在操作模式转变期间平衡 UPS 输出电压的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201310589552.6 | 申请日 | 2013-11-20 | 公开(公告)号 | CN103840676B | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 力博特公司; | 发明人 | 特里·D·布什; 布莱恩·P·希伯; 小鲁塞尔·E·谢特勒; | ||||
| 摘要 | 一种不间断电源（UPS），包括：接收来自公用事业源的第一电 力 以为负载供电并且接收来自公用事业源的第二电力的输入端。负载与UPS分离。逆变器在第一模式下接收第一电力和第二电力，而在第二模式下，接收第二电力但不接收第一电力。第二电力用于为逆变器供电。旁路 电路 连接至输入端，并且当在第二模式下操作时使逆变器旁通以将第一电力供给UPS的输出端。控 制模 块 监测UPS的输出端处的 电压 ，对该电压进行积分以生成第一和，并且继完成从第二模式到第一模式的转变之后，基于所述第一和来调节逆变器的 输出电压 以使UPS的电压平衡。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种不间断电源，包括： |
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| 说明书全文 | 在操作模式转变期间平衡UPS输出电压的系统和方法[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本发明要求于2012年11月21日提交的美国临时申请No.61/729,056的权益。以上申请的全部内容通过参引合并至本文中。 技术领域[0003] 本公开内容总体上涉及不间断电源（UPS），更具体地涉及UPS的输出电压平衡。 背景技术[0004] 本文提供的背景描述是为了总体上呈现本发明的背景。在该背景部分中在某种程度上描述的当前附名的发明人的工作，以及提交时在其他方面不能作为现有技术的描述的多个方面既不能清楚也不能隐含地被认为是否定本公开内容的现有技术。 [0005] 不间断电源（UPS）用于向数据中心供给电力。电力公司变电站对公用电力进行降频以生成供给UPS的变电站电力，其中UPS调节变电站电力。在来自电力公司和/或变电站的电力中断的情况下，UPS向数据中心提供备用电力。UPS中的每一个可以具有备用电力源。UPS可以向例如数据中心的一个或更多个服务器中的一个或更多个电源提供电力。 [0006] 数据中心可以具有多个负载（例如，服务器）。负载中的每一个具有可在输入电压的范围上操作的电源（负载电源）。一个或更多个UPS可以用于向数据中心的负载电源提供输出电压。UPS从变电站接收变电站电压（例如，208VAC）的电力，并且UPS均可以被配置成提供固定标称输出电压的输出电力。UPS可以具有UPS（或逆变器）模式和旁路模式。当在UPS模式下时，UPS可以对变电站电压进行调控、滤波及调节以提供输出电力。 [0007] UPS中的每一个可以包括当在旁路模式下时处于旁路状态（例如，闭合）的旁路开关。当UPS处于旁路模式下时，在不对变电站电压进行调控、滤波和/或调节的情况下，来自电力公司的变电站电压的电力被直接提供给负载电源。在旁路模式期间，UPS的整流器和逆变器可以被断电。当例如UPS中出现故障或者来自电力公司的输入电力足够干净以至于不需要调节时，UPS可以处于旁路模式。在旁路模式下，UPS的部件（例如，变压器、整流器、逆变器等）被旁路以便将来自电力公司的变电站电压的电力直接提供至UPS的输出端，并因此直接提供至负载电源。 [0008] UPS可以包括公用事业源输入端、整流器、逆变器、旁路电路和输出端。公用电力被提供至公用事业源输入端。当在UPS模式下时，在被提供至输出端之前，经由整流器、逆变器将电力进行调节。当在旁路模式下时，电力经由旁路电路被直接提供至输出端。 [0009] 除了操作在UPS模式下和旁路模式下，UPS还可以操作在经济模式下。可以实现不同的经济模式。在第一示例性经济模式期间，旁路开关闭合，并且UPS的输出电力经由旁路开关提供至负载。UPS的逆变器和/或控制模块导通（ON）并且监测UPS的输出电力。在经济模式下，UPS消耗的电力少于当其操作在UPS模式下的消耗的电力。这是因为UPS的整流器和逆变器操作在空闲模式下。当在空闲模式下时，逆变器不向UPS的输出端提供电力或者提供最小的电力。基于所监测的输出电力，逆变器和/或控制模块可以从在经济模式下操作切换至UPS模式。如果输出电力存在噪声和/或输出电力的对应电压在预定范围之外，则逆变器和/或控制模块可以从经济模式切换至UPS模式。 [0010] 在第二示例性经济模式中，旁路开关闭合并且UPS的输出电力经由旁路开关被提供至负载。UPS的逆变器和/或控制模块监测输出电力。基于输出电力，逆变器可以提供一部分供给负载的电力以抵消经由旁路开关供给的电力中的谐波。经由逆变器供给的电力包括谐波以抵消经由旁路开关供给的电力中的谐波。尽管与操作在空闲模式下相比，逆变器消耗较多的电力，但逆变器净化UPS的输出电力，同时消耗比操作在UPS模式下更少的电力。 发明内容[0011] 在一个方面中，提供了不间断电源（UPS），并且不间断电源包括输入端、逆变器、旁路电路和控制模块。输入端被配置成：（i）接收来自公用事业源的第一电力以为至少一个负载供电，并且（ii）接收来自公用事业源第二电力。所述至少一个负载和所述UPS分离。逆变器被配置成：（i）当在第一模式下时，接收第一电力和第二电力，并且（ii）当在第二模式下时，接收第二电力但不接收第一电力。第二电力用于为逆变器供电。旁路电路连接至输入端并且被配置成：当操作在第二模式下时，使逆变器旁路以将第一电力供给UPS的输出端。控制模块被配置成：（i）检测UPS的输出端处的电压，（ii）对该电压进行积分以生成第一和，以及（iii）继完成从第二模式到第一模式的转变之后，基于所述第一和来调节逆变器的输出电压以使UPS的电压平衡。UPS的电压是基于逆变器的输出电压而提供的。 [0012] 在另一方面中，提供了一种操作不间断电源（UPS）的方法。该方法包括：在UPS的输入端处接收来自公用事业源的第一电力以为至少一个负载供电，其中所述至少一个负载和所述UPS分离；在输入端处接收来自公用事业源的第二电力；以及经由逆变器：（i）当在第一模式下时，接收第一电力和第二电力；并且（ii）当在第二模式下时，接收第一电力但不接收第二电力，其中第二电力用于为逆变器供电。该方法还包括：当在第二模式下操作时，使逆变器旁路以将第一电力提供至UPS的输出端；检测UPS的输出端处的电压；对该电压积分以生成第一和；以及继完成从第二模式到第一模式的转变之后，基于所述第一和来调节逆变器的输出电压以使UPS的电压平衡，其中，UPS的电压是基于逆变器的输出电压而提供的。 [0014] 根据详细的描述和附图，将会更加充分地理解本公开内容，其中： [0015] 图1包括示出在从经济模式转变至UPS模式期间UPS输出电压和电流不规律的电压和电流曲线图； [0016] 图2是根据本公开内容的一个方面的结合有输出平衡模块的UPS系统的功能框图； [0017] 图3是图2的输出平衡模块的功能框图； [0018] 图4是包括示出在从经济模式到UPS模式的转变期间使用图3的输出平衡系统的UPS的输出电压和电流不规律的电压和电流曲线图； [0019] 图5是用于图2的UPS系统的、示出当操作在UPS模式下时的旁路开关和输出断路器状态的开关图； [0020] 图6是用于图2的UPS系统的、示出当在旁路模式下操作时的旁路开关和输出断路器状态的开关图示； [0021] 图7是用于图2的UPS系统的、示出当操作在经济模式下时的旁路开关和输出断路器状态的开关图示； [0022] 图8是用于图2的UPS系统的、示出当从经济模式转变至UPS模式时的旁路开关和输出断路器状态的开关图示； [0023] 图9是示出在由于故障而在操作模式之间转变的期间电压骤降的UPS的电压的曲线图； [0024] 图10是UPS的平衡输出电压的曲线图和相应的变压器磁通量的平衡曲线图； [0025] 图11包括不平衡变压器通量的曲线图和相应的变压器电流的曲线图； [0026] 图12包括不平衡UPS输出电压的曲线图和相应的不平衡变压器磁通量的曲线图； [0027] 图13包括根据本公开内容的方面的平衡UPS输出电压的曲线图和相应的平衡变压器磁通量的曲线图； [0028] 图14包括根据本公开内容的方面的包括求和面积的图13的平衡UPS输出电压的曲线图；以及 [0029] 图15是示出根据本公开内容的方面的操作UPS的方法的逻辑流程图。 具体实施方式[0030] 在图1中，示出了说明在从经济模式到UPS模式的转变期间UPS输出电压不规律的电压曲线图。UPS可以在向下游配电变压器（下文简称为变压器）供给电力的同时工作在经济模式。UPS的旁路开关可以闭合并且电力可以从公用事业源通过旁路开关直接供给变压器。该电力可以称为旁路电力。归因于在经由旁路电路提供的旁路电力中检测到的故障，UPS可以从经济模式转变至UPS模式。在该转变期间，由于例如接地故障，UPS的输出电力中的多个相的电压可能波动。在图1的曲线图中示出了这些波动（或暂时不规律）的示例。 [0031] 图1包括三个曲线图10、12、14。第一曲线图10示出用于UPS的输出电力的三个相的电压波形16。三个相为正弦曲线并且彼此相位相差120°。第二曲线图12示出用于该三个相的相应输出电流波形。第三曲线图14示出三个相的均方根（RMS）输出电压波形20。 [0032] 在从经济模式转换至UPS模式期间，故障在上述相的一个或更多个中引起扰动，以使得上述一个或更多个相暂时没有显示为正弦波。上述一个或更多个相的电压幅值可能小于不存在故障时通常显示的电压幅值。在22处示出电压扰动。因此，UPS的输出电压不平衡（即，围绕零不对称）。当电压波形的正电压与零之间的面积不同于电压波形的负电压与零之间的面积时，电压波形不平衡。这些电压扰动和/或不平衡情形引起下游变压器中的磁通量（下文简称磁通）不平衡。磁通不平衡可能在下游变压器中引起是下游变压器的满载额定值的3到7倍的饱和电流。在24处示出了所增加的电流和/或饱和电流。如果下游变压器汲取UPS的满千伏安额定值，则饱和电流可能使UPS过载，并且使逆变器不能够正确地向下游变压器供给足够量的电流。 [0033] 另外，第二曲线图12和第三曲线图14示出了饱和电流和相应的RMS电压骤降（voltage sag）时段26可能继续出现在初始电压扰动22之后的多个时间段中。尽管饱和电流的幅值与RMS电压的幅值变化随着时间衰减，但饱和电流和RMS电压暂降可以出现在多个时间段中。 [0034] 本文所公开的实施例提供逆变器输出控制以在操作模式之间的转变期间使UPS的输出电压平衡。这防止了下游变压器电流饱和。当在旁路电力中出现故障时，可以防止下游变压器电流饱和。 [0035] 在图2中，示出了UPS系统30。UPS系统30可以包括经由一个或更多个配电变压器（示出了一个配电变压器35）向一个或更多个负载（示出了一个负载34）供给AC电力的一个或更多个UPS（示出了一个UPS32）。UPS中的每一个可以向一个或更多个负载供给电力。UPS可以并联连接以提供更多的电力容量。负载可以包括例如一个或更多个服务器电源、网络开关和设备、电信开关和设备、音频/视频集线器和设备、空调装置、医疗设备和装备、工业设备和装备等。 [0036] UPS32可以操作在包括UPS模式、备用模式、旁路模式和一个或更多个经济模式的多种模式下。以下参照图2和图3的元件来描述这些操作模式。UPS32包括UPS电力电路36和具有输出平衡模块39的UPS控制模块38。输出平衡模块39继已启动的操作模式之间的转变之后，对UPS32的输出电压进行平衡。因此，在操作模式之间的转变期间和/或继操作模式之间的转变之后，执行输出电压的平衡。作为示例，转变可以是从经济模式到UPS模式。尽管本文主要用经济模式和UPS模式之间的转变来描述输出电压的平衡，但平衡也可以在其他操作模式之间的转变时执行。 [0037] UPS电力电路36包括整流器40和逆变器42。UPS32还包括备用电源44和旁路电路46。如所示出的，UPS电力电路36还可以包括输入变压器48和/或输出变压器50。UPS32可以不包括变压器48和变压器50。 [0038] 如所示出的，UPS控制模块38可以被包括在逆变器42内或者可以和逆变器42分离。UPS控制模块38可以包括具有监测UPS电力电路36中的电流、电压和功率参数的嵌入式软件的数字信号处理器。UPS控制模块38监测UPS32中的装置的输入和输出，并且基于上述输入和输出来控制UPS电力电路36、备用电源44、旁路电路46和输出断路器47的操作。 [0039] UPS控制模块38可以控制整流器、逆变器、变压器、充电器和UPS电力电路36的其它电路元件（例如开关电力器件（未示出））的操作。UPS控制模块38可以例如选择并设置操作的模式，并且维持UPS32的输出端处的电压和电流水平，从而维持负载34上的电压和电流水平。UPS控制模块38还可以提供限制（例如，限制待提供给负载34的电流）、设置故障条件、设置事件条件以及设置报警条件，并且基于这些条件来控制UPS32的操作。 [0040] 整流器40、逆变器42和变压器48及变压器50串联连接在主AC源（例如，变电站电压源、规范的公用事业电源、发电机、燃料电池等）与负载34之间。主AC源向输入变压器48供给AC电力，其中输入变压器48转而将AC电力供给整流器40。整流器40用作AC/DC变换器并将AC转换至提供给DC总线54的DC。DC总线54耦接至整流器40的输出端和逆变器42的输入端。逆变器42用作DC/AC变换器并且将DC总线54上的DC转换至在逆变器42的输出端处提供的AC。当来自主AC源的电力丢失或充分降级（不适当的电压水平、不适当的电流水平等）以使得它不能使用时，备用电源44向负载34提供电力（例如，通过提供DC的备用源）。备用电源44可以包括备用电池（可以是电池组）、飞轮、燃料电池等中的一个或更多个。 [0041] 当UPS32操作在UPS模式下时，电力从主AC源通过整流器40和逆变器42被供给负载34。这提供了具有最小不规律（诸如电压尖峰、频率偏移或者相位偏移等）的已调控和已滤波的电力。在一个电路拓扑中，整流器40经由DC总线54将电力提供至逆变器42和备用电源 44的电池充电器52。整流器40可以是脉冲宽度调制（PWM）整流器。电池充电器52例如对备用电池56进行充电。在另一拓扑中，当备用电池直接连接至DC总线54时，整流器40可以是相控整流器，并且可以用于在没有使用独立的电池充电器的情况下对备用电池进行充电。 [0042] 继续根据相同的示例，当来自主AC源的电力中断时，UPS32转换至备用模式，并且电力从备用电源44（代替从主AC源）提供至逆变器42。这使得能够在负载34上维持电力而没有中断。当备用电池56直接连接至DC总线54并且来自主AC源的电力中断时，电力直接从电池备用56供给DC总线54，而不通过整流器40。所描述的UPS32提供不间断的干净AC电力。提供至负载34的电压是经调控的。由备用电池56提供给DC总线54的可以不被调控并且随着能量被从电池备用56汲取而下降。 [0043] 输入变压器48可以将主AC源与整流器40隔离。整流器40可以直接接收来自主AC源的具有第一AC电压VACIN的电力。第一AC电压VACIN可以简称为静态旁路电压。输入变压器48可以将第一AC电压VACIN转换为变压器供电电压（第二AC电压VRECTIN）。第二AC电压VRECTIN可以小于或等于第一AC电压VACIN。输入变压器48可以包括一个或更多个滤波器和/或抵消来自主AC源的电力中的某些谐波。整流器40将来自输入变压器48的第二AC电压（变压器供电电压）VRECTIN转换为提供给DC总线54的DC总线电压VRECTOUT。 [0044] 逆变器42将DC总线54上的DC总线电压VRECTOU（T 或VINVIN）转换为第三AC电压VINVOUT。第三AC电压VINVOUT可以小于或者等于第一AC电压VACIN，并且可以等于第二AC电压VRECTIN。第三AC电压VINVOUT可以被提供至输出变压器50。输出变压器50将第三AC电压VINVOUT转换成提供给负载34的AC输出电压（第四AC电压）VACOUT。 [0045] UPS32可以操作在旁路模式下。当在旁路模式下时，控制器模块38可以经由一个或更多个旁路控制信号BYPASS发出旁路电路46将处于其旁路状态的信号。旁路电路46与输出变压器48、整流器40、逆变器42以及输出变压器50并联连接。旁路电路46连接至UPS32和/或输入变压器48的输入端60以及UPS32和/或输出变压器50的输出端62，并且接收公用事业电力。当在旁路状态下时，旁路电路46将具有直接来自主AC源的第一AC电压VACIN的AC电力提供至UPS32的输出端62，从而直接提供至负载34。因此，使输入变压器48、整流器40、逆变器42和输出变压器50旁通。应该理解，除了耦接至被连接到UPS32的输入端的源之外，旁路电路46还可以耦接至AC电力的源。 [0046] 当UPS32处于UPS模式下时，UPS控制模块38控制要处于其非旁路电路状态的旁路电路46，从而没有将AC电力直接从主AC源提供至UPS32的输出端62。电力经由整流器40、逆变器42和变压器48、50提供至负载34。 [0047] 旁路电路46可以包括旁路开关64。旁路开关64可以包括硅控整流器（SCR）和其它合适的部件，硅控整流器（SCR）和其它合适的部件可操作作为用于经由输入端60从公用事业源接收的AC电力的各个相的开关。当UPS32处于旁路模式和/或经济模式中之一时，旁路开关64可以处于CLOSED（闭合）状态，否则旁路开关64可以处于OPEN（打开）状态。 [0048] 输出断路器47可以位于输出变压器50与输出端62之间，和/或位于逆变器42与输出端62之间。输出断路器47的状态可以由UPS控制模块38来控制。输出断路器47可以在旁路模式期间处于OPEN(打开)状态并且可以在UPS和经济模式期间处于CLOSE（闭合）。 [0049] 在以第一经济模式操作期间，旁路开关64闭合并且UPS32的输出电力经由旁路开关64被提供至负载34。UPS32的逆变器42和/或UPS控制模块38处于ON（导通），并且监测UPS32的输出电力。在经济模式下，UPS32消耗的电力小于操作在UPS模式下消耗的电力。这是因为整流器40和逆变器42操作在空闲模式。基于所监测的UPS32的输出电力，UPS控制模块38和/或逆变器42可以从操作在经济模式是转换至UPS模式。如果输出电力为噪声和/或输出电力的相应电压在预定范围之外，则UPS控制模块38和/或逆变器42可以从经济模式切换至UPS模式。 [0050] 在以第二经济模式操作期间，旁路开关64闭合并且UPS32的输出电力经由旁路开关64被提供至负载34。UPS32的UPS控制模块38和/或逆变器42监测输出电力。基于输出电力，逆变器42可以供给向负载34供给的电力中的一部分以抵消经由旁路开关64供给的电力中的谐波。经由逆变器42供给的电力包括谐波以抵消经由旁路开关64供给的电力中的谐波。尽管逆变器42消耗比当操作在空闲模式下的更多的电力，但逆变器42净化输出电力，同时消耗比操作在UPS模式下更少的电力。 [0051] UPS32还可以包括与UPS控制模块38通信并提供用于系统参数的输入设置的用户接口模块70。用户接口模块70可以用于设置UPS32的设备40、42、48、50和AC负载34的电压水平、电流限制和功率限制。可以单独地和/或彼此独立地或者以依赖的方式调控、监测、调节和限制在例如整流器40、逆变器42和输出变压器50中和在例如整流器40、逆变器42和输出变压器50外的电流和电压水平。用户接口模块70还可以用于选择自动操作模式和手动操作模式。在自动模式期间，基于整流器40、逆变器42和/或输出变压器50的状态（例如，输入和输出电流和电压水平），UPS控制模块38可以选择旁路模式和UPS模式（正常或自适应电压控制模式）。在手动模式期间，用户可以手动地选择旁路模式和UPS模式（正常或自适应电压控制模式）。 [0052] UPS32还可以包括可用于指示UPS32的各种设备的输入和输出的电压、电流和功率状态的显示器72。基于所显示的信息，用户可以执行包括选择自动、手动、旁路和UPS模式的合适的任务。 [0053] 参照图3，示出了输出平衡模块39。输出平衡模块39包括电压跟踪模块100、积分模块102、第一比较模块104、第二比较模块106和电压调节模块108。电压跟踪模块100跟踪UPS32的输出相电压PHSA-COUT，并且可以确定输出相电压PHSA-COUT的幅值。积分模块102对输出相电压PHSA-COUT中的每一个进行积分以生成积分信号INT1至INT3。 [0054] 第一比较模块104将由电压参考模块110提供的参考电压分别与输出相电压PHSA-COUT和/或输出相电压PHSA-COUT的幅值进行比较，并且生成第一差信号DIFF1A至DIFF1C。第二比较模块106将积分信号INT1至INT3与从积分参考模块112接收的相应积分参考值进行比较。积分参考值可以是对参考电压进行积分的结果。基于积分信号INT1至INT3与积分参考值（简称参考和）之间的比较，第二对比模块106生成第二差信号DIFF2A至DIFF2C。 [0055] 基于第一差信号DIFF1A至DIFF1C和第二差信号DIFF2A至DIFF2C中的对应一个，电压调节模块108生成电压调节信号PHSA-CADJ。电压调节信号PHSA-CADJ被提供至逆变器42和/或用于设置逆变器42的输出电压。逆变器42的输出电压可以被设置成等于电压调节信号PHSA-CADJ。 [0056] 输出平衡模块39还可以包括定时模块114。定时模块114可以生成一个或更多个时钟信号CLK，一个或更多个时钟信号CLK可被提供给输出平衡模块39中的任何模块和/或所有模块。时钟信号CLK可以与UPS32的输入电力和/或输出电力的一个或更多个相同步。基于时钟信号，输出平衡模块39中的模块可以操作和/或提供包括积分信号INT1至INT3、差信号DIFF1A至DIFF1C、DIFF2A至DIFF2C、电压参考值和参考和的各个输出。下面参照图13至图15来进一步描述输出平衡模块39的操作。 [0057] 现在同样参照图4，示出了说明在从经济模式之一至UPS模式的转变的期间使用输出平衡模块39的UPS输出电压和电流不规律的电压和电流曲线。输出平衡模块39控制逆变器42的输出电压以平衡UPS32的输出电压。图4包括三个曲线图150、152、154。第一曲线图150示出用于UPS32的输出电力的三个相的电压波形156。三个相为正弦曲线的并且彼此相位相差120°。第二曲线图152示出相应的用于所述三个相的UPS32的输出电流波形158。第三曲线图154示出所述三个相的均方根（RMS）输出电压波形160。 [0058] 在从经济模式至UPS模式的转变期间，故障（例如，电压线对地短路）在所述项中的一个或更多个相中引起扰动，以使得一个或更多个相暂时不能显示正弦波形。所述一个或更多个相的电压幅值小于没有故障时通常显示的电压幅值。在162处示出电压扰动。为了补偿电压下降，输出平衡模块39对输出电压进行平衡，以使得输出电压的积分保持在预定值。在一个实施例中，预定值等于0。 [0059] 通过对UPS32的输出电压进行平衡，防止变压器35中的磁通不平衡。这防止变压器35中的电流水平达到饱和电流水平。这同样防止逆变器42的电流水平超过过载水平。在164处示出了从经济模式至UPS模式的转变期间的电流水平。由于变压器35没有汲取增大水平的电流，所以UPS32没有过载并且逆变器42能够向变压器35提供充足量的电流。第三曲线图 154示出了RMS输出电压仅在单个时间段166暂降。由于执行了平衡，所有没有出现另外的电压暂降时段。另外，在幅值上，确实出现的单个电压暂降可以小于由UPS32过载导致的电压暂降。 [0060] 在以下图5至图8中，示出了用于图2的UPS系统30的开关示意图，该开关示意图示出了输出断路器47和旁路开关64用于不同操作模式的状态。在图5中，示出用于UPS模式的状态。输出断路器47处于CLOSED（闭合）状态，而旁路开关64处于OPEN（打开）状态。电力从逆变器42经由变压器35提供给负载34。这简称为从UPS电压源向变压器35供给电力。 [0061] 在图6中，示出用于旁路模式的状态。输出断路器47处于OPEN（打开）状态，而旁路开关64处于CLOSED（闭合）状态。通过旁路开关64经由变压器35将电力供给负载34。这简称为从旁路电压源向变压器35供给电力。 [0062] 在图7中，示出用于经济模式的状态。输出断路器47和旁路开关64二者均处于CLOSED（闭合）状态。可以主要经由旁路开关64将电力提供至变压器35。还可以从逆变器42经由变压器35将电力提供至负载34。例如，由变压器35汲取的电力中的95%至98%的电力可以经由旁路开关64供给，而剩余的2%至5%的电力可以经由逆变器42提供。如果经由旁路开关64供给的电力中存在故障，则逆变器42ON（导通）并且能够将电力提供至变压器35。例如，如果经由旁路开关64供给的电力为噪声、则具有预定范围之外的电压等。这使从经济模式转变至UPS模式的时间达到最小。 [0063] 在图8中，示出了从经济模式转变至UPS模式时的状态。输出断路器47保持在CLOSED（闭合）状态。旁路开关64从CLOSED（闭合）状态转变至OPEN（打开）状态。这使得由变压器35和负载34从UPS32汲取的电力中的100%的电力要从逆变器42汲取。 [0064] 在图9中，示出了用于UPS的输出的电压信号170的曲线图，该曲线图示出了归因于从经济模式到UPS模式的转变的电压暂降作为故障的结果。该故障与UPS的旁路电路的相关联。电压信号170可以用于三个相输出中的一个相。可以经历电压暂降（在172处示出的），直到例如旁路开关的SCR完全OFF（关断）并且UPS的逆变器承担UPS的负载（即，提供负载汲取的电流）为止。周期176的正半部分174期间的伏特-秒相对于该周期的负半部分178期间的伏特-秒不平衡。伏特-秒指的是电压信号170在时间段上的幅值，并且与UPS下游的相应的一个或更多个配电变压器的磁通成比例。 [0065] 在下面图10至图13中，示出了零参考线180和正预定饱和线182和负预定饱和线184。在图10中，示出了来自UPS的电压信号186的曲线图和相应的变压器磁通188的平衡曲线图。电压信号186可以用于UPS的三相输出中的一个相。由于电压信号186在参考值0（由0参考线示出的）的上方和下方平衡，所以变压器的磁通188也在参考值0的上方和下方平衡。 换言之，电压信号186在1个周期和/或预定周期的积分和为0。磁通188在1个周期和/或预定周期的积分和为0。磁通188与电压信号186的积分成比例。 [0066] 如果磁通188超过正饱和水平或负饱和水平，则变压器的芯变得饱和。因此，变压器的主线圈的阻抗减小而变压器的输入电流增大。输入电流中的该增大量可以是变压器的满载电流的若干倍。 [0067] 变压器的磁场（或磁通）由施加于变压器的主（输入）绕组的电压产生。该磁通与所施加的电压的积分成正比例。由于所施加的电压为交流（AC）电压，所以磁场（磁通）的方向沿正方向和负方向交替变化，并且滞后所施加的电压90度。交变磁场在变压器的次级（输出）绕组中感生或生成AC电压。 [0068] 变压器可以设计成对由在变压器的初级绕组上施加的电压所产生的磁通的给定幅值进行调节。因此，如果所施加的电压的幅值大于预定电压，则随着增加的磁通变压器可以变得“饱和”。同样，由于磁通与所施加的电压的积分成比例，所以增加的磁通也可以是由不以0为中心的“不平衡的”（即，非对称的）施加的电压生成。当出现磁通饱和时，初级绕组的阻抗减小，这可以看作是对向变压器供给所施加电压的电压源的虚拟短路。这引起电流增加，从而可能引起电压源或UPS过载。 [0069] 在图11中，示出不平衡的变压器磁通190的曲线图和相应的变压器电流192的曲线图。归因于变压器的不平衡输出电压，可能出现变压器磁通190。变压器磁通190不以0为中心并且被示出为超过饱和水平。这在变压器电流192从满载电流水平增大到饱和电流水平并且还不平衡时出现。在194处指示饱和峰值电流。当饱和时，电流超过变压器的额定值。 [0070] 在图12中，示出了不平衡UPS输出电压200的曲线图和相应的不平衡变压器磁通202的曲线图。UPS输出电压200由于相故障和从经济模式至UPS模式的转换而暂时性骤降。 作为结果，相应的变压器的磁通202变得不平衡并且下降到0以下。磁通202的幅值超过较低的饱和水平184。 [0071] 再次参照图2至图3以及图13，示出了平衡UPS输出电压210的曲线图和相应的平衡变压器磁通212的曲线图。响应于检测到在输出电压的第一1/2周期214的输出电压的电压暂降，输出平衡模块39减小在输出电压的下一个1/2周期216的输出电压的幅值。减小输出电压以对在参考线0以上和在参考线0以下的输出电压的积分的幅值进行平衡。这使得磁通能够保持以参考值0为中心，从而防止了变压器磁通和电流饱和。 [0072] 现在参照图14，示出了图13中的包括求和面积222、224的平衡UPS输出电压210的曲线图。输出平衡模块39调节逆变器42的输出电压以使第二1/2周期216与参考线180之间的第二面积224大小等于第一1/2周期216与参考线180之间的第一面积222。输出平衡模块39和/或电压调节模块108确定第一面积222，并且调节逆变器22的输出电压以使得第二面积224的大小匹配第一面积222的大小。 [0073] 由于第一面积222和第二面积224的大小相同但符号相反，所以由两个1/2周期214、216产生的磁通平衡并且所生成的磁通保持以0为中心。尽管针对输出电压的第一1/2周期和第二1/2周期执行上述平衡，但可以针对周期的其他部分和/或针对多个周期的部分执行类似的平衡，以使得生成的变压器的输入电压和电流以及变压器的磁通均平衡。 [0074] 可以使用多种方法来操作本文公开的UPS系统。在图15中示出了示例性方法。在图15中国，示出了说明操作UPS的方法的逻辑流程图。尽管主要关于图2至图3的实施例描述了以下任务，但可以容易地修改该任务以应用于本公开内容的其他实施例。该任务可以迭代地执行。该方法可以在300处开始。 [0075] 在302处，UPS32工作在第一模式或者经济模式（例如，上述经济模式中之一）中。UPS32的输入端60接收第一电力以供给变压器35和/或负载34。第一电力经由旁路电路46供给输出端62。旁路开关64和输出断路器47处于CLOSED（闭合）状态。输入端60还接收第二电力以为整流器40和逆变器42供电。第二电力被提供给整流器40和逆变器42。当在经济模式下时，逆变器42接收第二电力但不接收第一电力。当操作在经济模式下时，旁路导通以将第一电力供给UPS32的输出端62。 [0076] 继执行任务302之后，可以与任务310至任务318并行执行下面的任务306至任务308。 [0077] 在304处，UPS控制模块38被配置成检测第一电力和/或UPS32的输出端62处的输出电力的故障。响应于检测到的故障，UPS控制模块38可以生成故障信号。 [0078] 在306处，针对所描述的示例性经济模式至UPS模式的转变，响应于检测到的故障和/或故障信号，UPS控制模块38可以启动从经济模式至UPS模式的转变。UPS模式可以简称为第二操作模式。这可以包括生成用于改变旁路开关64的状态的控制信号。如果在UPS32的其他操作模式之间进行转变，则可以相应地生成用于改变和/或保持旁路开关64和输出断路器47的状态的控制信号。 [0079] 在308处，针对所描述的示例性经济模式至UPS模式的转变，响应于所检测的故障，旁路电路46和逆变器42可以从操作在经济模式转变至操作在UPS模式。旁路开关64可以转变成OPEN（打开）状态并且输出断路器47可以保持在CLOSE（闭合）状态。如果在UPS32的其他操作模式之间进行转变，则旁路开关64和输出断路器47可以保持在当前的OPEN（打开）或CLOSE（闭合）状态，或者可以转变成适当的OPEN（打开）或CLOSE（闭合）状态。以上针对其他模式提供了用于旁路开关64和输出断路器47的状态。 [0080] 在310处，电压跟踪模块100跟踪UPS32的输出端62处的输出电压。在312处，积分模块102对输出电压进行积分以生成关于UPS32的输出电力的每个相的积分和。这可以经由积分信号INT1至INT3指示。每个相的和可以用于该相的一个或更多个周期的一个或更多个部分。可以在一个或更多个部分的末端处提供该和。与一个或更多个部分相关联的时间的长度可以简称为第一时段。作为结果，三个相中的每个相可以具有第一时段中的对应的一个。三个相的第一时段在长度上可以相同或者不同。 [0081] 在314处，第一比较模块104将用于每一相的输出电压与来自电压参考模块110的参考电压进行比较，并且生成第一差信号DIFF1A至DIFF1C，第一差信号DIFF1A至DIFF1C可以在第一时段被确定。在316处，第二比较模块106将积分信号INT1至INT3的和与从积分参考模块112接收的参考和进行比较，并且作为响应，生成第二差信号DIFF2A至DIFF2C。第二差信号DIFF2A至DIFF2C可以在第一时段被确定。 [0082] 在317处，电压调节模块108判定在第一时段上第一差信号DIFF1A至DIFF1C和/或第二差信号DIFF2A至DIFF2C中的一个或更多个是否超过相应的预定值。如果第一差信号DIFF1A至DIFF1C、第二差信号DIFF2A至DIFF2C中的一个或更多个超过预定值，则执行任务318，否则可以执行任务322。 [0083] 在318处，电压调节模块108可以确定如下第二时段：第一差和/或第二差中的一个或更多个超过相应的预定值。第二时段中的每个可以与第一时段中的相应的一个是相同长度，或者可以短于第一时段中相应的一个。第二时段指将用于执行电压平衡的时间长度。当差中的一个或更多个超过相应的预定值时，要执行电压平衡以补偿这些差。可以在执行任务318的同时执行任务314至任务316。 [0084] 在320处，电压调节模块基于差DIFF1A至DIFF1C、DIFF2A至DIFF2C以及第二时段来调节逆变器42的电压输出。对于相应差已经超过各自预定值的一个或更多个相的输出电压进行调节。在相应的第三时段调节输出电压，该第三时段在长度上可以等于或不同于第二时段。第三时段中的每一个可以开始于相应的第二时段中的一个的末端处。调节逆变器42的输出电压以平衡UPS32的输出电压。 [0085] 针对UPS32的待平衡的输出电压中的每一个，对逆变器42的相应输出电压进行调节。对逆变器42的输出电压进行调节以使得UPS32的相应输出电压平衡。平衡UPS32的输出电压（或者输出电压信号）以使得在第二时段之一输出电压信号与参考值之间的第一面积等于在第三时段输出电压信号与参考值之间的第二面积。继任务320之后，输出平衡模块39可以返回至任务310以验证UPS32的输出电压平衡或者如示出的继续进行任务322。 [0086] 在322处，UPS32操作在第二操作模式和/或UPS模式并且供给输出端62的电力经由逆变器42提供。输出平衡模块39停止对逆变器42的输出电压进行调节。该方法可以在324处结束。 [0087] 上述任务旨在例证；可以取决于应用顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠的时间段或者以不同的顺序来执行任务。同样地，可以取决于实施例和/或事件的序列不执行或跳过任务中的任一项。 [0088] 前面的描述仅在本质上说明而决不旨在限制公开内容、它的应用或用途。可以以各种形式来实施公开内容的广泛的教导。因此，尽管本公开内容包括具体示例，但公开内容的真正范围不应当受到这样的限制，原因是基于对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改将变得明显。为了清楚的目的，将在附图中使用相同的附图标记来标识相同的元件。如本文所使用的，词组A、B和C中至少一个应当解释为指使用非排他逻辑OR（或）的逻辑（A或B或C）。应当理解，在不改变本公开内容的原理的情况下，可以以不同的顺序（或同时地）执行方法中的一个或更多个步骤。 [0089] 如本文中所使用的，术语模块可以指：专用集成电路（ASIC）的一部分或者包括专用集成电路（ASIC）；离散电路；集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享的、专用的或组）；提供所述功能的其他合适的硬件部件；以上中一些或全部的组合（例如在片上系统中）。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享的、专用的或组）。 [0090] 如以上使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、函数、类和/或对象。如以上使用的术语共享是指可以使用单个（共享的）处理器来执行来自多个模块的一些代码或所有代码。另外，可以由单个（共享的）存储器来存储来自多个模块的一些代码或所有代码。如以上使用的术语组是指可以使用一组处理器来执行来自多个模块的一些代码或所有代码，另外，可以使用一组存储器来存储来自多个模块的一些代码或所有代码。 |
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