利用模式相关接地的ups系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明主题涉及电力转换设备及方法，并且更特别地涉及不间断电源（UPS)设备 及方法。
【背景技术】
[0002]UPS系统通常在诸如数据中心，医疗中心和工业设施的设施中使用。可在这样的设 施中使用UPS系统以在主公用电源故障的情况下提供备用电源来维持运行。这些UPS系统 通常具有包括整流器和由DC连接耦接的逆变器的"在线"配置，该 DC连接还耦接到诸如电 池，燃料电池或其他能量存储装置的辅助电源。同样可以使用诸如待机和在线互动式配置 的其它配置。UPS系统可具有包括两个或多个UPS模块的模块结构，每一个UPS模块例如 可包括整流器，逆变器和DC/DC转换器以便连接到电池或其他DC电源。模块通常被设计为 并联运行以提供可扩展的功率容量，例如，模块可共同耦接到AC电源，DC电源（例如电池） 和/或负载。
[0003]电力质量通常是电力用户，特别是诸如数据中心应用的与关键电力应用相关的那 些电力应用的关注点。数据中心应用在传统上使用大的基于变压器的UPS系统。然而，与 基于变压器的设计相关联的增加能量成本、高实际产业成本和环境问题已经促使无变压器 设计的发展。在基于变压器和无变压器的UPS设计中所使用技术的区别在诸如使用三线服 务应用的特定应用中是关注点。
[0004]诸如Eaton?9395Power Xpert? UPS的传统无变压器UPS，可包括被配置为耦接 到AC源和降压逆变器的升压整流器，该降压逆变器通过DC总线耦接到整流器输出并且为 负载产生AC输出。该布置允许没有输出变压器运行。单独的DC/DC转换器可将电池连接 到DC总线，并且调节来自电池的DC电压变化。可使用额外的转换器以通过将零序调整到 与三个输出相位之和的三分之一相等来生成中性点。
[0005]UPS可从参考接地的电源，诸如具有其中性点结合到地的Y形次级的源变压器来 馈送。由于UPS输出与输入源共享相同的参考平面，因此当UPS从输入源向负载提供电力 时，UPS输出中性点的接地可能不是必需的。然而，如果由于例如公用电力丧失而移除UPS 输入源，则逆变器可从未接地电池源供电。这可允许UPS关于接地输出到"浮动"。
[0006]可能并不期望具有未接地输出的无变压器UPS的运行。NEC不兼容问题及投诉对 于用户或系统设计者可产生一定级别的不确定性。当无变压器UPS在电池模式下运行时， 未接地输出可响应于可导致某些不期望的系统冲突的输出响应于相对地故障而不跳闸下 游的过电流保护装置。例如，如果在电力复位后故障依旧存在，下游断路器可能似乎无预警 地跳闸。未接地输出也可引起关于过电压条件的关注，因为其提高了输出三相电压空间可 移位或从接地离开到可威胁额定电压不是该电压的下游器件的级别的可能性。这些关注的 问题一般与基于变压器的UPS无关，因此用户和/或顾问可能对使用无变压器UPS有顾虑。
[0007]用于避免使用无变压器UPS的该问题的方法是从输入源到无变压器UPS的逆变器 中性点运行中性导体，因而无论在线或电池供电时使UPS输出为接地系统。此方案可在大 多数运行条件下提供可接受的结果，但可能承担与在相对长的距离上运行额外中性导体相 关联的巨大安装费用。
【发明内容】
[0008] 本发明主题的一些实施例提出一种包括逆变器电路的UPS系统，该逆变器电路具 有耦接到DC连接的输入和被配置为耦接到负载的输出。系统进一步包括联动开关，该联动 开关被配置为将DC连接耦接到DC电源并且将逆变器电路的中性点耦接到接地节点，以及 将DC连接从DC电源解耦并且将逆变器电路的中性点从接地节点解耦。此联动开关可被配 置为当DC连接耦接到DC电源时，将中性点耦接到接地节点，并且当从DC电源解耦DC连接 时，将中性点从接地节点解耦。
[0009] 在一些实施例中，联动开关可包括接触器，该接触器具有第一组触点和第二组触 点，该第一组触点被配置成将DC连接耦接到DC电源并且将DC连接从DC电源解耦，该第二 组触点被配置成将中性点耦接到接地节点并且将中性点从接地节点解耦。第二组触点可被 配置为经由电阻器将中性点耦接到接地节点。第二组触点可被配置成经由电路保护装置将 中性点耦接到接地节点。
[0010] 进一步的实施例提出一种UPS系统，该UPS系统包括具有被配置成耦接到AC电源 的输入的整流器电路，耦接到整流器电路的输出的DC连接，以及具有耦接到DC连接的输入 和被配置为耦接到外部负载的输出的逆变器电路。该系统进一步包括接触器，该接触器被 配置为当DC连接被耦接到DC电源时将逆变器电路的中性点耦接到本地接地，并且当将DC 连接从DC电源解耦时将中性点从本地接地解耦。
[0011] 在一些实施例中，接触器可包括第一组触点和第二组触点，该第一组触点被配置 为将DC连接耦接到DC电源并且将DC连接从DC电源解耦，该第二组触点被配置为将中性 点耦接到本地接地并且将中性点从本地接地解耦。在一些实施例中，第二组触点可被配置 成经由电阻器将中性点耦接到接地节点。在一些实施例中，第二组触点可被配置为经由电 路保护装置将逆变器的中性点耦接到接地节点。
[0012] 在更进一步的实施例中，UPS系统包括共同耦接到AC电源，DC电源和负载的第一 和第二UPS单元。第一和第二UPS单元中的至少一个被配置为当第一和第二UPS单元将电 力从DC电源传输到负载时将其中性点耦接到本地接地，以及当第一和第二UPS单元将电力 从AC源传输到负载时将中性点从本地接地解耦。
[0013] 第一和第二UPS单元可包括共同相连的DC连接。第一UPS单元可被配置为当第一 和第二UPS单元将电力从DC电源传输到负载时将中性点耦接到本地接地，并且当第一和第 二UPS单元将电力从AC源传输到负载时将其DC连接从DC源解耦。第二UPS单元可被配 置为当第一和第二UPS单元将电力从AC源传输到负载时将其DC连接耦接到DC源。第二 UPS单元可被配置为当第一和第二UPS单元将电力从AC源传输到负载时对DC电源充电。
[0014] 第一UPS单元可包括整流器电路、DC连接、逆变器电路以及接触器，该整流器电路 具有被配置成耦接到AC电源的输入，该DC连接耦接到整流器电路的输出，该逆变器电路具 有耦接到DC连接的输入和被配置为耦接到外部负载的输出，该接触器被配置为当DC连接 耦接到DC电源时将逆变器电路的中性点耦接到本地接地，以及当DC连接从DC电源解耦时 将由中性点从本地接地解耦。接触器可包括第一组触点和第二组触点，该第一组触点被配 置成将DC连接耦接到DC电源并且将DC连接从DC电源解耦，该第二组触点被配置成将逆 变器电路的中性点耦接到本地接地并且将逆变器电路的中性点从本地接地解耦。第二组触 点可被配置为经由电阻器将逆变器电路的中性点耦接到接地节点。第二组触点可被配置为 经由电路保护装置被配置成将逆变器电路的中性点耦接到接地节点。第一和第二UPS单元 可无需使用输出隔离变压器而被耦接到负载。
【附图说明】
[0015] 图1-4是示出根据本发明主题的各种实施例的UPS系统的原理图。
[0016] 图5是示出根据本发明主题的进一步实施例的模块UPS系统的原理图。
【具体实施方式】
[0017] 现在将参考附图描述本发明主题的具体示例性实施例。然而，本发明主题可以许 多不同的形式实施并且不应被解释为限于在本文中陈述的实施例；相反，提供这些实施例 以使本公开透彻和完整，并且将向本领域技术人员全部传达发明主题的范围。在附图中，相 同的数字指示相同的元件。将理解的是，当元件被称为"连接"或"耦接"到另一元件时，它 可直接的连接或耦接到其它元件或可存在中介元件。此处使用的术语"和/或"包括一个 或多个相关所列项目中的任意和所有组合。
[0018] 此处使用的术语的目的在于仅描述特定实施例而非限制发明主题。如此处使用 的，除非另外明确陈述，单数形式的"一"、"一个"和"所述"旨在同样包括复数形式。将进一 步理解的是，术语"包括"，"包含"当在本说明书中使用时，特指所述功能，整数，步骤，操作， 元件和/或部分的存在，但不排除一个或多个其它功能，整数，步骤，操作，元件，部件和/或 其组合的存在或附加。
[0019] 除非另外定义，在本文中使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本发明主 题所属领域的普通技术人员的普遍理解的相同意义。将进一步理解的是，诸如那些在通常 使用的字典中定义的术语应当被理解为具有与说明书的上下文中及相关领域中它们的意 义一致的意义，并且除非在本文中明确定义，将不能以理想化或过度正式的形式来理解。
[0020] 图1示出根据本发明主题的一些实施的UPS系统100。UPS系统100包括整流器 电路110和通过DC连接115耦接的逆变器电路120。整流器电路110被配置成耦接到诸 如主公共电力的AC电源。逆变器电路120被配置成使用三线连接耦接到负载20。如所示 出的，附加接地导体可从负载20穿到UPS系统100的本地接地。UPS系统100进一步包括 DC/DC转换器电路130,其被配置成将电池10通过接口接合到DC连接115以在耦接到整流 器电路110的AC电源故障的情况下提供辅助电力。系统100同样包括联动开关140,其被 配置成将电池10耦接到DC/DC转换器电路130并且将电池10从DC/DC转换器电路解耦。 控制电路150控制整流器电路110,逆变器电路120, DC/DC转换器电路130以及联动开关 140〇
[0021] 根据一些实施例，联动开关140同样被配置成将逆变器电路120的中性点N耦接 到UPS系统100的本地接地并且将逆变器电路120的中性点N从UPS系统100的本地接地 解耦以与电池10到DC/DC转换器电路130的连接同步。通常，中性点N是针对由逆变器电 路120产生的相电压定义或另外提供中性参考的节点。例如在一些实施例中，中性点N可 由针对逆变器电路120的相位输出的输出电容的公共连接提供，该中性连接点提供相电压 调节的参考。在一些实施例中，中性点可以