在不可中斷電源系統(tǒng)中提供增加的故障電流能力的系統(tǒng)和方法
【專利說明】在不可中斷電源系統(tǒng)中提供增加的故障電流能力的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是非臨時(shí)申請(qǐng)并要求了于2014年3月13日提交的關(guān)于“冗余的不可中斷電源系統(tǒng)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/952，543和于2014年3月13日提交的關(guān)于“冗余的不可中斷電源系統(tǒng)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/952，256的優(yōu)先權(quán)，它們的全部?jī)?nèi)容通過引用的方式合并于此。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明的領(lǐng)域一般涉及不可中斷電源，尤其涉及增加環(huán)形總線架構(gòu)中的不可中斷電源的故障電流能力。
[0004]強(qiáng)健的電源系統(tǒng)能夠?qū)㈦娔芴峁┙o一個(gè)或多個(gè)負(fù)載。這種電源系統(tǒng)可以包括發(fā)電，輸電，整流，逆變和轉(zhuǎn)換的組合來為電子的，光學(xué)的，機(jī)械的和/或核的應(yīng)用裝置和負(fù)載提供電能。在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，實(shí)際考慮的包括實(shí)現(xiàn)的成本、尺寸、可靠性和容易性。
[0005]在至少一些已知的電源系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)不可中斷電源(UPS)有助于提供電能至負(fù)載。UPS有助于確保電能持續(xù)地提供至一個(gè)或多個(gè)極重要的負(fù)載，甚至當(dāng)電源系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)組件失效時(shí)。相應(yīng)地，UPS提供冗余的電源。UPS可以被利用在一些應(yīng)用中(例如，公用變電站，化工廠，船舶系統(tǒng)，高安全性系統(tǒng)，醫(yī)院，數(shù)據(jù)和電信中心，半導(dǎo)體制造基地，核電站，等)。而且，UPS可以被利用在高，中或低電源應(yīng)用中。例如，UPS可以在相對(duì)小的電源系統(tǒng)中使用(如，娛樂或消費(fèi)系統(tǒng))或微系統(tǒng)(如，基于芯片的系統(tǒng))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一方面，提供一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括環(huán)形總線，至少一個(gè)電壓源，和電耦合在該至少一個(gè)電壓源和該環(huán)形總線之間的多個(gè)不可中斷電源(UPS)，其中多個(gè)UPS中的至少一個(gè)UPS包括輸入端，輸出端，具有整流器輸入端和整流器輸出端的整流器，具有逆變器輸入端和逆變器輸出端的逆變器，其中該整流器輸出端電耦合至該逆變器輸入端，和電耦合在該整流器輸入端和該逆變器輸出端之間的旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)被配置為響應(yīng)于該環(huán)形總線上的故障的檢測(cè)而閉合。
[0007]另一方面，提供一種在環(huán)形總線系統(tǒng)中使用的不可中斷電源(UPS)。該UPS包括被配置為電耦合至電壓源的輸入端，被配置為電耦合至環(huán)形總線的輸出端，包括整流器輸入端和整流器輸出端的整流器，包括逆變器輸入端和逆變器輸出端的逆變器，和電耦合在所述整流器輸入端和所述逆變器輸出端之間的旁路開關(guān)，其中，所述整流器輸出端電耦合至所述逆變器輸入端，所述旁路開關(guān)被配置為響應(yīng)于所述環(huán)形總線上的故障的檢測(cè)而閉合。
[0008]另一方面，提供一種用于在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生故障電流的方法。該電源系統(tǒng)包括環(huán)形總線，至少一個(gè)電壓源，和電耦合在該至少一個(gè)電壓源和該環(huán)形總線之間的多個(gè)不可中斷電源(UPS)，其中多個(gè)UPS中的至少一個(gè)UPS包括輸入端，輸出端，包含整流器輸入端和整流器輸出端的整流器，包含逆變器輸入端和逆變器輸出端的逆變器，其中該整流器輸出端電耦合至該逆變器輸入端，和電耦合在該整流器輸入端和該逆變器輸出端之間的旁路開關(guān)，該旁路開關(guān)被配置為響應(yīng)檢測(cè)該環(huán)形總線上的故障而閉合。該方法包括檢測(cè)該環(huán)形總線上的故障，和響應(yīng)于檢測(cè)故障而閉合該旁路開關(guān)。
[0009]提供一種系統(tǒng)，包括:
[0010]環(huán)形總線；
[0011]至少一個(gè)電壓源；和
[0012]多個(gè)不可中斷電源(UPS)，電耦合在所述至少一個(gè)電壓源和所述環(huán)形總線之間，其中所述多個(gè)UPS的至少一個(gè)UPS包括:
[0013]輸入端；
[0014]輸出端；
[0015]包括整流器輸入端和整流器輸出端的整流器；
[0016]包括逆變器輸入端和逆變器輸出端的逆變器，其中所述整流器輸出端電耦合至所述逆變器輸入端；和
[0017]旁路開關(guān)，電耦合在所述整流器輸入端和所述逆變器輸出端之間，所述旁路開關(guān)配置為響應(yīng)于所述環(huán)形總線上的故障的檢測(cè)而閉合。
[0018]按照實(shí)施例1的系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，該控制器通信地耦合至所述至少一個(gè)UPS并且配置為:
[0019]檢測(cè)該故障；和
[0020]在檢測(cè)到該故障時(shí)命令該旁路開關(guān)閉合。
[0021]按照實(shí)施例2的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)UPS進(jìn)一步包括斷開開關(guān)，該斷開開關(guān)電耦合在所述UPS輸入端和所述整流器輸入端之間，所述斷開開關(guān)被配置為響應(yīng)于該故障的檢測(cè)而斷開。
[0022]按照實(shí)施例3的系統(tǒng)，其中所述控制器進(jìn)一步被配置為在檢測(cè)到該故障時(shí)命令斷開開關(guān)斷開。
[0023]按照實(shí)施例4的系統(tǒng)，其中所述斷開開關(guān)包括晶閘管。
[0024]按照實(shí)施例5的系統(tǒng)，其中所述控制器進(jìn)一步被配置為在檢測(cè)該故障時(shí)改變用于所述整流器的參考電壓的符號(hào)。
[0025]按照實(shí)施例3的系統(tǒng)，其中所述斷開開關(guān)包括絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)和集成柵極換流晶閘管開關(guān)中的一個(gè)。
[0026]提供一種用于環(huán)形總線系統(tǒng)中的不可中斷電源(UPS)，所述UPS包括:
[0027]輸入端，配置為電耦合至電壓源；
[0028]輸出端，配置為電耦合至環(huán)形總線；
[0029]整流器，包括整流器輸入端和整流器輸出端；
[0030]逆變器，包括逆變器輸入端和逆變器輸出端，其中所述整流器輸出端電耦合至所述逆變器輸入端；和
[0031]旁路開關(guān)，電耦合在所述整流器輸出端和所述逆變器輸出端之間，所述旁路開關(guān)被配置為響應(yīng)于該環(huán)形總線上的故障的檢測(cè)而閉合。
[0032]按照實(shí)施例8的UPS，其中所述旁路開關(guān)被配置為響應(yīng)于接收來自檢測(cè)故障的控制器的旁路命令而閉合。
[0033]按照實(shí)施例9的UPS，所述UPS進(jìn)一步包括斷開開關(guān)，電耦合在所述UPS輸入端和所述整流器輸入端之間，所述斷開開關(guān)配置為響應(yīng)于該故障的檢測(cè)而斷開。
[0034]按照實(shí)施例10的UPS，其中斷開開關(guān)被配置為響應(yīng)于接收來自控制器的斷開指令而斷開。
[0035]按照實(shí)施例11的UPS，其中所述斷開開關(guān)包括晶閘管。
[0036]按照實(shí)施例11的UPS，其中所述斷開開關(guān)包括絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)和集成柵極換流晶閘管開關(guān)中的一個(gè)。
[0037]提供一種用于在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生故障電流的方法，該電源系統(tǒng)包括環(huán)形總線，至少一個(gè)電壓源，和電耦合在該至少一個(gè)電壓源和該環(huán)形總線之間的多個(gè)不可中斷電源(UPS)，其中該多個(gè)UPS中的至少一個(gè)UPS包括輸入端，輸出端，包含整流器輸入端和整流器輸出端的整流器，包含逆變器輸入端和逆變器輸出端的逆變器，其中該整流器輸出端電耦合至逆變器輸入端，和電耦合在該整流器輸入端和該逆變器輸出端之間的旁路開關(guān)，所述方法包括:
[0038]檢測(cè)該環(huán)形總線上的故障；和
[0039]響應(yīng)于檢測(cè)該故障而閉合該旁路開關(guān)。
[0040]按照實(shí)施例14的方法，其中檢測(cè)故障包括利用通信地耦合至該至少一個(gè)UPS的控制器檢測(cè)故障。
[0041]按照實(shí)施例15的方法，其中閉合該旁路開關(guān)包括從該控制器發(fā)送旁路命令至該至少一個(gè)UPS。
[0042]按照實(shí)施例16的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于檢測(cè)故障而斷開電耦合在該UPS輸入端和該整流器輸入端之間的斷開開關(guān)。
[0043]按照實(shí)施例17的方法，其中斷開切斷開關(guān)包括斷開具有晶閘管的斷開開關(guān)。
[0044]按照實(shí)施例18的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于檢測(cè)該故障而改變用于該整流器的參考電壓的符號(hào)。
[0045]按照實(shí)施例17的方法，其中斷開斷開開關(guān)包括斷開具有絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)和集成柵極換流晶閘管開關(guān)中之一的斷開開關(guān)。
【附圖說明】
[0046]圖1是示范性環(huán)形總線架構(gòu)的示意圖。
[0047]圖2是示范性單相電壓源兩電平逆變器的電路圖。
[0048]圖3是示范性單相電壓源三電平逆變器的電路圖。
[0049]圖4是單相逆變器的簡(jiǎn)化電路圖。
[0050]圖5是描述故障電流的行為的曲線圖。
[0051]圖6是耦合至電壓源的示范性UPS的示意圖。
[0052]圖7是包括斷開開關(guān)和耦合至電壓源的示范性UPS的示意圖。
[0053]圖8是描述圖7中所示的該UPS的整流器的性能的曲線圖。
[0054]圖9A-9C是描述圖7中所示的UPS的工作的示意圖。
[0055]圖10是圖7中所示的UPS的電路圖。
[0056]圖11是圖7中所示的UPS的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]本文描述的該系統(tǒng)和方法有助于在環(huán)形總線系統(tǒng)中增加UPS的故障電流能力。這允許減少環(huán)形總線系統(tǒng)中的扼流圈尺寸。本文中描述的系統(tǒng)和方法還提供了至少一些附屬優(yōu)點(diǎn)，包括關(guān)于靜態(tài)UPS環(huán)形總線系統(tǒng)的成本，可行性和相應(yīng)地生存力的改善。
[0058]本文描述了不可中斷電源系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。該多個(gè)不可中斷電源設(shè)置成環(huán)形總線架構(gòu)和配置為提供電能至至少一個(gè)負(fù)載。一個(gè)或多個(gè)控制裝置通信地耦合至多個(gè)不可中斷電源。該控制裝置計(jì)算用于多個(gè)不可中斷電源的每一個(gè)的輸出電壓頻率，和控制不可中斷電源使得每個(gè)不可中斷電源工作在其各自的計(jì)算頻率下以提供電能至該至少一個(gè)負(fù)載。尤其，許多UPS的工作頻率在暫態(tài)條件下不同(如，跟隨一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的變化)