本发明专利技术公开了具有快速整流器控制和提高的电池寿命的干净输入ＵＰＳ。本发明专利技术涉及ＵＰＳ系统的有源整流器的控制。本发明专利技术的多个方面涉及一种控制算法，该算法被实施以便实现产生与ＵＰＳ系统的有源整流器有关的电池的寿命提高的快速整流器控制操作。在不平衡负载条件下的本发明专利技术的方面中，有可能在两个可能的极端条件之间选择期望的特性，即实施导致电池寿命缩短的干净功率输入或者实施导致电池寿命提高的不干净功率输入。另外，本发明专利技术利用快速整流器控制和特定的前馈动作来使得有可能获得对ｄｃ链电压的非常严格的控制，甚至是在极端阶跃负载变化下。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及不间断电源，特另涉及对不间断电源的有源整流器的控制。
技术介绍
在不间断电源(UPS)系统内实施的电池通常遭受着可能影响与系统有关的电池的寿命的紋波电流和快速放电脉冲。在不平衡负载的条件下，输出逆变器汲取来自直流(dc)链的两倍的市电频率以及由整流器 和电池所产生的振荡电流。标准的整流器只能提供该振荡电流的平均 值，因此必须从电池汲取紋波电流，从而影响电池的寿命。如果当时 UPS负载不平衡，则相关联的有功功率不是恒定的。在这种情况下，有 可能存在两种极端操作条件。第一种操作条件需要从公用电源(utility) 汲取恒定的有功功率，从而导致以在电池上产生高电流紋波的代价来获 得正弦电流。第二种操作条件需要从该公用电源汲取振荡的有功功率， 并且因此获得非正弦电流，其中该操作是在不汲取任何电池电流的情况 下一皮理想地实施的。按照常规，已经把六个或十二个脉冲晶闸管整流器(有时与无源滤 波器相结合)用作不间断电源(UPS)的输入端。然而，使用这些特定 的拓朴结构不可能获得解决上述问题所需的快速电流控制。目前，利用 更多现代的电源拓朴结构来实现可以以高功率因数从市电汲取正弦电 流的干净(clean)输入的UPS。典型的前端变换器包括电流或电压源整 流器，这些常常被称作IGBT整流器。这些变换器使得有可能达到进行 电流控制操作所需的带宽。然而，为了利用这种快速电流控制以便解决 所述问题，即增加电池寿命并获得非常严格的dc链电压控制，需要附 加的控制量。
技术实现思路
本专利技术涉及对不间断电源的有源整流器的控制。更具体而言，本发 明的多个方面包括一种有源整流器控制系统，其被配置成增强用于为负载服务的不间断电源(UPS)系统的响应控制性能，该有源整流器控制系统提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流(dc)链 电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率。该控制系统包括前馈 电压控制器，该前馈电压控制器包括比例积分(PI)控制器部件和前馈 电流确定部件，该PI控制器部件被配置成响应于dc电压参考和dc电压 输入值来确定电压误差参考电流值，该前馈电流确定部件被配置成响应 于有功电流输入值来确定前馈电流值。该控制系统还包括变量限制部件和电流控制部件，该变量限制部件 被配置成响应于dc参考输入值来确定受限参考电流值，该电流控制部 件被配置成从该变量限制部件接收所确定的受限参考电流值，其中使用 所确定的受限参考电流值来作为低电平电流控制器的参考值。本专利技术的更多方面涉及一种有源整流器控制系统的方法，其用于增 强为负载服务的不间断电源(UPS)系统的响应控制性能，该方法包括 确定有功功率负载值，将有功功率负载值除以dc电压值以便确定有功 电流输入值，确定前馈电流值，以及确定电压误差参考电流值。该方法 还包括根据电压误差参考电流值与前馈电流值的总和来确定dc参考 输入值，将dc参考输入值提供给变量限制部件，其中该变量限制部件 被配置成利用dc参考输入值来计算受限参考电流值，并将受限参考电 流值提供给电流控制部件。附加的特征和优点通过本专利技术的技术来实现。附图说明在本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且清楚地要求保护 被视为本专利技术的主题。根据以下结合附图所做出的详细描述，本专利技术的 前述和其它目的、特征和优点是显而易见的，其中图1是示出可以在本专利技术各实施例内被实施的电流源整流器的各方 面的图；图2是示出图1的电流源整流器的AC分量的两相表示的图； 图3是详述可以在本专利技术各实施例内被实施的前馈电压控制器的各 方面的图；图4是示出在平衡线性负载的情况下的有功功率分配的图； 图5是示出在不平衡线性负载的情况下的有功功率分配的图；图6是示出具有K=l的可变参数的不平衡线性负载的屏幕截图； 图7是示出具有KK)的可变参数的不平衡线性负载的屏幕截图。 该详细描述参考附图通过例子解释了本专利技术各优选实施例以及优 点和特征。具体实施方式下面详细描述了本专利技术的 一 个或多个示例性实施例。所公开的各实 施例打算仅仅是说明性的，因为其中的众多修改和变化对于本领域技术 人员而言将是显而易见的。本专利技术涉及UPS系统，特别是对UPS系统的有源整流器的控制。 在操作中，使用有源整流器来实现可以以高功率因数从市电汲取正弦电 流的干净输入UPS系统。本专利技术的多个方面涉及一种控制系统，其中实 施该控制系统以便实现快速整流器控制操作，所述操作导致与UPS系统 的有源整流器有关的电池的寿命得到提高。在不平衡负载条件下的本发 明的多个方面内，有可能在这样两种可能的极端条件之间选择所期望的 特性，即导致电池寿命缩短的干净功率输入的实施方式或者导致电池寿 命提高的不干净功率输入的实施方式。另外，本专利技术使用快速整流器控 制来使得有可能获得对dc链电压的非常严格的控制，甚至是在极端阶 跃负载变化下。该方面还导致提高的电池寿命(在阶跃负载变化过程中 没有从电池汲取能量)、输出逆变器的增大的动态稳定性、以及功率变 换器的提高的可靠性；尤其是在电池没有被连接或者使用替换的能量存 储系统的情况下。如上所述，该控制系统使得在不平衡条件下最小化从电池汲取的紋 波电流最小化成为可能。另外，在该控制系统内所实施的快速整流器控 制允许甚至在极端阶跃负载变化下获得对dc链电压的非常严格控制的 可能性。该功能方面是通过以下操作来实现的首先在重大阶跃负载变 化过程中最小化从电池汲取的能量的量，其次获得输出逆变器的增大的 动态稳定性(这一方面在存在脉动负载的情况下是非常有用的，例如医 学成像系统)。最后，通过在突然的负载释放下避免高dc链电压，获 得了功率变换器的提高的可靠性，尤其是如果没有连接电池或者在使用 替换能量存储系统的情况下。图1示出可以在本专利技术各实施例内被实施的电流源整流器的拓朴结构的多个方面。如图l所示，变换器100包括具有6个IGBT 105 (TR1 到TR6 )和6个二极管110 ( Dl到D6 )的桥。桥的AC侧包括三相LC 滤波器115(L1、 L2和L3，以及C12、 C23和C31),并被用来避免高 频率开关谐波注入到电网120 (电压源VI、 V2和V3)中。桥的DC侧 包括续流二极管D0 125、滤波电感Ldel30和dc链电容器Cde135。电流 源iinv 140表示由逆变器所汲取的电流。如下解释整流器100的基本操 作。假定恒定的dc链电流idc 145和六个开关105的适当调制，有可能产生三个正弦脉宽调制电流155 (irl、 ir2和ir3)。如从公用电源和通过三相LC滤波器115所见，这些电流是三线电流150 isl、 is2和is3，并且 ^皮控制为正弦。该示例性配置造成两个系统控制问题。第 一 个问题涉及电流控制， 也就是，期望在补偿LC滤波器115的谐振的同时汲取三个正弦电流150 lsl、 2和3。在以市电频率旋转的两相参考帧中处理这个问题。通过对 变换器的AC侧执行所需的变换，获得了图2中表示的两个电路(205、 210)。实际上将耦合这两个电路，但是出于这种控制示例的目的将忽 略耦合。在稳定状态中，图1的变换器的AC侧的所有正弦变量在图2的旋 转两相表示中都变成了恒定变量。这允许具有扰动前馈的状态空间控制 被设计成围绕图2的这本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有源整流器控制系统，其被配置成增强用于为负载服务的不间断电源（ＵＰＳ）系统的响应控制性能，该有源整流器控制系统提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流（ｄｃ）链电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率，该控制系统包括： 前馈电压控制器（３００），该前馈电压控制器（３００）包括： 比例积分（ＰＩ）控制器部件（３０６），该ＰＩ控制器部件（３０６）被配置成响应于ｄｃ电压参考（３０２）和ｄｃ电压（３０４）输入值来确定电压误差参考电流值（３０８）； 前馈电流确定部件（３３０），该前馈电流确定部件（３３０）被配置成响应于有功电流输入值（３１４）来确定前馈电流值（３２８）； 变量限制部件（３３４），该变量限制部件（３３４）被配置成响应于ｄｃ参考输入值（３３２）来确定受限参考电流值（３３６）；以及 电流控制部件（３４０），该电流控制部件（３４０）被配置成从该变量限制部件（３３４）接收所确定的受限参考电流值（３３６），其中使用所确定的受限参考电流值（３３６）来作为低电平电流控制器的参考值。
【技术特征摘要】
US 2007-3-9 11/6844801.一种有源整流器控制系统，其被配置成增强用于为负载服务的不间断电源(UPS)系统的响应控制性能，该有源整流器控制系统提供对由电池和有源整流器的组合的链输出所产生的直流(dc)链电压的严格控制，从而降低从电池所汲取的功率，该控制系统包括前馈电压控制器(300)，该前馈电压控制器(300)包括比例积分(PI)控制器部件(306)，该PI控制器部件(306)被配置成响应于dc电压参考(302)和dc电压(304)输入值来确定电压误差参考电流值(308)；前馈电流确定部件(330)，该前馈电流确定部件(330)被配置成响应于有功电流输入值(314)来确定前馈电流值(328)；变量限制部件(334)，该变量限制部件(334)被配置成响应于dc参考输入值(332)来确定受限参考电流值(336)；以及电流控制部件(340)，该电流控制部件(340)被配置成从该变量限制部件(334)接收所确定的受限参考电流值(336)，其中使用所确定的受限参考电流值(336)来作为低电平电流控制器的参考值。2. 根据权利要求1所述的控制系统，其中通过把有功功率负载值 (310)除以该dc电压输入值(312)来确定该有功电流输入值(314)。3. 根据权利要求2所述的控制系统，其中根据该电压误差参考电 流值(308 )和该前馈电流值(328 )的总和来确定该dc参考输入值(332 )。4. 根据权利要求3所述的控制系统，其中根据第一前馈电流值 (325 )、第二前馈电流值(326 )和第三前馈电流值(327)的总和来确 定该前馈电流值(328)。5. 根据权利要求4所述的控制系统，其中通过使该有功电流输入 值(314)经过选择性阶跃滤波器(318)并且然后把该有功电流输入值 (314)乘以可变参数KJ ( 324)来确定该第一前馈电流值(325 ),通过 使该有功电流输入值(314)经过低通滤波器并且然后把该有功电流输 入值(314)乘以可变参...
【专利技术属性】
技术研发人员：S科伦比，C巴尔比亚诺，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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