[发明专利]三相大功率UPS

说明书

发明背景

包括电压转换器的不间断电源(UPS)是许多诸如用于数据中心中的计算机和服务器的电源系统的电气系统的基本部件。UPS可以与许多包括单相连接和3相连接的典型的功率系统一起使用，以及可以与低功率系统(例如，家用计算机)和高功率系统(例如，大的数据中心或处理设备)一起使用。高功率系统通常使用三相功率连接(例如，X、Y和Z相)。三相UPS电压转换器通常被用于向三相负载提供三相AC功率，以将三相AC电压从一个电平转换成另一电平，以及在电源故障的情况下向负载提供三相电源。到三相UPS电压转换器的输入连接和输出连接通常是三个端子的连接或四个端子的连接，用于三相电源连接的每一相的一个连接和可选的中性连接。电池也通常被耦合到UPS电压转换器并被用于储存能量以在电源故障的情况下使用。

典型的大功率(例如，超过100kV)UPS使用3×400V(在欧洲)或3×480V(在美国)的标称AC输入电压操作。无变压器的UPS可以用±450V的内部DC母线电压操作。在这样的配置中，包含在UPS中的组件由于与体积大的绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块的杂散电感相关的大的电压过冲被优选额定为至少1200V操作。然而，1200V组件的使用通常导致增加的传导损耗和切换损耗，从而降低效率。

发明概述

根据一个方面，本发明的实施方式提供了功率转换器电路，其包括输入端、多条DC母线、第一功率转换器和第二功率转换器，输入端包括多条输入线，每条输入线被配置成耦合到具有正弦波形的多相AC电源的一相；多条DC母线包括具有第一标称DC电压的第一正DC母线、具有第二标称DC电压的第二正DC母线、具有第三标称DC电压的第一负DC母线和具有第四标称DC电压的第二负DC母线；第一功率转换器被耦合到输入端并被配置成在正弦波形的第一正区域和正弦波形的第一负区域期间从多相AC电源向多条DC母线供电；以及第二功率转换器被耦合到输入端并被配置成在正弦波形的第二正区域和正弦波形的第二负区域期间从多相AC电源向多条DC母线中的至少一些供电。

根据一种实施方式，第一正区域包括在正弦波形的峰值正振幅的相位角周围的区域中的正弦波形的相位角，第一负区域包括在正弦波形的峰值负振幅的相位角周围的区域中的正弦波形的相位角，以及第二正区域和第二负区域包括在正弦波形的零交叉周围的区域中的正弦波形的相位角。

根据另一方面，本发明的实施方式提供了一种从UPS提供AC输出功率的方法，UPS包括多相AC输入端、多条DC母线、功率转换器电路，多条DC母线包括第一正DC母线、第二正DC母线、第一负DC母线和第二负DC母线，功率转换器电路包括第一功率转换器和第二功率转换器，每个功率转换器被耦合到AC输入端和多条DC母线中的至少一条。根据一些实施方式，所述方法包括以下步骤：在从多相AC输入端提供的正弦波形的第一正区域期间和在正弦波形的第一负区域期间，从多相AC输入端向第一功率转换器的输入端供电以及从第一功率转换器的输出端向多条DC母线提供功率；在从正弦波形的第二正区域期间和在正弦波形的第二负区域期间，从多相AC输入端向第二功率转换器的输入端供电以及从第二功率转换器的输出端向多条DC母线中的至少一些提供功率；以及将从多条DC母线供应的功率转换成在UPS的AC输出端提供的AC输出功率。

根据另外的方面，本发明的实施方式提供了一种从UPS提供AC输出功率的方法，UPS包括AC输入端、耦合到AC输入端的第一功率转换器、耦合到AC输入端的第二功率转换器、DC电源和DC母线。根据一些实施方式，所述方法包括以下步骤：在UPS的第一工作状态，从AC输入端向第一功率转换器的输入端供电并从第一功率转换器的输出端向DC母线提供功率；在UPS的第一工作状态和UPS的第二工作状态中的每个状态，从AC输入端向第二功率转换器的输入端供电并从第二功率转换器的输出端向DC母线提供功率；在UPS的第二工作状态，从所述DC电源向第一功率转换器的输入端供电并从第一功率转换器的输出端向DC母线提供功率；以及在第一工作状态和第二工作状态的每个状态，将从DC母线供应的功率转换成在UPS的AC输出端提供的AC输出功率。