三線無變壓器ups系統(tǒng)以及控制以減小共模電流的方法
【專利說明】三線無變壓器UPS系統(tǒng)以及控制以減小共模電流的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年2月26日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/944，619的權(quán)益。此申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用合并到本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及無變壓器不間斷供電系統(tǒng)以及用于控制它以減小共模電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]這部分提供并非必定是現(xiàn)有技術(shù)的與本公開相關(guān)的背景信息。
[0005]三線無變壓器不間斷供電(“UPS”)系統(tǒng)是3根線都通高壓且不具有輸入變壓器和輸出變壓器的3相系統(tǒng)。這種類型的UPS系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)成使得它的DC總線上的DC電壓盡可能低以使得可以使用較低成本的半導(dǎo)體器件和濾波電容器。然而此選擇如本領(lǐng)域中已知的，要求:用于控制UPS系統(tǒng)的逆變器的這種類型的脈沖寬度調(diào)制(“PWM”)控制包括共模電壓注入以使得逆變器在它的輸出端產(chǎn)生期望的峰值A(chǔ)C輸出線間電壓。
[0006]在工作的正常線上模式期間(當(dāng)逆變器不與旁路電源并聯(lián)時(shí))，通過負(fù)載或公共設(shè)施看不到共模電壓。然而，在利用整流器和旁路單獨(dú)電源的三線無變壓器UPS系統(tǒng)中，當(dāng)UPS的逆變器與旁路電源并聯(lián)時(shí)，此共模電壓可以驅(qū)動(dòng)共模電流。此共模電流在整流器電源與旁路電源不同步的情況下變大。為了減輕這個(gè)問題，在整流器電源與整流器之間插入減小共模電流的共模扼流圈。此共模扼流圈基本上是昂貴、占據(jù)很大空間且非常重的電感器。
[0007]圖1是整流器和旁路開關(guān)耦接至的電源是單獨(dú)電源的典型現(xiàn)有技術(shù)三線無變壓器雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)100的基本框圖。UPS系統(tǒng)100包括共模扼流圈102、整流器輸入電感器104、整流器輸入電容器106、三相整流器108、DC總線110、三相逆變器112、逆變器輸出電感器114、逆變器輸出電容器116、電池(未示出)、旁路開關(guān)120、以及控制模塊122。DC總線110是高端軌124、中點(diǎn)軌126和低端軌128耦接至整流器108的相應(yīng)電能輸出端和逆變器112的電能輸入端的分離DC總線。整流器108的輸入端130通過整流器輸入電感器104和共模扼流圈102耦接至整流器電源132。整流器輸入電容器106耦接在共模扼流圈102和整流器輸入電感器104的接點(diǎn)與公共端134 (在地附近浮動(dòng)而不是直接連接至地)之間。逆變器112的輸出端133通過逆變器輸出電感器114借由過電流保護(hù)器件136(如，熔斷器)耦接至負(fù)載138。逆變器輸出電容器116耦接在逆變器輸出電感器114和過電流保護(hù)器件136的接點(diǎn)與公共端134之間。控制模塊122耦接至旁路開關(guān)120、整流器108和逆變器112。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些電源并非UPS系統(tǒng)100的一部分而通常是諸如來自公共設(shè)施的電能饋送。
[0008]圖2是更詳細(xì)示出了 UPS系統(tǒng)100的雙轉(zhuǎn)換部分的基本示意圖。如可以從圖2看到的，三個(gè)相(A、B和C)中的每個(gè)相包括各自的共模扼流圈102(標(biāo)記為102a、102b、102c)、各自的整流器輸入電感器104 (標(biāo)記為104A、104B、104e)、各自的整流器輸入電容器106 (標(biāo)記為106a、106b、106c)、各自的逆變器輸出電感器114 (標(biāo)記為114A、114B、114c)、各自的逆變器輸出電容器116(標(biāo)記為116A、116B、116c)以及過電流保護(hù)器件136 (標(biāo)記為136A、136B、136)。將三相整流器108的三個(gè)相標(biāo)記為108A、108B、108C并且將三相逆變器112的三個(gè)相標(biāo)記為112Α、112Β、112ε。每個(gè)整流器相的各自輸入端130 (標(biāo)記為130Α、130Β、130ε)耦接至整流器電源132的各自相(標(biāo)記為132a、132b、132c)。包括高端軌124、中點(diǎn)軌126以及低端軌128的DC總線110是三個(gè)相的公共DC總線。
[0009]當(dāng)UPS系統(tǒng)100正在雙轉(zhuǎn)換模式中工作時(shí)，整流器108將來自整流器電源132的輸入AC電能轉(zhuǎn)換成DC總線110上的直流(“DC”)電能。逆變器112將DC總線110上的DC電能轉(zhuǎn)換成隨后供給到負(fù)載138的AC輸出電能。在一些情況下，UPS系統(tǒng)100切換成將旁路開關(guān)120閉合的旁路模式。AC電能隨后直接從旁路電源140流動(dòng)到負(fù)載138。UPS系統(tǒng)100可以在雙轉(zhuǎn)換電能流動(dòng)路徑中UPS系統(tǒng)100的部件(如，整流器108或逆變器112)故障時(shí)、或者在來自旁路電源140的AC電能的量足夠而可以使用它在不通過雙轉(zhuǎn)換路徑調(diào)節(jié)的情況下直接對(duì)負(fù)載138供電時(shí)切換成旁路模式。應(yīng)當(dāng)理解的是，電源132、140不是UPS系統(tǒng)100的一部分而通常是諸如來自公共設(shè)施的電能饋送。
[0010]控制模塊122控制整流器108、逆變器112、以及旁路開關(guān)120?？刂颇K122監(jiān)測(cè)輸入和輸出電壓和電流并且控制整流器108以對(duì)電池(未示出)充電和對(duì)包括DC總線電壓的DC電能進(jìn)行穩(wěn)壓并且還控制逆變器112對(duì)包括AC電壓的AC輸出電能進(jìn)行穩(wěn)壓。
[0011 ] 通過調(diào)制逆變器112輸出脈沖寬度的控制模塊122生成UPS系統(tǒng)100的輸出電壓。它通常通過以期望的調(diào)制脈沖寬度切換逆變器112的功率半導(dǎo)體(圖2)來這樣做。
[0012]在正常工作條件下逆變器112使輸出電壓與旁路電源140的電壓同步。由于整流器電源和旁路電源是不同的電源，所以逆變器112和整流器108不會(huì)同步。在逆變器112與整流器108不同步的情況下，當(dāng)逆變器112與旁路電源140并聯(lián)時(shí)，將存在由于用于控制在控制模塊122中實(shí)施的逆變器112的PffM方法而引起的共模電流。在圖1中，由虛線142標(biāo)記共模電流路徑。由實(shí)線144標(biāo)記當(dāng)UPS系統(tǒng)100處于旁路模式時(shí)的負(fù)載電流路徑。
[0013]為了限制此共模電流，在共模電流路徑中插入共模扼流圈102。共模扼流圈的尺寸和重量取決于UPS的額定功率。例如，800kVA UPS的共模扼流圈的體積可以是3500立方英寸并且重量在500鎊以上。大量的重量在于可以耗費(fèi)多達(dá)2500美元的銅繞組和鐵心中的層壓鋼。所以如果可以去除此共模扼流圈，則UPS會(huì)耗費(fèi)較少并且封裝較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]此部分提供了本公開的總體概述，并且不是它的全部范圍或它的所有特征的全面公開。
[0015]根據(jù)本公開的一方面，通過根據(jù)逆變器是否與旁路源并聯(lián)而使用不同類型的PffM控制來去除使用不同整流器電源和旁路電源的三線無變壓器UPS系統(tǒng)中的共模扼流圈。當(dāng)逆變器與旁路電源并聯(lián)時(shí)，使用無共模電壓注入的PWM類型。當(dāng)逆變器未與旁路電源并聯(lián)時(shí)，使用有共模電壓注入的PWM控制類型。在一方面中，無共模電壓注入的PWM控制是正弦三角PWM，有共模電壓注入的PWM控制是空間矢量PWM。
[0016]根據(jù)本公開的一方面，在不需要高成本磁部件的情況下當(dāng)三線無變壓器UPS的逆變器與旁路電源并聯(lián)地工作時(shí)減小不期望的循環(huán)電流。
[0017]根據(jù)本文中提供的描述，可應(yīng)用性的進(jìn)一步方面將變得明顯。此
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體實(shí)例僅意在示例的目的以及并非意在限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0018]本文中描述的附圖僅用于所選擇實(shí)施方式的示例性目的和并非所有可能的實(shí)施，而且并非意在限制本公開的范圍。
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)三線無變壓器雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)的基本框圖；
[0020]圖2是圖1的UPS系統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)換部分的基本示意；
[0021 ] 圖3是正弦三角PffM控制和空間矢量PffM控制的示例；
[0022]圖4是示出了正弦三角PffM控制和空間矢量PWM控制的等效線間電壓的示例；
[0023]圖5是示出了用空間矢量PffM控制還用正弦三角PWM控制的循環(huán)共模電流的示波器軌跡；以及<