检测不间断电源的整流器零线与电网零线之间的断线故障的方法技术

本发明专利技术涉及一种检测ＵＰＳ的整流器零线与电网零线之间的断线故障的方法，为解决现有技术所存在的成本高、需要一个额外的电流互感器等问题，本明中采用当整流器零线与电网零线之间发生断线故障时两者之间的电压差会逐渐增大的控制模式，对于输入ＵＰＳ的电网三相相电压，先检测至少一相相电压与不间断电源的整流器零线电压（Ｕ↓［Ｎ］）之间的电压差；然后对所述每一个电压差进行滤波并求出相应的电压差滤波值；然后判断所述电压差滤波值之和的绝对值是否大于一个预定常数（Ｈ），如果是则认为不间断电源的整流器零线与电网零线之间已发生了断线故障。与现有技术相比，本发明专利技术的方法具有成本低、准确度高、易于实现等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及UPS(不间断电源)，更具体地说，涉及一种在无变压器UPS的整流器零线与电网零线发生断开故障时，及时检测出此故障的方法。
技术介绍
随着市场竞争的加剧，UPS产品的价格成本压力越来越大。无变压器UPS由于省去了笨重且昂贵的工频变压器，正逐渐取代传统的带工频变压器的UPS，成为各大UPS厂商的研发重点。传统的三相工频变压器UPS中，其变压器的输出为三相四线制，其整流器零线由输出隔离变压器的中点自然生成，所以输入为三相三线制，并不需要将整流器零线与电网零线相连接。而对于无变压器UPS，其母线为电容串联的双母线结构，整流器零线连接到串联母线电容的中点。为保证整流器零线对于电网零线电位稳定，输入电网零线也必须接入到串联母线电容的中点，所以三相无变压器UPS输入为三相四线。一种常见三相四线PWM(脉宽调制)整流器的拓扑结构如图1所示，其中，Q1～Q6为整流器的开关器件，一般在其内部或外部还并有反相续流二极管；C6、C7为母线电容；L1、L2、L3为升压电感，并与电容C1、C2、C3构成滤波电路；Usa、Usb、Usc为电网相电压。通过控制开关器件的导通或截止，可使输入电感电流ia、ib、ic与输入电网电压Usa、Usb、Usc的波形近似、相位一致，从而可实现功率因数校正。现有三相四线PWM整流器的控制策略可分为静止坐标控制法和旋转坐标控制法两大类。如图2所示为静止坐标系下三相四线PWM整流器的典型控制框图。其中， (A)经减法器101得出母线的电压给定(Ud*)与电压反馈(Ud)之差，其中电压反馈Ud等于正母线电压(U+)与负母线电压(U-)之和；(B)所述电压差经母线电压调节器102处理后得出相应的电流调节量；(C)该电流调节量再分别通过乘法器103、104、105与标准三相正弦波(即sin(ωt)、sin(ωt+120)、sin(ωt+240))相乘，获得三相相电流给定(ia*、ib*、ic*)；(D)通过减法器106、107、108，用三相相电流给定(ia*、ib*、ic*)分别减去三相相电流反馈(ia、ib、ic)，得到三个电流差值；(E)再并分别送入三相相电流调节器109、110、111进行处理；(F)最后，电流调节器109、110、111的输出分别经PWM发生器112、113、114处理，生成三相PWM开关波形，用于驱动图1中的开关器件Q1～Q6。如图3所示为旋转坐标系下三相四线PWM整流器的典型控制框图。其中(a)三相电网相电压(Usa、Usb、Usc)经求模和锁相环计算器212，得出电压模长(vd)和跟踪角度(angle)；(b)三相相电流(ia、ib、ic)经坐标变换器211进行静止坐标系到旋转坐标系变换，得出相电流在旋转坐标系下的有功电流(id)、无功电流(iq)和零序电流(i0)；(c)母线电压给定(Ud*)和电压反馈(Ud)经减法器201得到电压差，再经母线电压调节器202后形成有功电流给定(id*)；(d)通过减法器203、204、205，用有功电流给定(id*)、无功电流给定(iq*)和零序电流给定(i0*)，分别减去前述坐标变换器211输出的有功电流(id)、无功电流(iq)和零序电流(i0)，分别得到有功电流差、无功电流差和零序电流差，其中iq*与i0*通常为0；(e)上述有功电流差、无功电流差和零序电流差分别经电流调节器206、207、208处理，生成相应的电压微调量；(f)电流调节器207、208的输出直接送入坐标变换及PWM发生器210，而电流调节器206的输出则通过加法器209与前述电压模长(vd)相加，再送入坐标变换及PWM发生器210；坐标变换和PWM发生器210根据前述输入量和跟踪角度(angle)，发出三相PWM开关波形，驱动整流器中的六个开关器件Q1至Q6。当三相无变压器UPS的整流器零线与电网零线由于故障而断开时，将有如下危害(1)会影响三相四线整流器的运行，使其部分功能失效，或性能指标降低；(2)由于高频机中整流器输入和旁路输入的中线为公用，当主路因输入电网故障而切换到旁路工作时，旁路零线电位会受负载影响偏离，使负载掉电或损坏负载；(3)整流器运行时，其整流器零线相对于电网零线的电位差不能保持稳定，电位差可能逐渐积累并越来越大，从而危害用户的设备甚至人员的安全。为了检测整流器零线与电网零线是否断开，传统的检测方法是在整流器零线上串联一个电流互感器来检测整流器零线上所流过的电流值，如果有电流流过，则表示零线正常；如果无电流流过，则认为发生了零线断开故障。这种串接电流互感器方法的缺点是成本高，需要一个额外的电流互感器和相应的检测判断电路。另外，采用串接电流互感器的方法时，电流判断门限很难确定，在轻载时容易误报故障。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术中采用电流互感器来检测断线故障时所存在的成本高、需要一个额外的电流互感器和相应的检测判断电路、且电流判断门限很难确定的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种，其中包括以下步骤(1)检测至少一相输入电源相线与不间断电源的整流器零线之间的电压差；(2)对所述每一个电压差进行滤波，求出相应的电压差滤波值，其中滤波时间常数大于或等于一个工频周期；(3)判断所述电压差滤波值之和的绝对值是否大于一个预定常数(H)，如果是则认为不间断电源的整流器零线与电网零线之间已发生了断线故障。在本专利技术所述的方法的所述第(3)步中，可根据不间断电源的电气特性确定所述预定常数(H)。例如根据在第(1)步中检测的相数、整流器的直流母线电压(Ud)、以及所述不间断电源所针对的负载对整流器零线与电网零线之间压差的容忍程度，来确定所述预定常数(H)。可见，本专利技术中通过检测出电网的任一相电压与整流器零线之间的电压差，即可判断出不间断电源的整流器零线与电网零线之间是否发生了断线故障，为了保证检测结果的准确性，还采用特别的控制模式对整流器进行控制，保证当整流器零线与电网零线之间发生断线故障时，两者之间的电压差会逐渐增大。从而可更快地检测出断线故障。与现有技术相比，具有成本低、准确度高、易于实现等优点。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中图1是个常见的三相四线PWM整流器的拓扑结构图；图2是静止坐标系下三相四线PWM整流器的典型控制框图；图3是旋转坐标系下三相四线PWM整流器的典型控制框图；图4是本专利技术中检测整流器零线与电网零线之间是否发生断开故障的整流器拓扑结构示意图。具体实施例方式本专利技术中，检测整流器零线与电网零线之间是否发生断开故障的整流器拓扑结构如图4所示。由于整流器零线与串联母线电容(C6、C7)中点UN相连接，假定电网零线的电位为零电位，UN的电位即为整流器零线与电网的零线电压差。UPS输入相电压检测电路实际检测的是电网各相电压Usa、Usb、Usc与UN的电压差VC1、VC2、VC3。对图4的电路建立数学模型，在假设正负母线电压均衡的前提下(这由其他的均压电路来实现)，得到如下表达式 Usa=iaR+Ldiadt+SaUd2+UNUsb=ibR+Ldibdt+SbUd2UNUsc=icR+Ldicdt+ScUd2+UN]]>其中，S为开关函数， ia、ib、ic为整流器输入三相相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测不间断电源的整流器零线与电网零线之间的断线故障的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）检测至少一相输入电源相线与不间断电源的整流器零线之间的电压差；（２）对所述每一个电压差进行滤波，求出相应的电压差滤波值，其中滤波时 间常数大于或等于一个工频周期；（３）判断所述电压差滤波值之和的绝对值是否大于一个预定常数（Ｈ），如果是则认为不间断电源的整流器零线与电网零线之间已发生了断线故障。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邴阳，杨志洵，
申请(专利权)人：力博特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]