12 Systems and methods for hybrid voltage and current control in static UPS systems
US14/568632 2014-12-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105322524A true CN105322524A (zh) 2016-02-10
CN105322524B CN105322524B (zh) 2020-08-21

Family

ID=53546157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510457216.5A Active CN105322524B (zh) 2014-07-30 2015-07-30 对于静态ups系统中的混合电压和电流控制的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10608428B2 (zh)
EP (1) EP2980960B1 (zh)
CN (1) CN105322524B (zh)
ES (1) ES2815575T3 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109088395A (zh) * 2018-09-10 2018-12-25 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 基于闭环船舶电力系统的发电机保护装置
CN110729087A (zh) * 2019-10-18 2020-01-24 大连理工大学 一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置及实现方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105896722B (zh) * 2016-04-13 2018-09-25 安徽智瑞电气有限公司 智能电力逆变电源系统
CN108832614B (zh) * 2018-04-23 2020-05-19 北方工业大学 基于模糊控制的配电设备故障处理方法及装置
CN112260246B (zh) * 2020-11-09 2021-10-26 珠海格力电器股份有限公司 限电流控制电路的控制方法及电气系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579197A (en) * 1995-01-24 1996-11-26 Best Power Technology, Incorporated Backup power system and method
WO2013101432A2 (en) * 2011-12-26 2013-07-04 Schneider Electric It Corporation System and method for maintaining proper phase neutral wiring in a power system
US20140003103A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 Eaton Corporation Multi-level inverter apparatus and methods using variable overcurrent response
US20140167809A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Eaton Corporation Methods, System and Modules for Testing UnInterruptible Power Supply (UPS) Systems with Multiple UPS Modules

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW245848B (zh) 1991-09-18 1995-04-21 Toshiba Kk
US6122184A (en) * 1997-06-19 2000-09-19 The Texas A&M University System Method and system for an improved converter output filter for an induction drive system
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
US6630752B2 (en) 2001-09-12 2003-10-07 Qualmag, Inc. Uninterruptible transfer switch
US7259477B2 (en) 2003-08-15 2007-08-21 American Power Conversion Corporation Uninterruptible power supply
US20050200205A1 (en) 2004-01-30 2005-09-15 Winn David W. On-site power generation system with redundant uninterruptible power supply
US7368880B2 (en) * 2004-07-19 2008-05-06 Intersil Americas Inc. Phase shift modulation-based control of amplitude of AC voltage output produced by double-ended DC-AC converter circuitry for powering high voltage load such as cold cathode fluorescent lamp
EP1890371A1 (en) 2006-08-03 2008-02-20 Michael J. Mosman UPS system configuration comprising parallel modules being independent of each other
DE102007021089B3 (de) 2007-05-03 2008-12-11 Piller Power Systems Gmbh Verfahren zur Steuerung parallel geschalteter Ersatzstromquellen und Vorrichtung mit parallel geschalteten Ersatzstromquellen
TWI342652B (en) * 2008-01-07 2011-05-21 Ablerex Electronics Co Ltd Ups system having a function of parallel operation
JP5085742B2 (ja) * 2008-10-16 2012-11-28 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP5511976B2 (ja) * 2010-10-27 2014-06-04 三菱電機株式会社 電力変換装置
US9166445B2 (en) 2011-09-28 2015-10-20 Eaton Corporation AC power supply apparatus and methods providing variable voltage waveforms for load transient conditions
FR2985616B1 (fr) * 2012-01-09 2014-02-14 Converteam Technology Ltd Compensateur d'energie reactive et procede d'equilibrage de tensions de demi-bus associe
US9236768B2 (en) 2012-01-31 2016-01-12 Lorenzo Giuntini Systems, methods, and devices for control of parallel uninterruptible power supplies
AU2012382463B2 (en) * 2012-06-12 2017-03-30 Schneider Electric It Corporation Apparatus and method for providing uninterruptible power
US9404947B2 (en) 2012-08-31 2016-08-02 General Electric Company Systems and methods for detecting power quality of uninterrupible power supplies
US9831675B2 (en) * 2012-12-27 2017-11-28 General Electric Company System for common redundant bypass feed paths in uninterruptible power supplies

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5579197A (en) * 1995-01-24 1996-11-26 Best Power Technology, Incorporated Backup power system and method
WO2013101432A2 (en) * 2011-12-26 2013-07-04 Schneider Electric It Corporation System and method for maintaining proper phase neutral wiring in a power system
US20140003103A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 Eaton Corporation Multi-level inverter apparatus and methods using variable overcurrent response
US20140167809A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Eaton Corporation Methods, System and Modules for Testing UnInterruptible Power Supply (UPS) Systems with Multiple UPS Modules

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PILLER POWER SYSTEMS: "《Isolated-Parallel UPS Configuration》", 1 December 2013 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109088395A (zh) * 2018-09-10 2018-12-25 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 基于闭环船舶电力系统的发电机保护装置
CN110729087A (zh) * 2019-10-18 2020-01-24 大连理工大学 一种压控材料电阻变化曲线可控组合装置及实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105322524B (zh) 2020-08-21
EP2980960B1 (en) 2020-06-24
US10608428B2 (en) 2020-03-31
US20160036215A1 (en) 2016-02-04
ES2815575T3 (es) 2021-03-30
EP2980960A1 (en) 2016-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9735616B2 (en) Systems and methods for providing increased fault current capability in uninterruptible power supply systems
US10199861B2 (en) Isolated parallel UPS system with choke bypass switch
JP6359213B1 (ja) 電力変換装置
US7129599B2 (en) Dual feed power supply systems with enhanced power quality
US11081903B2 (en) Protection methods and switches in uninterruptible power supply systems
CN105322524A (zh) 对于静态ups系统中的混合电压和电流控制的系统和方法
CN105006878B (zh) 在不可中断电源系统中提供增加的故障电流能力的系统和方法
CN105720677B (zh) 用于实现在静态ups中的串联补偿器的系统和方法
JP5645864B2 (ja) 三相不平衡抑制システム
CN105322642B (zh) 用于开发在静态ups中的电流容量的系统和方法
EP3293852A1 (en) Isolated parallel ups system with fault location detection
CN104917278A (zh) 冗余不间断电源系统
CN105305532A (zh) 用于管理不间断电源系统中的反向馈电的系统和方法
Larruskain et al. Requirements for fault protection in HVDC grids
KR20200072747A (ko) 무정전 전력 공급 마이크로그리드 시스템
JP6612990B2 (ja) 電力変換装置
Lazzari et al. Short‐Circuit Protection Schemes for LVDC Microgrids Based on the Combination of Hybrid Circuit Breakers and Mechanical Breakers
CN112787356A (zh) 放电装置、系统、方法及存储介质

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: 20190730

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