監視功率系統功率變換器的系統和方法
【專利說明】監視功率系統功率變換器的系統和方法
[0001] 相關申請的交叉引用 本申請是非臨時申請并且要求2014年11月3日提交的"監視功率系統整流器的系統 和方法"(SYSTEMS AND MET冊DS OF MONITORING A POWER SYSTEM RECTIFIER)的美國臨時 專利申請序列號62/074336的優先權，該臨時申請據此通過引用全部并入。
【背景技術】
[0002] 本發明的領域一般設及功率系統，并且更具體地說，設及監視功率系統功率變換 器的系統和方法。
[0003] 電信發電廠設計成最大化可靠性。系統控制器在此類發電廠中用于確保在執行維 護任務前在任何時間點在用于負載的安裝的整流器容量中的冗余性。系統控制器也均衡在 給定系統中在每個整流器上的負載。安裝的容量的準確度始終對于實現此類目的極其重 要。至少一些已知整流器為此目的設計成檢測并且向系統報告多種故障模式。然而，檢測 每個部分的每個故障模式是不可能或不經濟的，特別是在用于開關功率裝置的各種柵極驅 動電路中的局部故障。例如，整流器中的開關可出故障并且表現在諸如欠電壓的非永久性 故障中。實際上，運是阻止合理的功率輸送到負載的永久性故障。在無永久性故障檢測的 情況下，系統控制器可對此整流器計數W進行安裝的容量計算，運可導致峰值充電和可能 的烙斷烙絲和/或降低的系統效率或可靠性。
【發明內容】
[0004] 在一方面，提供了一種系統，系統包括多個并聯禪合功率變換器，功率變換器包括 功率變換器輸入和功率變換器輸出，功率變換器輸出配置成禪合到負載，所述多個并聯禪 合功率變換器的每個功率變換器包括功率變換器控制器。功率變換器控制器配置成將對應 功率變換器的輸出電流和預確定的輸出電流闊值進行比較，在輸出電流低于預確定的輸出 電流闊值時在預確定的持續時間內監視輸出電流，并且當在預確定的持續時間內輸出電流 低于預確定的輸出電流闊值時關閉對應功率變換器。
[0005] 在另一方面，提供了一種監視功率系統的方法。功率系統包括具有功率變換器輸 入和功率變換器輸出的多個并聯禪合功率變換器，功率變換器輸出配置成禪合到負載。所 述多個并聯禪合功率變換器的每個功率變換器包括功率變換器控制器。方法包括：由對 應功率變換器的功率變換器控制器將對應功率變換器的輸出電流和預確定的輸出電流闊 值進行比較，在輸出電流低于預確定的輸出電流闊值時在預確定的持續時間內監視輸出電 流，并且當在預確定的持續時間內輸出電流低于預確定的輸出電流闊值時關閉對應功率變 換器。
【附圖說明】
[0006] 圖1是并聯功率變換器DC功率系統的示范實施例的框圖。
[0007] 圖2是圖1中示出的DC功率系統中使用的兩級功率變換器的示范實施例的框圖。
[0008] 圖3是圖2中示出的初級子系統的示范實施例的框圖。
[0009] 圖4是圖2中示出的次級子系統的示范實施例的框圖。
【具體實施方式】
[0010] 圖1是并聯DC功率變換器系統100的示范實施例的框圖。在示范實施例中，系統 100接收來自例如商業電力網的電源102的功率。AC配電系統104將功率分配到多個并聯 禪合的功率變換器106。功率變換器106配置成將功率變換到不同類型或等級。DC配電系 統108收集功率變換器106的輸出并且將它提供到負載110。
[0011] 在示范實施例中，系統控制器112通信地禪合到功率變換器106和負載110。系統 控制器112配置成監視負載110的負載電流需求。基于負載電流需求，系統控制器112確 定每個功率變換器106要支持的負載電流的量，使得負載電流在每個功率變換器106之間 均等分配。系統控制器112然后將負載電流指令傳送到每個對應功率變換器106。負載電 流指令表示每個功率變換器106的負載電流的量。
[0012] 在示范實施例中，功率變換器106是配置成將來自AC配電系統104的AC功率變 換成DC功率的AC-DC整流器。雖然在本文中描述為整流器，但功率變換器106可W是使并 聯DC功率變換器系統100能夠如本文所述運轉的任何類型的功率變換器，包括但不限于逆 變器。每個功率變換器106包括配置成監視和控制功率變換器106的操作的功率變換器控 制器114。例如，功率變換器控制器114接收來自系統控制器112的負載電流指令并且操作 功率變換器106 W輸出該負載電流。功率變換器控制器114監視功率變換器106 W確保它 輸出所述負載電流。如果功率變換器控制器114認識到功率變換器106不輸出要求的負載 電流或者不滿足與要求的負載電流相關聯的闊值，并且功率變換器106未認識到故障或失 效，則功率變換器控制器114在預確定的時間期內監視輸出電流。如果功率變換器106在 預確定的時間期內未滿足要求的負載電流，則功率變換器控制器114關閉功率變換器106。
[0013] 系統控制器112配置成在預確定的時間間隔與每個功率變換器控制器114進行通 信W執行在功率變換器106上的狀態檢查。當出故障的功率變換器106傳遞它已關閉時， 系統控制器112使該功率變換器106從負載分擔中退出運行，使得它不依賴該功率變換器 106 W提供一部分負載電流。系統控制器112然后重新計算剩余操作功率變換器106之間 的負載電流指令。
[0014] 圖2是圖1中示出的DC功率系統100中使用的兩級功率變換器200的示范實施 例的框圖。在示范實施例中，兩級功率變換器200包括初級子系統202和次級子系統204。 初級子系統202配置成接收AC輸入電壓和電流，并且將它變換成DC電壓。初級子系統202 可W是升壓電路或PFC電路或使初級子系統202能夠如本文所述運轉的任何其它電路。初 級子系統202將DC電壓輸出到次級子系統204。次級子系統204將DC電壓降壓到負載110 (圖1中示出)需求的DC電壓。次級子系統204可W是降壓電路或升降壓電路、LLC變換器、 DC-DC變換器或使次級子系統204能夠如本文所述運轉的任何其它電路。
[0015] 圖3是初級子系統202 (圖2中示出）的示范實施例的框圖。功率變換器控制器 114接收來自系統控制器（圖3中未示出）的負載電流需求并且將期望的輸出電壓和負載電 流傳遞到初級子系統202。因此，初級子系統202知道在該時間點它應攜帶多少負載電流W 及次級子系統204要求的輸出電壓。初級子系統202內的單點故障可導致與圖1的實施例 類似的故障模式，其中，在接近正常條件下，輸出負載電流滿足闊值，但在負載110增大時， 初級子系統202將不能跟上負載電流或輸出電壓。在此情況下，功率變換器106聲明故障并 且將它自己關閉。當系統控制器112在預確定的時間間隔在每個功率變換器106上執行狀 態檢查時，出故障的功率變換器106傳遞它已關閉。系統控制器112然后使該功率變換器 106從負載分擔中退出運行，使得它不依賴該功率變換器106提供一部分負載電流。系統控 制器112然后重新計算剩余操作功率變換器106之間的負載電流指令。初級子系統202中 的故障可導致峰值充電并且可能烙斷烙絲，并且系統控制器112提供用于阻止此類事件。
[0016] 圖4是次級子系統204 (圖2中示出）的示范實施例的框圖。如上所述，功率變換 器控制器114接收來自系統控制器112的負載電流需求，并且將期望的輸出電壓和負載電 流傳遞到次級子系統204。因此，次級子系統204知道在該時間點它應攜帶多少負載電流W 及負載110要求的輸出電壓。
[0017] 如果功率變換器控制器114認識到次級子系統204不輸出要求的負載電流或者不 滿足與要求的負載電流相關聯的闊值，并且次級子系統204未認識到故障或失效，則功率 變換器控制器114在預確定的時間期內監視輸出電流。如果次級子系統204在預確定的時 間期內不滿足要求的負載電流，則功率變換器控制器114關閉兩級功率變換器200。
[0018] 在預確定的時間間隔，系統112在每個功率變換器106上執行狀態檢查。當出故 障的功率變換器106傳遞它已關閉時，系統控制器112使該功率變換器106從負載分擔中 退出運行，使得它不依賴該功率變換器106提供一部分負載電