[发明专利]具有快速整流器控制和提高的电池寿命的干净输入UPS

说明书

技术领域

本发明涉及不间断电源，特别涉及对不间断电源的有源整流器的控 制。

背景技术

在不间断电源(UPS)系统内实施的电池通常遭受着可能影响与系 统有关的电池的寿命的纹波电流和快速放电脉冲。在不平衡负载的条件 下，输出逆变器汲取来自直流(dc)链的两倍的市电频率以及由整流器 和电池所产生的振荡电流。标准的整流器只能提供该振荡电流的平均 值，因此必须从电池汲取纹波电流，从而影响电池的寿命。如果当时 UPS负载不平衡，则相关联的有功功率不是恒定的。在这种情况下，有 可能存在两种极端操作条件。第一种操作条件需要从公用电源(utility) 汲取恒定的有功功率，从而导致以在电池上产生高电流纹波的代价来获 得正弦电流。第二种操作条件需要从该公用电源汲取振荡的有功功率， 并且因此获得非正弦电流，其中该操作是在不汲取任何电池电流的情况 下被理想地实施的。

按照常规，已经把六个或十二个脉冲晶闸管整流器(有时与无源滤 波器相结合)用作不间断电源(UPS)的输入端。然而，使用这些特定 的拓扑结构不可能获得解决上述问题所需的快速电流控制。目前，利用 更多现代的电源拓扑结构来实现可以以高功率因数从市电汲取正弦电 流的干净(clean)输入的UPS。典型的前端变换器包括电流或电压源整 流器，这些常常被称作IGBT整流器。这些变换器使得有可能达到进行 电流控制操作所需的带宽。然而，为了利用这种快速电流控制以便解决 所述问题，即增加电池寿命并获得非常严格的dc链电压控制，需要附 加的控制量。

发明内容

本发明涉及对不间断电源的有源整流器的控制。更具体而言，本发 明的多个方面包括一种有源整流器控制系统，其被配置成增强用于为负 载服务的不间断电源(UPS)系统的响应控制性能，该有源整流器控制 系统提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流(dc)链 电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率。该控制系统包括前馈 电压控制器，该前馈电压控制器包括比例积分(PI)控制器部件和前馈 电流确定部件，该PI控制器部件被配置成响应于dc电压参考和dc电压 输入值来确定电压误差参考电流值，该前馈电流确定部件被配置成响应 于有功电流输入值来确定前馈电流值。

该控制系统还包括变量限制部件和电流控制部件，该变量限制部件 被配置成响应于dc参考输入值来确定受限参考电流值，该电流控制部 件被配置成从该变量限制部件接收所确定的受限参考电流值，其中使用 所确定的受限参考电流值来作为低电平电流控制器的参考值。

本发明的更多方面涉及一种有源整流器控制系统的方法，其用于增 强为负载服务的不间断电源(UPS)系统的响应控制性能，该方法包括： 确定有功功率负载值，将有功功率负载值除以dc电压值以便确定有功 电流输入值，确定前馈电流值，以及确定电压误差参考电流值。该方法 还包括：根据电压误差参考电流值与前馈电流值的总和来确定dc参考 输入值，将dc参考输入值提供给变量限制部件，其中该变量限制部件 被配置成利用dc参考输入值来计算受限参考电流值，并将受限参考电 流值提供给电流控制部件。

附加的特征和优点通过本发明的技术来实现。

附图说明

在本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且清楚地要求保护 被视为本发明的主题。根据以下结合附图所做出的详细描述，本发明的 前述和其它目的、特征和优点是显而易见的，其中：

图1是示出可以在本发明各实施例内被实施的电流源整流器的各方 面的图；

图2是示出图1的电流源整流器的AC分量的两相表示的图；

图3是详述可以在本发明各实施例内被实施的前馈电压控制器的各 方面的图；

图4是示出在平衡线性负载的情况下的有功功率分配的图；

图5是示出在不平衡线性负载的情况下的有功功率分配的图；

图6是示出具有K＝1的可变参数的不平衡线性负载的屏幕截图；

图7是示出具有K＝0的可变参数的不平衡线性负载的屏幕截图。

该详细描述参考附图通过例子解释了本发明各优选实施例以及优 点和特征。

具体实施方式

下面详细描述了本发明的一个或多个示例性实施例。所公开的各实 施例打算仅仅是说明性的，因为其中的众多修改和变化对于本领域技术 人员而言将是显而易见的。