用于检测UPS中的故障整流器或整流器源的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月3日提交的美国专利申请第15/014,275号的优先权，并要求于2015年2月4日提交的美国临时申请第62/111,864号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开内容涉及用于检测故障整流器或整流器源的方法，例如用于检测在不间断电源系统中的故障整流器或整流器源的方法。

背景技术：

在不间断电源系统中，dc/dc变换器通常设置在dc总线与例如电池的次级电源之间。在检测到主电源的故障时，dc/dc变换器从供电给电池切换到供电给逆变器。用于检测主电源中的故障的常规技术包括测量源电压。这种技术可能在源电压中的浪涌或暂降发生期间错误地检测到故障。此外，仅依靠源电压将不会检测整流器的故障。

因此，期望开发用于检测故障整流器或整流器源的改进技术。本部分提供与本公开内容相关的不一定是现有技术的背景信息。

技术实现要素：

本部分提供本公开内容的总体概述，并不是其全部范围或其全部特征的全面公开。

提供一种用于检测不间断电源的情况下整流器或整流器源的故障的方法。该方法包括：测量从主电源进入整流器的输入电流；确定所测量的电流的变化率；确定参考电流与所测量的电流之间的电流差；测量由整流器输出的电压；确定参考电压与所测量的电压之间的电压差；以及根据所测量的输入电流、所测量的电流的变化率、电流差、所测量的电压、以及电压差来检测整流器的故障状况。更具体地，在输入电流正在减小、所测量的电流的变化率正在减小、电流差正在增大并且电压差正在增大时，识别整流器的故障状况。

响应于识别故障状况，供应给逆变器的电力被从主电源切换到次级电源。在一些实施例中，到次级电源的切换可以被延迟一段时间。

在一个方面，在旋转参考系的d相测量输入电流和输出电压。

根据本文提供的描述，进一步的适用范围将变得明显。本概述中的描述和具体示例仅仅旨在说明的目的，并不意图限制本公开内容的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而不是所有可能的实现方式，并且不意图限制本公开内容的范围。

图1是描绘了典型的不间断电源(ups)的框图；

图2是对于ups的典型控制方案的图；

图3是示出了用于检测整流器的故障状况的方法的流程图；

图4是实现整流器故障检测逻辑的控制方案的图；

图5是描绘了整流器故障检测逻辑的示例实施例的流程图；以及

图6是对于各种干扰的控制信号的模拟结果。

贯穿附图的几个视图，对应的参考标记表示对应的部分。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。

图1是典型的不间断电源10的简化示意图。不间断电源(ups)10通常用于保护计算机、数据中心、电信装置或其他电气装置。ups110通常包括旁路开关11、ups开关12、ups变换器13、输出端子14、和控制器15。在示例实施例中，旁路开关11耦接在主电源16与输出端子14之间，并且被配置为从主电源16接收ac输入信号。以类似的方式，ups变换器13耦接在主电源16与输出端子14之间，并且被配置为从主电源16接收ac信号。ups开关12介于ups变换器13的输出与输出端子14之间。

ups变换器13还包括整流器4、逆变器6、dc/dc变换器18、和诸如电池的次级电源9。整流器4将ac输入从ac信号转换为dc信号；而逆变器6将dc信号转换为ac信号。dc/dc变换器18将电池9对接到主dc总线。逆变器6被配置为从整流器4或电池9接收输入信号。在正常操作中，整流器4将dc信号供应给逆变器6，并且dc/dc变换器18为电池9提供充电电流。如果主电源16不可用或者整流器不能提供足够的电力，则dc/dc变换器从充电模式切换到放电模式，并且电池9将输入信号供应给逆变器6。这种变换器布置在本领域中已知。

控制器15监视ups10的操作状况并且根据所选操作模式和操作状况来控制旁路开关11和ups开关12。在示例性实施例中，控制器15被实现为微控制器。在其他实施例中，控制器可以以现场可编程门阵列、复杂可编程逻辑器件、模拟电路系统或提供所描述的功能的其他合适的部件来实现；或以上述中的一些或全部的组合来实现。

图2描绘了对于ups的整流器的典型控制方案。在该示例中，控制方案在直接正交旋转参考系中实现。该控制方案通常包括外部电压回路21和两个内部电流回路：一个针对d轴22，并且另一个针对q轴23。外部电压回路21在d轴上工作，并且调节由整流器给主dc总线供应的电力。内部电流回路提供快速瞬时响应和功率因数控制。尽管贯穿本公开内容引用了dq参考系，但是可以想到，本文中描述的概念可应用于其他类型的旋转参考系以及静止参考系。

在处于正常操作模式时，控制回路中的电压误差(vdcerror)和电流误差(ideerror)非常小。当存在负载变化或源电压变化时，这些误差信号将相应地增大或减小。同样，当整流器存在问题时，这些误差信号也会改变。下表1示出了对于不同类型的干扰的各种控制信号的变化。

如果输入电流(ide)大于阈值1，并且输入电流的变化率(δide)大于0，则负载正在增大，并且因此预期有电压误差的增大。反之，如果输入电流不大于阈值1，并且输入电流的变化率不大于0，则负载正在减小，并且因此预期有电流误差的增大。对于负载改变，要注意的是，电压误差和电流误差在相反的方向上改变。输入电流(ide)和输入电流的变化率(δide)在与电压误差相同的方向上改变。

更重要的是，当整流器故障或整流器的输入源(即主电源)故障时，输入电流和输入电流的变化率总是正在增大，而电压误差和电流误差总是正在减小。实际上，减小率或增大率比负载变化时要大得多。这个观察结果可以用于检测故障整流器或整流器源的发生。对于不同干扰的控制信号的模拟结果如图6所示。

关于图3，进一步描述用于检测故障整流器或整流器源的改进技术。在ups的操作期间测量和计算各种控制信号。例如，在31处测量从主电源进入整流器的输入电流。根据所测量的输入电流，可以在32处例如通过减去连续测量值来计算所测量的电流的变化率。另外，在33处可以通过取参考电流与所测量的电流之间的差来计算电流误差，其中，参考电流可以被定义为期望的d相电流。

在34处也测量由整流器输出的电压。根据所测量的电压，在35处可以通过取参考电压与所测量的电压之间的差来计算电压误差，其中，参考电压是可以由用户设置的目标输出电压。用于测量电压或电流的不同技术落在本公开内容的范围内。

然后，在36处根据所测量的电流、所测量的电流的变化率、电流差、所测量的电压、以及电压差来检测整流器或整流器源的故障状况。在一个实施例中，所测量的电流和所测量的电流的变化率可以用于确定由整流器服务的负载发生变化或没有变化。在没有负载变化的情况下，当电流差和电压差两者都正在增大时，识别故障状况。在其他实施例中，当输入电流正在减小、所测量的电流的变化率正在减小、电流差正在增大、并且电压差正在增大时，可以识别故障状况。响应于识别故障状况，控制器将采取纠正措施。在ups的情况下，供应给逆变器的电力被从主电源切换到次级电源。

图4描绘了对于实现整流器故障检测逻辑的整流器的控制方案。对于大部分情况下，控制方案实现了以上关于图2描述的所述三个控制回路。ups的控制器15被配置为接收控制信号。特别地，控制器接收所测量的电流、电流误差、和电压误差。这些信号中的一个或更多个可以在到达控制器15之前通过低通滤波器。滤波从控制信号中去除噪声，并且在决策处理之前提供信号稳定性。控制器15也接收所测量的电流的导数或变化率。

图5给出了整流器故障检测逻辑的示例实施例。首先，将所测量的输入电流和所测量的电流的变化率分别与阈值1和阈值2进行比较，如在51和52处所示。当这些指标中的一个或两个高于相应的阈值时，负载被认为是正在变化的，因此整流器和整流器源被认为正在正常工作。如果这些指标中的任何一个都正在减小或低于相应的阈值，则负载没有正在改变，并且进行进一步查询。接下来，在53和54处将电压误差和电流误差分别与阈值3和阈值4进行比较。如果电压误差和电流都高于相应的阈值，则整流器或整流器源被认为是故障的，如在56处所示；否则，整流器和整流器源被认为正在正常工作，如在55处所示。

在正常模式下，电力经由整流器从主电源供应给逆变器。此外，dc/dc变换器向次级电源(例如电池)提供充电信号。在放电模式下，电力经由dc/dc变换器从次级电源供应给逆变器。当在56处检测到故障状况时，dc/dc变换器立即从充电模式改变为放电模式，使得为逆变器维持dc总线。在一些实施例中，在切换模式之前存在短延迟(例如，约一毫秒)，以避免错误的触发。

对于示例实施例，下文给出用于检测故障状况的伪代码。

如果输入电流(ide)大于“阈值1”并且

输入电流变化率(dide/dt)大于“阈值2”，

则

负载变化为真；

否则

负载变化为假。

如果电压误差(vdcerror)大于“阈值3”并且

电流误差(ideerror)大于“阈值4”并且

负载变化为假，

则

整流器不能支持dc总线，切换到放电模式。

否则

整流器正常，不采取动作。

应当理解，在上文中仅讨论了该方法的相关步骤，并且其他由软件实现的指令可以由控制器实现并被需要以控制和管理ups的整体操作。

在本文中描述的技术可以由一个或更多个计算机程序来实现，所述一个或更多个计算机程序由一个或更多个处理器执行。计算机程序包括存储在非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括所存储的数据。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储装置和光学存储装置。

上述描述的一些部分在对信息的操作的算法和符号表示方面呈现本文所描述的技术。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将其工作的实质传达给本领域技术人员的手段。这些操作虽然在功能上或逻辑上被描述，但被理解为由计算机程序来实现。此外，有时也被证明是方便的是：将操作的这些安排称为模块或功能名称，而不失一般性。

除非另有明确说明，否则从上述讨论中明显的是，应当理解，贯穿说明书，利用诸如“处理”或“运算(computing)”或“计算(calculating)”或“确定”或“显示”等的术语的讨论指代计算机系统或类似的电子计算装置的动作和处理，该计算机系统或类似的电子计算装置操纵和变换这样的数据，所述数据被表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示装置内的物理(电子)量。

所描述的技术的某些方面包括本文中以算法的形式描述的处理步骤和指令。应当注意，所描述的处理步骤和指令可以以软件、固件或硬件来呈现，并且在以软件呈现时，所描述的处理步骤和指令可以被下载以驻留在由实时网络操作系统使用的不同的平台上并且从所述平台被操作。

本公开内容还涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别地构建用于所需目的，或者该装置可以包括由存储在计算机可读介质上的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机，该计算机可读介质可以被计算机访问。这样的计算机程序可以存储在有形计算机可读存储介质中，例如但不限于各自耦接到计算机系统总线的任何类型的盘或适用于存储电子指令的任何类型的介质，所述任何类型的盘包括软盘、光盘、cd-rom、磁光盘、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、eprom、eeprom、磁或光卡、专用集成电路(asic)。此外，本说明书中所指的计算机可以包括单个处理器，或者可以是采用多个处理器设计的架构以提高计算能力。

本文呈现的算法和操作并不固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。各种通用系统也可以根据本文的教导与程序一起使用，或者可以证明是方便的是：构建更专用的装置来执行所需的方法步骤。各种这些系统的所需结构以及等同的变化对于本领域技术人员将是明显的。此外，本公开内容不是参考任何特定的编程语言来描述的。应当理解，可以使用各种编程语言来实现本文所述的本公开内容的教导。

为了说明和描述的目的，提供了实施例的前述描述。这并不旨在成为穷尽性的或限制本公开内容。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的地方是可互换的，并且即使没有被具体示出或描述，也可以在所选择的实施例中被使用。特定实施例的各个元件或特征也可以以许多方式变化。这些变化不被视为脱离本公开内容，并且所有这些修改旨在被包括在本公开内容的范围内。