[發明專利]三相大功率UPS

有效

• 申請號: 201080045420.1
• 申請日: 2010-08-16
• 公開（公告）號: CN102577068A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 翰寧·R·尼爾森
• 申請（專利權）人: 美國能量變換公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/42;H02J9/06
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

發明背景

包括電壓轉換器的不間斷電源(UPS)是許多諸如用于數據中心中的計算機和服務器的電源系統的電氣系統的基本部件。UPS可以與許多包括單相連接和3相連接的典型的功率系統一起使用，以及可以與低功率系統(例如，家用計算機)和高功率系統(例如，大的數據中心或處理設備)一起使用。高功率系統通常使用三相功率連接(例如，X、Y和Z相)。三相UPS電壓轉換器通常被用于向三相負載提供三相AC功率，以將三相AC電壓從一個電平轉換成另一電平，以及在電源故障的情況下向負載提供三相電源。到三相UPS電壓轉換器的輸入連接和輸出連接通常是三個端子的連接或四個端子的連接，用于三相電源連接的每一相的一個連接和可選的中性連接。電池也通常被耦合到UPS電壓轉換器并被用于儲存能量以在電源故障的情況下使用。

典型的大功率(例如，超過100kV)UPS使用3×400V(在歐洲)或3×480V(在美國)的標稱AC輸入電壓操作。無變壓器的UPS可以用±450V的內部DC母線電壓操作。在這樣的配置中，包含在UPS中的組件由于與體積大的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊的雜散電感相關的大的電壓過沖被優選額定為至少1200V操作。然而，1200V組件的使用通常導致增加的傳導損耗和切換損耗，從而降低效率。

發明概述

根據一個方面，本發明的實施方式提供了功率轉換器電路，其包括輸入端、多條DC母線、第一功率轉換器和第二功率轉換器，輸入端包括多條輸入線，每條輸入線被配置成耦合到具有正弦波形的多相AC電源的一相；多條DC母線包括具有第一標稱DC電壓的第一正DC母線、具有第二標稱DC電壓的第二正DC母線、具有第三標稱DC電壓的第一負DC母線和具有第四標稱DC電壓的第二負DC母線；第一功率轉換器被耦合到輸入端并被配置成在正弦波形的第一正區域和正弦波形的第一負區域期間從多相AC電源向多條DC母線供電；以及第二功率轉換器被耦合到輸入端并被配置成在正弦波形的第二正區域和正弦波形的第二負區域期間從多相AC電源向多條DC母線中的至少一些供電。

根據一種實施方式，第一正區域包括在正弦波形的峰值正振幅的相位角周圍的區域中的正弦波形的相位角，第一負區域包括在正弦波形的峰值負振幅的相位角周圍的區域中的正弦波形的相位角，以及第二正區域和第二負區域包括在正弦波形的零交叉周圍的區域中的正弦波形的相位角。

根據另一方面，本發明的實施方式提供了一種從UPS提供AC輸出功率的方法，UPS包括多相AC輸入端、多條DC母線、功率轉換器電路，多條DC母線包括第一正DC母線、第二正DC母線、第一負DC母線和第二負DC母線，功率轉換器電路包括第一功率轉換器和第二功率轉換器，每個功率轉換器被耦合到AC輸入端和多條DC母線中的至少一條。根據一些實施方式，所述方法包括以下步驟：在從多相AC輸入端提供的正弦波形的第一正區域期間和在正弦波形的第一負區域期間，從多相AC輸入端向第一功率轉換器的輸入端供電以及從第一功率轉換器的輸出端向多條DC母線提供功率；在從正弦波形的第二正區域期間和在正弦波形的第二負區域期間，從多相AC輸入端向第二功率轉換器的輸入端供電以及從第二功率轉換器的輸出端向多條DC母線中的至少一些提供功率；以及將從多條DC母線供應的功率轉換成在UPS的AC輸出端提供的AC輸出功率。

根據另外的方面，本發明的實施方式提供了一種從UPS提供AC輸出功率的方法，UPS包括AC輸入端、耦合到AC輸入端的第一功率轉換器、耦合到AC輸入端的第二功率轉換器、DC電源和DC母線。根據一些實施方式，所述方法包括以下步驟：在UPS的第一工作狀態，從AC輸入端向第一功率轉換器的輸入端供電并從第一功率轉換器的輸出端向DC母線提供功率；在UPS的第一工作狀態和UPS的第二工作狀態中的每個狀態，從AC輸入端向第二功率轉換器的輸入端供電并從第二功率轉換器的輸出端向DC母線提供功率；在UPS的第二工作狀態，從所述DC電源向第一功率轉換器的輸入端供電并從第一功率轉換器的輸出端向DC母線提供功率；以及在第一工作狀態和第二工作狀態的每個狀態，將從DC母線供應的功率轉換成在UPS的AC輸出端提供的AC輸出功率。