[发明专利]控制UPS操作的系统和方法

说明书

发明领域

本发明的实施方案一般地涉及不间断电源(“UPS”)。更明确地说，至少一个实施方案涉及用来控制UPS的DC总线电压的系统和方法。

现有技术

因为电力系统本质上是动态的，所以与功率变换电路一起使用的控制系统通常对电力系统的变化作出响应。不同的方法可能用来处理各种不同类型的变化，举例来说，瞬时的或稳定的状态变化、电压和/或电流的改变、连接负荷的改变、前述例子的组合，等等。

今天，功率变换电路的功率因数校正(即，功率变换电路所用的电流和电压之间的相位关系)是重要的设计考虑。在实践中，功率因数能通过减少功率变换电路在操作期间产生的谐波得到改善。然而，通常为减少谐波设计功率变换电路必须使用响应时间相对缓慢的电压控制回路。缓慢的响应时间导致差的瞬态响应，包括对名义电压较宽的偏离，举例来说，DC总线电压的较大的上冲和下冲。因此，电路设计者尝试在符合可适用的谐波标准的要求的同时提供有可接受的功率因数控制和可接受的动态响应的系统。

在单相UPS的情况下，设计者通常提供频率响应相对缓慢(适当地在AC输入的线路频率以下)的控制方案(例如，DC电压回路控制)以满足谐波标准。换句话说，使用将DC总线电压与设定点进行比较并且基于实测的DC总线电压和设定点之间的误差进行调整的反馈控制系统。包含在这种方法之中的设计权衡的结果是DC总线电压有相对差的瞬态响应。的时候，这种差的短暂方式能随着DC总线电压改变(举例来说，响应UPS输出的载荷改变)在DC总线上造成大的过电压和电压不足。

使用DC链路或总线的其它功率变换应用也面临控制动态系统(举例来说，开关模式电源、电压调节器和电机驱动器)的DC总线的瞬态响应的需求。一些解决上述的单相功率因数控制问题的更新近的方法是“陷波滤波器法”和“死区数字控制法”。这两种方法在UPS应用中都不是令人满意的。举例来说，陷波滤波器法最适合于发现实质上固定的线路频率的情况。因为这个理由，陷波滤波器法是不实用的，因为许多UPS应用不在满足上述要求的环境中操作。“死区”法对于许多UPS应用是不适当的，因为它不适合用DC总线给与非线性负荷(例如，计算机负荷)连接的逆变器供电的系统。

一些之前的电机控制系统已经使用前馈方案，在该方案中将功率变换电路输出端的平均功率用于调节DC总线电压。然而，这些方法被用于三相电机控制，其中瞬时负荷功率之和趋于零，因为电机提供平衡的多相线性负荷。

发明内容

至少本发明的一个方面提供一种用于功率变换电路动态控制DC总线电压的有效方法。依照一个实施方案，关于用功率变换电路供电的负荷的改变的数据用来控制DC总线电压的瞬态响应。在进一步的实施方案中，累积第一周期期间实测的瞬时负荷功率和第二周期期间实测的瞬时功率之间的差异，并且基于该累积差异控制DC总线的电压。依照一个实施方案，前述的方法被用于单相系统。在进一步的实施方案中，前述的方法被用于控制有单相AC输入的UPS的DC总线电压的瞬态响应。依照一个实施方案，该方法提供远远少于一个周期的DC总线电压的瞬态响应时间。在另一个实施方案中，DC总线电压的瞬态响应时间实质上等于半周期。在进一步的实施方案中，DC总线电压的瞬态响应时间是远远少于半周期。因此，至少本发明的一个方面能减少电压“漂移”(即，上冲和下冲)。在一个实施方案中，包含在功率变换电路之中的大功率电子器件的电等级能被减少，因为峰值电压有所减少，举例来说，与DC总线连接的器件的电压等级可能有所减少。

依照一个方面，本发明提供控制包含在不间断电源之中的DC总线的电压的方法。该UPS包括与DC总线和AC输出端耦合的功率因数控制电路。该方法包括下列行为：确定在第一时间供应给AC输出端的瞬时功率和在第二时间供应给AC输出端的瞬时功率之间差异以及至少部分地基于该差异为调整DC总线的电压而调整功率因数控制电路的操作。在一个实施方案中，该方法包括控制UPS的单相AC输入的功率因数的行为。在另一个实施方案中，该方法包括确定在AC输出端提供的瞬时功率的累积差异的行为。在进一步的实施方案中，该方法包括把累积差异提供给功率因数控制电路的行为。在更进一步的实施方案中，该方法包括将累积差异与预定的阈值进行比较的行为。在另一个实施方案中，该方法包括当累积差异超过预定阈值的时候通过调整功率因数控制电路的操作调整DC总线电压的行为。