用于多用途多模式ups的系统和方法
【专利说明】用于多用途多模式UPS的系统和方法
[0001]相交串请的交叉引用
[0002]本申请是非临时申请，要求于2013年6月14日申请的名称为“CONTROL SYSTEMFOR MULT1-USE MULT 1-MODE UPS”的美国临时专利申请序号61/835，122的优先权，其通过引用被全部并入本文中。
技术领域
[0003]本发明的领域一般涉及不间断电源，并且更具体地涉及多用途多模式不间断电源。
【背景技术】
[0004]可靠的电源系统能够将电力供应到一个或多个负载。这些电源系统可以包括发电、输电、整流、逆变和功率变换以供应用于电子、光、机械和/或核应用和负载的能量的组合。在实现电源系统和架构时，实际的考虑因素包括成本、规模、可靠性和实现的难易。
[0005]在至少一些已知的电源系统中，一个或多个不间断电源(UPS)便于将电力供应到负载。UPS便于确保电力被连续地供应到一个或多个重要负载，甚至是在电源系统的一个或多个元件故障时。因此，UPS提供冗余的电源。UPS可以用于各种应用(例如变电所、工厂、船舶系统、高安全性系统、医院、数据通信和电信中心、半导体制造场所、核发电站等)。而且，UPS可以用在高、中或低电力应用中。例如，UPS可以用在相对小的电源系统(例如娱乐或消费系统)或微系统(例如基于芯片的系统)中。
[0006]当能量消耗超过能量供给时，可能遇到电源质量和稳定性问题。而且，在峰值需求期间，能量成本可能提高。而且，至少一些可再生能量生成系统(例如光伏、风力)可能带来另外的电网稳定性问题。因此，为了保护敏感设备不受电源质量事件(例如停电、上涨、下降、噪声等)的影响，UPS被用来提供可靠性。
【发明内容】
[0007]在一方面，提供了一种多模式不间断电源(UPS)。多模式UPS包括:第一路径，所述第一路径包括整流器和逆变器；以及第二路径，所述第二路径与所述第一路径并联，其中，所述多模式UPS可在经济模式下操作，在经济模式下，在所述整流器和所述逆变器中的至少一个被激活时，电力通过所述第二路径从供电设施流动到负载，所述整流器和所述逆变器中的所述至少一个可操作以执行DC电压调节、无功补偿和有源阻尼(active damping)中的至少一个。
[0008]在另一方面，提供了一种电源系统。所述电源系统包括:供电设施；负载；以及至少一个多模式不间断电源(UPS)，所述至少一个多模式不间断电源(UPS)耦连于所述供电设施与所述负载之间，所述至少一个多模式UPS包括:第一路径，所述第一路径包括整流器和逆变器；以及第二路径，所述第二路径与所述第一路径并联，其中，所述至少一个多模式UPS可在经济模式下操作，在经济模式下，在所述整流器和所述逆变器中的至少一个被激活时，电力通过所述第二路径从所述供电设施流动到所述负载，所述整流器和所述逆变器中的所述至少一个可操作以执行DC电压调节、无功补偿和有源阻尼中的至少一个。
[0009]在又一方面，提供了一种操作电源系统的方法。所述方法包括:将多模式不间断电源(UPS)耦连于供电设施和负载之间，其中，所述多模式UPS包括第一路径和第二路径，所述第一路径包括整流器和逆变器，所述第二路径与所述第一路径并联；以及在经济模式下操作所述多模式UPS，在经济模式下，在所述整流器和所述逆变器中的至少一个被激活时，电力通过所述第二路径从所述供电设施流动到所述负载，所述整流器和所述逆变器中的所述至少一个执行DC电压调节、无功补偿和有源阻尼中的至少一个。
【附图说明】
[0010]图1是示例性电源系统的示意图。
[0011]图2是可以与图1所示系统一起使用的示例性控制算法的框图。
[0012]图3是可以与图2所示算法一起使用的有源阻尼块的框图。
[0013]图4A是说明在没有升级经济模式或有源经济模式的情况下，系统的性能的图形。
[0014]图4B是说明在升级经济模式或有源经济模式下，系统的性能的图形。
[0015]图5是图1所示系统的替代实施例的示意图。
[0016]图6是示例性电源系统的示意图。
[0017]图7是图6所示系统的简化示意图。
[0018]图8是图6所示系统的替代实施例的示意图。
[0019]图9是图6所示系统操作于调峰(peak shaving)模式下的示意图。
【具体实施方式】
[0020]本文中描述了多模式不间断电源(UPS)的示例性实施例。示例性多模式UPS包括:第一路径，所述第一路径包括整流器和逆变器；以及第二路径，所述第二路径与所述第一路径并联。所述多模式UPS可在经济模式下操作，在经济模式下，在所述整流器和所述逆变器中的至少一个被激活时，电力通过所述第二路径从供电设施(utility)流动到负载。所述整流器和所述逆变器中的所述至少一个可操作以执行DC电压调节、无功补偿和有源阻尼中的至少一个。
[0021]图1是示例性电源系统100的示意图，电源系统100包括供电设施102、多模式UPS104和至少一个负载106。如本文中描述，多模式UPS 104可操作于第一正常模式和第二升级经济模式。多模式UPS 104便于将电力从供电设施102传送到负载106。在示例性实施例中，多模式UPS 104不包括变压器(即多模式UPS 104是无变压器的)。作为一种选择，多模式UPS 104可以包括变压器。在示例性实施例中，系统100包括一个多模式UPS 104。作为一种选择，系统100可以包括并联耦连的多个多模式UPS 104。
[0022]如图1所示，多模式UPS 104包括第一或双变换路径110，第一或双变换路径110与第二或旁路路径112并联。在示例性实施例中，第一路径110包括串联的第一开关114、交流(AC)-直流(DC)整流器116、DC-AC逆变器118、电感器115和第二开关119。在示例性实施例中，整流器116和逆变器118是三电平变换器。替代性地，整流器116和逆变器118可以是使系统100能够如本文描述的工作的任何变换器。
[0023]DC-DC变换器120和电池122与逆变器118并联耦连，电容器124与第二开关119并联耦连。因为多模式UPS 104包括整流器116和逆变器118，所以，多模式UPS 104还可以被称作双变换UPS。第二路径112包括串联的第三开关130、扼流线圈132和半导体开关模块(SSM)134。在示例性实施例中，SSM是基于晶闸管的元件。替代性地，SSM可以使用强迫换流装置(例如集成栅换流晶闸管(IGCT))实现。第四开关140便于选择性将负载106连接到多模式UPS 104。
[0024]控制器142通信耦连到多模式UPS 104，如本文描述的，控制多模式UPS 104的操作。控制器142可以包括其自己的电源系统(未显示)，诸如专用能源(例如电池)。在一些实施例中，控制器142耦连到替代控制器(未显示)，替代控制器可以在控制器142故障的情况下使用。控制器142可以控制系统100在相对大的地理区域上的电力分配和管理。
[0025]在示例性实施例中，控制器142由处理器144实现，处理器144通信耦连到存储器装置146以执行指令。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器装置146中。替代性地，控制器142可以使用能够使控制器142如本文中描述的控制多模式UPS 104的操作的任何电路实现。例如，控制器142可以动态地确定需要哪些电源以及那些电源需要操作于哪些性能等级和环境条件(例如温度、湿度、