用于控制并聯(lián)連接的電力轉(zhuǎn)換器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種不間斷電源(UPS)系統(tǒng)(100)，其包括多個并聯(lián)連接的UPS單元(UPS-1、UPS-2)。每個UPS單元都包括用于提供總負載電流(i_tot)的分擔(i_負載_1、i_負載_2)的電力轉(zhuǎn)換器(124)。總負載在額定功率的UPS單元之間以成比例的方式自動分擔。每個轉(zhuǎn)換器的控制器130被布置為建立電力轉(zhuǎn)換器提供的電流的實時反饋控制。關(guān)于每個轉(zhuǎn)換器的交換電流(i_exch)表示討論中的轉(zhuǎn)換器的輸出電流和并聯(lián)轉(zhuǎn)換器的輸出電流之間的不平衡。并聯(lián)連接的UPS單元的交換電流感測電路被連接在一起?？刂破魇姑總€轉(zhuǎn)換器的交換電流選取是轉(zhuǎn)換器內(nèi)感測到的電流(i_mut)的非零比例的值(i_exc_c)。計算所述非零比例，使得：在轉(zhuǎn)換器具有高于平均標稱額定功率的功率的情況下，交換電流將選取正值，并且在轉(zhuǎn)換器具有低于平均額定功率的功率的情況下，交換電流將選取負值。
【專利說明】用于控制并聯(lián)連接的電力轉(zhuǎn)換器的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體涉及用于控制電力轉(zhuǎn)換器的方法和裝置。這樣的電力轉(zhuǎn)換器可以例如 在不間斷電源（UPS)系統(tǒng)中運行。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力轉(zhuǎn)換器可以在對敏感或關(guān)鍵設(shè)備進行電力供應(yīng)調(diào)節(jié)和維護的不間斷電源 (UPS)系統(tǒng)中使用。UPS系統(tǒng)通常在數(shù)據(jù)中心中使用。為了增加供電的容量和安全性，UPS 單元可以并聯(lián)連接，使得向負載提供的電流是由大量UPS單元提供的電流的總和。已知的 適用于這種并聯(lián)應(yīng)用的UPS單元包括專用功能部件，以確保表示討論中的轉(zhuǎn)換器的輸出電 流和并聯(lián)轉(zhuǎn)換器的輸出電流之間的不平衡的"交換電流"被感測并被控制為零。以這種方 式，每個UPS自動調(diào)節(jié)其運行以便提供總負載電流的相等份額。專用功能部件可以包括附 加感測電路以測量在每個單元中的交換，并且對控制器編程以除了響應(yīng)于其它參數(shù)和感測 的值之外,還響應(yīng)于感測的交換電流。
[0003] UPS單元在一系列規(guī)格中可用，每個規(guī)格具有例如標稱的諸如100kVA、300kVA、 500kVA等的額定功率。為了增加 UPS系統(tǒng)提供的靈活性，能夠?qū)⒕哂胁煌~定功率的單元 進行并聯(lián)連接是有利的。然而，在這樣的情況下，已知的控制器將僅僅驅(qū)動每個單元產(chǎn)生負 載電流的相等份額。較弱的單元將過載，而較強的單元則未被充分利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 提供了用于控制并聯(lián)連接以向負載提供總電流的大量電力轉(zhuǎn)換器的方法、裝置和 系統(tǒng)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于控制并聯(lián)連接以向負載提供總電流的大量電 力轉(zhuǎn)換器的方法。方法包括：在每個電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)建立實時反饋控制，以便根據(jù)期望的供電 條件控制由該轉(zhuǎn)換器提供的電流；實時感測每個轉(zhuǎn)換器的交換電流，該交換電流表示討論 中的轉(zhuǎn)換器的輸出電流和并聯(lián)運行的其它轉(zhuǎn)換器的輸出電流之間的不平衡；響應(yīng)于感測到 的交換電流修改所述反饋控制，以便使每個轉(zhuǎn)換器的交換電流選取是由轉(zhuǎn)換器提供的電流 的非零比例的值，對于所述轉(zhuǎn)換器中的不同的轉(zhuǎn)換器，該非零比例是不同的，從而每個轉(zhuǎn)換 器被控制為提供總電流的預(yù)定比例，并且對于所述轉(zhuǎn)換器中的不同的轉(zhuǎn)換器，該預(yù)定比例 是不同的。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了適于用作并聯(lián)連接以向負載提供總電流的大量電 力轉(zhuǎn)換器中的一個的電力轉(zhuǎn)換器裝置。電力轉(zhuǎn)換器包括：多個開關(guān)和其它構(gòu)件，所述開關(guān)和 構(gòu)件被連接以可作為電力轉(zhuǎn)換器運行；控制器，其被布置為建立所述開關(guān)的實時反饋控制， 以便響應(yīng)于一個或多個傳感器輸入并且根據(jù)期望的供電條件來控制電力轉(zhuǎn)換器提供的電 流；以及模塊，其用于實時感測每個轉(zhuǎn)換器的交換電流，該交換電流表示討論中的轉(zhuǎn)換器的 輸出電流和并聯(lián)運行的其它轉(zhuǎn)換器的輸出電流之間的不平衡；其中所述控制器被布置為響 應(yīng)于感測到的交換電流修改所述反饋控制，以便使每個轉(zhuǎn)換器的交換電流選取是轉(zhuǎn)換器內(nèi) 感測到的電流的非零比例的值。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了 UPS系統(tǒng)。UPS系統(tǒng)包括多個并聯(lián)連接的UPS單 元，并且每個UPS單元包括如上所述的電力轉(zhuǎn)換器。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了用于電力轉(zhuǎn)換器控制器的計算機程序產(chǎn)品。所述 計算機程序產(chǎn)品包括用于引起控制器根據(jù)如上所述的方法在非零交換電流下運行的指令。
[0009] 本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點、以及本發(fā)明的各個實施例的結(jié)構(gòu)和運行在下文參考 附圖進行詳細描述。值得注意的是，本發(fā)明不限于本文描述的具體實施例。本文呈現(xiàn)的這 些實施例僅僅用于說明性的目的。基于本文包含的教導，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，附加 實施例將是明顯的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 并入本文并且形成說明書一部分的附圖，說明了本發(fā)明并且連同說明書一起，進 一步用于解釋本發(fā)明的原理并且使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明。本發(fā)明的 實施例僅僅通過示例的方式參考附圖進行描述。
[0011] 圖1是其中各個UPS單元并聯(lián)連接以對共有負載供電的不間斷電源（UPS)系統(tǒng)的 示意性框圖；
[0012] 圖2示出了在已知系統(tǒng)中的兩個并聯(lián)連接的UPS之間的負載電流的相等分擔。
[0013] 圖3是用于調(diào)節(jié)并聯(lián)UPS系統(tǒng)中的負載分擔的用途的交換電流測量模塊的框圖；
[0014] 圖4是在已知UPS系統(tǒng)中的包括使用圖3的模塊的交換電流補償?shù)碾娏骺刂苹芈?的實例；
[0015] 圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的并聯(lián)UPS系統(tǒng)中的不相等負載分擔的原理； 以及
[0016] 圖6示出了在體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)中實施的改進的電流控制回路。

【具體實施方式】
[0017] 圖1示出了用于向負載102傳送可靠的和連續(xù)的供電的不間斷電源（UPS)系統(tǒng) 100。負載102可以例如包括諸如可以在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中找到的服務(wù)器計算機、通信單元等 的IT系統(tǒng)，但是本發(fā)明不限于這些應(yīng)用。UPS系統(tǒng)通過通常被示為輸入總線LIN(通電輸 入）的供電接收干線電力。大量的UPS單元UPS-UUPS-2等被連接以接收輸入的干線供電， 并且產(chǎn)生各個輸出供電L0-UL0-2等（通電輸出）。來自各個UPS單元的通電輸出連接通 過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)104并聯(lián)連接以驅(qū)動系統(tǒng)通電輸出L0-SYS。通電輸入連接和通電輸出連接在示 意圖中以單根線條示出，但是在現(xiàn)實中每個可以包括兩根線或多于兩根線。在單相裝置中， 通電輸出連接可以包括火線和零線。在三相系統(tǒng)中，每個輸出供電L0-1等連接可以是三根 火線和可選的接零連接。技術(shù)人員對于這些細節(jié)非常熟悉并且不需要在本文進行解釋。
[0018] 在第一 UPS單元UPS-ι之內(nèi)，示出了典型UPS的主要構(gòu)件的一些示意性細節(jié)。其 它的UPS單元可以具有相似的形式，并且為了簡單起見沒有示出它們的內(nèi)部細節(jié)。如通常 已知的，典型的UPS單元包括AC-DC轉(zhuǎn)換器120、DC電池122以及DC-AC轉(zhuǎn)換器124。轉(zhuǎn)換 器120從通電輸入接收電力并且將其轉(zhuǎn)換以用于對電池122充電的用途。電池122存儲能 量以便在輸入側(cè)電力中斷的情況下使用，并且轉(zhuǎn)換器124轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)來自電池的能量以驅(qū) 動通電輸出L0-1。電池122和轉(zhuǎn)換器124可以被控制為僅僅在輸入側(cè)電力發(fā)生故障的情況 下運行，或者它們可以被連續(xù)使用以提供比輸入供電進行更高度調(diào)節(jié)的輸出供電。提供了 具有開關(guān)126、128的各種互連并且整個單元在控制器130的控制之下。
[0019] 控制器130通常將包括數(shù)字信號處理（DSP)電路、一個或多個微控制器和/或例 如通過FPGA設(shè)備實施的數(shù)字電路。每個轉(zhuǎn)換器120U24實際上包括大量的快速順序運行以 將電壓轉(zhuǎn)換到不同的電平并且從DC轉(zhuǎn)換為AC或從AC轉(zhuǎn)換為DC的電源開關(guān)。所有這些都 是本領(lǐng)域中的眾所周知的功能。為了執(zhí)行該操作，控制器130也被連接到大量的感測電路， 以便測量整個系統(tǒng)的電流、電壓、溫度等。一些實例用虛線示出。通過示例的方式，電流可 以通過電流互感器來感測，并且用于UPS-1的輸出電流的感測電路以132表示。流出UPS-1 的電流可以被測量并被標記為i_負載_1，并且通過傳感器132進行測量。系統(tǒng)內(nèi)的其它 電流和電壓可以被同樣測量。第二UPS，即UPS-2的輸出電流可以被類似地標記為i_負載 _2。在各個UPS單元的控制器之間提供了眾所周知的可以用于監(jiān)控目的的通信總線COM。
[0020] 對于并聯(lián)操作，在各個UPS單元的控制器之間需要一些合作，以確保它們均勻分 擔負載，并且沒有不必要地最終變得互相驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的實施例，布置了 UPS單元，即 UPS-UUPS-2等中的控制器130,以便向負載1和2提供與其各自的額定功率成比例的電流 份額。也就是說，如果系統(tǒng)100中的所有UPS單元具有相同的額定功率，則每個UPS單元將 提供總電流i_tot的相等份額。另一方面，如果不同的UPS單元具有不同的額定功率，那么 每個UPS單元將提供與其額定功率成比例的總電流的份額。即使在UPS單元被設(shè)計為并聯(lián) 連接時，這也不是已知的UPS單元的特征。在描述怎樣實施成比例的分擔布置之前，我們將 描述現(xiàn)有單元的操作。
[0021] 為了控制負載電流的分擔，沒有必要直接測量流向負載的總電流i_tot，盡管當然 這可以通過整體系統(tǒng)控制器（未示出）進行測量和監(jiān)測。而在實際上，在本實例中，每個 UPS單元都包括測量單元之內(nèi)的電流并且通過導線138與并聯(lián)采集的UPS設(shè)備中的每一個 UPS設(shè)備中的相似的模塊136互連的專用模塊136。模塊136的目的是向控制器130提供 關(guān)于"交換電流"i_exch的值，其可以被每個單元中的控制器使用以協(xié)助負載分擔。這些模 塊和互連的更多細節(jié)將在隨后提供。交換電流，正如其名稱所暗示的，是沒有被傳送到整個 系統(tǒng)負載102、但是卻在并聯(lián)UPS單元之間進行有效交換的輸出電流i_負載的一部分。
[0022] 圖2示出了在已知的商業(yè)實施例中的兩個UPS單元UPS-1和UPS-2之間的負載分 擔的原理。每個UPS單元提供電流i_負載_l、i_負載_2到并聯(lián)連接中，以便向負載102提 供總電流1丨的。輸出供電線具有用電感L1、L2表示的一定的電感。每個UPS單元具有其 自身的輸出電壓乂_輸出_l、v_輸出_2。換流器（mutator)是用于DA-AC、AC-DC或DC-DC 轉(zhuǎn)換器的一條"臂"或"支路"的術(shù)語，其中在輸出線的高壓側(cè)和低壓側(cè)處設(shè)置了電源開關(guān)。 這些開關(guān)將輸出線交替連接到高壓側(cè)的DC供電和低壓側(cè)的DC供電，以便產(chǎn)生期望的AC輸 出波形。換流器輸出通常通過輸出電感饋入輸出電容器。UPS輸出電流〔負載然后從輸出 電容器獲得，并且是換流器輸出的平滑形式。在三相轉(zhuǎn)換器中，可以提供附加的換流器以便 驅(qū)動內(nèi)部零線，各個輸出電容器以星型拓撲結(jié)構(gòu)連接到內(nèi)部零線。UPS的確切結(jié)構(gòu)與本發(fā) 明是不相關(guān)的，但是對于識別該"輸出電流"的測量是有用的，這是因為可以不在最終的輸 出i_負載處、而是在電路的某個之前的部分進行測量。還應(yīng)該記住的是，對于多相輸出中 的每相而言，可以獨立實施該測量和控制功能。
[0023] 圖3是每個UPS單元中設(shè)置的交換電流監(jiān)測模塊136的示意圖，其中UPS將被連 接到并聯(lián)系統(tǒng)100中。在已知的商業(yè)實施例中，模塊136是可以被添加到單個UPS單元以 使其適應(yīng)并聯(lián)操作的插件板。不同的實施方式當然是可能的。在模塊136之內(nèi)，設(shè)置了電 流互感器300以用于感測UPS單元的輸入線和輸出線中的電流。如已經(jīng)提到的，原則上這 可能是UPS單元的最終輸出電流i_負載。然而，在優(yōu)選實施例中，其正好是在平滑之前被 感測到的換流器電流i_mut。在電流互感器300的二次回路中，電阻器302被連接為分壓 器。瞬時電壓抑制器304也被示出。如示出的，電壓互感器306、308橫跨電阻分壓器進行連 接，并且其在端子310、312處提供了電壓輸出，所述電壓輸出攜帶了所謂的"交換電流"i_ exch的量度。在該實例中，互感器306、308的電壓比是相同的。為了使得該交換電流被測 量，該模塊136的端子314和316被連接到當前并聯(lián)連接的所有其它的UPS單元的對應(yīng)的 端子314、316。設(shè)置了開關(guān)318并且其由UPS單元中的控制器130控制，以便在有時本UPS 單元當前沒有運行時將模塊136與其它的UPS單元中的那些模塊136隔離。
[0024] 在已知的商業(yè)系統(tǒng)中，模塊136和互聯(lián)314、316被用來測量交換電流，并且在每個 UPS單元中的控制器130對測量到的交換電流做記錄并且調(diào)整UPS輸出電流以驅(qū)動交換電 流變?yōu)榱?。以這種方式，如圖2中所示，總電流i_tot被UPS單元劃分為相等的兩半，使得 i_ 負載 _1 = i_ 負載 _2 = i_tot/2。
[0025] 圖4僅通過示例的方式示出了在已知的系統(tǒng)中的UPS單元的控制器130中實施的 電流控制回路。關(guān)于控制回路的某些輸入變量如下進行測量或規(guī)定：v_輸出是UPS單元的 輸出電壓的測量結(jié)果；v_ref是內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓，其表示輸出電壓應(yīng)該被控制到的目 標；i_負載是UPS單元的輸出電流；i_mut是先前提到的測量到的換流器電流；i_cap是建 模先前提到的輸出電容器的平滑效果的內(nèi)部產(chǎn)生的理論電容器電流波形 ；i_exch是從模 塊136獲得的測量到的交換電流（圖3)。這些變量中的每一個變量都通過各自的傳遞函 數(shù)H_vo、H_iload等進行接收和處理，并且如示出的通過邏輯功能410-440結(jié)合，以產(chǎn)生組 合值i_ref。根據(jù)圖4中示出的" + "和符號，邏輯功能410-440中的每一個邏輯功能都 可以包括一個或多個加法器和減法器。該值i_ref與測量到的換流器電流i_mut進行比較 并且用于產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)換器124的控制值印s_i?？刂浦涤_i是指示系統(tǒng)的電流誤差以及 組合值i_ref和測量到的換流器電流i_mut之間的差的值。
[0026] 通過適當?shù)脑O(shè)計并且執(zhí)行該控制回路，UPS的輸出電流i_負載被實時控制以實現(xiàn) 期望的輸出電壓v_輸出=v_ref，并且驅(qū)動交換電流i_exch變?yōu)榱恪Ｅc每個變量和中間結(jié) 果相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)Η當然根據(jù)它們的增益和頻率響應(yīng)來仔細設(shè)計，以便獲得期望的控制 特性。其它的控制回路，例如電壓控制回路也可以被實施。根據(jù)控制器130硬件的具體實 施方式，可以在硬件電路、FPGA編程、微處理器編程、DSP編程或這些的組合中實施。根據(jù)實 施方式，控制回路體系結(jié)構(gòu)和/或響應(yīng)特性中的變化可以僅受到控制器130內(nèi)的軟件模塊 和/或寄存器的重新編程的影響。這樣的重新編程可以在工廠和/或現(xiàn)場例如通過連接到 通信總線COM的計算機完成（圖1)。
[0027] 現(xiàn)在，通過運行每個UPS單元中的模塊136和圖4的已知控制回路，模塊136為 UPS-1給出下述交換電流測量結(jié)果：
[0028] i_exch_l = k_exch [i_mut_l-(i_mut_l+i_mut_2)/2]
[0029] = (i_mut_l_i_mut_2)/2
[0030] 其中，k_exch是常數(shù)并且可以通過電阻器302的電阻與互感器306、308的電壓比 的乘積進行定義。
[0031] 對于標記為UPS-1到UPS-N的任意數(shù)量的N個并聯(lián)的UPS單元，每個UPS單元 UPS-x都具有由下述公式定義的交換電流i_exch_x :
[0032] i_exch_x = k_exch [i_mut_x_ (i_mut_l+…+i_mut_N)/N]
[0033] 以這種方式，關(guān)于每個UPS的i_exch被控制為零。因此，對于兩個并聯(lián)的UPS，i_ 負載_1 = i_負載_2 = i_tot/2。技術(shù)人員將理解：在常規(guī)的UPS系統(tǒng)中，i_exch_l和i_ exch_2大約為零。
[0034] 盡管負載電流的這種平均分配適合于兩個相同的UPS單元，然而有時需要將具有 不同額定功率的UPS單元互相并聯(lián)連接。假設(shè)UPS-ι具有500kVA的標稱額定功率并且 UPS-2具有300kVA的標稱額定功率。使用已知的控制回路來將交換電流設(shè)置為零，300kVA 單元和500kVA單元將仍然各自向負載提供相同的電流水平。這對于最大化整個系統(tǒng)的容 量和避免在較弱單元上的過度壓力是不可取的。
[0035] 圖5是和圖2類似的圖，但是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例運行的系統(tǒng)100中的不 相同的UPS單元之間的電流比例分配。將看到，UPS-1具有500kVA的額定功率而UPS-2具 有僅僅300kVA的額定功率。無論到負載102的總電流i_tot是多少，來自第一 UPS單元的 電流i_負載_1應(yīng)當是總電流的5/8,并且第二UPS單元上的電流i_負載_2應(yīng)當是總電流 的3/8。本發(fā)明人已經(jīng)認識到：這種理想的結(jié)果可以通過對圖6中示出的控制回路的簡單 改進來實現(xiàn)。
[0036] 圖6示出了關(guān)于系統(tǒng)100的UPS單元中的電流的改進的控制回路。在整個計算中 除了計算了附加的交換補償量i_exc_c，并在合適的點將其減除之外，這和圖4中示出的已 知控制回路是相同的。交換補償量考慮了實際輸出電流（換流器電流、最終輸出電流或其 它合適的量度），但是也考慮了和當前并聯(lián)運行的單元的總?cè)萘砍杀壤谋硎締蝹€UPS單 元功率容量的存儲值。
[0037] 采用基本的實施方式，通過添加交換補償量：
[0038] i_exc_c = i_ 負載 * (Pnom_Pnom_av)/Pnom
[0039] = i_ 負載 *k_exc_c
[0040] 每個UPS將提供期望的功率。我們可以將k_exc_c稱為由單個UPS的標稱功率 Pnom和系統(tǒng)中的所有并聯(lián)UPS的平均標稱功率Pnom_av確定的交換補償因子。注意到：如 果一個或多個單元退出并聯(lián)操作或被添加到并聯(lián)操作，那么需要重新計算。如 果需要，這可以自動實現(xiàn)，例如通過經(jīng)由通信總線COM交換的狀態(tài)信息自動實現(xiàn)。
[0041] 在前面的實例中，使用額定500kVA的UPS-1與額定300kVA的UPS-2并聯(lián)：
[0042] Pnom_av = (500k+300k)/2 = 400k 以及
[0043] Ptot = 800k.
[0044] 使用后綴500kVA和300kVA直接標示UPS-1和UPS-2中的值，關(guān)于每個UPS的交 換補償因子k_exc_c為：
[0045] k_exc_c_500kVA = (500k_400k)/500k = 1/5
[0046] k_exc_c_300kVA = (300k_400k)/300k = -1/3
[0047] 在圖6中示出的具體實例中，換流器電流i_mut而非最終輸出電流i負載被用作 每個UPS單元內(nèi)的輸出電流的具體量度，以優(yōu)化同步和效率。因此控制回路中的附加電流 補償是：
[0048] i_exc_c_500kVA = i_mut_500kVA*l/5.
[0049] i_exc_c_300kVA = i_mut_300kVA*(-1/3)
[0050] 我們可以計算關(guān)于兩個UPS的交換電流：
[0051] i_exch_500kVA = i_ 負載 _500kVA - (i_ 負載 _300kVA+i_ 負載 _500kVA) /2
[0052] = i_tot* (5/8 - (4/8))
[0053] = i_tot/8
[0054] i_exch_300kVA = i_ 負載 _300kVA - (i_ 負載 _300kVA+i_ 負載 _500kVA) /2
[0055] = i_tot* (3/8 - (4/8))
[0056] = -i_tot/8
[0057] 我們可以同樣如下計算每個UPS控制器中的附加電流補償i_eXC_c :
[0058] i_exc_c_500kVA = i_ 負載 _500kVA* (500-400) /500
[0059] = i_ 負載 _500kVA/5
[0060] = (i_tot*5/8)/5
[0061] = i_tot/8
[0062] i_exc_c_300kVA = i_ 負載 _300kVA* (300-400) /300
[0063] = i_ 負載 _300kVA (-1/3)
[0064] = - (i_tot*3/8)/3
[0065] = -i_tot/8
[0066] 這最后兩組方程確認：當補償量被添加到現(xiàn)有的控制回路中時，引起交換電流被 調(diào)節(jié)為不為零，而是被調(diào)節(jié)為適當?shù)拇_保300kVA UPS和500kVA UPS將分別提供電流負載 的3/8和5/8的量。應(yīng)當理解：在轉(zhuǎn)換器具有比平均標稱額定功率更高的功率的情況下，交 換電流將選取正值，而在轉(zhuǎn)換器具有比平均額定功率更低的功率的情況下，交換電流選取 負值。還應(yīng)注意：這種控制主要通過單獨的UPS單元內(nèi)的過程（算法）和傳感器完成，并且 不需要明確測量總電流13的。在理論上，交換電流的控制可以因此根據(jù)電流反饋回路和/ 或電壓反饋回路的具體設(shè)計的性能進行連續(xù)管理。技術(shù)讀者將理解：當設(shè)計傳遞函數(shù)時，反 饋回路可以被設(shè)計為允許來自電流傳感器的延遲。
[0067] 盡管本發(fā)明的具體實施例已經(jīng)在上面進行了描述，應(yīng)當理解：在不脫離所附權(quán)利 要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，大量的變化和修改是可能的。盡管已經(jīng)示出 了產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整的AC供電的UPS單元，但這些僅僅是電力轉(zhuǎn)換器的一個實例，本發(fā)明在其中 可能是有用的。產(chǎn)生的供電不必是AC，也可以是DC。
[0068] 本文描述的控制回路可以以硬件、軟件、固件、中間件、微碼或其任意組合的形式 實施。例如，本發(fā)明可以采取包含一個或多個機器可讀的指令序列的計算機程序的形式，當 所述機器可讀的指令序列被計算機執(zhí)行時，引起計算機執(zhí)行以上描述的一種或多種方法。 [0069] 當實施例以軟件、固件、中間件或微碼、程序代碼或代碼段形式實施時，它們可以 被儲存在機器可讀介質(zhì)中，例如儲存在儲存構(gòu)件中。術(shù)語"機器可讀介質(zhì)"可以包括不限于 ： 無線信道和能夠儲存、包含和/或攜帶指令和/或數(shù)據(jù)的各種其它介質(zhì)。代碼段可以表示 流程、函數(shù)、子程序、程序、例程、子例程、模塊、軟件包、類，或指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或程序語句的 任何組合。代碼段可以通過傳遞和/或接收信息、數(shù)據(jù)、變量輸入、參數(shù)或存儲內(nèi)容耦合到 另一個代碼段或硬件電路。信息、變量輸入、參數(shù)、數(shù)據(jù)等可以使用包括存儲器共享、消息傳 遞、令牌傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊娜魏魏线m的方法進行傳遞、轉(zhuǎn)發(fā)或傳輸。
[0070] 對于軟件實施方式，本文描述的技術(shù)可以用執(zhí)行本文描述的功能的模塊（例如流 程、函數(shù)等）來實現(xiàn)。軟件代碼可以被儲存在存儲器單元中并且通過處理器執(zhí)行。存儲器 單元在處理器內(nèi)部或處理器外部進行實施，在這種情況下其可以通過如本領(lǐng)域已知的各種 方式通信耦合到處理器。
[0071] 對于硬件實施方式，處理單元可以在一個或多個專用集成電路（ASIC)、數(shù)字信 號處理器（DSP)、數(shù)字信號處理設(shè)備（DSPD)、可編程邏輯設(shè)備（PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、被設(shè)計為執(zhí)行本文描述的功能的其它電子單 元或其組合中進行實施。所有以上描述的過程可以通過由一個或多個通用電子設(shè)備或處理 器執(zhí)行的功能代碼模塊中具體實現(xiàn)并且其是完全自動化的。代碼模塊可以被儲存在任意類 型的非暫時性機器可讀介質(zhì)或其它的儲存設(shè)備中。本方法中的一些或所有可以可選地用專 用硬件具體實現(xiàn)。根據(jù)實施例，非暫時性機器可讀介質(zhì)可以是硬盤驅(qū)動器、壓縮盤、數(shù)字視 頻盤、磁帶驅(qū)動器或其它合適的儲存介質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制并聯(lián)連接以向負載提供總電流的大量電力轉(zhuǎn)換器的方法，所述方法包 括： 在每個電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)建立實時反饋控制，以便根據(jù)期望的供電條件控制由所述轉(zhuǎn)換器 提供的電流； 實時感測關(guān)于每個轉(zhuǎn)換器的交換電流，所述交換電流表示所討論中的轉(zhuǎn)換器的輸出電 流和并聯(lián)運行的其它轉(zhuǎn)換器的輸出電流之間的不平衡； 響應(yīng)于所感測的交換電流，修改所述反饋控制，以便使所述每個轉(zhuǎn)換器的交換電流選 取是所述轉(zhuǎn)換器提供的電流的非零比例的值，對于所述轉(zhuǎn)換器中的不同的轉(zhuǎn)換器，所述非 零比例是不同的， 從而每個轉(zhuǎn)換器被控制為提供所述總電流的預(yù)定比例，并且對于所述轉(zhuǎn)換器中的不同 的轉(zhuǎn)換器，所述預(yù)定比例是不同的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電力轉(zhuǎn)換器中的每個電力轉(zhuǎn)換器具有標稱 額定功率，并且其中，關(guān)于每個轉(zhuǎn)換器的所述非零比例是通過將其標稱額定功率與并聯(lián)連 接的所有轉(zhuǎn)換器的平均額定功率進行比較來計算的，使得：在轉(zhuǎn)換器具有比平均標稱額定 功率更高的功率的情況下，所述交換電流將選取正值，并且在轉(zhuǎn)換器具有比平均額定功率 更低的功率的情況下，所述交換電流將選取負值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在每個單獨的轉(zhuǎn)換器內(nèi)基于其自身額定功率的 信息和通過所述電力轉(zhuǎn)換器之間的通信自動獲得的額定功率的信息計算出所述非零比例。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述轉(zhuǎn)換器中的一個轉(zhuǎn)換器的運行狀態(tài)變化 的情況下，在每個單獨的轉(zhuǎn)換器內(nèi)自動重新計算出所述非零比例。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述交換電流通過每個 轉(zhuǎn)換器內(nèi)的交換電流感測電路進行感測，所有模塊的所述交換電流感測電路直接進行互相 連接，以共享模擬信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，在通過所述轉(zhuǎn)換器的輸 出處的電容器平滑之前，所述交換電流在所述轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開關(guān)引線的輸出處被感測到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述電力轉(zhuǎn)換器中的每 個電力轉(zhuǎn)換器都是不間斷電源UPS單元的一部分，每個UPS單元都被連接在所述干線供電 和所述負載之間，并且所述每個UPS單元都包括用于在所述干線供電發(fā)生故障的情況下向 所述電力轉(zhuǎn)換器提供電力的電池。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述電力轉(zhuǎn)換器中的每 個電力轉(zhuǎn)換器都是多相電力轉(zhuǎn)換器并且所提供的電流是多相供電中的一相，并且其中，針 對所述多相供電中的每相，并聯(lián)實施了所述交換電流感測和反饋控制。
9. 一種適合用作并聯(lián)連接以向負載提供總電流的大量電力轉(zhuǎn)換器中的一個電力轉(zhuǎn)換 器的電力轉(zhuǎn)換器裝置，所述電力轉(zhuǎn)換器包括： 多個開關(guān)和其它構(gòu)件，所述開關(guān)和其它構(gòu)件被連接以可作為電力轉(zhuǎn)換器運行； 控制器，所述控制器被布置為建立所述開關(guān)的實時反饋控制，以便響應(yīng)于一個或多個 傳感器輸入并且根據(jù)期望的供電條件來控制由所述電力轉(zhuǎn)換器提供的電流；以及 模塊，所述模塊用于實時感測關(guān)于每個轉(zhuǎn)換器的交換電流，所述交換電流表示所討論 中的轉(zhuǎn)換器的輸出電流和并聯(lián)運行的其它轉(zhuǎn)換器的輸出電流之間的不平衡； 其中，所述控制器被布置為響應(yīng)所感測到的交換電流修改所述反饋控制，以便使所述 每個轉(zhuǎn)換器的交換電流選取是所述轉(zhuǎn)換器內(nèi)感測到的電流的非零比例的值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述電力轉(zhuǎn)換器具有標稱額定功率，并 且其中，所述控制器被布置為通過將所述電力轉(zhuǎn)換器的標稱額定功率與并聯(lián)連接的所有轉(zhuǎn) 換器的平均額定功率進行比較來計算所述非零比例，使得：在轉(zhuǎn)換器具有比平均標稱額定 功率更高的功率的情況下，所述交換電流將選取正值，并且在轉(zhuǎn)換器具有比平均額定功率 更低的功率的情況下，所述交換電流將選取負值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制被布置為自動計算所述非零 比例，并且為此目的，通過與其它電力轉(zhuǎn)換器的通信自動交換額定功率的信息。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制器被布置為在所述轉(zhuǎn)換器中 的一個轉(zhuǎn)換器的運行狀態(tài)變化的情況下自動重新計算所述非零比例。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9到12中的任一項權(quán)利要求所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，用于感測交換 電流的所述模塊包括與所述轉(zhuǎn)換器關(guān)聯(lián)的交換電流感測電路，所述電路具有用于連接到并 聯(lián)運行的其它電力轉(zhuǎn)換器的交換電流感測電路的端子。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9到13中的任一項權(quán)利要求所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器 包括被連接在所述開關(guān)和所述電力轉(zhuǎn)換器的輸出之間的輸出電容器，以便平滑所提供的電 流，并且其中，在通過所述輸出電容器平滑之前，在所述轉(zhuǎn)換器內(nèi)的所述開關(guān)的輸出處感測 到了所述交換電流。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9到14中的任一項權(quán)利要求所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述電力轉(zhuǎn)換 器是不間斷電源UPS單元的一部分，所述UPS單元適合于干線供電和所述負載之間的連接， 并且包括用于在所述干線供電發(fā)生故障的情況下向所述電力轉(zhuǎn)換器提供電力的電池。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9到15中的任一項權(quán)利要求所述的電力轉(zhuǎn)換器，其中，所述電力轉(zhuǎn)換 器是多相電力轉(zhuǎn)換器并且所提供的電流是多相供電中的一相，并且其中，針對所述多相供 電中的每相，并聯(lián)實施了開關(guān)、所述交換電流感測以及所述反饋控制。
17. -種不間斷電源UPS系統(tǒng)，包括多個并聯(lián)連接的UPS單元，其中，每個UPS單元都包 括如權(quán)利要求9到16中的任一項權(quán)利要求所述的電力轉(zhuǎn)換器。
18. -種不間斷電源UPS系統(tǒng)，包括多個并聯(lián)連接的UPS單元，其中，每個UPS單元都包 括具有如權(quán)利要求13中所述的交換電流感測電路的電力轉(zhuǎn)換器，并且其中，所述并聯(lián)連接 的UPS單元的所述交換電流感測電路通過所述端子連接在一起。
19. 一種用于電力轉(zhuǎn)換器控制器的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括用于引 起所述控制器根據(jù)如權(quán)利要求1到8中的任一項權(quán)利要求所述的方法來操作非零交換電流 的指令。
【文檔編號】H02J3/46GK104160578SQ201280070929
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月5日
【發(fā)明者】丹尼爾·羅贊德, 帕特里克·尚邦, 斯特凡諾·德塞薩瑞斯 申請人:美國能量變換公司