線路平衡ups的制作方法
【專利摘要】一種用于控制不間斷電源(UPS)的方法，不間斷電源具有多相功率輸入和耦合到多相功率輸入的輸入功率電路，該方法包括：確定減小多相功率輸入的第一相上的負載，并響應(yīng)于此，控制輸入功率電路以將從第一相引出的第一輸入電流減小第一量，以及將從多相功率輸入的第二相引出的第二輸入電流增加第二量。UPS可以響應(yīng)于來自智能電網(wǎng)的減小第一相上的負載的請求或響應(yīng)于減小第一相上的負載的本地決定而確定減小第一相上的負載。
【專利說明】線路平衡UPS
[0001]本發(fā)明背景
1.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的實施方式一般地涉及功率管理，并且更具體地涉及多相不間斷電源的每相動態(tài)負載調(diào)節(jié)。
2.【背景技術(shù)】
[0003]不間斷電源(UPS)被用來在主電源或主干線無法使用時為電氣設(shè)備或負載提供備用電力。傳統(tǒng)UPS使用功率因數(shù)校正電路(PFC)整流由電力公司提供的輸入電力，以向DC母線提供DC電壓。當主電源是可用的時，整流后的DC電壓通常被用來為電池充電，以及向DC母線提供電力。在缺少主電源時，電池向DC母線提供電力。逆變器從DC母線生成到負載的AC輸出電壓。由于DC母線總是由主干線或者由電池供電，如果主干線發(fā)生故障并且電池被充分充電，那么UPS的輸出電力是不間斷的。
[0004]雖然不間斷電源通常用于提供局部級別的電力的連續(xù)來源(例如，在數(shù)據(jù)中心或在辦公室或家中)，但由于與UPS結(jié)合使用的電池或其它能量存儲設(shè)備的有限容量，此類設(shè)備主要依賴于公用電力。從歷史上看，電力公司服務(wù)是需求驅(qū)動的和低效的，但越來越多地，技術(shù)被采用以改善電網(wǎng)的可用性、可靠性和效率。通常，這些改善的電網(wǎng)被稱為“智能電網(wǎng)”。
[0005]“智能電網(wǎng)”，如由紐約州紐約市的電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)所描述的，包括“以通信和信息技術(shù)在電能的產(chǎn)生、輸送和消耗中越來越多的使用為代表的下一代電力系統(tǒng)”。截至2011年，智能電網(wǎng)被認為是總體的和進化的概念，其并不局限于任何特定的技術(shù)特征，并且還可以包括標準、目標、目的和程序，這些共同地支持可靠的、負擔得起的和可持續(xù)的電力服務(wù)的開發(fā)、實現(xiàn)和有效輸送。因此，目前不存在智能電網(wǎng)的標準定義；相反，這個詞泛指各種相互關(guān)聯(lián)的發(fā)電、分配和消耗概念。一些現(xiàn)存的電力系統(tǒng)目前包括可表征為形成智能電網(wǎng)系統(tǒng)的部分而不是全部的一個或多個元素。
[0006]在其它目標中，智能電網(wǎng)的一個目標是使發(fā)電與耗電智能地匹配。從歷史上看，電力公司一直信賴總平均負載，其是相對穩(wěn)定的并且可以被提前計算，以基于消費者需求的合理預(yù)期預(yù)測功率需求。總平均負載被用來確定功率的基本負載或最低量，電力公司需要使該功率的基本負載或最低量可用而沒有服務(wù)中斷的風險。
[0007]然而，連接到電網(wǎng)的總負載可以隨時間顯著變化；例如，商業(yè)用電量通常在白天高于夜間，居民用電量在清晨和傍晚時間最高，且負載也會在加熱或制冷需求最大的時期期間增加。因此，通過使用總平均負載，基本負載(以及保持應(yīng)急的任何額外的發(fā)電)可能比支持實時波動的負載所需的高。因此，高可靠性的功率輸送是以浪費功率為代價實現(xiàn)的，浪費的功率超過需求被產(chǎn)生。此外，可能有時負載大幅增加以致高于電力公司的基本負載容量而帶有很小警告或沒有警告，這引出了額外的可靠性和效率費用。因此，智能電網(wǎng)的一個目標通常是反應(yīng)性地和/或主動地調(diào)節(jié)基本負載(例如，增加或減少供應(yīng)，以滿足需求)和/或總負載(例如，增加或減少的需求，以滿足供應(yīng))以在任何給定的時刻最佳地匹配所產(chǎn)生的功率的量與消耗的(需求)功率的量。現(xiàn)今，通過在配電變壓器中增加或減少個別的相，許多功率分配器試圖匹配產(chǎn)生的功率與上所消耗的功率；然而這僅有助于抵消在線路電壓的任何不平衡，且不能平衡電網(wǎng)負載，也不能有助于小在配電線中由電網(wǎng)電流中的不平衡引起的不必要的損耗。因此，沒有電力公司和電力用戶之間某種程度的合作時，完成智能電網(wǎng)的功率管理目標可能是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)一個實施方式，一種用于控制具有多相功率輸入和稱合到該多相功率輸入的輸入功率電路的不間斷電源(UPS)的方法包括:確定減小多相功率輸入的第一相上的負載，并響應(yīng)于此，控制輸入功率電路以將從第一相引出的第一輸入電流減小第一量以及將從多相功率輸入的第二相引出的第二輸入電流增加第二量。在一個實施方式中，UPS可以響應(yīng)于來自智能電網(wǎng)的減小第一相上的負載的請求而確定減小第一相上的負載。在另一個實施方式中，UPS可以響應(yīng)于減小第一相上的負載的本地決定而確定減小第一相上的負載。
[0009]在另一個實施方式中，該方法可以包括計算減小第一輸入電流的第一量以及計算增加至少一個第二輸入電流的第二量，使得UPS的總輸出電流隨著第一輸入電流被減小而大體上保持不變。在又一個實施方式中，輸入功率電路可以被配置為驅(qū)動第一輸入電流接近第一電流基準值，并驅(qū)動至少一個第二輸入電流接近至少一個第二電流基準值。該方法還可以包括生成第一電流基準值的行為，以便將第一輸入電流減小第一量，以及生成至少一個第二電流基準值的行為，以便將至少一個第二輸入電流增加第二量。
[0010]在另一個實施方式中，生成的行為可以包括生成第一電流基準信號和至少一個第二電流基準信號，使得每一個基本上是正弦的并分別與多相功率輸入的第一相以及多相功率輸入的至少一個第二相是同相的。
[0011]在另一個實施方式中，UPS可以具有通信接口，通信接口被配置為從智能電網(wǎng)接收消息，包括減小第一相上的負載的請求。該方法還可以包括使用消息接口接收通信，其中，響應(yīng)于接收到請求，執(zhí)行確定的行為。在又一個實施方式中，該消息可以是第一消息，并且智能電網(wǎng)消息接口還可以被配置為發(fā)送第二消息給智能電網(wǎng)，第二消息包括對所述請求的接受。該方法還可以包括響應(yīng)于確定減小在多相功率輸入的第一相上的負載使用智能電網(wǎng)消息接口發(fā)送第二消息。
[0012]在另一個實施方式中，UPS可具有總額定輸出功率。輸入功率電路還可以被配置為向UPS的負載提供總需求輸出功率。該方法還可以包括比較總需求輸出功率與總額定輸出功率，并且確定的行為可以包括:當總需求輸出功率小于總額定輸出功率的預(yù)定量時，確定減小第一相上的負載。
[0013]在另一個實施方式中，第一相上的負載可以是第一負載。該方法還可以包括檢測第一負載大于至少一個第二相上的至少一個第二負載，并且確定的行為可以包括:響應(yīng)于檢測到第一負載比至少一個第二負載大預(yù)定的量，確定將第一負載減小。
[0014]在一個實施方式中，不間斷電源(UPS)包括:具有第一相和第二相的多相功率輸入、耦合到多相功率輸入并且被配置為在第一相上引出第一輸入電流和在第二相引出第二電流的輸入功率電路、以及耦合到輸入功率電路的控制單元?？刂茊卧慌渲脼榇_定減小在第一相上的負載，并響應(yīng)于此，控制輸入功率電路以減小第一輸入電流和增加第二輸入電流。
[0015]在另一個實施方式中，控制單元還可以被配置為計算減小第一輸入電流的第一量，以及計算增加第二輸入電流的第二量，使得隨著第一輸入電流被減小，UPS的總輸出電流基本上保持不變。在又一實施方式中，輸入功率電路可以被配置為驅(qū)動第一輸入電流接近第一電流基準值，并驅(qū)動第二輸入電流接近第二電流基準值?？刂茊卧€可以被配置為產(chǎn)生第一電流基準值，以便將第一輸入電流減小第一量，以及產(chǎn)生第二電流基準值，以便將第二輸入電流增加第二量。
[0016]在另一個實施方式中，控制單兀還可以被配置為產(chǎn)生第一電流基準信號和第二電流基準信號，使得每一個基本上是正弦的并分別與多相功率輸入的第一相以及多相功率輸入的第二相同相。
[0017]在另一個實施方式中，UPS還可以包括耦合到控制單元的通信接口。通信接口可以被配置為從智能電網(wǎng)接收消息。該消息可以包括減小第一相上的負載的請求?？刂茊卧€可以被配置為使用通信接口接收消息，并響應(yīng)于接收到消息中的請求來確定減小在第一相上的負載。
[0018]在另一個實施方式中，UPS還可以包括耦合到多相功率輸入的輸入整流級。該輸入整流級可以配置為響應(yīng)于接收到請求將從第一相引出的第一 RMS電流和從第二相引出的第二 RMS電流調(diào)節(jié)為或相似或不相似。在又一個實施方式中，在調(diào)節(jié)第一 RMS電流和第二 RMS電流之后與在調(diào)節(jié)第一 RMS電流和第二 RMS電流之前，由UPS從第一相和第二相引出的總平均功率大體上可以是相同的。
[0019]在另一個實施方式中，UPS可具有總額定輸出功率。輸入功率電路還可以被配置為向UPS的負載提供總需求輸出功率?？刂茊卧€可以被配置為比較總需求輸出功率與總額定輸出功率，并當總需求輸出功率小于總額定輸出功率的預(yù)定量時，確定減小第一相上的負載。
[0020]在另一個實施方式中，第一相上的負載可以是第一負載?？刂茊卧€可以被配置為檢測第一負載比第二相上的第二負載大預(yù)定的量，并響應(yīng)于檢測到第一負載大于第二負載，確定將第一負載減小。
[0021]在一個實施方式中，不間斷電源(UPS)包括:具有第一相和第二相的多相功率輸入、I禹合到多相功率輸入并被配置為在第一相上引出第一輸入電流和在第二相上引出第二電流的整流電路、以及耦合到整流電路的裝置，該裝置用于確定減小第一相上的負載，并響應(yīng)于此，減小第一相上的負載。在另一個實施方式中，UPS可以被配置為提供輸出功率。UPS還可以包括用于隨著第一相上的負載減小而維持輸出功率在基本不變的水平的裝置。
[0022]在另一個實施方式中，UPS還可以包括被配置為從智能電網(wǎng)接收消息的通信接口。該消息可以包括減小第一相上的負載的請求。用于確定減小第一相上的負載的裝置可以被耦合到通信接口，且可以被配置為響應(yīng)于接收到消息中的請求來確定減小第一相上的負載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，在各圖中示出的每個相同的或幾乎相同的組件由同樣的標號來表示。出于清楚的目的，并非每個組件可以在每幅圖中被標記。在附圖中:
[0024]圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的不間斷電源的框圖；
[0025]圖2A和2B是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的幾個示例性電流基準波形和UPS輸入電流波形的圖；
[0026]圖3是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式用于控制不間斷電源的程序的流程圖；以及
[0027]圖4是依據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式用于控制不間斷電源的程序的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的實施方式在其應(yīng)用中不限于下面說明書中闡述的或附圖中闡釋的組件的構(gòu)建和布置的細節(jié)。本發(fā)明的實施方式能夠是其它實施方式，并且能夠以各種方式被實踐或被實施。另外，本文使用的措辭和術(shù)語是出于說明的目的，而不應(yīng)被視為限制。本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”以及它們的變體的使用是指包括其后列出的項目及其等價物以及其中的附加項目。
[0029]各種實施方式涉及UPS中的功率轉(zhuǎn)換，包括到負載的多相功率分配(例如三相功率)。如本文所使用的，術(shù)語“多相”是指兩相或更多相。雖然三相功率的使用是常見的，但應(yīng)當理解的是，在一些實施方式中，UPS可以是兩相、四相或其它多相功率設(shè)備。此外，輸入和輸出相的數(shù)目可以不相等。例如，UPS可具有三相輸入和單相輸出。本發(fā)明的實施方式不限于在不間斷電源中的使用，且通?？梢耘c其它電源或其它電力系統(tǒng)一起使用。
[0030]如上面所討論的，因為連接到電網(wǎng)的總負載，包括UPS的負載，可以顯著變化，所以可能有在此期間電網(wǎng)上的負載是不平衡的時間。根據(jù)一些實施方式，可以理解的是，不同相之間不等的負載可以導致更高的功率損耗，特別地，因為電線中的損耗正比于電流的平方(R*I2)。例如,如果各相中的電流為2安培，則損耗正比于22+22+22 = 12。然而，如果電流在全部三相中分別代替為1、2和3安培，那么損耗正比于12+22+32 = 14。此外，不等的負載可能導致中性線中的額外損耗。除了這一點，不平衡的電網(wǎng)將具有線電壓上的不平衡，這也是不希望的。其中電網(wǎng)電壓中的不平衡是特別不希望的一個實例是電網(wǎng)上的負載是否主要是電子負載，因為電子負載通常是恒定功率負載。與電阻負載對比，如果電壓下降，恒定功率負載會引出較高的電流。這將在負載中增加高度不希望的自我保持的不平衡。因此，希望的是抵消不等的負載以在配電網(wǎng)上恢復平衡。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，多相UPS被配置為抵消不等負載，例如上面描述的，通過選擇性地減小多相功率輸入的至少一相上的負載。減小一相上的負載可以例如使配電網(wǎng)能夠達到平衡。在一個實施方式中，UPS通過從每個輸入相引出不相等的電流來抵消不等負載?？梢元毩⒌?例如，通過UPS中的控制單元)或者響應(yīng)于遠程命令(例如，來自智能電網(wǎng)功率分配器的消息，該消息包括減小一個或多個輸入相上的負載的請求)來做出是否選擇性地減小輸入相的一相或更多相上的負載的決定。例如，如果在城市的一個區(qū)域或其它配電區(qū)域中，輸入電源的一相超載或不平衡，則智能電網(wǎng)分配器可以請求UPS(以及可能的其它電力用戶)至少暫時地減小由UPS從超載或不平衡的相引出(drawn)的負載。如果減小一相上的負載不會導致其它相變?yōu)槌d或不會導致UPS超過任何相中的最大額定負載，貝IJ響應(yīng)于來自智能電網(wǎng)分配器的請求，UPS可以減小超載的相上的負載。例如，如果UPS的總功率輸出處于或低于UPS的總額定功率的約66%,那么減小或除去一個相上的負載以及或者單獨地或者與負載被減小的相結(jié)合地操作其它相上的UPS可以是可能的。為補償一個相上的減小的負載，其它相上的負載或多個負載可以被增加使得UPS的總功率輸出基本上不變。
[0032]在一個實施方式中，一個輸入相上的負載可以通過減小在對應(yīng)的輸入相上引出的電流的量來減小。其它輸入相上負載的相應(yīng)增加通過增加從那些輸入相引出的電流的量來實現(xiàn)。每個輸入相上的電流可以使用用于功率輸入的每個相的單獨的電流基準信號進行控制。電流基準信號可以，例如，由耦合到UPS或包含在UPS內(nèi)的控制單元生成，并且更具體地，由耦合到輸入功率電路例如功率因數(shù)校正(PFC)電路或可控整流器的電流控制器生成。PFC電路接收輸入電力(例如，公用電力)，并且被配置來驅(qū)動每個輸入電流接近各自的電流基準信號。例如，PFC電路可以驅(qū)動每個輸入電流，以基本匹配對應(yīng)的電流基準值(例如，電流基準的幅值)。因此，在一個實施方式中，不相等的電流可以通過調(diào)節(jié)(例如，減小或增大)對應(yīng)于每個相的電流基準信號中的一個或多個來從每個輸入相引出。
[0033]圖1是根據(jù)一個實施方式的UPS100的框圖。UPS100可以是多相UPS，例如，三相UPS。在本實施方式中，UPS100被配置為從公用電源10接收三相AC輸入電力12，以及將三相AC輸出電力14供給到負載106。UPS100還包括中性輸入端16和中性輸出端18。中性輸入端16可被耦合到中性輸出端18以提供通過UPS100的連續(xù)的中性路徑?？蛇x的通信信道30耦合UPS100與一個或多個智能電網(wǎng)功率分配器20。
[0034]UPS100從或者公用AC電源10或者備用電源例如電池104將調(diào)節(jié)后的電力提供給負載106。UPS100包括功率因數(shù)校正(PFC)電路110、逆變器120和用于控制PFC電路和逆變器的電流控制器140。在一些實施方式中，PFC電路110包括整流器/升壓轉(zhuǎn)換器，用于將多相AC輸入電力轉(zhuǎn)換成DC電力。
[0035]在線路運行模式中，在電流控制器140的控制下，PFC電路110將在每個輸入相上的輸入AC電壓12分別轉(zhuǎn)化為在正DC母線130上的正DC電壓以及在負DC母線132上的負DC電壓。在一些實施方式中，UPS100包括電池充電電路(未示出)，用于在線路運行模式期間為電池104充電。在備用運行模式(也稱為電池運行模式)中，在缺少輸入AC電力12時，由于沒有電源是可用的，所以PFC電路110不能產(chǎn)生DC電壓。在線路和備用兩種運行模式下，逆變器120從整流器/升壓轉(zhuǎn)換器110或在備用模式期間從電池接收正DC電壓130和負DC電壓132。逆變器120將正和負DC電壓轉(zhuǎn)換成在單相或多相電力輸出線路14 (例如，三相)上的輸出AC電壓。
[0036]如上面所討論的，在一個實施方式中，UPS100被配置成選擇性地減小至少一個輸入相上的負載。電流控制器140可包含在其它控制單元內(nèi)，或者電流控制器140可以是單獨的控制器或用于控制UPS100的其它裝置(例如，用于確定減小第一相上的負載的設(shè)備)。例如，電流控制器140可以在微處理器、數(shù)字信號處理器、現(xiàn)場可編程門陣列中的固件中實現(xiàn)，或可替代地，電流控制器可以由模擬電子電路制成。電流控制器140被配置為產(chǎn)生多個電流基準信號，每個電流基準信號對應(yīng)于多相線路輸入12的一個相。例如，在三相系統(tǒng)中，三個電流基準信號X1J2和X3由電流控制器140產(chǎn)生。三個電流基準信號X1J2和X3分別對應(yīng)于三個輸入相320、322和324上的輸入電流I1' I2和13。
[0037]在一個實施方式中，PFC電路110被配置為驅(qū)動輸入電流Ip I2和I3接近對應(yīng)的電流基準信號X1J2和X3，輸入電流IpI2和I3分別是三個輸入相320、322和324上的輸入電流。輸入相320、322和324中的一個或多個上的負載可以通過從每個輸入相引出不相等的電流來減小。因此，負載可以通過調(diào)節(jié)(例如，減小)對應(yīng)于負載要被減小的每個相的電流基準來減小。另外，負載可以通過調(diào)節(jié)(例如，增加)對應(yīng)于負載要被增加的每個相的參考電流在其它輸入相上被增加。
[0038]如上面所討論的，在一個實施方式中，PFC電路110被配置成驅(qū)動輸入電流I” I2和I3接近對應(yīng)的電流基準XpX2和x3。圖2A示出了電流基準波形402、404和406的實例，電流基準波形402、404和406可以由圖1的電流控制器140產(chǎn)生且與電流基準信號X1' X2和X3相關(guān)聯(lián)。在這個實例中，所有電流基準波形402、404和406基本上是正弦的，并與多相線路輸入12的相應(yīng)的相同相。電流參考波形402、404和406可以具有大體上類似的幅值(例如，如圖2A中所示)，然而，如下所述，每個電流基準波形可以不時地具有不相等的幅值。由于PFC電路110被配置成驅(qū)動輸入電流接近電流基準信號&、\和&，所以分別由波形412、414和416表示的相應(yīng)的輸入電流I1J2和I3緊跟電流基準波形402、404和406。UPS100可以以這種方式正常運行，以從多相功率輸入12的各相引出大致相等的電流。
[0039]然而，如上面所討論的，UPS100還被配置為選擇性地從多相功率輸入12的每相引出不相等的負載。在另一個實例中，圖2B示出了電流基準信號XpX2和X3已經(jīng)被電流控制器140調(diào)節(jié)以在這個例子中減小第二相上的負載。具體地，第二相上的負載通過減小輸入電流I2被減小，這可以通過減小相應(yīng)的電流基準X2完成，由線路405示出。如果總輸出負載(要求功率)小于UPS100的總額定負載(或最大額定負載)的預(yù)定百分比，則第二相322上的電流I2可以被減小到0，因為剩余相320和324具有足夠的容量來為負載106供電。在一個實施方式中，預(yù)定百分比是UPS100的設(shè)計容量和/或負載106的函數(shù)(例如，其取決于到負載的實際功率或視在功率)。 [0040]當多相功率輸入12的一個相上的負載被減小時，UPS100被配置為通過增加多相功率輸入12的一個或多個其它相上的負載來補償。增加一個其它相上的負載或幾個其它相上的負載使UPS100能夠隨著一個相上的負載被減小而維持到負載106的總功率輸出水平大體上不變。在一個實例中，如圖2B所示，對應(yīng)于負載沒有被減小的相(相320和324)的電流基準信號X1和X3可以被增加，以維持UPS100的大體上不變的總輸出功率。應(yīng)當理解的是，多相功率輸入12的任何相上的負載可以通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的電流基準信號Xp X2和X3中一個或多個被類似地減小或增加。
[0041]如上面所討論的，在一個實施方式中，可選的通信信道30耦合UPS100與一個或多個智能電網(wǎng)功率分配器20。通信信道30可以包括，例如，廣域網(wǎng)(例如，互聯(lián)網(wǎng))和/或局域網(wǎng)，用于在UPS100與智能電網(wǎng)分配器20之間交換消息和數(shù)據(jù)。在另一個實施方式中，智能電網(wǎng)消息可以通過電力線來傳遞。如下面所描述的，除其它事項外，通信信道30可以被UPS100用來接收請求以減小輸入功率12的一個或多個相上的負載，和/或發(fā)送請求的確認、請求的拒絕、狀態(tài)更新和其它信息到智能電網(wǎng)分配器20。UPS100可以通過通信網(wǎng)絡(luò)30從智能電網(wǎng)20接收的信息的一些非限制性實例包括:
[0042]?用于UPS減小相[相數(shù)][按數(shù)量]上的負載的請求。
[0043]?用于UPS在[日期/時間][持續(xù)分鐘/小時]減小相[相數(shù)]上的負載的請求。[0044]?用于UPS提供負載和/或容量信息的請求。
[0045]UPS100可以通過通信網(wǎng)絡(luò)30發(fā)送到智能電網(wǎng)20的信息的一些非限制性實例包括:
[0046].UPS確認減小一個相上的負載的請求(來自智能電網(wǎng))。
[0047].UPS拒絕減小一個相上的負載的請求(來自智能電網(wǎng))。
[0048]*UPS正在使用[數(shù)量]的備用容量(sparecapacity)運行,且能夠減小一個相上的負載。
[0049].UPS沒有使用備用容量運行,且不能減小任何相上的負載。
[0050].UPS將具有[數(shù)量]的備用容量，且將能夠在[日期/時間]持續(xù)[分鐘/小時]減小一個相上的負載。
[0051].UPS運行在相[相數(shù)]上的減小的負 載[數(shù)量]上。
[0052]-UPS運行在相[相數(shù)]上的減小的負載[數(shù)量]上，但將在[日期/時間]需要增加相[相數(shù)]上的負載。
[0053]根據(jù)一些實施方式，UPS100可以或響應(yīng)于遠程請求(例如，來自圖1的智能電網(wǎng)分配器30的請求)或不接收遠程請求時響應(yīng)于主動減小負載的本地決定來減小多相功率輸入10的一個或多個相上的負載。圖3是根據(jù)一個實施方式用于控制UPS100的一個程序300的流程圖，其中UPS100確定是否響應(yīng)于遠程請求，例如，來自智能電網(wǎng)分配器30的請求，減小多相功率輸入10的一個相上的負載。
[0054]程序300開始于方框302。在方框304處，UPS100從智能電網(wǎng)例如在圖1的智能電網(wǎng)20接收請求，以減小多相功率輸入10的至少一個相上的負載。例如,該請求可以通過圖1的通信信道30被接收。該請求可以包括指定該請求屬于多相功率輸入10的哪個相的信息，例如在三相功率的情況下，用于UPS100減小相LI (320)、L2 (322)或L3 (324)上的負載的請求。該請求還可以包括信息，例如減小負載的數(shù)量(例如，“將L2上的負載減小10%”)、開始和/或結(jié)束負載減小的時間、或關(guān)于該請求的其它信息。
[0055]在方框306處，接收到請求之后，UPS100確定UPS的總負載與UPS的總額定負載的比率。UPS的總額定負載通常用最大視在功率以伏安(VA)為單位來表示，但是一些UPS單元可具有以瓦特來表示的額定負載。例如，UPS可以具有100，OOOVAdOOkVA的)的總額定負載，其中，總負載不可以超過lOOkVA。預(yù)定閾值水平(例如，總負載與總額定負載的百分比)可用來比較在給定時間點在UPS100上的總負載與總額定負載之間的比率。因此，在方框306處，如果總負載不小于或等于預(yù)定閾值水平(例如，大約66% )，則該請求在方框308處被拒絕，并且程序300進行到方框314處結(jié)束。否則，程序300繼續(xù)到方框310?？蛇x地，如果請求被拒絕，指示拒絕該請求的消息可以被發(fā)送到智能電網(wǎng)，例如，使用通信信道30。
[0056]在方框310處，如果總負載小于或等于預(yù)定閾值，那么UPS確定減小在多相功率輸入10的請求的相上引出的電流的量，以適應(yīng)該請求。該確定可以至少部分地基于在給定時間點UPS100的總負載、一段時間內(nèi)的平均或峰值負載(例如，前幾個小時內(nèi))、和/或未來預(yù)測的總負載(例如，基于趨勢、調(diào)度或其它類似因素)。例如，如果負載可以在兩個相上被完全地支承，則UPS100可以將從第三相引出的電流減小到零。可選地，該確定可以至少部分地基于使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)的負載平衡計算法。
[0057]在方框312處，對應(yīng)于來自智能電網(wǎng)的請求的輸入相上的輸入電流按方框310中確定的量被減小，并且一個或多個其它輸入相上的輸入電流被增加。例如，輸入電流可以通過減小由圖1的電流控制器140產(chǎn)生的相應(yīng)的電流基準被減小。在一個實施方式中，輸入電流在一段時間內(nèi)被減小，該一段時間可以是預(yù)定的(例如，兩個小時)，或者輸入電流被減小直到尚未確定的以后的時間點。例如，UPS100可以減小一個相上的負載，直到負載需要額外的電力，在此時在減小的負載相上引出的電流的量根據(jù)需要被增加以適應(yīng)需求。在另一個實例中，UPSlOO可以減小負載，直到智能電網(wǎng)指示(例如，通過通信信道使用消息)不再需要減小的負載。程序300在方框314處結(jié)束。
[0058]如上面提到的，在一個實施方式中，UPS100可以響應(yīng)于主動減小負載的本地決定而減小多相功率輸入10的一個或多個相上的負載，例如，在弱相或過載相或存在電氣不平衡的相上。電氣不平衡可由一個相上的低電壓或其它電力分配問題引起。圖4是根據(jù)一個實施方式用于控制UPS100的程序400的流程圖，其中UPS100確定是否響應(yīng)于減小負載的本地決定而減小多相功率輸入12的一個相上的負載。程序400開始于方框402。在方框404處，UPS100確定多相功率輸入12的一個相是否比至少一個其它相負載更重。這樣的確定可以，例如，通過測量和相互比較多相功率輸入12的每一相上的負載來進行，或者通過檢測多相功率輸入12的一個相上的低電壓來進行。如果一個相不比至少一個其它相負載更重，或者如果電壓不低，那么程序400在方框412處結(jié)束。否則，處理過程400繼續(xù)到方框 406。
[0059]在方框406處，確定一個相比至少一個其它相負載更重之后，UPS100確定UPS的總負載與UPS100的總額定負載的比率，例如上面相對于圖3所描述的。如果總負載不小于預(yù)定的閾值水平(例如，大約66%)，那么程序400進行到方框412處結(jié)束。否則，程序400繼續(xù)進行到方框408。
[0060]在方框408處，如果總負載與總額定負載的比率小于預(yù)定的閾值，那么UPS確定減小在多相功率輸入10的請求相上引出的電流的量以適應(yīng)該請求。該確定可以至少部分地基于UPS100的當前負載。例如，如果負載可以在兩個相上被完全支撐，則UPS100可以將從第三相引出的電流減小到零。可選地，該確定可以至少部分地基于使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)的負載平衡計算法。
[0061]在方框410處，對應(yīng)于來自智能電網(wǎng)的請求的輸入相上的輸入電流按方框408中確定的量被減小，并且一個或多個其它輸入相上的輸入電流被增加。例如，輸入電流可通過減小由圖1的電流控制器140產(chǎn)生的相應(yīng)的電流基準被減小。在一個實施方式中，輸入電流在一段時間內(nèi)被減小，該一段時間可以是預(yù)定的(例如，兩個小時)或在稍后的點確定。例如，UPS100可以減小一個相上的負載直到負載需要額外的電力，此時，減小的負載相上引出的電流的量根據(jù)需要被增加以適應(yīng)該需求。在另一個實例中，UPS100可以減小負載，直到智能電網(wǎng)指示(例如，通過通信信道使用消息)不再需要減小的負載。程序400在方框412處結(jié)束。
[0062]依據(jù)上述實施方式中的一個或多個，本發(fā)明人已經(jīng)認識到，當UPS100具有備用容量(例如，它負載不超過UPSlOO的總額定功率輸出的大約66% )時，同時從多相功率輸入12中的每一個引出不相等的電流以通過減小與需要減小的負載的相相關(guān)聯(lián)的電流基準來減小至少一個相上的負載是可能的。此外，通過為其它相增加電流基準信號，UPS100的總輸出功率可以基本保持不變。因此，這樣的實施方式可以為電網(wǎng)提供有價值的服務(wù)(例如，通過減小過載的相上的負載)，而對于UPSlOO或負載106的用戶沒有任何缺點或風險。這可以有助于電網(wǎng)達到平衡，減小不希望的損耗，并維持更高的正常運行時間。此外，依據(jù)一些實施方式，上述優(yōu)點可以在不裝載電池104的情況下或在備用運行模式期間在不減小電池的備用容量或運行時間的情況下來實現(xiàn)。
[0063]任何前述實施方式可以在UPS內(nèi)來實現(xiàn)，例如，具有DC電池作為備用電源的UPS。UPS可以被配置成為任意數(shù)量的耗電設(shè)備提供備用電源，如電腦、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)路由器、空調(diào)機組、照明、安全系統(tǒng)或其它需要不間斷電力的設(shè)備和系統(tǒng)。UPS可以包含或被耦合到控制器或控制單元以控制UPS的運行。例如，該控制器可以為電路中的每個開關(guān)設(shè)備提供脈寬調(diào)制(PWM)信號，用于控制功率轉(zhuǎn)換功能。在另一實例中，控制器可以為繼電器提供控制信號。通常，控制器控制UPS的運行，使得當來自AC電源的電力可用時，UPS從AC電源為電池充電，并且當AC電源不可用時或在掉電條件期間，UPS逆變來自電池的DC電力?？刂破骺梢园ㄓ布④浖?、固件、處理器、存儲器、輸入/輸出接口、數(shù)據(jù)母線和/或可以被用來執(zhí)行控制器的各個功能的任何組合形式的其它元件。
[0064]在上述實施方式中，電池被用作備用電源。在其它實施方式中，其它AC或DC的備用電源和設(shè)備可以被使用，包括燃料電池、太陽能電池板、DC微型渦輪機、電容器、可替代AC電源、任何其它合適的電源或它們的任意組合。在利用電池作為備用電源的本發(fā)明的實施方式中，電池可以包括并聯(lián)或串聯(lián)的電池的多個電池。
[0065]在一個或多個前述實施方式中，開關(guān)設(shè)備可以是任何電子或機電設(shè)備，電子或機電設(shè)備以受控的方式(例如，通過使用控制信號)傳導電流，并可以隔離導電路徑。各種開關(guān)設(shè)備和其它電子設(shè)備在附圖中的說明是示例性的，并不旨在是限制性的，正如將被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，相似或相同的功能可以使用各種類型、布置和配置的設(shè)備被獲得。例如，開關(guān)設(shè)備中的一個或多個可以包含一個或多個反并聯(lián)二極管，或者這樣的二極管可以與開關(guān)設(shè)備分離。如上面所指出的，在一些實施方式中，開關(guān)設(shè)備包括整流器，例如，受控整流器，其可以隨著控制信號的施加被打開和關(guān)閉(例如，SCR、晶閘管等)。此外，其它設(shè)備，如電阻器、電容器、電感器、電池、電源、負載、變壓器、繼電器、二極管和類似物可被包括在單個設(shè)備中，或者包括在多個連接的設(shè)備中。
[0066]在上述實施方式中，整流器/升壓電路被描述為與不間斷電源一起使用，但應(yīng)當理解的是，本文描述的電路可以與其它類型的電源一起使用。
[0067]本發(fā)明的實施方式可以與具有各種輸入和輸出電壓的不間斷電源一起使用，且可以用在單相或多相不間斷電源中。在一個實施方式中，UPS可以是傳統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)換式UPS，其中，固件和/或軟件被修改以產(chǎn)生不相等的電流基準信號。
[0068]至此已經(jīng)描述了本發(fā)明的至少一個實施方式的若干方面，應(yīng)當理解的是，各種變更、修改和改進對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是容易發(fā)生的。這樣的變更、修改和改進旨在是本公開的一部分，并且旨在處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，用于操作功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)設(shè)備的選通脈沖可在頻率、占空比或兩方面上變化。此外，電氣部件的可替代配置可以被利用以產(chǎn)生相似功能，例如，逆變器和充電器功能，或其它功能。因此，前面的說明書和附圖僅是通過實例的方式。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制不間斷電源UPS的方法，所述UPS具有多相功率輸入和耦合到所述多相功率輸入的輸入功率電路，所述方法包括以下行為: 確定減小所述多相功率輸入的第一相上的負載；以及 響應(yīng)于此，控制所述輸入功率電路以將從所述第一相引出的第一輸入電流減小第一量以及將從所述多相功率輸入的至少一個第二相引出的至少一個第二輸入電流增加第二量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下行為:計算減小所述第一輸入電流的所述第一量以及增加所述至少一個第二輸入電流的所述第二量，使得所述UPS的總輸出電流隨著所述第一輸入電流被減小而大體上保持不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述輸入功率電路被配置為驅(qū)動所述第一輸入電流接近第一電流基準值以及驅(qū)動所述至少一個第二輸入電流接近至少一個第二電流基準值，且其中所述方法還包括以下行為:生成所述第一電流基準值和所述至少一個第二電流基準值，所述第一電流基準值 被配置為將所述第一輸入電流減小所述第一量，所述至少一個第二電流基準值被配置為將所述至少一個第二輸入電流增加所述第二量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述生成的行為包括:生成所述第一電流基準信號和所述至少一個第二電流基準信號，使得每一個基本上是正弦的并分別與所述多相功率輸入的所述第一相以及所述多相功率輸入的所述至少一個第二相同相。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述UPS具有通信接口，所述通信接口被配置為從智能電網(wǎng)接收消息，所述消息包括減小在所述第一相上的所述負載的請求，其中所述方法還包括使用所述消息接口接收通信的行為，并且其中響應(yīng)于接收到所述請求，執(zhí)行所述確定的行為。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述消息是第一消息，其中所述智能電網(wǎng)消息接口還被配置為向所述智能電網(wǎng)發(fā)送第二消息，所述第二消息包括對所述請求的接受，并且其中所述方法還包括以下行為:響應(yīng)于確定減小所述多相功率輸入的所述第一相上的所述負載，使用所述智能電網(wǎng)消息接口發(fā)送所述第二消息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述UPS具有總額定輸出功率，其中所述輸入功率電路還被配置為將總需求輸出功率提供給所述UPS的負載，其中所述方法還包括比較所述總需求輸出功率與所述總額定輸出功率的行為，且其中所述確定的行為包括當所述總需求輸出功率小于所述總額定輸出功率的預(yù)定量時，確定減小在所述第一相上的所述負載。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一相上的所述負載是第一負載，其中所述方法還包括檢測所述第一負載大于在所述至少一個第二相上的至少一個第二負載的行為，且其中所述確定的行為包括響應(yīng)于檢測到所述第一負載比所述至少一個第二負載大預(yù)定的量，確定減小所述第一負載。
9.一種不間斷電源UPS，包括: 具有第一相和第二相的多相功率輸入； 輸入功率電路，其稱合到所述多相功率輸入并被配置為在所述第一相上引出第一輸入電流以及在所述第二相上引出第二電流；以及 控制單元，其耦合到所述輸入功率電路并被配置為: 確定減小所述第一相上的負載；以及 響應(yīng)于此，控制所述輸入功率電路以減小所述第一輸入電流及增加所述第二輸入電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的UPS，其中所述控制單元還被配置為計算減小所述第一輸入電流的所述第一量和增加所述第二輸入電流的所述第二量，使得隨著所述第一輸入電流被減小，所述UPS的總輸出電流基本上保持不變。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的UPS，其中所述輸入功率電路被配置為驅(qū)動所述第一輸入電流接近第一電流基準值以及驅(qū)動所述第二輸入電流接近第二電流基準值，且其中所述控制單元還被配置為產(chǎn)生所述第一電流基準值和所述第二電流基準值，所述第一電流基準值被配置為將所述第一輸入電流減小所述第一量，所述第二電流基準值被配置為將所述第二輸入電流增加所述第二量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的UPS，其中所述控制單元還被配置為生成所述第一電流基準信號和所述第二電流基準信號，使得每一個基本上是正弦的并分別與所述多相功率輸入的所述第一相以及所述多相功率輸入的所述第二相為同相。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的UPS，還包括通信接口，所述通信接口被耦合到所述控制單元并被配置為從智能電網(wǎng)接收消息，所述消息包括減小所述第一相上的所述負載的請求，其中所述控制單元還被配置為使用所述通信接口接收所述消息，并響應(yīng)于接收到所述請求確定減小所述第一相上的所述負載。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的UPS，還包括輸入整流級，所述輸入整流級耦合到所述多相功率輸入并且被配置為響應(yīng)于接收到所述消息中的所述請求，將從所述第一相引出的第一RMS電流和從所述第二相引出的第二 RMS電流中的每個調(diào)節(jié)為相似或不相似。
15.根據(jù)權(quán)利要 求14所述的UPS，其中在調(diào)節(jié)所述第一RMS電流和所述第二 RMS電流之后與在調(diào)節(jié)所述第一 RMS電流和所述第二 RMS電流之前，從所述第一相和所述第二相引出的總平均功率大體上是相同的。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的UPS，其中所述UPS具有總額定輸出功率，其中所述輸入功率電路還被配置為將總需求輸出功率提供給所述UPS的負載，其中所述控制單元還被配置為比較所述總需求輸出功率與所述總額定輸出功率，并當所述總需求輸出功率小于所述總額定輸出功率的預(yù)定量時，確定減小所述第一相上的所述負載。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的UPS，其中在所述第一相上的所述負載是第一負載，且其中所述控制單元還被配置為檢測所述第一負載大于所述第二相上的第二負載，并響應(yīng)于檢測到所述第一負載比所述第二負載大預(yù)定的量，確定減小所述第一負載。
18.一種不間斷電源UPS，包括: 具有第一相和第二相的多相功率輸入； 整流電路，其耦合到所述多相功率輸入并被配置為在所述第一相上引出第一輸入電流，并在所述第二相上引出第二電流；以及 用于確定減小所述第一相上的負載和響應(yīng)于此而減小所述第一相上的所述負載的裝置，所述裝置耦合到所述整流電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的UPS，其中所述UPS被配置為提供輸出功率，且其中所述UPS還包括用于隨著所述第一相上的所述負載被減小而維持所述輸出功率在基本不變的水平的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的UPS，還包括被配置為從智能電網(wǎng)接收消息的通信接口，所述消息包括減小所述第一相上的所述負載的請求，其中所述裝置被耦合到所述通信接口，并被 配置為響應(yīng)于接收到所述消息中的所述請求而確定減小所述第一相上的所述負載。
【文檔編號】H02J3/26GK104040821SQ201180076224
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月11日
【發(fā)明者】格姆·蓋博格 申請人:施耐德電氣It公司