专利名称：用于逆变器的过电压保护的方法和装置的制作方法
用于逆变器的过电压保护的方法和装置发明背景 1.发明领域本发明大体上涉及逆变器。更具体地，本发明的至少一种实施方式涉及用于提高逆变器的性能以及用于为逆变器的组件提供保护的方法和装置。2.相关技术的讨论逆变器被用在各种不同的功率系统中。例如，逆变器通常被用在不间断电源(UPS) 中以为敏感和/或临界负载例如计算机系统和其它数据处理系统提供调节的不间断功率。 在至少一种类型的UPS中，逆变器具有电池操作状态和充电器操作状态。当由主AC输入提供到负载的交流(AC)功率不能支持负载时，进入电池操作状态。在电池操作状态中，逆变器将来自电池的直流(DC)功率转换成AC功率，并将AC功率提供到负载。在主AC输入能够支持负载时，逆变器进入充电器操作状态。在充电器操作状态中，逆变器将来自主AC输入的AC功率转换成DC功率并将DC功率提供到备用电池以给电池充电。在单相逆变器被使用的某些功率系统中，负载可被连接到多个不同的相线和中性线。这样的系统的实例在
图1中示出。在所示实例中，功率系统100包括具有公共中性线 102的三相电源系统、三个电力线/三相104、耦合到三相104和中性线102的多个负载106、 以及耦合到三相104之一和中性线102的逆变器110。在一些情况下，可能中性线102或相104之一可能例如由于烧断的保险丝或其它状况而出故障。例如，点108示出在中性线 102上的故障或断路状况。在中性线102(或相104之一)中的故障可造成在功率系统100 的负载中的不均衡——一种被称为动态负载的状况，其使不可预测的电压被提供到逆变器 110以及多个负载106连接到电力线。特别是，到逆变器110的输入电压可能不可预测地下降或上升，使逆变器出现故障。
发明概要在功率系统例如图1所示的功率系统中的不稳定的电弧放电或断开的中性线—— 被称为“中性解除(neutral lifting) ”的一种条件——可造成输入线电压的不受控制的和不可预测的下降和上升，导致逆变器的故障。因此，方面和实施方式目的在于通过在高压线被检测以防止高电流损坏时使逆变器与电力线隔离并通过在中性解除被质疑以防止状态悬停时暂停逆变器的状态改变来保护逆变器免受归因于与中性解除相关的问题的永久故障的方法和装置，如在下面更详细地讨论的。在一方面，本发明以控制在不间断电源系统中的逆变器的方法为特征，逆变器选择性地耦合到电力线并包括输入以从电力线接收输入电压。该方法可包括行为监控输入电压，基于监控的行为而检测输入电压超过预先确定的高阈值，响应于检测到输入电压超过预先确定的高阈值而使逆变器与电力线隔离，确定中性解除条件是否存在于电力线上， 如果中性解除条件存在，则指示逆变器在故障状态中，以及如果中性解除条件不存在，则将逆变器重新连接到电力线。
根据一种实施方式，确定中性解除条件是否存在的行为包括基于监控电压的行为来确定中性解除条件在电力线上被质疑，以及响应于中性解除条件被质疑而暂停在逆变器中的状态改变。在一个实例中，确定中性解除条件被质疑的行为包括确定输入电压在输入电压超过预先确定的高阈值之后的第一时间段内满足第一预先确定的条件，以及响应于输入电压在第一时间段内满足第一预先确定的条件而指示逆变器在中性解除质疑状态 (neutral lifting suspected state)中。确定输入电压满足第一预先确定的条件可包括检测到输入电压在第一时间段内从大于高电压阈值的值转换为小于高电压阈值的值并返回到大于高电压阈值的值。在另一实施方式中，方法还可包括响应于检测到输入电压超过预先确定的高阈值而启动第一计时器，以规定第一预先确定的时间段。启动第一计时器可包括启动可再触发计时器。在一个实例中，方法还包括响应于下列条件的至少一个而使可再触发计时器复位 输入电压从大于高电压阈值的值转换为小于高电压阈值的值，输入电压从小于高电压阈值的值转换为大于高电压阈值的值，输入电压从大于低电压阈值的值转换为小于低电压阈值的值，以及输入电压从小于低电压阈值的值转换为大于低电压阈值的值。在另一实例中，启动第一计时器可包括启动20秒计时器以将第一时间段规定为从输入电压超过预先确定的高阈值时起的20秒。根据另一实例，指示逆变器在中性解除质疑状态中可包括设置中性解除质疑标志。确定中性解除条件是否存在还可包括确定逆变器在指示中性解除条件被质疑的行为之后的第二时间段内满足第二预先确定的条件，以及响应于逆变器在第二时间段内满足第二预先确定的条件而指示中性解除条件被确认。在另一实例中，指示中性解除条件被确认包括设置中性解除故障标志。确定逆变器满足第二预先确定的条件可包括检测到逆变器在第二时间段的持续时间内保持在中性解除质疑状态中。根据另一实例，方法还可包括响应于指示逆变器在中性解除质疑状态中而启动第二计时器，以规定第二时间段。启动第二计时器可包括启动30秒不可再触发计时器以将第二时间段规定为从中性解除条件被质疑时起的30秒。在另一方面，本发明以控制在不间断电源系统中的逆变器的方法为特征，逆变器选择性地耦合到电力线并包括输入以从电力线接收输入电压。该方法可包括行为监控输入电压，基于监控的行为而检测输入电压超过预先确定的高阈值，响应于检测到输入电压超过预先确定的高阈值而使逆变器与电力线隔离，响应于在输入电压在输入电压超过预先确定的高阈值之后的第一时间段内满足第一预先确定的条件而指示中性解除条件在电力线上被质疑，响应于中性解除条件被质疑而暂停在逆变器中的状态改变，响应于输入电压在中性解除条件被质疑之后的第二时间段内满足第二预先确定的条件而指示中性解除条件被确认，以及响应于中性解除条件被确认而将逆变器设置到故障状态。根据另一方面，本发明以不间断电源为特征。不间断电源可包括输入，其接收输入电压；电力线，其耦合到所述输入以接收输入电压；逆变器，其配置成选择性地耦合到电力线并具有逆变器输入以从电力线接收输入电压；传感器，其耦合到逆变器输入并配置成监控输入电压和生成表示输入电压的幅值的指示符；控制器，其耦合到传感器并配置成接收指示符。控制器可被配置成基于接收到指示符来确定输入电压超过预先确定的高阈值， 响应于输入电压超过预先确定的高阈值而使逆变器与电力线隔离，确定中性解除条件是否存在于电力线上，如果中性解除条件存在，则指示逆变器在故障状态中，以及如果中性解除条件不存在，则将逆变器重新连接到电力线。根据一种实施方式，在确定中性解除条件是否存在于电力线上时，控制器还被配置成基于接收到指示符来确定中性解除条件在电力线上被质疑，并响应于中性解除条件被质疑而暂停在逆变器中的状态改变。根据一个实例，在确定中性解除条件被质疑时，控制器还被配置成确定输入电压在输入电压超过预先确定的高阈值之后的第一时间段内满足第一预先确定的条件，并响应于输入电压在第一时间段内满足第一预先确定的条件而指示逆变器在中性解除质疑状态中。在确定输入电压满足第一预先确定的条件时，控制器还可被配置成确定输入电压在第一时间段内从大于高电压阈值的值转换为小于高电压阈值的值并返回到大于高电压阈值的值。控制器还可被配置成响应于检测到输入电压超过预先确定的高阈值而启动第一计时器，以规定第一预先确定的时间段。在一个实例中，第一计时器为可再触发计时器。控制器还可被配置成响应于下列条件的至少一个而使可再触发计时器复位输入电压从大于高电压阈值的值转换为小于高电压阈值的值，输入电压从小于高电压阈值的值转换为大于高电压阈值的值，输入电压从大于低电压阈值的值转换为小于低电压阈值的值，以及输入电压从小于低电压阈值的值转换为大于低电压阈值的值。在一个实例中，第一计时器是将第一时间段规定为从输入电压超过预先确定的高阈值时起的20秒的20秒计时器。根据本发明的一个或多个方面，控制器还可被配置成设置中性解除质疑标志以指示中性解除被质疑。在确定中性解除条件是否存在时，控制器还可被配置成确定逆变器在中性解除条件被质疑之后的第二时间段内满足第二预先确定的条件，并响应于逆变器在第二时间段内满足第二预先确定的条件而指示中性解除条件被确认。在一个实例中，控制器还被配置成设置中性解除故障标志以指示中性解除条件被确认。根据另一实例，控制器还被配置成响应于指示逆变器在中性解除质疑状态中而启动第二计时器，以规定第二时间段。在一个实例中，第二计时器是将第二时间段的持续时间规定为三十秒的三十秒不可再触发计时器。在另一方面，本发明以不间断电源系统为特征。该不间断电源系统可包括输入， 其接收输入电压；电力线，其耦合到所述输入以接收输入电压；逆变器，其配置成选择性地耦合到电力线并具有逆变器输入以从电力线接收输入电压；传感器，其耦合到逆变器输入并配置成监控输入电压和生成表示输入电压的幅值的指示符；以及用于确定电力线正经历中性解除条件的装置。根据一个实例，用于确定电力线正经历中性解除条件的装置可包括用于确定中性解除条件在电力线上被质疑的装置。根据另一实例，用于确定电力线正经历中性解除条件的装置还可包括用于确认中性解除条件存在于电力线上的装置。又一些其它方面、实施方式以及这些示例性方面和实施方式的优点在下面详细地被讨论。在此公开的任何实施方式可用与在此公开的目标、目的和需要一致的任何方式与任何其它的实施方式组合，以及对“实施方式”、“一些实施方式”、“可选的实施方式”、“各种实施方式”、“一种实施方式”等的提及不一定是互相排他的且用来指示关于实施方式描述的特定的特征、结构或特点可被包括在至少一种实施方式中。这类术语的出现在此不一定都指相同的实施方式。附图被包括以提供各种方面和实施方式的说明和进一步的理解，并被合并到该说明书中和组成该说明书的一部分。附图与说明书的剩余部分一起用于解释所描述和主张的方面和实施方式的原理和操作。附图的简要说明参考附图在下面讨论了至少一种实施方式的各种方面，附图没有被规定为按比例绘制。在附图、详细的描述或任何权利要求中的技术特征后面有参考符号的场合，参考符号为了增加附图、详细的描述以及权利要求的可理解性的唯一目的而被包括。因此，参考符号或其缺乏都不是意欲对任何权利要求元素的范围有任何限制的影响。在附图中，在各个附图中示出的每个相同的或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚的目的，并不是每个组件都可被标注在每个附图中。附图为了说明和解释的目的而被提供且并不意欲作为本发明的限制的限定。在附图中图IA为传统的三相电源系统的一个实例的示意图；图IB为归因于中性解除的可变输入电压电平的图示；图2为包括逆变器的UPS系统的一个实例的图；图3为示出根据本发明的一个方面的图2的逆变器的操作的方法的一个实例的流程图；图4A和4B为示出根据本发明的一个方面的图2的逆变器的操作的慢循环方法的算法的一个实例的流程图；图5为示出根据本发明的一个方面的图2的逆变器的操作的快循环方法的算法的一个实例的流程图；图6为示出根据本发明的方面的用于从图2的故障模式自恢复的算法的一个实例的流程图；以及图7为示出根据本发明的方面的图2的逆变器的操作的方法的一个实例的时序图。详细描述方面和实施方式目的在于用于保护在功率系统中的逆变器免受归因于输入线电压的不受控制的和猛烈的下降和上升的永久故障的方法和装置，所述下降和上升是由于中性解除和/或动态负载条件。如以上讨论的，不稳定的电弧放电或断开的中性线可造成输入线电压的不受控制的、不可预测的下降和上升。例如，电压可从零(或接近于零)摆动到高达线到线电压。参照图1B，示出了归因于中性解除的到逆变器的变化的输入线电压的实例。电压可在“线良好”电压电平112之下下降到“低压线”电平114或上升到“高压线”电平116，其小于或等于系统的线到线电压。参照图2，示出了不间断电源(UPS)201的实例，其具有耦合到三相功率系统的电力线202的逆变器200。UPS 201包括耦合到电力线202的AC输入线，电力线202经由切换继电器204接收输入电压220(以及电流)。UPS 201还包括变压器208、电池212以及逆变器继电器218。逆变器200包括提供整流器的多个二极管210以及多个场效应晶体管 (FET) 216。如以上讨论的，逆变器200基于AC输入功率是否可支持所连接的负载在电池操作状态与充电器操作状态之间转换。在切换继电器204被关闭时，输入电压220通过电力线202耦合以将输出电压206提供到负载(未示出)。在逆变器200在充电器操作状态中时，输入电压220也经由变压器208被提供到逆变器200，给电池212充电。在输入电压220变高(也就是，大于规定的高电压阈值电平)时，切换继电器204打开，以及逆变器200从充电器状态转换为电池状态。UPS 201也可包括控制器203。使用存储在相关存储器中的数据，控制器执行可导致被操纵的数据的一个或多个指令，以及控制器监控和控制UPS 201的操作。在一些实施方式中，控制器可包括一个或多个处理器或其它类型的控制器。在一个实例中，控制器为市场上可买到的通用处理器。在另一实例中，控制器在通用处理器上执行在此公开的功能的一部分，并使用适合于执行特定的操作的专用集成电路(ASIC)执行另一部分。如由这些实例说明的，依照本发明的实例可使用硬件和软件的许多特定的组合来执行在此描述的操作，以及本发明不限于硬件和软件组件的任何特定的组合。UPS 201也可包括数据存储器205。数据存储器存储UPS 201的操作所需的计算机可读和可写入的信息。除了其它数据以外，该信息还可包括受到控制器的操纵的数据以及由控制器可执行来操纵数据的指令。数据存储器可为相对高性能易失性随机存取存储器， 例如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)，或可为非易失存储介质，例如磁盘或闪存。在一个实例中，数据存储器包括易失性和非易失性存储器。通常在UPS系统中，逆变器200从充电器状态到电池状态的转换占用多个功率周期，例如，两个或多个功率周期。在这个时间期间，电流流过多个FET 216的多个正向偏压体二极管214。该电流仅由变压器208的绕组的漏电感/电阻、正向偏压二极管210的动态电阻以及电池212的内电阻限制。在由于中性解除而改变输入线电压的情况下，该电流可能很大，且可能对逆变器200是破坏性的。此外，如在图IB中所示，由于输入电压在幅值上变化的事实，在逆变器200转换为电池状态之后，输入电压可通过“线良好”电平112减小， 使逆变器转换回充电器状态。在逆变器200转换到充电器状态之后，输入电压可再次增加到“高压线”电平116，使逆变器转换回电池状态，驱动穿过逆变器200的高的、潜在地有破坏性的电流，如以上讨论的。这造成被称为“状态悬停”的不期望有的状况，其中逆变器欺骗性地在充电器状态和电池状态之间摇摆。对由中性解除造成的问题的一个解决方案是通过增加匝数来“过高估计”变压器 208，以使变压器可经受住可在中性解除条件期间被经历的高压线电压。然而，过高估计变压器208增加了解决方案的成本和复杂性。在欧洲和部分非洲和亚洲中普遍的220伏特 (V)系统中，线到线电压可高达440V。因此，该解决方案遭受变压器必须被显著地过高估计——增加了相当大的成本——以应付仅在短的持续时间内经历的高电压的缺点。另一解决方案是在电力线202上包括保险丝或电流抑制器。然而，该解决方案是缓慢的，以及存在FET 216将在保险丝有时间触发之前被损坏的相当大的可能性。此外，该解决方案由于所使用的附加的组件而增加了成本，且需要硬件修复(对烧断的保险丝)来重新初始化系统。另一解决方案是将附加的继电器增加到电力线202以在高峰值电流的情况下隔离逆变器200 ；然而，该解决方案也需要附加的硬件组件，且增加了成本。此外，这些解决方案不会防止状态悬停的问题。因此，方面和实施方式目的在于实现用于在中性解除/动态负载条件期间保护逆变器200的算法的方法和装置。如在下面被进一步讨论的，在一种实施方式中，方法包括在中性解除被质疑时暂停状态转换(以避免状态悬停)，以及在中性解除被确认时，发信号指示故障条件并隔离逆变器以防止损害。至少一些实施方式可能需要很少的或不需要对逆变器的硬件修改，且可不干扰现有的保护或逆变器的正常操作。此外，至少一些实施方式可能对现有的系统增加很少的或不增加额外的成本，且可在所有中性解除条件下提供对逆变器的保护。如在下面进一步讨论的，在一种实施方式中，对逆变器的应力可能在高压输入线第一次出现时减少，以及归因于乱真状态改变的对逆变器的连续应力可被防止。应认识到，在此讨论的方法和装置的实施方式不限于在以下描述中阐述的或在附图中示出的结构的细节和组件的布置。方法和装置能够在其它实施方式中实现并且以各种方式被实践或执行。具体的实现的实例在此仅为了说明的目的而被提供，且没有被规定为限制性的。特别是，关于任何一种或多种实施方式讨论的行为、元素和特征并没有被规定为从在任何其它实施方式中的类似作用排除。此外，在此使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制性的。对在此以单数形式提到的系统和方法的实施方式或元素或行为的提及也可包含包括多个这些元素的实施方式，以及对此处任何实施方式或元素或行为的以复数形式的任何提及也可包含仅包括单个元素的实施方式。以单数或复数形式的提及并不是用来限制目前公开的系统或方法、它们的组件、行为或元素。在此“包括(including) ” “包括(comprising) ” “具有(having) ” “包含(containing) ” “涉及 (involving) ”及其变形的使用意味着包括其后列出的项目及其等效物以及附加的项目。对 “或(or)”的提及可被解释为包括端点的，使得使用“或(or)”描述的任何项目可指示单个、 多于一个以及所有所描述的项目的任何一个。如以上描述的，与中性解除相关联的一个问题是非常大的电流可流过逆变器200， 潜在地损坏或破坏它，以及另一问题是状态悬停，其给逆变器加应力，并且也可损坏它或致使它变得不可操作。因此，一个实施方式建议通过在高输入被检测以防止高电流损坏时使逆变器与输入线隔离并通过在中性解除被质疑以防止状态悬停时暂停状态改变来减少与中性解除有关的高电流和状态悬停问题。参考图3，示出了根据一种实施方式的控制逆变器200的方法的一个实例的流程图。方法包括监控在电力线202上的平均电压，如由步骤302指示的。平均电压可为均方根(RMS)电压，或可为平均电压的另一度量。在一个实例中，从在电力线202上的电压的多个样本计算在电力线202上的电压的平均值。在一个实例中，使用在电力线202上的电压的八个不同的样本来计算在电力线202上的电压的平均值。然而，应认识到，任何数量的样本可被使用，不限于八个样本。输入电压220可能已经在现有逆变器系统中被监控以确定何时需要真正的状态改变。因此，在步骤302中监控输入电压可能不需要任何附加的硬件 (例如附加的传感器或换能器)。在一种实施方式中，监控输入电压(步骤30 包括监控输入电压以确定在电力线 202上的平均电压是低的(下降)、良好的还是高的(上升)。低电压为幅值小于规定的低电压阈值的平均电压。“良好的”电压为幅值在规定的“良好”范围内的平均电压，例如，大于规定的低电压阈值和小于规定的高电压阈值。高电压为大于规定的高电压阈值的平均电压。在高输入电压或电压上升被检测到(步骤304)时，可采取保护逆变器的行动，如在下面进一步讨论的。根据一种实施方式，在步骤306，响应于确定在电力线202上的平均电压是高的， 逆变器200从电力线202隔离以防止高电流损坏逆变器200。在一个实例中，逆变器200在从在电力线202上的高平均电压被检测到时起的四分之一周期内从电力线202隔离。在一个实例中，如果逆变器200在充电器状态中，逆变器200通过打开逆变器继电器218而从电力线202隔离。如果逆变器200在电池状态中，逆变器可通过打开切换继电器204而被隔离。以此方式，一检测到高输入电压，就可保护逆变器200。本领域技术人员应认识到，也可能监控在线202上的电流，而不是电压，并基于所监控的电流的幅值来采取以上讨论的行动。根据一种实施方式，也在步骤306，响应于确定在电力线202上的平均电压是高的；短时可再触发计时器被启动。该短时可再触发计时器可用来确定中性解除是否被质疑， 如在下面被进一步讨论的，以及逆变器200是否应该被重新连接到电力线202。因此，在一种实施方式中，每当在电力线202上的平均电压从良好电平转换为高电平或低电平、从高电平或低电平转换为良好电平、以及从高电平转换为低电平时，短时可再触发计时器可被重新触发，如在图7中示出的。图7为示出控制逆变器和逆变器保护装置的方法的一个实例的时序图。继续参考图7，各种方面将在下面被讨论。如在图7中所示的，描记线704为输入线电压，示出在低值、良好值以及高值之间波动，描记线716表示良好值。描记线706示出短时可再触发计时器的触发，计时器在718 被启动(对应于在图3中的步骤306)并通过输入电压704的转换在时间段720被再触发， 如以上讨论的。可基于各种设计条件——例如但不限于功率周期的长度、关于输入电压变化或可能变化的速率的信息等来选择短时可再触发计时器的值。在一个实例中，短时可再触发计时器为二十秒可再触发计时器；然而，应认识到，其它计时器值可被选择。再次参考图3，步骤308包括确定中性解除是否被质疑。在一种实施方式中，在第一次确定在功率线202上的平均电压是高的之后，但在短时可再触发计时器超时之前，当第二次确定在电力线202上的平均电压是高的时，在电力线202上的平均电压以前减少到良好的或低电压之后，中性解除被质疑。中性解除也可在电力线202上的电压和/或电流的第一规定数量的样本大于规定的样本阈值电平时被质疑。例如，在一种实施方式中，响应于在一个线周期中多于四个的单独的电压样本被发现大于样本电压阈值电平，中性解除被质疑。在另一实例中，中性解除在电力线202的第一规定数量的单独的电流样本大于样本电流阈值电平时被质疑。例如，在一种实施方式中，响应于在一个线周期中的多于两个的单独的电流样本大于规定的样本电流阈值电平，中性解除被质疑。在中性解除被质疑时，中性解除(NL)质疑标志(NL质疑)被设置，以及状态改变可在逆变器中被暂停(步骤312)，如在下面被进一步讨论的。如果使中性解除被质疑的条件在规定的时间段内没有出现，逆变器可重新连接到电力线202 (步骤310)，以及系统可返回以针对第一次高电压的出现监控输入电压(步骤 302)。在一种实施方式中，响应于自从逆变器200从电力线202断开以来等待时期流逝、确定中性解除不被质疑、以及在电力线202上的电压处于良好电平，逆变器200重新连接到电力线202(步骤310)。在一个实例中，等待时期为两秒。根据一种实施方式，如果中性解除被质疑，逆变器状态改变被暂停(步骤312)，以避免状态悬停，如以上讨论的。此外在步骤312，长时不可再触发计时器可被启动以便于确定是否中性解除可被确认，如在下面进一步讨论的。这在图7中示出。如在图7所示，在点 722，当NL质疑标志(由描记线708表示)被设置时，长时不可再触发计时器(由描记线 710表示)也可被触发。可基于各种设计条件来选择长时不可再触发计时器的值，如将被本领域技术人员认识到的。在一个实例中，不可再触发计时器为三十秒不可再触发计时器； 然而，本领域的技术人员将认识到，计时器的其它值/长度可被选择。此外，短时可再触发计时器和长时不可再触发计时器都可在软件中被定义，并可基于动态负载条件来确定或改变。仍参考图3，步骤314包括确定是否中性解除被确认。如果中性解除没有被确认， 则在步骤315，NL质疑标志可被清除。NL质疑标志被清除，且状态改变响应于以下确定而重新开始(步骤316)在电力线202上的电压在低电平、良好电平或高电平的任何一个处在由短时可再触发计时器设置的时间内是稳定的，自从中性解除第一次被质疑以来等待时期流逝，以及在一个线周期上从电力线202取得的样本(电压或电流的)不大于相应的规定样本阈值电平。如果中性解除被确认(步骤314)，然后系统可进入故障状态(步骤318)。 根据一种实施方式，当中性解除被确认时，中性解除故障状态标志(NL故障)被设置，以及在没有外界干扰的情况下状态改变继续被暂停，如在下面被进一步讨论的。在一个实例中， 响应于长时不可再触发计时器的终止/超时，进入中性解除故障状态。这在图7中示出，其中当长时不可再触发计时器(描记线710)超时以及中性解除质疑(NL质疑)标志被重新设置时，中性解除故障标志(NL故障，由描记线712表示)示为在时间段7M被设置。当从电力线202取得的第二规定数量的单独(电流或电压)样本大于规定的(电压或电流)样本阈值电平时，也可进入中性解除故障状态。在一个实例中，这个规定数量的样本多于在一个线周期中的八个电压样本或多于四个单独的电流样本。在一种实施方式中，在进入中性解除故障状态318后，在逆变器中的暂停状态和逆变器的隔离将继续，直到有来自用户的干预。例如，在一种实施方式中，中性解除故障状态只在按钮或其它手动接口设备被用户启动(例如，按下)时退出。图4A-6为识别被质疑的中性解除和确认中性解除的方法的实例的更加详细的流程图。图4A-5分别示出了操作400的慢循环和操作500的快循环的算法的实例。在一种实施方式中，慢循环和快循环同时运行。图4A和4B被认为是慢循环400，因为它相对于快循环500花费更多的时间来操作。图5被认为是快循环500，因为它相对于慢循环400花费更少的时间来操作。本领域的技术人员将认识到，快循环和慢循环的运行次数可取决于它们被使用的系统的条件，并且是可变的。例如，在逆变器200被用在离线UPS中的一种实施方式中，在快循环500期间，每600微秒采用电压或电流的一个样本。在逆变器200被用在在线式UPS中的另一实施方式中，在快循环500期间，电压或电流的样本比它在离线UPS中更经常地被采用。例如，可每几微秒采用电压或电流的一个样本。在其它实施方式中，在线周期上采用的样本的数量可被规定为任何值。在一个实例中，慢循环400可能比快循环花费更长的时间，作为它需要采用多个样本来生成平均电压(或电流)电平的结果，它在该电平操作。现在将参考图2、4A和4B描述与逆变器200相关的慢循环400的实例。在步骤 402，慢循环被启动。在步骤404，开始测量在电力线202上的平均电压所需的任何预先规定的任务被执行。在步骤406，确定高压线(HL)标志是否被设置。响应于高输入电压被检测到(步骤304)，可设置HL标志，如上面参考图3讨论的。因此，所设置的HL标志指示高输入电压被检测到。响应于HL标志被设置(步骤406)，在步骤408，短时可再触发计时器被启动。在下一个步骤410中，确定中性解除质疑标志(NL质疑)是否被设置。如以上讨论的，在中性解除被质疑时，NL质疑标志被设置。如果NL质疑标志被设置(步骤410)， 在步骤412，长时不可再触发计时器被启动。在下一个步骤414中，确定在电力线202上的平均电压是否高于高电压阈值。如果电压不高，在步骤416，确定HL标志是否被设置，且如果HL标志被设置，在步骤418，“linegoodonce"标志被设置。在当“良好线” 112或“低压线” 114电压电平在“高压线” 116出现之后出现时，“ 1 inegoodonce，，标志被设置，也就是， 在升高之后的下降，这可以是在输入电压220处的中性解除条件的特点。一旦该条件被识别出(“linegoodonce”标志被设置)，中性解除质疑标志就可在下一个“高压线” 116出现时被设置。“linegoodonce”标志可被用于区分开正常高压线和中性解除条件。如果步骤 414的结果是电压为高的，系统检查“linegoodonce”标志是否被设置(步骤420)。如果 “linegoodonce”标志被设置，短时可再触发计时器被复位(步骤42 。HL标志然后被设置 (步骤424)，且确定中性解除质疑(NL质疑)标志是否被设置(步骤426)。如果在步骤426中性解除质疑标志没有被设置，系统检查“linegoodonce”标志是否被设置(步骤444)。如果没有，系统等待慢循环400的下一周期(步骤442)。如果在步骤444 “linegoodonce”标志被设置，该标志被重新设置，以及NL质疑标志被设置以指示中性解除被质疑。系统然后等待下一状态(步骤436)。如果在步骤426，中性解除质疑标志被设置，意味着中性解除已经被质疑，“linegoodonce”标志被重新设置(步骤428)。系统然后检查来查看短时可再触发计时器是否已经达到它的最大值，例如，已“超时”(步骤430)。 接下来，在步骤432和438，确定长时不可再触发计时器是否已经超时。响应于在步骤432 中确定该长时不可再触发计时器已经超时，在步骤434，中性解除故障状态(NL故障)标志被设置。如果在另一方面长时不可再触发计时器没有超时，NL质疑和HL标志被清除，以及如果必要，短时可再触发计时器被复位(步骤440)，且系统等待慢循环400的下一周期(步骤44 。因此，慢循环算法包括在由短时可再触发计时器和长时不可再触发计时器规定的时间间隔期间监控输入电压的条件(也就是，它是否是高的、低的或良好的，以及它是否进行转换)，以及基于输入电压的条件，确定是否有质疑或实际中性解除条件。基于质疑的和确认的中性解除条件可采取适当的行动。如以上讨论的，当中性解除被质疑和/或确认以及NL质疑或NL故障标志因此被设置时，在逆变器中的状态改变可被暂停。在一种实施方式中，逆变器200可被编程为当中性解除被质疑或确认时仅暂停某些规定的状态改变，并允许其它某些规定的状态改变，即使中性解除被质疑或确认。在另一实施方式中，在中性解除被质疑或确认时，所有的状态改变被暂停。在步骤436，在NL故障状态标志在步骤434中被设置之后，逆变器200可等待转换到另一可用的状态。现在将参考图2和5描述与逆变器200相关的快循环500的实例。在步骤502，快循环被启动。在步骤504，关于采用在电力线202上的电压或电流样本的任何预先规定的任务被执行。接下来，在步骤506，确定在电力线202上的电压样本是否大于样本电压阈值电平。响应于在步骤506中确定在电力线202上的电压样本大于样本电压阈值电平(506)，在步骤508，第一计数器被递增。系统然后确定第一计数器的值是否大于第一规定数量(步骤510)。在所示实例中，确定第一计数器的值是否大于4 ；然而，本领域的技术人员将认识到，第一规定数量可为任何数字，不限于4。响应于在步骤510中确定第一计数器的值大于第一规定数量，在步骤512，确定第一计数器的值是否大于第二规定数量。在所示实例中，第二规定数量为八；然而，本领域技术人员将认识到，第二规定数量可为任何数字，不限于八。 响应于在步骤512中确定第一计数器的值大于第二规定数量，在步骤524，NL故障标志被设置(步骤524)。在另一方面，如果第一计数器的值不大于第二规定数量，则中性解除质疑 (NL质疑)标志被设置(步骤514)。仍参考图5，响应于在步骤506中确定在电力线202上的电压的样本小于样本电压阈值电平，在步骤516，确定在电力线202上的电流是否大于样本电流阈值电平。响应于在电力线202上的电流大于样本电流阈值电平，在步骤518，第二计数器被递增。在步骤518 中第二计数器被递增后，或在步骤516中确定在电力线202上的电流小于样本电流阈值电平之后，在步骤520，确定第二计数器的值是否大于第三规定数量。在所示实例中，确定第二计数器的值是否大于2 ；然而，本领域技术人员将认识到，第三规定数量可为任何数字，而不限于二。响应于在步骤520中确定第二计数器的值大于第三规定数量，在步骤522，确定第二计时器的值是否大于第四规定数量。在所示实例中，确定第二计数器的值是否大于四； 然而，本领域技术人员将认识到，第四规定数量可为任何数字，而不限于四。响应于在步骤 522中确定第二计数器的值大于第四规定数量，在步骤524，NL故障标志被设置。可选地， 响应于在步骤522中确定第二计数器的值不大于第四规定值，在步骤514，NL质疑标志被设置。因此，在快循环算法的一个实例中，在电力线202上的电流和电压的样本在由第一和第二计数器设置的规定时间间隔期间被监控。基于在这些时间间隔期间采样的电压和 /或电流的条件，中性解除可被质疑和/或确认。在中性解除被质疑和/或确认时，采取从电力线隔离逆变器以及暂停在逆变器中的状态改变以保护逆变器在中性解除期间免受损坏的行动。响应于在步骤510中确定第一计数器的值不大于第一规定值(例如，四)，或在NL 质疑或NL故障标志被设置(步骤514或524)之后，在步骤526，确定规定数量的样本是否在电流线周期内被采用。响应于在步骤526中确定所需数量的样本在电流线周期内被采用，第一计数器和第二计数器被清零(步骤528)。然后，在步骤530，快循环结束。如以上讨论的，根据一种实施方式，一旦进入中性解除故障状态，故障状态就在来自用户的外界干扰时退出。在另外的实施方式中，故障状态可响应于某些条件被满足而退出。图6示出了依照一种实施方式的用于从故障模式自恢复的算法600的实例。在步骤602，故障状态循环被启动。在每个线周期至少调用一次故障状态循环以检查故障。在步骤604，确定NL故障标志是否被设置以及逆变器的电流状态在NL故障状态期间是否应被暂停。响应于确定NL故障标志被设置以及逆变器的电流状态在中性解除故障状态期间应被暂停，在步骤606，确定“linegoodonce”标志和HL标志是否被设置以及故障计数器是否已经超时。在一种实施方式中，故障计数器为2分钟计数器；然而，本领域技术人员将认识到，计数器的值不限于两分钟。响应于确定“linegoodonce”标志和HL标志被设置或故障计数器没有超时(606)，在步骤616，故障计数器被启动。在步骤618，故障循环结束。响应于在步骤606中确定“linegoodonce”标志和HL标志没有被设置以及故障计数器已超时，在步骤608，确定中性解除(NL)再触发计数器是否小于规定值。在没有用户干预的情况下，NL再触发计数器指定系统试图从故障状态自动恢复的次数。在所示实例中， 确定NL再触发计数器是否小于三；然而，本领域技术人员将认识到，计数器的值可为任何数字而不限于三。响应于在步骤608中确定NL再触发计数器小于规定数量，在步骤610， NL再触发计数器被递增，以及“linegoodonce”标志和HL标志被重新设置。在步骤612，确定是否存在来自用户的外界干扰。在一个实例中，用户可按下按钮。响应于在步骤612中确定存在来自用户的外界干扰，在步骤614，进入待机状态，以及“linegoodonce”标志和HL 标志被重新设置。在步骤618，故障循环结束。仍参考图6，响应于在步骤608中确定NL再触发计数器高于规定值，在步骤612中确定是否存在来自用户的外界干扰。响应于在步骤612中确定存在来自用户的外界干扰， 在步骤614，进入待机模式，以及“linegoodonce”标志和HL标志被重新设置。在步骤618， 故障循环结束。应认识到，以上描述的操作逆变器的方法可以用在可能遭受中性解除的具有任何类型的配置的任何类型的逆变器上。也应认识到，在此讨论的操作逆变器的方法可以用在离线UPS、在线UPS、线交互式UPS或任何其它类型的功率系统中的逆变器上。描述了可减少与中性解除有关的高电流和状态悬停问题的方法和装置的方面和实例。如以上讨论的，通过在高压线被检测到时从输入线隔离逆变器，以及通过在中性解除被质疑时暂停状态改变以防止状态悬停，可防止高电流损坏。这些方法也可以是有成本效率的，因为它们可使用已经在逆变器和相关的功率系统中被利用的硬件来实现。因此描述了至少一种实施方式的几个方面，应认识到，本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。这样的变更、修改和改进被规定为本公开的部分，且被规定为在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅作为例子，以及本发明的范围应从所附权利要求及其等效形式的适当的解释来确定。
权利要求
1.一种控制在不间断电源系统中的逆变器的方法，所述逆变器选择性地耦合到电力线并包括输入以从所述电力线接收输入电压，所述方法包括以下行为监控所述输入电压；基于监控的所述行为检测所述输入电压超过预先确定的高阈值；响应于检测到所述输入电压超过预先确定的高阈值而使所述逆变器与所述电力线隔离 ；确定中性解除条件是否存在于所述电力线上； 如果所述中性解除条件存在，则指示所述逆变器在故障状态中；以及如果所述中性解除条件不存在，则将所述逆变器重新连接到所述电力线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述中性解除条件是否存在的所述行为包括基于监控所述电压的所述行为来确定所述中性解除条件在所述电力线上被质疑；以及响应于所述中性解除条件被质疑而暂停在所述逆变器中的状态改变。
3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述中性解除条件被质疑的所述行为包括 确定所述输入电压在所述输入电压超过所述预先确定的高阈值之后的第一时间段内满足第一预先确定的条件；以及响应于所述输入电压在所述第一时间段内满足所述第一预先确定的条件而指示所述逆变器在中性解除质疑状态中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述输入电压满足所述第一预先确定的条件包括检测所述输入电压在所述第一时间段内从大于所述高电压阈值的值转换为小于所述高电压阈值的值并返回到大于所述高电压阈值的值。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括响应于检测到所述输入电压超过所述预先确定的高阈值而启动第一计时器，以规定所述第一预先确定的时间段。
6.根据权利要求5所述的方法，其中启动所述第一计时器包括启动可再触发计时器， 以及还包括响应于下列条件的至少一个而使所述可再触发计时器复位所述输入电压从大于所述高电压阈值的值转换为小于所述高电压阈值的值； 所述输入电压从小于所述高电压阈值的值转换为大于所述高电压阈值的值； 所述输入电压从大于低电压阈值的值转换为小于所述低电压阈值的值；以及所述输入电压从小于所述低电压阈值的值转换为大于所述低电压阈值的值。
7.根据权利要求5所述的方法，其中启动所述第一计时器包括启动20秒计时器以将所述第一时间段规定为从所述输入电压超过所述预先确定的高阈值时起的20秒。
8.根据权利要求3所述的方法，其中指示所述逆变器在中性解除质疑状态中的所述行为包括设置中性解除质疑标志。
9.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述中性解除条件是否存在的所述行为还包括确定所述逆变器在指示所述中性解除条件被质疑的所述行为之后的第二时间段内满足第二预先确定的条件；以及响应于所述逆变器在所述第二时间段内满足所述第二预先确定的条件而指示所述中性解除条件被确认。
10.根据权利要求8所述的方法，其中指示所述中性解除条件被确认的所述行为包括设置中性解除故障标志。
11.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述逆变器满足所述第二预先确定的条件包括检测到所述逆变器在所述第二时间段的持续时间内保持在所述中性解除质疑状态中。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于指示所述逆变器在中性解除质疑状态中而启动第二计时器，以规定所述第二时间段。
13.根据权利要求12所述的方法，其中启动所述第二计时器包括启动30秒不可再触发计时器，以将所述第二时间段规定为从所述中性解除条件被质疑时起的30秒。
14.一种控制在不间断电源系统中的逆变器的方法，所述逆变器选择性地耦合到电力线并包括输入以从所述电力线接收输入电压，所述方法包括以下行为监控所述输入电压；基于监控的所述行为检测所述输入电压超过预先确定的高阈值；响应于检测到所述输入电压超过预先确定的高阈值而使所述逆变器与所述电力线隔1 ；响应于所述输入电压在所述输入电压超过所述预先确定的高阈值之后的第一时间段内满足第一预先确定的条件而指示中性解除条件在所述电力线上被质疑； 响应于所述中性解除条件被质疑而暂停在所述逆变器中的状态改变； 响应于所述输入电压在所述中性解除条件被质疑之后的第二时间段内满足第二预先确定的条件而指示所述中性解除条件被确认；以及响应于所述中性解除条件被确认而将所述逆变器设置到故障状态。
15.一种不间断电源系统，包括 输入，其接收输入电压；电力线，其耦合到所述输入以接收所述输入电压；逆变器，其配置成选择性地耦合到所述电力线，并具有逆变器输入以从所述电力线接收所述输入电压；传感器，其耦合到所述逆变器输入，并配置成监控所述输入电压和生成表示所述输入电压的幅值的指示符；控制器，其耦合到所述传感器，且配置成接收所述指示符并基于接收到所述指示符来确定所述输入电压超过预先确定的高阈值；响应于所述输入电压超过所述预先确定的高阈值而使所述逆变器与所述电力线隔1 ；确定中性解除条件是否存在于所述电力线上； 如果所述中性解除条件存在，则指示所述逆变器在故障状态中；以及如果所述中性解除条件不存在，则将所述逆变器重新连接到所述电力线。
16.根据权利要求15所述的不间断电源系统，其中在确定中性解除条件是否存在于所述电力线上时，所述控制器还被配置为基于接收到所述指示符来确定所述中性解除条件在所述电力线上被质疑；以及响应于所述中性解除条件被质疑而暂停在所述逆变器中的状态改变。
17.根据权利要求16所述的不间断电源，其中在确定所述中性解除条件被质疑时，所述控制器还被配置为确定所述输入电压在所述输入电压超过所述预先确定的高阈值之后的第一时间段内满足第一预先确定的条件；以及响应于所述输入电压在所述第一时间段内满足所述第一预先确定的条件而指示所述逆变器在中性解除质疑状态中。
18.根据权利要求17所述的不间断电源，其中在确定所述输入电压满足所述第一预先确定的条件时，所述控制器还被配置为确定所述输入电压在所述第一时间段内从大于所述高电压阈值的值转换为小于所述高电压阈值的值并返回到大于所述高电压阈值的值。
19.根据权利要求17所述的不间断电源，其中所述控制器还被配置为响应于检测到所述输入电压超过所述预先确定的高阈值而启动第一计时器，以规定第一预先确定的时间段。
20.根据权利要求19所述的不间断电源，其中所述第一计时器是可再触发计时器； 以及其中所述控制器还被配置成响应于下列条件的至少一个而使所述可再触发计时器复位所述输入电压从大于所述高电压阈值的值转换为小于所述高电压阈值的值；所述输入电压从小于所述高电压阈值的值转换为大于所述高电压阈值的值；所述输入电压从大于低电压阈值的值转换为小于所述低电压阈值的值；以及所述输入电压从小于所述低电压阈值的值转换为大于所述低电压阈值的值。
21.根据权利要求19所述的不间断电源，其中所述第一计时器是将所述第一时间段规定为从所述输入电压超过所述预先确定的高阈值时起的20秒的20秒计时器。
22.根据权利要求17所述的不间断电源，其中所述控制器还被配置成设置中性解除质疑标志以指示中性解除被质疑。
23.根据权利要求16所述的不间断电源，其中在确定所述中性解除条件是否存在时， 所述控制器还被配置为确定所述逆变器在所述中性解除条件被质疑之后的第二时间段内满足第二预先确定的条件；以及响应于所述逆变器在所述第二时间段内满足所述第二预先确定的条件而指示所述中性解除条件被确认。
24.根据权利要求22所述的不间断电源，其中所述控制器还被配置成设置中性解除故障标志以指示所述中性解除条件被确认。
25.根据权利要求23所述的不间断电源，其中所述控制器还被配置为响应于指示所述逆变器在中性解除质疑状态中而启动第二计时器，以规定所述第二时间段。
26.根据权利要求25所述的不间断电源，其中所述第二计时器是将所述第二时间段的持续时间规定为三十秒的三十秒不可再触发计时器。
27.一种不间断电源系统，包括 输入，其接收输入电压；电力线，其耦合到所述输入以接收所述输入电压；逆变器，其配置成选择性地耦合到所述电力线，并具有逆变器输入以从所述电力线接收所述输入电压；传感器，其耦合到所述逆变器输入，并配置成监控所述输入电压和生成表示所述输入电压的幅值的指示符；以及用于确定所述电力线正经历中性解除条件的装置。
28.根据权利要求27所述的不间断电源系统，其中所述用于确定所述电力线正经历中性解除条件的装置包括用于确定所述中性解除条件在所述电力线上被质疑的装置。
29.根据权利要求观所述的不间断电源系统，其中所述用于确定所述电力线正经历中性解除条件的装置还包括用于确认所述中性解除条件存在于所述电力线上的装置。
全文摘要
本发明的目的在于保护逆变器免受归因于中性解除的故障的方法和装置。在一方面，本发明提供控制在UPS中的逆变器的方法，逆变器被选择性地耦合到电力线并包括输入以从电力线接收输入电压。该方法包括行为监控输入电压，基于监控的行为检测输入电压超过预先确定的高阈值，响应于检测到输入电压超过预先确定的高阈值而使逆变器与电力线隔离，确定中性解除条件是否存在于电力线上，如果中性解除条件存在，则指示逆变器在故障状态中，以及如果中性解除条件不存在，则将逆变器重新连接到电力线。
文档编号H02H7/122GK102341983SQ201080009959
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年3月5日
发明者拉马克里希南·曼德努尔·克里什楠, 斯瑞亚库玛尔·斯瑞坎坦·奈尔 申请人:美国能量变换公司