用于電網交互ups的系統和方法
【專利說明】用于電網交互UPS的系統和方法
[0001 ] 相交申請的交叉引用
[0002]本申請是非臨時申請，要求于2013年6月14日申請的名稱為“CONTROL SYSTEM FORMULT1-USE MULT 1-MODE UPS”的美國臨時專利申請序號61/835，122的優先權，其通過引用被全部并入本文中。
技術領域
[0003]本發明的領域一般涉及不間斷電源，并且更具體地涉及電網交互不間斷電源。
【背景技術】
[0004]可靠的電源系統能夠將電力供應到一個或多個負載。這些電源系統可以包括發電、輸電、整流、逆變和功率變換以供應用于電子、光、機械和/或核應用和負載的能量的組合。在實現電源系統和架構時，實際的考慮因素包括成本、規模、可靠性和實現的難易。
[0005]在至少一些已知的電源系統中，一個或多個不間斷電源(UPS)便于將電力供應到負載。UPS便于確保電力被連續地供應到一個或多個重要負載，即便在電源系統的一個或多個元件發生故障時。因此，UPS提供冗余的電源。UPS可以用于各種應用(例如變電所、工廠、船舶系統、高安全性系統、醫院、數據通信和電信中心、半導體制造場所、核發電站等)。而且，UPS可以用在高、中或低電力應用中。例如，UPS可以用在相對小的電源系統(例如娛樂或消費系統)或微系統(例如基于芯片的系統)中。
[0006]當能量消耗超過能量供給時，可能遇到電源質量和穩定性問題。而且，在峰值需求期間，能量成本可能提高。而且，至少一些可再生能量生成系統(例如光伏、風力)可能帶來另外的電網穩定性問題。因此，為了保護敏感設備不受電源質量事件(例如停電、上漲、下降、噪聲等)的影響，UPS被用來提供可靠性。
【發明內容】
[0007]在一方面，提供了一種電網交互不間斷電源(UPS)。電網交互UPS包括第一路徑，所述第一路徑包括整流器、與所述整流器串聯耦連的逆變器、以及與所述逆變器并聯耦連的電池。所述電網交互UPS還包括第二路徑，所述第二路徑與所述第一路徑并聯，其中，所述電網交互UPS可操作以將來自所述電池的電力供應到與所述電網交互UPS的輸入耦連的電網。
[0008]在另一方面，提供了一種電源系統。所述電源系統包括:電網；負載；以及至少一個電網交互不間斷電源(UPS)，所述至少一個電網交互不間斷電源(UPS)耦連于所述電網與所述負載之間。所述至少一個電網交互UPS包括第一路徑，所述第一路徑包括整流器、與所述整流器串聯耦連的逆變器、以及與所述逆變器并聯耦連的電池。所述至少一個電網交互UPS還包括第二路徑，所述第二路徑與所述第一路徑并聯，其中，所述電網交互UPS可操作以將來自所述電池的電力供應到所述電網。
[0009]在又一方面，提供了一種操作電源系統的方法。所述方法包括:將電網交互不間斷電源(UPS)耦連于電網和負載之間，其中，所述電網交互UPS包括第一路徑和第二路徑，所述第一路徑包括整流器、與所述整流器串聯耦連的逆變器、以及與所述逆變器并聯耦連的電池，所述第二路徑與所述第一路徑并聯。所述方法還包括將來自電池的電力供應到電網。
【附圖說明】
[00?0]圖1是示例性電源系統的示意圖。
[0011]圖2是可以與圖1所示系統一起使用的示例性控制算法的框圖。
[0012]圖3是可以與圖2所示算法一起使用的有源阻尼塊的框圖。
[0013]圖4A是說明在沒有升級經濟模式或有源經濟模式的情況下，系統的性能的圖形。
[0014]圖4B是說明在升級經濟模式或有源經濟模式下，系統的性能的圖形。
[0015]圖5是圖1所示系統的替代實施例的示意圖。
[0016]圖6是示例性電源系統的示意圖。
[0017]圖7是圖6所示系統的簡化示意圖。
[0018]圖8是圖6所示系統的替代實施例的示意圖。
[0019]圖9是圖6所示系統操作于調峰(peakshaving)模式下的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本文中描述了電網交互不間斷電源(UPS)的示例性實施例。示例性電網交互UPS包括:第一路徑，所述第一路徑包括整流器、與所述整流器串聯耦連的逆變器、以及與所述逆變器并聯耦連的電池。所述電網交互UPS還包括第二路徑，所述第二路徑與所述第一路徑并聯，其中，所述電網交互UPS可操作以將來自所述電池的電力供應到與所述電網交互UPS的輸入耦連的電網。
[0021]圖1是示例性電源系統100的示意圖，電源系統100包括供電設施(utility)102、多模式UPS 104和至少一個負載106。如本文中描述，多模式UPS 104可操作于第一正常模式和第二升級經濟模式。多模式UPS 104便于將電力從供電設施102傳送到負載106。在示例性實施例中，多模式UPS 104不包括變壓器(即多模式UPS 104是無變壓器的)。作為另一種選擇，多模式UPS 104可以包括變壓器。在示例性實施例中，系統100包括一個多模式UPS 104。作為另一種選擇，系統100可以包括并聯耦連的多個多模式UPS 104。
[0022]如圖1所示，多模式UPS 104包括第一或雙變換路徑110，第一或雙變換路徑110與第二或旁路路徑112并聯。在示例性實施例中，第一路徑110包括串聯的第一開關114、交流(AC)-直流(DC)整流器116、DC-AC逆變器118、電感器115和第二開關119。在示例性實施例中，整流器116和逆變器118是三電平變換器。替代性地，整流器116和逆變器118可以是使系統100能夠如本文描述的工作的任何變換器。
[0023]DC-DC變換器120和電池122與逆變器118并聯耦連，電容器124與第二開關119并聯耦連。因為多模式UPS 104包括整流器116和逆變器118，所以，多模式UPS 104還可以被稱作雙變換UPS。第二路徑112包括串聯的第三開關130、扼流線圈132和半導體開關模塊(SSM)134。在示例性實施例中，SSM是基于晶閘管的元件。替代性地，SSM可以使用強迫換流裝置(例如集成柵換流晶閘管(IGCT))實現。第四開關140便于選擇性將負載106連接到多模式UPS 104。
[0024]控制器142通信耦連到多模式UPS104，如本文描述的，控制多模式UPS 104的操作。控制器142可以包括其自己的電源系統(未顯示)，諸如專用能源(例如電池)。在一些實施例中，控制器142耦連到替代控制器(未顯示)，替代控制器可以在控制器142故障的情況下使用。控制器142可以控制系統100在相對大的地理區域上的電力分配和管理。
[0025]在示例性實施例中，控制器142由處理器144實現，處理器144通信耦連到存儲器裝置146以執行指令。在一些實施例中，可執行指令存儲在存儲器裝置146中。替代性地，控制器142可以使用能夠使控制器142如本文中描述的控制多模式UPS 104的操作的任何電路實現。例如，控制器142可以動態地確定需要哪些電源以及那些電源需要操作于哪些性能等級和環境條件(例如溫度、濕度、日期等)下。控制器142可以執行動態監視，以確定負載106是否滿意所傳送的電力，以及所傳送的電力是否沒有諧波、暫態變化等。在一些實施例中，動態監視可以包括跟蹤電源使用以確定應當傳送多少電