CN114759657A - 用于控制不间断电源的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及用于控制不间断电源的方法。一种用于控制被布置在电网与可变负载之间的不间断电源的方法，不间断电源包括：与整流器互连的DC链路，整流器经由电网开关被连接到电网；能量存储装置和被连接到负载的逆变器；以及可切换旁路，被连接在电网开关与负载之间，并且与由整流器、DC链路和逆变器形成的路径并联，方法包括：监测电网的电源；将电源与负载的负载要求进行比较；如果电源满足负载要求，闭合电网开关；并且接通旁路，以从电网向负载提供AC电流。

Description

用于控制不间断电源的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制不间断电源的方法和相应的计算机程序。特别地，本发明涉及一种用于控制不间断电源的控制设备和具有这种控制设备的不间断电源。
背景技术
如果可变负载被连接到电网，则可从电网汲取的功率受电网的最大电源的限制。汲取的功率必须保持低于或等于最大电源，以防止电网崩溃或避免处罚。为了防止电网上的过载，并且在过载的情况下永久断开负载与电网的连接，可以在负载与电网之间布置熔丝。
如果可变负载具有比电网能够提供的功率更高的功率需求，则电网连接必须被升级。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制不间断电源的改进方法。本发明的另外的目的是提供一种经济可靠的不间断电源。
这些目的通过独立权利要求的主题来被实现。另外的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述是明显的。
本发明涉及一种用于控制被布置在电网与可变负载之间的不间断电源的方法，不间断电源包括：与整流器互连的DC链路，该整流器经由电网开关被连接到电网；能量存储装置和被连接到负载的逆变器；以及可切换旁路，被连接在电网开关与负载之间，并且与由整流器、DC链路和逆变器形成的路径并联，方法包括：监测电网的电源；将电源与负载的负载要求进行比较；如果电源满足负载要求，则闭合电网开关；并且接通旁路，以从电网向负载提供AC电流。
例如，负载可以是电动交通工具的充电站。对交通工具充电所需的功率的量可能在很大程度上取决于交通工具的类型和所使用的充电技术类型。例如，可变负载可以只需要10kW左右来对紧凑型交通工具充电，或者需要400kW以上来为远程交通工具充电。当多个交通工具同时被充电时，功率要求可能成倍增加。
整流器和逆变器实质上可以是相同的电气部件。整流器和逆变器可以具有整流模式和逆变模式。在整流模式中，整流器或逆变器可以被配置为从电网汲取AC电流，并且向DC链路提供DC电流。在逆变模式中，整流器或逆变器可以被配置为从DC链路汲取DC电流，并且在其另一个端口提供AC电流。逆变器开关可以被布置在逆变器与负载之间。逆变器开关可以在激活逆变器时断开，直到来自逆变器的输出稳定为止。能量存储装置可以包括被配置为将电能存储为化学能的电池。能量存储装置还可以具有DC/DC转换器，以将DC链路的电压改变为电池的电压。DC链路通常可以包括电容器以提供能量缓冲器。旁路可以具有旁路开关。旁路开关可以是被电子切换的半导体开关。旁路可以被连接到整流器的进入端口和逆变器的外出端口。电网开关可以被布置在不间断电源与电网之间。电网开关可以是机械开关。
可以通过向电网开关发送电网开关闭合信号来闭合电网开关。旁路可以通过闭合旁路开关来被接通。旁路开关可以通过向旁路开关发送旁路闭合信号来被闭合。负载供给要求可以被定义为电压容差和/或频率容差。负载要求还可以包括负载的功率需求。功率需求可以通过感测不间断电源与负载之间的连接上的至少一个电变量的改变来被检测。例如，可以在连接上检测到电压降。需求也可以由负载经由通信协议主动地用信号通知。
旁路也可以备选地已经开启，甚至是在检测到功率需求之前。如果电网电压在电压容限内，如果电网频率在频率容限内，则电源可以满足负载要求。
根据实施例，方法还包括：监测负载的功率需求和能量存储装置的充电水平，其中如果能量存储装置的充电水平低于预定水平并且如果存在功率过剩，其中电源高于负载的功率需求，则整流器在整流模式下被激活，并且来自电网的过剩AC电流被整流为被提供给DC链路的DC电流，并且能量存储装置通过从DC链路汲取DC电流来被充电。如果功率需求下降或电源激增，则能量存储装置可以缓冲过剩的能量。由整流器汲取的功率的量可以被控制。整流器可以汲取上至功率需求与可能电源之间的差。整流器可以汲取过剩的AC电流，上至其整流容量。
根据实施例，如果过剩大于整流器的整流容量，则逆变器以整流模式操作，其中在旁路上从电网汲取AC电流，并且将其转换为被提供给DC链路的DC电流。这样，在吸收过量能量时，逆变器可以支持整流器。负载的功率需求在旁路上被提供。
根据实施例，在逆变器与整流器之间平衡过剩。逆变器和整流器可以共享等量的过剩部分。通过平衡逆变器和整流器上的负载，两个转换器可以在比最大负载低的负载下操作。
根据实施例，方法还包括监测负载的功率需求，其中如果电源满足负载要求并且如果存在功率短缺，其中电源低于功率需求，则将该短缺被用信号通知给负载。可以经由通信协议用信号通知短缺。负载可以能够将其功耗限制为可用电源。例如，充电站可以限制连接的电动交通工具的充电速度。
根据实施例，如果存在功率短缺，则逆变器在逆变模式下被同步到电网，并且来自DC链路的DC电流被逆变为AC电流，以供应短缺，并且能量存储装置通过将DC电流供应到DC链路来被放电。电源可以被限制。最大电源可以通过合约和/或通过测量电网上的至少一个电变量来被定义。负载可以经由旁路从电网汲取最大功率。在逆变器AC电压相位同步，并且电压振幅匹配后，逆变器可以增加功率以满足功率需求。一旦逆变器被同步，负载共享控制就可以被激活，来在电网与逆变器之间以所需的比例共享负载电流。逆变器可以作为电压源操作，其中逆变器基准电压适于控制负载共享。在另一个实施方式中，逆变器可以作为电流源操作。作为电流源，逆变器只是推动电流，来使负载能够吸收比电网能够提供的功率更多的功率。在逆变器被同步之前，对负载的限制信号可以限制负载的功耗。有利的是将逆变器作为电压源进行控制，并且添加负载共享控制以在逆变器与电网之间共享负载电流。优点是，如果电网崩溃，则电网电压将消失，逆变器将自动施加负载电压。如果逆变器作为电流源被控制并且电网消失，则逆变器控制可以从电流源移动到电压源。
根据实施例，整流器在逆变模式下操作，其中如果旁路被接通并且如果短缺大于逆变器的逆变容量，则从DC链路汲取DC电流，并且将其转换为经由旁路被提供给负载的AC电流。在提供所需功率时，整流器可以支持逆变器。
根据实施例，在逆变器与整流器之间平衡短缺。逆变器和整流器可以提供等量的短缺部分。通过在逆变器和整流器上平衡负载，两个转换器可以在低于最大负载的负载下操作。
根据实施例，如果电源低于负载要求但满足整流器要求，则电网开关闭合，旁路断开，整流器在整流模式下被激活，以将来自电网的AC电流整流为被提供给DC链路的DC电流，并且逆变器在逆变模式下被激活，以将来自DC链路的DC电流逆变为被提供给负载的AC电流。整流器要求可以低于负载要求。整流器可以具有比负载更大的电压容限。整流器可以具有比负载更大的频率容限。逆变器可以在负载要求内为负载供电。如果存在功率短缺，则能量存储装置可以被放电，以向DC链路提供DC电流。如果能量存储装置低于预定的充电水平并且如果存在功率过剩，则能量存储装置可以被充电。
根据实施例，如果电源低于整流器要求，则电网开关断开，逆变器在逆变模式下被激活，以将来自DC链路的DC电流逆变为被提供给负载的AC电流，并且能量存储装置被放电。如果电源低于整流器要求，则不间断电源可以与电网断开连接，并且可以从能量存储装置提供全部功率需求。如果电网具有在整流器的电压容限以外的电压、在整流器的频率容限以外的频率，则电源可能低于整流器要求。例如，如果电网崩溃，则不间断电源可以填补空缺，并且可以完全替代电网。
根据实施例，如果功率需求大于逆变器的逆变容量，则旁路被接通，并且整流器在逆变模式下操作，以将来自DC链路的DC电流逆变为经由旁路被提供给负载的AC电流。整流器可以作为电流源操作，并且逆变器可以作为电压源操作。逆变器可以定义负载的电压。整流器可以将电流推向负载。这样，电压控制是有效的，因为逆变器和整流器不相互抵消。
本发明还涉及一种计算机程序，其在由处理器执行时，适于执行前述实施例之一的方法。
本发明还涉及一种计算机可读介质，其中存储了根据实施例的计算机程序。计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB(通用串行总线)存储设备、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)或闪存。计算机可读介质也可以是允许下载程序代码的数据通信网络，例如因特网。通常，计算机可读介质可以是非暂态或暂态介质。
本发明还涉及一种用于不间断电源的控制设备，其被配置为执行前述实施例之一的方法。
本发明还涉及一种不间断电源设备，包括：经由DC链路互连的整流器和逆变器；被连接到DC链路的能量存储装置；以及在电网与负载之间被并联连接到整流器、DC链路和逆变器的旁路开关，包括根据实施例的控制设备。
根据实施例，旁路开关包括两个反并联晶闸管。晶闸管可以在一个方向上导电，而在相反方向上不导电。因此，为了传导具有改变的电流方向的AC电流，被布置在相反方向上的两个晶闸管可以相互并联连接。晶闸管可以通过闭合信号被切换到导通状态并且在不保持闭合信号的情况下保持导通。同样，晶闸管可以通过断开信号被切换到不导通状态，并且在不保持断开信号的情况下保持不导通。
根据实施例，能量存储装置包括电池。电池可以是电化学能量存储装置。当电池被充电时，电能被转换成存储在电池中的化学能。当电池被放电时，电池中的化学能被转换为电能。可以使用其他能量存储设备代替电池。例如，能量可以存储在飞轮或燃料电池中。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并且被阐明。
附图说明
在下文中，将参考在附图中图示的示例性实施例更详细地解释本发明的主题。
图1示意性地示出了根据实施例的不间断电源；以及
图2示出了根据本发明的实施例的用于控制图1的不间断电源的方法的流程图。
附图中使用的附图标记及其含义在附图标记列表中以总结形式被列出。原则上，相同的部件在图中被提供有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据实施例的不间断电源100。不间断电源100被互连在电网102与负载104之间。
例如，负载104可以是针对电动交通工具的充电站。负载104可以具有变化的功率需求106和预定的负载要求108。例如，功率需求106可以取决于被充电的交通工具的类型。负载要求108可以取决于负载104的电气约束。负载要求108可以表示负载104的电压容限和/或负载104的频率容限。
电网102可能具有有限的电源能力110。有限的电源能力110可能是由于电网中的瓶颈和/或电网102上的其他负载的变化。瓶颈可以是电网102的给定电缆截面。电源110的功率质量112也可以是可变的。例如，电网102的电压和/或电网102的频率可以是可变的和/或取决于电网102上的总负载。
不间断电源100的电网开关114被布置在不间断电源100的电网连接与不间断电源100的整流器116之间。电网开关114可以是机械开关。不间断电源100的整流器116和逆变器118经由DC链路120互连。能量存储装置122被连接到DC链路120。在该示例中，能量存储装置122是电池。能量存储装置122包括电池转换器124，以在DC链路120的电压与电池的电压之间进行转换。不间断电源100的负载连接被布置在逆变器118与负载104之间。在电网开关114与负载连接之间，不间断电源100的可切换旁路126被并联连接到整流器116、DC链路120和逆变器118。旁路开关128被布置在旁路126中。旁路开关128可以是半导体开关。不间断电源100可以是多相不间断电源100。为了清楚起见，仅一个相被示出。
不间断电源100具有控制设备130。控制设备130被连接到电网开关114、整流器116、逆变器118、电池转换器124和旁路开关128。控制设备130还被连接到监测设备132，其监测电网102、能量存储装置122和负载104。监测设备132监测电网102的电源110和功率质量112、负载104的功率需求106和能量存储装置122的充电状态134。负载要求108是事先预先定义和已知的。监测设备132也可以被包含在控制设备130中。
在实施例中，控制设备130被直接连接到负载104。负载104和控制设备130经由通信协议相互通信。负载104可以用信号通知其功率需求106，并且控制设备130可以用信号通知瞬时可用电源110。负载104还可以传达其负载要求108。负载104可以将其功耗调整到可用电源110。
当负载104的功率需求106被登记时，其与电网102的电源110进行比较。电网102的功率质量112与负载要求108进行比较。
如果功率需求106小于或等于电源110并且如果功率质量112大于或等于负载要求108，则功率需求106直接从电网102被满足。为了满足功率需求106，电网102和负载104通过旁路126互连。为了将负载104连接到电网102，电网开关114和旁路开关128需要处于闭合状态。如果电网开关114和/或旁路开关128断开，则电网控制设备130向电网开关114和/或旁路开关128发送闭合信号。如果电网开关114和/或旁路开关128已经闭合，则控制设备130保持它们闭合。
如果存在功率过剩，其中功率需求106小于电源110，或者如果负载104的功率需求106没有被登记，如果功率质量112大于或等于负载要求108，并且如果充电状态134未满，则整流器116在整流模式下被激活并且能量存储装置122被充电。除了在旁路126上提供功率需求106之外，还可以发生充电。
在整流模式中，整流器116从电网102汲取交流电(AC)，并且将经整流的直流电(DC)馈送到DC链路120。为了从电网102汲取交流电(AC)，电网开关114需要处于闭合状态。如果电网开关114断开，则控制设备130闭合电网开关114。整流器116通过从电网汲取适当的电流，来将DC链路120的电压控制为所需电压。这些电流可以是正弦的并且与相应的电网电压同相，以便获得统一的功率因数。耦合到能量存储装置122的双向dc/dc电池转换器124将功率从DC链路120传输到电池，直到电池被完全充电为止。整流器116被控制以将DC链路120的电压保持在容差带内。
如果功率过剩大于整流器116的整流容量，则逆变器118在整流模式下被激活。在整流模式中，逆变器118在旁路126上从电网102汲取交流电(AC)，并且将经整流的直流电(DC)馈送到DC链路120。控制设备130可以在逆变器118与整流器116之间平衡过剩。
如果存在功率短缺，其中功率需求106大于电源110，如果功率质量112大于或等于负载要求108并且如果充电状态134高于限制，则逆变器118在逆变模式下被激活。如果能量存储装置122在短缺之前被充电，则充电被暂停。可以向负载104发信号通知短缺。
在逆变模式中，逆变器118从DC链路120汲取直流电(DC)，并且将逆变的交流电(AC)馈送到负载104。逆变器118汲取的直流电(DC)由能量存储装置122提供。在逆变器110准备好提供短缺之前，负载104可以将其功耗限制为可用电源110。
如果功率短缺大于逆变器118的逆变容量，则整流器116在逆变模式下被激活。
在逆变模式中，整流器116从DC链路120汲取直流电(DC)，并且经由闭合的旁路开关128将逆变的交流电(AC)馈送到负载104，以便功率需求106由逆变器118和整流器116两者供应。控制设备130可以在逆变器118与整流器116之间平衡功率需求106。
如果功率质量112不满足负载要求108，则电网102和负载104不能被直接连接。控制设备必须将负载104与电网102分离。如果功率质量112仍满足整流器要求，则电网开关114闭合或保持闭合并且旁路开关128断开或保持断开，整流器116在整流模式下操作并且逆变器118在逆变模式下操作。
如果功率需求106超过逆变器118的逆变容量，则电网开关114断开或保持断开，旁路开关128闭合或保持闭合，并且整流器116在逆变模式下操作，以便功率需求106由逆变器118和整流器116两者供应。控制设备130可以在逆变器118与整流器116之间平衡功率需求106。
如果功率质量112不满足整流器要求108，则电网开关114断开。
在实施例中，不间断电源100被连接到次级电源136。例如，电源136可以是太阳能发电厂。电源经由功率转换器138被连接到DC链路120。电源136向DC链路120提供DC电流(DC)。所提供的DC电流(DC)可以用于对能量存储装置122充电，或用于在逆变器118和/或整流器116中将DC电流(DC)逆变为AC电流(AC)。
不间断电源100也可以用于向电网102提供AC电流(AC)。只要功率需求106被满足，逆变器118和整流器116的过量逆变容量就可以用于支持电网102。为了向电网102提供AC电流(AC)，电网开关114需要闭合或保持闭合。
图2示出了用于控制图1的不间断电源的方法的流程图。在步骤S10中，电网的电源被监测。在步骤S12中，电源与负载的负载要求进行比较。在步骤S14中，如果电源满足负载要求，则闭合电网开关并且接通旁路，以向负载提供来自电网的AC电流。
在实施例中，在步骤S10中，负载的功率需求和能量存储装置的充电水平被监测。在步骤S12中，电源与功率需求进行比较，并且充电水平与预定的水平进行比较。在步骤S16中，如果能量存储装置的充电水平低于预定水平，并且存在功率过剩(其中电源高于功率需求)，则整流器在整流模式下被激活，以将来自电网的过剩AC电流整流为被提供给DC链路的DC电流，其中能量存储装置利用DC电流充电。
在实施例中，在步骤S18中，如果存在功率短缺，其中电源低于功率需求，则向负载发信号通知该短缺。
在实施例中，在步骤S20中，如果存在功率短缺，则逆变器在逆变模式下被同步到电网，以将来自DC链路的DC电流逆变为AC电流以供应短缺，其中能量存储装置被放电。在该情况下，逆变器和电网都向负载提供功率，并且逆变器可以被控制以与电网共享所需量的负载，例如，以便不超过可用的最大电网功率。
在实施例中，在步骤S22中，如果短缺大于逆变器的逆变容量，则整流器在逆变模式下操作，以将来自DC链路的DC电流逆变为AC电流，并且经由旁路向负载供电，其中能量存储装置被放电。在该情况下，负载电流按所需比例在电网、逆变器与整流器之间被共享。
在实施例中，在步骤S12中，电源与整流器要求进行比较。在步骤S14中，如果电源低于负载要求但满足整流器要求，则旁路被关断。在步骤S16中，整流器在整流模式下被激活以向DC链路提供DC电流。在步骤S20中，逆变器在逆变模式下被激活以向负载供电。
在实施例中，如果能量存储装置的充电水平低于预定水平并且如果存在功率过剩，则能量存储装置利用DC电流充电。
在实施例中，在步骤S14中，如果电源低于整流器要求，则断开电网开关。在步骤S20中，逆变器在逆变模式下被激活以向负载供电，其中能量存储装置被放电。
在实施例中，如果功率需求大于逆变器的逆变容量，则在步骤S14中，旁路被接通，并且在步骤S22中，整流器在逆变模式下操作，并且注入所需的电流量以经由旁路对负载供电，其中能量存储装置被放电。
在不进行重大、昂贵和破坏性的基础设施升级的情况下，现有的电力基础设施无法容纳对电动交通工具充电的大量附加负载。需要对电网友好的充电装置，其使用附加的能量储存库来限制从电网汲取的功率。类似的应用是工业和建筑应用中的调峰。这里提出的解决方案是模块化的多功能UPS，其允许完全使用逆变器以及多种操作模式，并且允许模式之间的平滑转换。
通过添加附加的电池转换器和专用操作模式，整流器和/或逆变器的使用可以被最大化。可以通过将整流器与电网断开连接(电网开关断开)或使用特定控制与电网并行操作(电网开关闭合)，来进行在完全放电模式下的操作。提出了一种灵活的解决方案，来优化多个能量源与负载之间的能量流动，同时提供电流和电压的低谐波失真。UPS允许在孤岛模式、黑启动、并网下操作，并且允许模式之间平滑转换。
电网供应商通过电网向用户分配功率。这种关系是根据合同定义的，通常取决于有功功率P和无功功率Q的消耗。不同的资费定价方案是可能的，并且可以涉及最大有功功率Pmax和最大无功功率Qmax。此外，被负载吸收的电流可以不是正弦的，因此会产生电流失真THDI(总谐波失真)，该失真通常必须在连接点处被限制。
在用户需要汲取比最大允许功率更多的功率的情况下，存在许多应用，以克服基础设施限制和/或避免来自电网供应商的处罚。
BESS(电池能量存储系统)基本上是耦合到逆变器的电池，逆变器以不同的控制被连接到电网，允许有功功率(P)、无功功率(Q)和谐波功率(H)的交换。不同的功能是可能的，例如，调峰和/或谐波有源滤波。对于调峰功能，当负载汲取的功率大于某个限制Pmax时，BESS将注入有功功率P，以便在连接点处，吸收的总功率保持在Pmax以下。此外，BESS还可以注入无功功率Q以及补偿电流失真。
常规的双转换UPS一般由整流器(R)、逆变器(I)、电池转换器(BC)和旁路(Byp)组成。电池通常可以被连接到电池转换器。通常，存在三种操作模式：双转换、旁路和电池放电。正常操作模式是双转换，其中电网可用、电池被充电，并且负载通过由整流器和逆变器形成的双转换路径被馈电。如果电网不可用，则负载从逆变器被无缝馈电，该逆变器通过电池转换器从电池获取功率。最后，如果在双转换模式下出现一些内部故障，负载将通过旁路被馈电。通常，整流器在电流方面被控制，来以单位功率因数从电网汲取正弦电流，而逆变器在电压方面被控制以生成干净的正弦电压来为负载供电。
当需要限制来自电网的有功功率时，指令被发送到UPS的整流器，以将功率吸收限制为Pmax，其余的功率通过电池转换器和逆变器从电池中获取。通常，锂离子电池被用作能量存储装置。
作为示例，对于快速EV电池充电，负载是超级充电器。在快速EV电池快速充电期间，电池和电网分别提供所需总功率的6/7和1/7。整流器从电网汲取与电网电压同相的已经是正弦的电流。从电网汲取的有功功率可以被限制为所需值，同时无功功率和电流失真两者可以被补偿。三个UPS转换器的功率可以被优化以减少成本。例如，如果负载需要功率Pload，并且电网功率需要被限制为Pgrid(其中Pgrid<Pload)，则整流器的最佳功率为Pgrid<Pload，而Pload是电池转换器和逆变器两者所需的功率。
这里描述的新解决方案是具有多功能能力的UPS。与传统UPS相比，新构思包括在UPS输入处的电网开关以及双电源电池转换器。这可以由两个单电源电池转换器提供，但它可以是具有双电源的单电池转换器块。该解决方案的优势在于，它允许更好地利用所有UPS转换器。如果负载需要Pload＝400kW的功率，并且电网可用功率为50kW，对于所提出的解决方案，标准的200kW UPS可以与仅一个双电源电池转换器一起被使用，即200kW的整流器和逆变器以及400kW的电池转换器容量。
在再充电模式中，可以有各种选项。电网开关闭合。电池可以通过整流器充电，或在旁路上以及通过逆变器充电。对于电池需要在高功率下被非常快速再充电的其他应用，可以使用两个路径的组合。
在放电模式中，各种操作模式是可能的。当电网可用并且可以从电网汲取功率时，电网开关通常闭合。另一方面，当电网不可用，或者无法从电网汲取功率时，则电网开关断开。通常，当电网电压在频率和/或电压振幅方面超出规定的容差时，会发生这种情况。
如果电网功率限制由配电确定，则它可以是恒定的，或者在其他情况下可以是可变的。控制设备协调所有的操作，它可以与负载(发送信号SCL和接收信号SLC)、多功能UPS(发送信号SCU和接收信号SUC)和电池(发送信号SCB和接收信号SBC)进行通信。
逆变器和整流器桥可以分别被称为切换电压源uswi和uswr。两个转换器分别配有其LC和LCL谐波滤波器(分别为Li、Ci、Lr、Cr、Lrg)。三个开关被包括，电网开关K、旁路开关Kbyp和逆变器开关Kinv。UPS还可以包含用于整流器的附加开关。通常，逆变器控制通过适当调制逆变器供电开关来修改电压uswi，以便跟随基准电压uref，来控制输出电压uinv，而整流器控制通过适当调制整流器供电开关来修改电压uswr，以便跟随基准电流iref来控制电流irec。可以使用各种控制技术来控制逆变器电压和整流器电流。
在示例中，汽车被连接到超级充电器(负载)，并且用户按下超级充电器上的“充电”按钮。通过充电电缆中包括的通信，汽车请求400kW的功率。控制设备接收到递送400kW功率的请求。当电网可用时，控制设备向UPS发送闭合电网开关的请求。控制设备向负载(超级充电器)发出指令，将功率吸收限制为50kW。旁路被激活(开关Kbyp闭合)，并且通过旁路向负载提供来自电网的最大允许功率，即50kW，来启动放电。整流器关闭，即没有调制被应用于整流器供电开关。
随着逆变器开关Kinv断开，逆变器被激活。正弦逆变器电压uinv与电网电压ugrid相位同步，振幅匹配。然后命令逆变器开关Kinv闭合，并且在等于接触器闭合时间的编程延迟之后，叠加的负载共享控制被激活，以共享总负载并且从电网汲取50kW以及从逆变器汲取上至200kW。可以使用不同的控制技术，但通常可以通过修改逆变器电压uinv的相位和振幅，来修改逆变器递送的功率。为了获得逆变器电流iinv与电网电流isup之间的所需比率，这里描述的序列通常可以取几分之一秒。
控制设备向负载(超级充电器)发送命令以将功率吸收限制为250kW。然后，超级充电器将吸收功率从50kW增加到250kW。
在第三步骤中，整流器以反向模式被使用来提供附加功率。整流器在电流方面被控制，以便提供与逆变器提供的电流相同的电流，即irec等于iinv。以该方式，可以提供附加的200kW功率。
控制设备向负载(超级充电器)发送命令，以将功率吸收限制为450kW。然后，超级充电器会将吸收功率从250kW增加到所需的400kW，此时电网将提供50kW，逆变器和整流器两者将各自提供175kW。
考虑更一般的情况，可以被提供给负载的总功率等于逆变器的功率的两倍加上可以通过旁路递送的功率。考虑仅具有一个双电源电池转换器的标准200kW UPS(即200kW的整流器、逆变器和旁路以及两个200kW的电池转换器)，总功率可以达到600kW。
在放电模式期间，电网可能会消失。在该情况下，检测器将快速确定电网不可用，即电网电压在频率和/或电压振幅方面超出规定的容差。在该情况下，命令电网开关断开，同时负载共享控制被关断，这意味着由电网提供的功率将从50kW衰减到0kW。逆变器将施加负载电压，并且整流器将继续提供由逆变器递送的相同电流，即irec等于iinv。当电网开关物理断开时，逆变器和整流器两者将各自提供200kW的功率。
这种具有多功能能力的UPS针对电网故障完全鲁棒，而在传统的BESS解决方案中，当电网故障时，BESS需要关断并且丢掉负载。BESS将需要被重新启动为电压源(这被称为黑启动模式)。
如果电网不可用并且汽车被连接到超级充电器(负载)，并且用户按下超级充电器上的“充电”按钮。通过充电电缆中包括的通信，汽车请求400kW的功率。控制设备接收到提供400kW功率的请求。
由于电网不可用，控制设备向UPS发送断开电网开关的请求。随着逆变器开关Kinv断开，逆变器被激活。逆变器在电压方面被控制，以向负载递送所需电压，正弦逆变器电压uinv以标称振幅和频率上升。然后命令逆变器开关Kinv闭合，并且在等于接触器的闭合时间的编程延迟之后，旁路被激活(开关Kbyp闭合)，整流器在反向模式下被使用并且在电流方面被控制，以便提供与逆变器提供的电流相同的电流，即irec等于iinv。这里描述的序列通常可以取几分之一秒。
控制设备向负载(超级充电器)发送命令，以将功率吸收限制为400kW。然后，超级充电器将开始汲取功率，将吸收功率从0kW增加到400kW。
在放电模式期间，电网可能变得可用。在该情况下，在向负载提供功率时，正弦逆变器电压uinv与电网电压ugrid相位同步并且振幅匹配。当频率和振幅匹配时，命令电网开关闭合，并且在等于接触器的闭合时间的编程延迟之后，负载共享控制被激活，负载共享控制被叠加到逆变器电压控制，以便从电网汲取50kW，并且从反向模式下的逆变器和整流器汲取其余功率。在稳定状态下，电网将提供50kW，并且逆变器和整流器两者都将提供175kW。
在实施例中，多个能量源与负载之间的能量流动可以被控制，同时提供电流和电压的低谐波失真。构思可以通过添加附加的能量源来被增强，例如，光伏、风能或燃料电池。
通常，可以添加附加的转换器，来将附加的能量源对接到多功能UPS的DC链路。
多功能UPS被连接到电网，并且因此可以用于提供电网支持功能，例如增强的频率响应(EFR)。在白天使用光伏能源可以扩大充电能力。通过使用燃料电池，可以提供几乎连续的充电能力。
虽然已经在附图和前述说明中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和说明被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，实践所要求保护的发明的本领域技术人员可以理解和实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或控制器或其他单元可以实现权利要求中记载的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。
附图标记列表
100 不间断电源
102 电网
104 负载
106 功率需求
108 负载要求
110 电源
112 功率质量
114 电网开关
116 整流器
118 逆变器
120 DC链路
122 能量存储装置
124 电池转换器
126 旁路
128 旁路开关
130 控制设备
132 监测设备
134 充电状态
136 电源
138 功率转换器

Claims (15)

1.一种用于控制被布置在电网(102)与可变负载(104)之间的不间断电源(100)的方法，
所述不间断电源(100)包括：与整流器(116)互连的DC链路(120)，所述整流器(116)经由电网开关(114)被连接到所述电网(102)；能量存储装置(122)和被连接到所述负载(104)的逆变器(118)；以及可切换旁路(126)，被连接在所述电网开关(114)与所述负载(104)之间，并且与由所述整流器(116)、所述DC链路(120)和所述逆变器(118)形成的路径并联连接，
所述方法包括：
监测所述电网(102)的电源(110)；
将所述电源(110)与所述负载(104)的负载要求(108)进行比较；
如果所述电源(110)满足所述负载要求(108)，
闭合所述电网开关(114)；以及
接通所述旁路(126)，以从所述电网(102)向所述负载(104)提供AC电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
监测所述负载(104)的功率需求(106)和能量存储装置(122)的充电水平；以及
如果存在功率过剩，其中所述电源(110)高于所述功率需求(106)，并且如果所述充电水平低于预定水平；
在整流模式下激活所述整流器(116)，以将来自所述电网(102)的过剩AC电流整流为被提供给所述DC链路(120)的DC电流；以及
利用所述DC电流对所述能量存储装置(122)充电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
监测所述负载(104)的功率需求(106)；以及
如果存在功率短缺，其中所述电源(110)低于所述功率需求(106)，
所述方法还包括：
向所述负载(104)发出所述短缺的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括：
在逆变模式下，将所述逆变器(118)与所述电网(102)同步，以将来自所述DC链路(120)的DC电流逆变为AC电流以供应所述短缺；以及
使所述能量存储装置(122)放电。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
如果所述短缺大于所述逆变器(118)的逆变容量，
所述方法还包括：
在逆变模式下将所述整流器(116)与所述电网(102)同步；以及
将来自所述DC链路(120)的DC电流逆变为经由所述旁路(126)被提供给所述负载(104)的AC电流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
如果所述电源(110)低于所述负载要求(108)但满足整流器要求，
闭合所述电网开关(114)；
关断所述旁路(126)；
在整流模式下激活所述整流器(116)，以将来自所述电网的AC电流整流为被提供给所述DC链路(120)的DC电流；以及
在逆变模式下激活所述逆变器(118)，以将来自所述DC链路的DC电流逆变为被提供给所述负载(104)的AC电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
如果存在功率短缺，
所述方法还包括：
使所述能量存储装置(122)放电。
8.根据权利要求6所述的方法，其中
如果所述能量存储装置(122)的所述充电水平低于预定水平并且如果存在功率过剩，
所述方法还包括：
对所述能量存储装置(122)充电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
如果所述电源(110)低于所述整流器要求，
所述方法还包括：
断开所述电网开关(114)；
在逆变模式下激活所述逆变器(118)，以将来自所述DC链路(120)的DC电流逆变为被提供给所述负载(104)的AC电流；以及
使所述能量存储装置(122)放电。
10.根据权利要求9所述的方法，其中
如果所述功率需求(106)大于所述逆变器(118)的逆变容量，
所述方法还包括：
接通所述旁路(126)；以及
通过在逆变模式下操作所述整流器(116)来辅助所述逆变器(118)，以将来自所述DC链路(120)的DC电流逆变为经由所述旁路(126)被提供给所述负载(104)的AC电流。
11.根据权利要求5或10所述的方法，还包括：
平衡所述逆变器(118)和所述整流器(116)。
12.一种用于不间断电源(100)的控制设备(130)，被配置为执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
13.一种不间断电源(100)，具有根据权利要求12所述的控制设备(130)。
14.一种计算机程序，当由处理器执行时，适于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
15.一种计算机可读介质，其中存储了根据权利要求14所述的计算机程序。
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