JP2009509486A - 直流システムを平衡化するups動作用の装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.発明の分野
本発明の少なくとも1つの実施形態は、無停電電源装置(「UPS」)に関し、特に、中性線を備えない交流電源に接続された場合の動作用のUPSに関する。
無停電電源装置は、1つまたは複数の電気負荷、例えば、臨界負荷に対してより高い信頼性の電力を供給するために使用されることが多い。典型的には、オンラインUPSでは、UPSが交流入力を直流に変換し、直流を負荷に接続された交流出力に変換するUPSの回路に直流を供給する。さらに、UPSは、典型的には、交流入力が利用不可能な間、電力を供給するバッテリを含む。現在、力率制御を利用する多相UPSが、公知である。このようなUPSは、典型的には、ニュートラルを含む多相交流入力に接続されている。一般に、UPSは、UPS入力からUPS出力への連続ニュートラル接続を含む。これら公知の多くのアプローチにおいて、UPSとともに使用されるバッテリは、ニュートラルに接続されている。
各昇圧回路(つまり、115A、115B、117A、117B、119A、119B)で取り出された電流の振幅および相変位のいずれかまたは両方において少なくとも小さな意図しない差を生じる。回路106によって取り出された電流が、相から相まで平衡化されないので、取り出された不平衡な電流により、ニュートラルにおいて電流を生じる。ここでも、ニュートラル電流は、ニュートラル114を介して、UPSニュートラル112から交流電源100に流れる。
して実質的に維持することが望ましい。すなわち、制御システムは、正の直流バスの直流電位および負の直流バスの直流電位の等しい大きさを維持する役割を果たす。一例として、正の直流バスの大きさが、負の直流バスに供給される電流の振幅の大きさに対して正の直流バスに供給される電流の正の半周期の振幅を増加させることにより、制御システムは、負の直流バスの大きさより小さい条件に対応する。
UPSの直流システムにおける不安定性を制御するために、本発明の少なくとも1つの実施形態は、UPSの入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御する。
バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差に少なくとも部分的に基づいて生成される。第1の基準信号および第2の基準信号を合わせる第3の基準信号が生成される。第3の基準信号は、電力変換回路の動作を制御するために使用される。
本発明は、その用途において、以下の説明で述べるまたは図面で説明する構成の詳細および構成要素の配置に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することができる。また、本明細書で使用される語法および用語は、説明のためであり、限定と見なされるべきではない。本明細書において、「含む(including)」、「含む(comprising)」、または「有する(having)」、「含む(containing)」、「含む(involving)」およびそれらの変形は、後に記載する項目、それらの均等物、さらなる項目を包含することを意味する。
)で動作する直流バスに電力を供給する電圧信号の振幅は減少してもよく、バスの電圧が完全に崩壊するまでそのように減少し続けてもよい。例えば、正の直流バス108が、負の直流バス110より大きな負荷を有する場合、各正の昇圧回路(例えば、回路115A)に供給された電圧の正の半周期は減少し始める。既存の制御システムが、入力コンデンサを循環する電流の効果の説明を適切に行なえないので、結局、条件は、正の半周期が0の振幅を有する点まで拡大することができる。
路315Bは、回線L1の負の半周期に昇圧回路を付与する。同様に、回路317Aは、回線L2の正の半周期に昇圧回路を付与し、回路317Bは、回線L2の負の半周期に昇圧回路を付与する。さらに、回路319Aは、回線L3の正の半周期に昇圧回路を付与し、回路319Bは、回線L3の負の半周期に昇圧回路を付与する。
に電流を送る。昇圧回路317A、317B、319A、319Bに関連する相導体は、同様に分離される。
基準波形発生器344は、各コントローラ(例えば、図4A〜4BのUPSの3相の実施形態において)のために、個々の基準波形を生成する。基準波形発生器344は、コントローラ(例えば331A、331B)の切り替え出力を制御するために使用される基準信号を生成して、各スイッチ(例えば、スイッチ328A、328B)のオン・オフ期間を制御する。基準波形発生器344の出力は、ニュートラルの電位と交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に対応する制御信号と組み合わされる。1つの実施形態によれば、力率制御は、制御システム340によって使用されて、回路306によって取り出される電力のために、実質的に完全力率を維持する。
10で存在する電圧の大きさ未満である場合に、レギュレータが、正の直流バスに供給される電力を増加させることを意図する出力を付与するように、第2レギュレータ346の極性が確立される。より詳細に以下に記載するように、1つの実施形態では、制御信号をリミッタ358の入力352に供給して、多相交流電源301の中性点Npの電位に対して、ニュートラル312の電位の最大直流偏移を制限して、過剰ピーク電圧がUPS出力で生成されるのを防ぐ。
によって付与される信号は、基準波形と合わせられる場合、直流バスシステムの直流電位の差と、直流ニュートラル312の電位と交流電源301の中性点Npの電位との任意の差の影響との両方をオフセットすることができる信号を付与する。
タは、基準波形に加えられた場合、入力コンデンサ304における電圧平衡をもたらす出力を付与する。すなわち、1つの実施形態では、第3のレギュレータ348は、振幅および/または位相変位、例えば、要素の許容範囲によって引き起こされる意図しない変化の差によって引き起こされるいかなる不安定性も修正する信号を付与する。
ってなされる。ステージ324で求められた設定点は、ステージ526でそれを最大許容設定点と比較することにより評価される。設定点が最大設定点を超えない場合、次いで、もしあれば、交流中性点Npの電位とUPSニュートラル(例えば、ニュートラル312)との差を主な原因とするために、ステージ532で調整される。しかし、設定点が、最大設定点を超える場合、調整は、例えば、ステージ530で設定点になされる。従って、ステージ526で求められた設定点が、最大を超える場合、調整された設定点(ステージ530で生成された)は、次いで、さらにステージ532で調整されて、ニュートラル電位の任意の差を主な原因とする。
62から制御システム点364に伝えられた信号が取り消されなければ、第3のレギュレータ348の出力357で生成された信号は0でない。第3のレギュレータ348の0でない出力は、制御システム点380で基準波形発生器344の出力と合わせられる望まれない基準信号をもたらす。この合わせられた信号は、昇圧回路(例えば、315A、315B)の電流需要において望まれない調整をもたらす。
テム395の不安定性を修正するために、第2の直流バス(例えば、負の直流バス)に一時的に供給されるように、UPSのインバータ回路の動作を修正するために使用される。このアプローチは、UPSに含まれるニュートラルクランプのスイッチトランジスタの切り替えを制御することにより達成される。特に、比較的短いターンオフ間隔は、ニュートラルクランプのスイッチトランジスタの動作に加えられる。1つの実施形態で、ターンオフ間隔が、高電圧を有する直流バスに接続されたスイッチトランジスタのターンオフ後に生じる。トランジスタオフタイムの間、バスの不安定性の大きさに依存して調整されてもよい。さらに、このアプローチは、本明細書に記載した実施形態のうちのいずれとも組み合わせてもよい。
Claims (42)
- 多相交流電源から電力を受け入れるように構成された無停電電源装置であって、
前記多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するようになされ、相導体を含む電力変換回路と、
前記無停電電源装置の出力に接続されたニュートラルと、
前記相導体を前記ニュートラルに接続する複数の入力コンデンサと、
正の直流バス電圧を有する正の直流バスおよび負の直流バス電圧を有する負の直流バスを含む直流システムと、
前記入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するように構成された制御システムとを含む、無停電電源装置。 - 前記制御システムは、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、前記入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項1の無停電電源装置。
- 前記制御システムは、最大許容直流オフセットに少なくとも部分的に基づいて、前記入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項1の無停電電源装置。
- 前記電力変換回路は、前記多相交流電源の1相当たり少なくとも2つのコントローラを含む、請求項1の無停電電源装置。
- 前記電力変換回路は、複数のコントローラを含み、
前記制御システムは、前記複数のコントローラのうちの少なくとも1つのために基準波形を生成する基準波形発生器を含み、
基準波形の振幅は、正の直流バスと負の直流バスとの合わせた大きさに少なくとも部分的に基づく、請求項1の無停電電源装置。 - 正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項5の無停電電源装置。
- 前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項5の無停電電源装置。
- 正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差、および前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差の両方に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項5の無停電電源装置。
- 前記基準波形発生器は、前記各複数のコントローラのために個々の基準波形を生成する、請求項5の無停電電源装置。
- 前記制御システムは、さらに、入力および出力を含む第1のレギュレータを含み、
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に対応する信号は、入力に供給され、
差を解消するために調整に対応する基準信号は、第1のレギュレータの出力で生成される、請求項1の無停電電源装置。 - 前記制御システムは、さらに、入力および出力を含む第2のレギュレータを含み、
第2のレギュレータの入力は、第1のレギュレータの出力と通信し、
信号が、基準信号、および前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に基づいて、第2のレギュレータの出力で生成される、請求項10の無停電電源装置。 - 前記制御要素は、第1のレギュレータの出力に接続され、前記制御要素は、最大基準信号を基準信号と比較し、前記基準信号が、最大基準信号より大きい場合、前記最大基準信号以下の信号が、第2のレギュレータの入力で付与される、請求項11の無停電電源装置。
- 前記制御システムは、さらに、デジタルシグナルプロセッサとメモリとを含み、第1のレギュレータ動作および第2のレギュレータ動作が、メモリに含まれている、請求項11の無停電電源装置。
- 第2のレギュレータの帯域幅は、第1のレギュレータの帯域幅の少なくとも10倍より大きい、請求項11の無停電電源装置。
- 第1のレギュレータおよび第2のレギュレータは、比例積分制御を使用する、請求項11の無停電電源装置。
- 電力変換回路と、ニュートラルと、ニュートラルを含む直流システムとを含む多相無停電電源装置の動作を制御する方法であって、
前記ニュートラルは、前記電力変換回路および前記無停電電源装置の出力に接続されており、
前記方法は、
前記直流システムの不安定性を求める工程と、
前記電力変換回路に含まれる各複数の相導体を前記ニュートラルに接続する入力コンデンサで、直流電圧を制御することにより不安定に対応する工程とを含む、方法。 - 前記求める工程は、正の直流バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差を求める工程を含む、請求項16の方法。
- さらに、前記不安定を解消する工程を含む、請求項16の方法。
- さらに、
正の直流バス電圧と負の直流バス電圧との合わせた大きさに少なくとも部分的に基づいて第1の基準信号を生成する工程と、
正の直流電圧バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差に少なくとも部分的に基づいて第2の基準信号を生成する工程と、
第1の基準信号および第2の基準信号を合わせることにより、第3の基準信号を生成する工程と、
第3の基準信号を使用して、前記電力変換回路の動作を制御する工程とを含む、請求項16の方法。 - さらに、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、第2の基準信号を生成する工程を含む、請求項19の方法。
- 前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差を求める工程は、
前記多相交流電源の瞬間線間電圧を加算し、前記多相交流電源によって付与される回線の量で前記加算の結果を割る工程を含む請求項20の方法。 - 前記電力変換回路は、複数のコントローラを含み、
さらに、
各複数のコントローラのために個々の第1の基準信号を生成する工程と、
各第3の基準信号のために、個々の第1の基準信号のうちの1つを第2の基準信号と合わせることにより、複数の第3の基準信号を生成する工程と、
各複数のコントローラに複数の第3の基準信号のうちの異なる信号を供給する工程とを含む、請求項19の方法。 - 各複数の第3の基準信号は、基準波形である、請求項22の方法。
- さらに、第2の基準信号が最大値より大きいかどうかを求める工程を含む、請求項19の方法。
- さらに、第2の基準信号が最大値を超える場合、第2の基準信号を調整する工程を含む、請求項24の方法。
- 前記無停電電源装置は、入力および出力を有する第1のレギュレータと、入力および出力を有する第2のレギュレータとを含み、
さらに、
正の直流バスの電圧と負の直流バスの電圧との大きさの差に少なくとも部分的に基づいて第1のレギュレータの出力で信号を生成する工程と、
第1のレギュレータの出力で生成された信号を第2のレギュレータの入力と通信する工程と、
第2のレギュレータの出力で第2の基準信号を生成する工程とを含む、請求項19の方法。 - さらに、前記通信する工程の前に、第1のレギュレータの出力で生成された信号を、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に対応する信号と合わせる工程を含む、請求項26の方法。
- さらに、第1のレギュレータの出力で生成された信号が、前記合わせる工程の前に、所定の設定点を超えるかどうかを求める工程を含む、請求項27の方法。
- 多相交流電源から電力を受けるようになされた無停電電源装置であって、
正の直流バス電圧を有する正の直流バスおよび負の直流バス電圧を有する負の直流バスの両方で、前記多相交流電源から供給される電力を直流電力に変換するようになされ、相導体を含む電力変換回路と、
前記無停電電源装置の出力に接続されたニュートラルと、
前記ニュートラルに相導体を接続する複数の入力コンデンサと、
前記複数の入力コンデンサで直流電圧を制御することにより、正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差を制御するための手段とを含む、無停電電源装置。 - 前記制御するための手段は、前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項29の無停電電源装置。
- 前記制御するための手段は、最大許容直流オフセットに少なくとも部分的に基づいて前記複数の入力コンデンサで直流電圧を制御する、請求項29の無停電電源装置。
- 前記電力変換回路は、複数のコントローラを含み、
前記制御するための手段は、前記複数のコントローラのうちの少なくとも1つのために基準波形を生成する基準波形発生器を含み、
基準波形の振幅は、正の直流バスおよび負の直流バスの合わせた大きさに少なくとも部分的に基づく、請求項29の無停電電源装置。 - 正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項32の無停電電源装置。
- 前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項32の無停電電源装置。
- 正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差、および前記ニュートラルの電位と前記交流電源の中性点の電位との差の両方に少なくとも部分的に基づく信号は、基準波形と合わせられる、請求項32の無停電電源装置。
- 前記基準波形発生器は、前記各複数のコントローラのために個々の基準波形を生成する、請求項32の無停電電源装置。
- 前記制御するための手段は、さらに、入力および出力を含む第1のレギュレータを含み、
正の直流バス電圧の大きさと負の直流バス電圧の大きさとの差に対応する信号は、入力に供給され、
差を解消するために調整に対応する基準信号が、第1のレギュレータの出力で生成される、請求項29の無停電電源装置。 - 前記制御するための手段は、さらに、入力および出力を含む第2のレギュレータを含み、
第2のレギュレータの入力は、第1のレギュレータの出力と通信し、
信号が、基準信号、および前記ニュートラルの電位と前記多相交流電源の中性点の電位との差に基づいて、第2のレギュレータの出力で生成される、請求項37の無停電電源装置。 - 前記制御するための手段は、さらに、第1のレギュレータの出力に接続された制御要素を含み、
前記制御要素は、最大基準信号を前記基準信号と比較し、
前記基準信号が最大基準信号より大きい場合、前記最大基準信号以下の信号が、第2のレギュレータの入力で付与される、請求項38の無停電電源装置。 - 前記制御するための手段は、さらに、デジタルシグナルプロセッサと、メモリと、を含み、
第1のレギュレータ動作および第2のレギュレータ動作が、メモリに含まれる、請求項38の無停電電源装置。 - 第2のレギュレータの帯域幅は、第1のレギュレータの帯域幅の少なくとも10倍より大きい、請求項38の無停電電源装置。
- 第1のレギュレータおよび第2のレギュレータは、比例積分制御を使用する、請求項38の無停電電源装置。
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