本申请要求于2017年2月22日提交的美国专利申请第62/461,914号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开内容涉及减轻具有无变压器整流器的ups系统中的ac输入电压浪涌的影响。
背景技术：
本部分提供与本公开内容有关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
一种常见类型的不间断电源(ups)系统是双变换ups系统，其具有将ac输入电力变换成dc电力的整流器，该dc电力经由dc总线提供给将dc电力变换回ac电力的逆变器。断路器耦接在ac电力输入和整流器的输入之间。ac电力输入耦接至ac电力的源，诸如来自公用电站的电力馈送。lc输入电路耦接在整流器的ac输入与断路器之间，并且熔断器通常耦接在整流器的ac输入与lc电路之间。在这方面，如果ups系统是三相系统，则整流器具有三个ac输入，并且断路器具有三个极，并且相应的lc输入电路耦接在断路器的各个极与整流器的相应的一个ac输入之间。一种类型的双变换ups系统不具有耦接在整流器的ac输入与ac电力输入之间的输入变压器，并且在本文中被称为无变压器整流器ups系统。应当理解的是，这样的无变压器整流器ups系统可以具有耦接在逆变器的输出与ups系统的输出之间的变压器，或者不具有耦接在逆变器的输出与ups系统的输出之间的变压器。
图1是典型的现有技术3线无变压器双变换ups系统100的基本框图，其中整流器和旁路开关所耦接至的电源是单独的电源。ups系统100包括断路器101,103、共模扼流圈102、整流器输入电感器104、整流器输入电容器106、三相整流器108、dc总线110、三相逆变器112、逆变器输出电感器114、逆变器输出电容器116、电池(未示出)、旁路开关120以及控制模块122。dc总线110是分离式dc总线，其具有耦接至相应的整流器108的电力输出和逆变器112的电力输入的高轨道124、中点轨道126和低轨道128。整流器108的输入130通过熔断器133、整流器输入电感器104和共模扼流圈102耦接至ac电源132(诸如公用电站馈送)。电池140耦接至dc/dc转换器142的一侧的输入/输出，并且dc/dc转换器142的另一侧的输入/输出耦接至dc总线110的高轨道124和低轨道128。整流器输入电容器106耦接在共模扼流圈102和整流器输入电感器104之间的连接点与公共端134(其关于地浮置而不直接连接到地)之间。逆变器112的输出135通过逆变器输出电感器114通过过电流保护装置136(诸如熔断器)耦接至负载138。逆变器输出电容器116耦接在逆变器输出电感器114和过电流保护装置136之间的连接点与公共端134之间。控制模块122耦接至旁路开关120、整流器108和逆变器112。应当理解的是，ac电源132和断路器101不是ups系统100的一部分，但通常是诸如来自公用电站的电力馈送和用于其的断路器。
图2是更详细地示出ups系统100的双变换部分的基本示意图。从图2可以看出，三个相(a、b和c)中的每一个包括各自的共模扼流圈102(表示为102a、102b、102c)、各自的整流器输入电感器104(表示为104a、104b、104c)、各自的整流器输入电容器106(表示为106a、106b、106c)、各自的整流器输入熔断器133(表示为133a、133b、133c)、各自的逆变器输出电感器114(表示为114a、114b、114c)、各自的逆变器输出电容器116(表示为116a、116b、116c)和过电流保护装置136(表示为136a、136b、136c)。三相整流器108的三相表示为108a、108b、108c，并且三相逆变器112的三相表示为112a、112b、112c。每个整流器相的各自的输入130(表示为130a、130b、130c)耦接至ac电源132的相应相(表示为132a、132b、132c)。由高轨道124、中点轨道126和低轨道128构成的dc总线110是三相的公共dc总线。
在无变压器ups系统中，整流器通常具有igbt开关装置，并且电路拓扑因此将在其前端具有二极管，如图2所示。在图2中，整流器前端电路拓扑144是中性点钳位(npc2)整流器拓扑。三相整流器108具有igbt开关装置146。igbt开关装置146连接成三组四个igbt开关装置146，针对整流器108的三相108a、108b、108c中的每一个设置一组igbt开关装置146。
在无变压器整流器ups系统中，当来自馈送ups系统的公用电站的电力失去时，输入电路断路器保持闭合并且整流器断开。当来自公用电站的电力恢复或备用ac发电机运行时，在至整流器的ac输入电压中有时会出现大的浪涌。该浪涌通过整流器的反并联二极管(例如，igbt开关装置146的反并联二极管)将ups系统的dc总线上的dc电压泵送到比dc总线的正常dc电压高得多的电平，这可能会损坏ups系统的连接至dc总线的其他部件。这个问题存在于具有中性点钳位拓扑(npc1或npc2拓扑)的无变压器整流器ups系统的任意二极管前端整流器以及使用具有反并联二极管的其他类型开关装置的任意整流器中。
技术实现要素：
本部分提供了对本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
无变压器整流器不间断电源系统包括具有相关联的dc总线目标电压的dc总线。根据本公开内容的一个方面，一种减轻当在断电之后对整流器的输入恢复ac电力时发生的ac输入电压浪涌对无变压器整流器不间断电源系统的整流器的影响的方法包括：利用控制器确定ac输入电压是否过压，并且如果ac输入电压不过压，则使整流器正常操作。如果ac输入过压：(i)利用控制器操作整流器以将dc总线电压调节成处于dc总线目标电压直到电压浪涌已经过去，除非控制器确定整流器已经达到整流器的电流限制；(ii)如果整流器已经达到整流器的电流限制，则利用控制器将dc总线目标电压增加预定量，然后利用控制器确定增加后的dc总线目标电压是否超过dc总线的最大电压限制，并且如果增加后的dc总线目标电压超过dc总线的最大电压限制，则利用控制器将dc总线目标电压设定为dc总线的最大电压限制，并且如果增加后的dc总线目标电压没有超过dc总线的最大电压限制，则将增加后的dc总线目标电压保留为dc总线目标电压；(iii)接下来操作整流器以将dc总线调节成处于dc总线目标电压达到预定的时间段；以及(iv)在预定的时间段之后，利用控制器检查ac电压输入是否仍然过压，并且如果ac输入电压仍然过压，则重复步骤(i)至(iv)，并且如果ac输入电压不再过压，则利用控制器控制整流器以将dc总线电压斜降至标称dc电压，然后使整流器正常操作。
在一个方面，如果ac输入电压在ac电力首次恢复时为过压，则该方法还包括使控制器操作整流器以进行快速启动并且使不间断电源系统的dc/dc转换器处于充电模式。
根据本文所提供的描述，其他适用领域将变得明显。本发明内容中的描述和具体示例仅意在用于说明的目的，而不意在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文中所描述的附图用于仅所选实施方式而不是所有可能的实现方式的说明目的，并且不意在限制本公开内容的范围。
图1是现有技术3相无变压器双变换ups系统的简化框图；
图2是图1的ups系统的双变换部分的基本示意图；以及
图3a和图3b是根据本公开内容的一方面的用于控制图1的ups系统以减轻ac输入电压浪涌的控制例程的流程图。
贯穿附图的若干视图，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
根据本公开内容的一个方面，控制无变压器ups系统以减轻ac输入电压浪涌。尽管参照图1所示的现有技术的ups系统100描述了该控制，但是应当理解的是，该控制不在现有技术中。
当ac电源132发生故障时，断路器101仍然闭合并且整流器108将断开。当ac电源132恢复操作或备用发电机运行时，在整流器108的输入130处有时会出现大的ac输入电压浪涌。该大的电压浪涌通过igbt146(图2)的二极管使dc总线110的电压电平泵送到比dc总线110的标称操作电压高得多的电平，这会导致连接至dc总线110的其他装置的损坏。
应当理解的是，如本文所使用的，dc总线目标电压是指操作整流器以调节dc总线使其所处于的dc总线的dc电压。如本领域中已知的那样，ups系统具有标称dc总线电压，该标称dc总线电压是在ups系统的正常操作期间操作整流器以调节dc总线使其所处于的dc总线目标电压。
图3a和图3b是当来自ac电源132的ac输入电力恢复时为了减轻ac输入电压浪涌针对整流器108的操作的说明性控制例程的流程图。这个控制例程在控制器122中诸如以软件的形式实施。当来自ac电源132的ac输入电力恢复时，控制例程在300处开始。在302处，控制例程检查整流器108是否已经同步到来自ac电源132的ac输入。如果否，则控制例程沿分支回到302。如果整流器108已经同步到ac输入电力，则控制例程行进到304，其中检查ac输入电力是否合格-是否在规格范围内。如果ac输入电力合格，则控制例程行进到306，其中整流器108以典型的启动延迟(例如，几百毫秒)正常启动，并且然后行进到308，其中整流器108正常操作。
如果在304处ac输入电力不合格，则控制例程沿分支到310，其中检查ac输入电力的ac输入电压是否过压。如果不过压，则控制例程沿分支回到304。如果ac输入电压过压，则控制例程行进到312，其中快速启动整流器108(典型的启动延迟显著减小，诸如减小50％)，并使dc/dc转换器142进入其充电模式。然后控制例程行进到313，其中操作整流器108以将dc总线的dc电压调节成处于dc总线目标电压。然后控制例程行进到314，其中检查整流器108是否已经达到其电流限制。整流器108的电流限制是用户设定，其设定整流器108在正常运行时可以获得的最大电流。通常，整流器108的电流限制由igbt开关装置146的最大电流额定值确定。如果整流器108没有达到其电流限制，则控制例程沿分支到316，其中它检查ac输入电压是否仍然过压。如果ac输入电压仍然过压，则控制例程沿分支回到314。如果ac输入电压不再过压，则控制例程沿分支到308，其中整流器108正常操作。
如果在314处整流器108已经达到其电流限制，则控制例程行进到318，其中它使dc总线目标电压增加预定量，诸如十伏。控制例程然后行进到320，其中它检查增加后的dc总线目标电压是否超过最大dc总线电压限制。如果增加后的dc总线目标电压超过最大dc总线电压限制，则控制例程沿分支到322，其中它将dc总线目标电压设定为最大dc总线电压限制，并且行进到326处。如果在320处增加后的dc总线目标电压没有超过最大dc总线电压限制，控制例程沿分支到324，其中将增加后的dc总线目标电压保留为dc总线目标电压，然后行进到326。在326处，控制例程操作整流器108以将dc总线的dc电压调节成处于dc总线目标电压。然后控制例程行进到328，其中它等待直到预定的延迟已经结束，并且然后行进到330。在330处，控制例程检查被操作以调节dc总线处于dc总线目标电压的整流器108是否已经达到其电流限制。如果整流器108已经达到其电流限制，则控制例程沿分支回到318，其中它再次使dc总线目标电压增加预定量诸如10伏，并且继续到320。如果在330处整流器108没有达到其最大电流限制，则控制例程沿分支到332，其中它检查ac输入电压是否仍然过压。如果ac输入电压仍然过压，则控制例程沿分支回到330。如果在332处ac输入电压不过压，则控制例程沿分支到334，其中操作整流器108，以使dc总线电压缓慢斜降至标称dc总线目标电压，并且然后行进到308，其中整流器108正常操作。
应当理解的是，可以以硬件逻辑、软件逻辑或者硬件逻辑和软件逻辑的组合来实现用于说明性地由控制器122进行的对ups系统100的前述控制的逻辑。在这方面，控制器122可以是或可以包括数字信号处理器(dsp)、微处理器、微控制器或利用实现上述方法的软件编程的其他可编程设备中的任一个。应当理解的是，可选地，它是或者包括其他逻辑器件，诸如现场可编程门阵列(fpga)、复杂可编程逻辑器件(cpld)或专用集成电路(asic)。当陈述控制器122执行功能或被配置成执行功能时，应当理解的是，控制器122被配置成使用适当的逻辑(例如以软件、逻辑设备或其组合)这样做。
为了说明和描述的目的，已经提供了对实施方式的前述描述。该描述不意在穷举或限制本公开内容。特定实施方式的各元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下可互换并且可以用在所选择的实施方式中，即使没有具体示出或描述亦是如此。特定实施方式的各元件或特征也可以以很多方式变化。这样的变型不被认为是偏离本公开内容，并且所有这样的修改意在被包括在本公开内容的范围内。