一种供电系统及其独立旁路的均流系统和均流方法与流程

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种供电系统及其独立旁路的均流系统和均流方法。

背景技术：

ups(uninterruptiblepowersupply，不间断电源)主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备等提供稳定、不间断的电力供应，功能越来越完善，应用地也越来越广泛。

目前的ups功能更加完善，可以将三进三出的33制式，三进单出的31制式，单进单出的11制式等不同的ups工作制式集中兼容在一套ups系统中，通过改变ups输入、输出以及旁路的接线方式，并根据接线制式相应地驱动整流和逆变，就可以使一台ups系统在不同的工作制式中相互切换，用来满足不同的工作需求。

对于上述的多种工作制式兼容的ups，输出如果是单相的，需要将三个输出端子短接成单相输出，因此，如果三个输出端子的电流无法相对均流，就容易发生线间环流。如果ups系统采用的是逆变输出，则可以通过对逆变器进行控制，对三个输出端子进行均流，但如果采用的是旁路输出，可参阅图1，旁路-输出回路中主要包括滤波电路和scr切换开关，由于滤波器的性能、scr开关、线阻等参数的差异，很可能会造成三个旁路回路之间的电流存在差异，也即产生线间环流。

综上所述，如何有效地降低ups系统中的旁路回路之间的环流，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种供电系统及其独立旁路的均流系统和均流方法，以降低ups系统中的旁路回路之间的环流。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种独立旁路的均流系统，应用于ups系统中，包括：

在各个旁路回路中均有设置的采样单元，每个所述采样单元均用于检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器；

与各个所述采样单元以及各个电流调节单元均连接的所述控制器，用于当判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到所述预设范围内；

设置在至少一个旁路回路中的所述电流调节单元。

优选的，所述ups系统中的各个旁路回路中均设置有所述电流调节单元。

优选的，所述预设范围为所述控制器通过以下步骤设定的范围：

将目标旁路回路的电流大小作为数值a；

将[a-a，a+b]作为所述预设范围，其中，所述目标旁路回路为预先设定的任意一个旁路回路，a和b均为预设值且均大于等于0。

优选的，各个所述电流调节单元中，至少一个电流调节单元为阻抗调节模块；

针对设置了所述阻抗调节模块的旁路回路，所述控制器具体用于：

当判断出任意一个设置了阻抗调节模块的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过改变该旁路回路中的该阻抗调节模块的阻抗，将该旁路回路的电流大小调整到所述预设范围内。

优选的，所述阻抗调节模块为至少包括可调电阻的阻抗调节模块。

优选的，各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均为预设值，以进行双向电流调节。

优选的，各个所述电流调节单元中，至少一个电流调节单元为设置在旁路回路中的可控开关；

针对设置了所述可控开关的旁路回路，所述控制器具体用于：

当判断出任意一个设置了可控开关的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过改变该旁路回路中的该可控开关的开通频率和/或每次开通时的持续时长，将该旁路回路的电流大小调整到所述预设范围内。

优选的，各个所述电流调节单元均为设置在所述旁路回路中的可控开关；

所述控制器还用于：当判断出接收到的任意一个旁路回路的电流大小超出预设范围的上限时，通过延长该旁路回路中的该可控开关的截停时间，将该旁路回路的电流大小调整到所述预设范围内；其中，在所述截停时间内，该旁路回路的交流输入达到最大值。

一种独立旁路的均流方法，应用于ups系统中，包括：

各个旁路回路中的采样单元均检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器；

控制器判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到所述预设范围内。

一种供电系统，包括上述任一项所述的独立旁路的均流系统。

应用本发明实施例所提供的技术方案，应用于ups系统中，包括：在各个旁路回路中均有设置的采样单元，每个采样单元均用于检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器；与各个采样单元以及各个电流调节单元均连接的控制器，用于当判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内；设置在至少一个旁路回路中的电流调节单元。

本申请的方案中，采样单元可以检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器，电流调节单元可以调整自身所在的旁路回路的电流大小。因此，当控制器判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，便可以通过该旁路回路中的电流调节单元，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。由于旁路回路中的电流大小被调整到了预设范围内，便有利于降低ups系统中的旁路回路之间的环流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的ups系统的结构示意图；

图2为本发明应用在ups系统中的独立旁路的均流系统的一种结构示意图；

图3为本发明应用在ups系统中的独立旁路的均流系统的另一种结构示意图；

图4为本发明一种具体实施方式中可控开关的工作状态示意图；

图5为本发明应用在ups系统中的独立旁路的均流方法的实施流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种独立旁路的均流系统，可以有效地降低ups系统中的旁路回路之间的环流。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2为本发明中一种独立旁路的均流系统的结构示意图，该均流系统应用于ups系统中，包括：

在各个旁路回路中均有设置的采样单元10，每个采样单元10均用于检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器。

本申请的图2及图3中均示出了3个旁路回路，这也是ups系统通常的设计，但需要说明的是，本申请的方案并不仅限于应用在具有3个旁路回路的ups系统中，对于具有其他数量的旁路回路的ups系统，也可以实施本申请的方案。此外，图1至图3均是三相四线制的系统，本申请的方案也可以应用在三相三线制等系统中，并不影响本发明的实施。

每个旁路回路中均设置有一个采样单元10，每个采样单元10可以用于检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器。采样单元10在进行电流大小的检测时，可以直接通过相关电流检测部件进行电流大小的检测，也可以通过电压检测部件与相关器件配合，在检测出相关电压数据之后再转换为电流数据，即采样单元10的具体电路构成可以根据实际需要进行设定和调整，只要能够检测出自身所在的旁路回路的电流大小即可，并不影响本发明的实施。

每个采样单元10均会将检测到的电流大小发送至控制器，可以是实时发送，也可以是按照预设的周期进行发送。

与各个采样单元10以及各个电流调节单元20均连接的控制器，用于当判断出任意一个设置了电流调节单元20的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过该旁路回路中的电流调节单元20将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内；

设置在至少一个旁路回路中的电流调节单元20。

需要说明的是，控制器在图2以及图3中均未示出。控制器与设置的各个采样单元10以及各个电流调节单元20均连接，各个采样单元10均会将各自检测到的电流大小发送至控制器。

针对任意一个设置了电流调节单元20的旁路回路，控制器会对该旁路回路的电流数据进行判断，进而可以对该旁路回路中的电流调节单元20进行控制，从而通过该旁路回路中的电流调节单元20，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。

还需要强调的是，在图2以及图3中，均是在各个旁路回路中均设置了电流调节单元20，但是在实际应用中，也可以不是在全部的旁路回路中，而是在一个或多个旁路回路中设置电流调节单元20。例如在一种具体场景中，ups系统中的某一路旁路回路经常发生电流异常的情况，而其他旁路回路通常不会出现电流异常，因此可以仅在该旁路回路上设置电流调节单元20。由于并未在各个旁路回路中均设置电流调节单元20，在该种特定场合中满足了ups系统的独立旁路的均流需求，同时又能节约成本。

在一种具体实施方式，考虑到为了便于对各个旁路回路进行控制，应对各种不均流的情况，ups系统中的各个旁路回路中可以均设置有电流调节单元20。例如具有u，v，w三个旁路回路的ups系统，并假设u路电流出现异常，电流较低，如果仅在v路和w路中设置了电流调节单元20，虽然也能够通过降低v路和w路的电流实现三路均流，但会降低系统功率。而如果在三路中均有设置电流调节单元20，则直接将u路电流增大至正常范围即可，无需降低v路和w路的电流，方便调节的同时也避免了不必要的功率消耗。

电流调节单元20可以对自身所在的旁路回路的电流大小进行控制，具体的控制方式可以根据需要进行选取，通常，可以通过调节自身阻抗的方式，或者通过调节自身的导通时间的方式，对自身所在的旁路回路的电流大小进行控制。

例如在一种具体实施方式中，各个电流调节单元20中，至少一个电流调节单元20为阻抗调节模块；

针对设置了阻抗调节模块的旁路回路，控制器具体用于：当判断出任意一个设置了阻抗调节模块的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过改变该旁路回路中的该阻抗调节模块的阻抗，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。

也就是说，该种实施方式中，电流调节单元20可以在控制器的控制下调节自身的阻抗。当控制器判断出任意一个设置了阻抗调节模块的旁路回路的电流大小高于预设范围的上限时，控制器会发送提高阻抗的相关控制信号至电流调节单元20，电流调节单元20便可以根据接收的控制信号内容，对自身的阻抗进行相适应的提高。当然，电流调节单元20的位置设置，需要使得当电流调节单元20的自身阻抗改变时，该电流调节单元20所在的旁路回路的阻抗会改变，例如通常是将电流调节单元20串联在旁路回路中。相应的，当控制器判断出任意一个旁路回路的电流大小低于预设范围的下限时，控制器会发送降低阻抗的相关控制信号至电流调节单元20，电流调节单元20便可以根据接收的控制信号内容，对自身的阻抗进行相适应的降低。

阻抗调节模块的具体构成可以根据实际需要进行设定和调整，只要能够实现对所在的旁路回路的电流进行调节即可，并不影响本发明的实施。在具体实施时，考虑到调节电阻的方案方便实施，例如可以通过电位器进行电阻值的调节进而改变阻抗调节模块的阻抗值，并且可调电阻的成本也较低，因此，阻抗调节模块可以为至少包括可调电阻的阻抗调节模块。当然，在其他实施方式中，阻抗调节模块也可以由电阻和/或电容和/或电感组合而成，能够实现阻抗调节即可。此外，在部分实施方式中，控制器还可以通过阻抗调节模块对旁路回路的电流相位进行一定的调整，即实现幅值和相位均匹配。

本申请描述的预设范围可以根据实际需要进行设定和调整，例如当对ups系统中的环流大小比较敏感时，预设范围的上下限之间的差距可以较低，从而对各个旁路回路的电流大小实现较为精确的控制。而当ups系统对环流具有一定的承受能力时，预设范围的上下限之间的差距可以较大，降低由于频繁的电流调整所带来的损耗，同时也降低了对相关器件的要求。

还需要强调的是，预设范围可以是预先就设定完毕的固定范围，也可以是一个变化的范围，例如一种具体实施方式中，预设范围为控制器通过以下步骤设定的范围：

步骤一：将目标旁路回路的电流大小作为数值a；

步骤二：将[a-a，a+b]作为预设范围，其中，目标旁路回路为预先设定的任意一个旁路回路，a和b均为预设值且均大于等于0。

例如一种具体实施方式中，ups系统中具有三个旁路回路u、v以及w。控制器将u路作为目标旁路回路，即，将u路的采样单元10检测到的电流大小作为数值a，进而确定[a-a，a+b]作为预设范围。a和b预先设定完毕，由于检测到的数值a为变化量，因此该种实施方式中的预设范围为变化的范围。可以看出，该种实施方式中，通过某一旁路回路的电流确定出预设范围，也就表示以该路电流作为基准，控制器会对其他设置有电流调节单元20的旁路回路进行控制，使得这些旁路回路的电流与该路的基准电流的差值在一定范围内，该范围的大小由a和b决定。并且该例子中以u路作为目标旁路回路为例进行说明，在其他场合中，可以预先将任意一个旁路回路作为目标旁路回路。

此外，a和b均大于等于0，并且通常来说，为了避免频繁的电流调节，a和b的取值通常均大于0，仅在少部分场合中，需要将环流控制在较低水平时，可以将a和b均设置为0。

当电流调节单元20为阻抗调节模块时，阻抗调节模块在初始状态下的阻抗值也可以根据实际需要进行设定和调整。例如一种具体实施方式中，各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均等于0，也就是说，在默认状态下，无需通过阻抗调节模块对旁路回路进行电流调整，在ups系统正常运行不出现较大环流时，设置的阻抗调节模块不会引入多余的阻抗，可以降低附加损耗。

进一步的，在本发明的一种具体实施方式中，各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均为预设值，以进行双向电流调节，预设值通常为大于0的数值，相较于前述实施方式中初始阻抗值为0的方案，该种方案可以进行电流的双向调节。即如果默认状态的阻抗值是0，后续只能通过增大阻抗来实现均流，该种实施方式中默认状态下的初始阻抗值均为预设值以进行双向电流调节，即某一旁路回路的电流过大时，可以增大该旁路回路的阻抗调节模块的阻抗值以降低该旁路回路的电流值，相应的，当电流过小时，可以降低该旁路回路的阻抗调节模块的阻抗值以增大该旁路回路的电流值。

该预设值的具体取值可以根据需要进行设定和调整，以功率40kw的产品为例，实际旁路阻抗通常为100mω，根据实验可知在不采用均流方案时，旁路回路的不均流度最大不会超过25％。也就是说，对于该40kw产品的旁路回路阻抗，设置100*0.25＝25毫欧即可满足应用，也不会带来太大的损耗。进一步地，考虑到调节范围与可调节精度的平衡，该预设值的范围可以是25mω的0.8倍至1.2倍，即合理的阻抗值范围应为：旁路等效阻抗的25％的0.8-1.2倍。

考虑到如果各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均等于0，虽然能够降低损耗，但在进行ups系统的均流时，由于只能增大各个阻抗调节模块的阻抗值以降低电流，即，只能通过减小电流的方式实现均流，使得使用场合受限。而该种实施方式中，由于各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均大于0，使得在进行均流时，可以从增大阻抗以及减小阻抗这两个方向进行电流调整，即对于任意一路设置了阻抗调节模块的旁路回路而言，可以增大或者减小该路电流。例如，ups系统中具有三个旁路回路u、v以及w，且u路和v路设置了阻抗调节模块，这两个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均大于0，控制器只需以w路的电流作为基准，无论u路/w路电流是偏高还是偏低，均可以方便地调节至w路电流值附近。可以看出，各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均大于0的方案，由于电流双向可调，提高了调节的便捷性，且尤其适用于三路旁路回路中的两路设置有阻抗调节模块的场合。

在本发明的一种具体实施方式中，可参阅图3，各个电流调节单元20中，至少一个电流调节单元20为设置在旁路回路中的可控开关；

针对设置了可控开关的旁路回路，控制器具体用于：

当判断出任意一个设置了可控开关的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过改变该旁路回路中的该可控开关的开通频率和/或每次开通时的持续时长，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。

考虑到igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)的导通压降低，驱动功率很小，节能，并且开关速度快，可适用于较高的开关频率中，因此各个电流调节单元20均可以为igbt，各igbt的控制端均与控制器连接。当然，在其他实施方式中，也可以使用其他类型的开关器件，能够接收控制器的控制进行通断状态的切换即可，并不影响本发明的实施。

可控开关的开通频率以及每次开通时的持续时长均会影响在一个交流输入周期内的可控开关的导通时间。因此，控制器对可控开关的开通频率和/或每次开通时的持续时长进行控制，便可以对该可控开关在一个交流输入周期内的导通时间进行控制，进而对该可控开关所在的旁路回路的电流大小进行控制。当每次开通时的持续时长固定，开通频率提高时，该可控开关所在的旁路回路的电流大小会提高。当开通频率固定，每次开通时的持续时长提高时，该可控开关所在的旁路回路的电流大小会提高。

进一步的，在一种具体实施方式中，考虑到各个旁路回路的电流大小通常会符合预设范围，只有少部分场合中，会存在旁路回路的电流大小超出预设范围的情况，并且当这种超出预设范围的情况发生时，通常均是电流大小高于预设范围的上限，即出现了电流过大的情况。因此，该种实施方式中，可控开关在运行时，默认的工作状态为持续导通状态。也就是说，当控制器判断出旁路回路的电流大小在预设范围内时，会控制可控开关处于持续导通的状态。而当控制器判断出旁路回路的电流大小高于预设范围的上限时，会控制该旁路回路的可控开关按照一定的开关频率工作，具体的开关频率可以取决于控制器接收到的该旁路回路的电流大小，但通常会是较高的频率，例如图4中，可控开关对交流输入波形做高频切割。此外，该种实施方式中的可控开关每次开通时的持续时长可以是默认的固定值，以便方案的设计。该种实施方式中，由于大部分情况下，可控开关处于持续导通的状态，也就可以降低开关损耗，并且也有利于提高供电效率。

在本发明的一种具体实施方式中，控制器还用于：当判断出接收到的任意一个旁路回路的电流大小超出预设范围的上限时，通过延长该旁路回路中的该可控开关的截停时间，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内；其中，在截停时间内，该旁路回路的交流输入达到最大值。

该种实施方式中，当控制器判断出接收到的任意一个旁路回路的电流大小超出预设范围的上限时，说明该旁路回路的电流过大，控制器通过延长该旁路回路中的该可控开关的截停时间来调节电流大小。在截停时间内，该旁路回路的交流输入达到最大值，也就是说，当控制器判断出电流过大，便会在交流输入处于波峰附近时，控制该路的可控开关处于断开状态，也就使得该路的交流输入的电流幅值下降，达到降低该旁路回路的电流大小的目的。

应用本发明实施例所提供的独立旁路的均流系统，应用于ups系统中，包括：在各个旁路回路中均有设置的采样单元，每个采样单元均用于检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器；与各个采样单元以及各个电流调节单元均连接的控制器，用于当判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内；设置在至少一个旁路回路中的电流调节单元。

本申请的方案中，采样单元可以检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器，电流调节单元可以调整自身所在的旁路回路的电流大小。因此，当控制器判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，便可以通过该旁路回路中的电流调节单元，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。由于旁路回路中的电流大小被调整到了预设范围内，便有利于降低ups系统中的旁路回路之间的环流。

相应于上面的系统实施例，本发明实施例还提供了一种独立旁路的均流方法，可与上文相互对应参照。该独立旁路的均流方法，应用于ups系统中，可参阅图5，包括以下步骤：

步骤s101：各个旁路回路中的采样单元均检测自身所在的旁路回路的电流大小并发送至控制器；

步骤s102：控制器判断出任意一个设置了电流调节单元的旁路回路的电流大小超出预设范围时，通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。

在本发明的一种具体实施方式中，ups系统中的各个旁路回路中均设置有电流调节单元。

在本发明的一种具体实施方式中，预设范围为控制器通过以下步骤设定的范围：

将目标旁路回路的电流大小作为数值a；

将[a-a，a+b]作为预设范围，其中，目标旁路回路为预先设定的任意一个旁路回路，a和b均为预设值且均大于等于0。

在本发明的一种具体实施方式中，各个电流调节单元中，至少一个电流调节单元为阻抗调节模块；

针对设置了阻抗调节模块的旁路回路，步骤s102中的通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内，具体为：

通过改变该旁路回路中的该阻抗调节模块的阻抗，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。

在本发明的一种具体实施方式中，阻抗调节模块为至少包括可调电阻的阻抗调节模块。

在本发明的一种具体实施方式中，各个阻抗调节模块在默认状态下的初始阻抗值均大于0。

在本发明的一种具体实施方式中，各个电流调节单元中，至少一个电流调节单元为设置在旁路回路中的可控开关；

针对设置了可控开关的旁路回路，步骤s102中通过该旁路回路中的电流调节单元将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内，具体为：

通过改变该旁路回路中的该可控开关的开通频率和/或每次开通时的持续时长，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

当控制器判断出接收到的任意一个旁路回路的电流大小超出预设范围的上限时，通过延长该旁路回路中的该可控开关的截停时间，将该旁路回路的电流大小调整到预设范围内；其中，在截停时间内，该旁路回路的交流输入达到最大值。

相应于上面的方法和系统实施例，本发明实施例还提供了一种供电系统，该供电系统可以包括上述任一实施例中的独立旁路的均流系统，此处不重复说明。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。