具有故障清除能力的不间断电源系统技术方案

本发明专利技术提供一种不间断电源系统(100)，其包括：第一AC源(108)，经由四线AC电源线(112)提供三相AC功率；DC源(110)，经由DC电源线(114)提供DC功率；以及功率转换器(102)，接收来自第一AC源(108)的AC功率和/或来自DC源(110)的DC功率，并且经由DC输出线(116)向负载(118)输送二线DC功率，由此DC输出线(116)的一极连接到四线AC电源线(112)的中性参考，不间断电源系统(100)还包括：用于将功率从其输出侧(106)传递到DC输出线(116)的旁路装置（142），由此旁路装置(142)和功率转换器(102)并联连接到DC输出线(116)，并且旁路装置(142)包括至少一个切换单元(144)，其在其输入侧处接收AC功率；以及控制单元(138)，由此切换单元(144)由控制单元(138)来控制，以供应来自AC电源具有与DC输出线(116)基本上相同极性的脉动功率。本发明专利技术还提供一种用于实现上述不间断电源系统(100)中的旁路的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及不间断电源系统的
更具体来说，本专利技术涉及用于向DC负载提供DC功率的转换器的领域。还有更具体来说，本专利技术指的是用于向DC负载提供DC功率的UPS系统的故障清除的领域。
技术介绍
本领域已知的是提供不间断电源(UPS)系统，其包括至少一个转换器或者多个并联转换器。转换器负责将源功率转换为如负载所需的输出功率。因此，转换器通常连接到用于正常操作的主功率源和辅助功率源，该辅助功率源在主功率源的失效情况下对负载供电。主和辅助源能够是任何种类的源，其能够为每个转换器来个别地提供或者其能够为转换器编组或者甚至所有转换器共同提供。通常，主功率源是AC源，而辅助功率源是DC源。转换器的典型设计包括：DC链路，其连接到第一和第二输入转换器单元(其分别连接到主和辅助功率源)；以及输出转换器单元，其提供如负载所需的输出功率。对于因AC功率传输的简单和普遍所引起的历史原因，UPS系统的设计包括AC/DC和DC/AC转换器。然而，输出转换器单元能够是DC/AC转换器或DC/DC转换器，这取决于负载类型。具有AC负载的AC/DC-DC/AC转换方案是工业标准，但是遭受不是最佳系统效率的损失，因为典型负载包括AC/DC-DC/DC转换器。相应地，在负载的输入侧处的AC/DC转换之前在转换器的负载侧处DC/AC转换不是必要的，并且只将损失增加到整个系统效率。由于这个原因，基于AC/DC-DC/DC UPS的新操作环境正在兴起，由此消除在转换器处从DC到AC以及在负载处从AC到DC的上面的转换步骤，其是不必要的转换步骤，使得整个系统中的损失被降低。还不存在确立的标准。但是，实际的备选方案是在大约380 V的UPS系统的二线DC输出，（其中任一端连接到系统参考，AC中性或者地），或者具有连接到参考的中点的相同电压的划分（split）DC。缺点是故障清除能力的损失，因为具有以DC源的高电流源能力的旁路是不切实际的。故障清除能力指的是负载的操作条件的清除。转换器的负载侧因允许最大电流的实际半导体装置的可用性而限流。因此，负载的异常操作条件，例如短路，能够使UPS系统工作在最大功率而无需激活负载侧处的保护部件，例如无需熔化保护负载的熔丝。UPS系统的保护部件能够在激活负载侧处的保护部件之前被激活，由此对于负载以及对于操作人员来说使负载留在潜在危险状态中。在现有技术UPS系统(其向负载提供AC功率)中，异常操作条件，例如短路，依靠独立功率通路使转换器单元旁路以将AC源直接连接到负载侧以通过电流清除故障，电流仅通过源阻抗来限制。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种经由DC输出向负载输送二线DC功率的不间断电源系统以及用于实现这种不间断电源系统中的旁路的方法，其实现增加的系统和操作员安全性。具体来说，本专利技术的一个目的是提供一种经由DC输出向负载输送二线DC功率的不间断电源系统以及用于实现这种不间断电源系统中的旁路的方法，其提供故障清除能力。这个目的通过独立权利要求来实现。在从属权利要求书中给出有利实施例。具体来说，本专利技术提供一种不间断电源系统，其包括：第一AC源，经由四线AC电源线提供三相AC功率；DC源，经由DC电源线提供DC功率；以及功率转换器，接收来自第一AC源的AC功率和/或来自DC源的DC功率，并且经由DC输出线向负载输送二线DC功率，由此DC输出线的一极连接到四线AC电源线的中性参考，由此该不间断电源系统还包括：用于将功率从其输出侧传递到DC输出线的旁路装置，由此旁路装置和功率转换器并联连接到DC输出线，并且旁路装置包括至少一个切换单元，其在其输入侧处接收AC功率；以及控制单元，由此切换单元由控制单元来控制，以供应来自AC电源具有与DC输出线基本上相同极性的脉动功率。本专利技术还提供一种用于实现不间断电源系统中的旁路的方法，该不间断电源系统包括：第一AC源，经由四线AC电源线提供三相AC功率；DC源，经由DC电源线提供DC功率；以及功率转换器，接收来自第一AC源的AC功率和/或来自DC源的DC功率，并且经由DC输出线向负载输送DC功率，由此DC输出线的一极连接到四线AC电源线的中性参考；该方法包括下列步骤：提供旁路装置；将旁路装置和功率转换器并联连接到DC输出线，由此旁路装置包括至少一个切换单元；检测负载失效；控制切换单元以供应来自AC电源从其输入侧所接收的具有与DC输出线基本上相同极性的脉动功率，用于将功率从其输出侧传递到DC输出线。本专利技术的基本想法是要将来自AC源的功率脉冲直接提供到负载而无需通过转换器。相应地，能够忽略对转换器所给出的电流限制，并且完全实现故障清除能力。脉动功率指的是来自具有预期极性、例如正或负电压的功率脉冲的功率，如从AC源所提供的。切换单元实现对负载的电流供应，其在负载处的短路情况下只通过源阻抗限制，使得负载的保护机构能够按照预期方式进行操作。这样，获得增加的系统和操作员安全性。在没有限制包含负载和UPS系统的整个系统的性能和/或安全性的情况下，用于提供在转换器的输出处的AC/DC转换以及用于提供在负载处的DC/AC转换的不需要的转换器单元的使用能够被省略。能够可靠地得到以通过标准和低成本保护装置(其在本领域是已知的)在负载侧处的例如有故障分支的分离的系统的增加可靠性。不需要例如适合与UPS系统配合使用并且适合限制故障电流的用于负载的特定保护装置。基于旁路装置的激活时间，能够实现极快的反应时间，并且能够几乎立即提供通过AC源阻抗所限制的故障清除能力。控制切换单元以向负载供应来自AC电源从其输入侧所接收的脉动功率指的是例如将切换装置接通或将其切换成传导，使得提供从AC源到负载的旁路，以及关断指的是将切换装置切换成不传导，使得间断从AC源到负载的旁路。二线DC功率通常包括参考和正或负电压，其从功率转换器来提供。然而，转换器不局限于仅提供正或负功率。然而，每个负载接收具有正或负电压（具体相对于中性参考）的二线DC功率。因此，二线DC功率包括参考和正或负电压，其从功率转换器来提供，并且每个负载接收具有正或负电压（具体相对于中性参考）的二线DC功率。因此，一般来说，负载连接到DC输出线的两极。然而，负载也能够连接到DC输出线的正和负电压。控制单元能够是转换器的一部分，即，转换器和旁路装置具有共同控制单元。具体来说，当旁路装置与转换器整体地提供时，仅提供一个控制旁路装置和转换器功能的转换器单元的控制单元是有益的。然而，转换器和旁路装置能够具有个别控制单元。按照本专利技术的修改实施例，DC输出线包括三极，其包含正极、负极和电中极（electric middle pole），由此电中极连接到四线AC电源线的中性参考。因此，二线DC功率提供给具有附加中性参考的正和负极。按照本专利技术的修改实施例，旁路装置包括至少两个切换单元，其连接到正和负极，用于在参照电中极的正和负极向负载供应具有与DC输出线基本上相同极性的脉动功率。因此，能够按照相同方式为连接到DC输出线的正或负极的负载提供旁路。按照本专利技术的修改实施例，旁路装置包括用于向负载供应具有与DC输出线基本上相同极性的脉动功率的至少两个切换单元，由此切换单元在其输入侧处连接到第一AC源的不同相，其在输出侧处连接到DC输出线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不间断电源系统(100)，包括：第一AC源(108)，经由四线AC电源线(112)提供三相AC功率；DC源(110)，经由DC电源线(114)提供DC功率，以及功率转换器(102)，接收来自所述第一AC源(108)的AC功率和/或来自所述DC源(110)的DC功率，并且经由DC输出线(116)向负载(118)输送二线DC功率，由此所述DC输出线(116)的一极连接到所述四线AC电源线(112)的中性参考，其特征在于所述不间断电源系统(100)还包括用于从其输出侧(106)向所述DC输出线(116)传递功率的旁路装置(142)，由此所述旁路装置(142)和所述功率转换器(102)并联连接到所述DC输出线(116)，以及所述旁路装置(142)包括在其输入侧处接收AC功率的至少一个切换单元(144)和控制单元(138)，由此所述切换单元(144)由所述控制单元(138)来控制，以供应来自AC电源具有与所述DC输出线(116)基本上相同极性的脉动功率。

【技术特征摘要】
2015.05.18 EP 15167954.51.一种不间断电源系统(100)，包括：第一AC源(108)，经由四线AC电源线(112)提供三相AC功率；DC源(110)，经由DC电源线(114)提供DC功率，以及功率转换器(102)，接收来自所述第一AC源(108)的AC功率和/或来自所述DC源(110)的DC功率，并且经由DC输出线(116)向负载(118)输送二线DC功率，由此所述DC输出线(116)的一极连接到所述四线AC电源线(112)的中性参考，其特征在于所述不间断电源系统(100)还包括用于从其输出侧(106)向所述DC输出线(116)传递功率的旁路装置(142)，由此所述旁路装置(142)和所述功率转换器(102)并联连接到所述DC输出线(116)，以及所述旁路装置(142)包括在其输入侧处接收AC功率的至少一个切换单元(144)和控制单元(138)，由此所述切换单元(144)由所述控制单元(138)来控制，以供应来自AC电源具有与所述DC输出线(116)基本上相同极性的脉动功率。2.如前述权利要求1所述的不间断电源系统(100)，其特征在于所述DC输出线(116)包括三极，所述三极包含正极、负极和电中极，由此所述电中极连接到所述四线AC电源线(112)的所述中性参考。3.如前述权利要求2所述的不间断电源系统(100)，其特征在于所述旁路装置(142)包括至少两个切换单元(144)，所述两个切换单元（144）连接到所述正和负极，用于在参照所述电中极的所述正和负极向所述负载(118)供应具有与所述DC输出线(116)基本上相同极性的脉动功率。4.如任何前述权利要求所述的不间断电源系统(100)，其特征在于所述旁路装置(142)包括用于向所述负载(118)供应具有与所述DC输出线(116)基本上相同极性的脉动功率的至少两个切换单元(144)，由此所述切换单元(144)在其输入侧处连接到所述第一AC源(108)的不同相(L1，L2，L3)，所述切换单元(144)在其输出侧处连接到所述DC输出线(116)的相同极。5.如前述权利要求2至4所述的不间断电源系统(100)，其特征在于所述切换单元(144)包括可控硅半波整流器电路或者至少一个IGBT。6.如任何前述权利要求所述的不间断电源系统(100)，其特征在于所述不间断电源系统(100)还包括第二AC源(150)，所述第二AC源(150)连接到所述旁路装置(142)，以及所述旁路装置(142)由所述控制单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：EK帕亚特罗，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH