CN101926070A

CN101926070A - 控制ups操作的系统和方法

Info

Publication number: CN101926070A
Application number: CN2008801255439A
Authority: CN
Inventors: 吴佳; J·西蒙埃利; M·F·布什
Original assignee: American Power Conversion Corp
Current assignee: Schneider Electric IT Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: CA2709995A1; JP2011508580A; CN101926070B; KR101542435B1; EP2220745A1; BRPI0821340A2; RU2484572C2; WO2009085546A1; AU2008343484B2; EP2220745B1; RU2010129855A; JP5154660B2; KR20100105712A; US20090160254A1; US7615891B2; AU2008343484A1

Abstract

UPS(10)包括AC输出端(63)、功率因数校正功率级(12)和与功率因数校正功率级(12)耦合的DC总线(14)，而控制系统(18)配置成确定供应给AC输出端(63)的瞬时功率的差异并且至少部分地基于该差异调整DC总线(14)的电压。在一个实施方案中，UPS包括单相AC输入端(61)。在另一个实施方案中，控制系统(18)配置成确定供应给AC输出端(63)的瞬时功率的累积差异。

Description

控制UPS操作的系统和方法

发明领域

本发明的实施方案一般地涉及不间断电源(“UPS”)。更明确地说，至少一个实施方案涉及用来控制UPS的DC总线电压的系统和方法。

现有技术

因为电力系统本质上是动态的，所以与功率变换电路一起使用的控制系统通常对电力系统的变化作出响应。不同的方法可能用来处理各种不同类型的变化，举例来说，瞬时的或稳定的状态变化、电压和/或电流的改变、连接负荷的改变、前述例子的组合，等等。

今天，功率变换电路的功率因数校正(即，功率变换电路所用的电流和电压之间的相位关系)是重要的设计考虑。在实践中，功率因数能通过减少功率变换电路在操作期间产生的谐波得到改善。然而，通常为减少谐波设计功率变换电路必须使用响应时间相对缓慢的电压控制回路。缓慢的响应时间导致差的瞬态响应，包括对名义电压较宽的偏离，举例来说，DC总线电压的较大的上冲和下冲。因此，电路设计者尝试在符合可适用的谐波标准的要求的同时提供有可接受的功率因数控制和可接受的动态响应的系统。

在单相UPS的情况下，设计者通常提供频率响应相对缓慢(适当地在AC输入的线路频率以下)的控制方案(例如，DC电压回路控制)以满足谐波标准。换句话说，使用将DC总线电压与设定点进行比较并且基于实测的DC总线电压和设定点之间的误差进行调整的反馈控制系统。包含在这种方法之中的设计权衡的结果是DC总线电压有相对差的瞬态响应。的时候，这种差的短暂方式能随着DC总线电压改变(举例来说，响应UPS输出的载荷改变)在DC总线上造成大的过电压和电压不足。

使用DC链路或总线的其它功率变换应用也面临控制动态系统(举例来说，开关模式电源、电压调节器和电机驱动器)的DC总线的瞬态响应的需求。一些解决上述的单相功率因数控制问题的更新近的方法是“陷波滤波器法”和“死区数字控制法”。这两种方法在UPS应用中都不是令人满意的。举例来说，陷波滤波器法最适合于发现实质上固定的线路频率的情况。因为这个理由，陷波滤波器法是不实用的，因为许多UPS应用不在满足上述要求的环境中操作。“死区”法对于许多UPS应用是不适当的，因为它不适合用DC总线给与非线性负荷(例如，计算机负荷)连接的逆变器供电的系统。

一些之前的电机控制系统已经使用前馈方案，在该方案中将功率变换电路输出端的平均功率用于调节DC总线电压。然而，这些方法被用于三相电机控制，其中瞬时负荷功率之和趋于零，因为电机提供平衡的多相线性负荷。

发明内容

至少本发明的一个方面提供一种用于功率变换电路动态控制DC总线电压的有效方法。依照一个实施方案，关于用功率变换电路供电的负荷的改变的数据用来控制DC总线电压的瞬态响应。在进一步的实施方案中，累积第一周期期间实测的瞬时负荷功率和第二周期期间实测的瞬时功率之间的差异，并且基于该累积差异控制DC总线的电压。依照一个实施方案，前述的方法被用于单相系统。在进一步的实施方案中，前述的方法被用于控制有单相AC输入的UPS的DC总线电压的瞬态响应。依照一个实施方案，该方法提供远远少于一个周期的DC总线电压的瞬态响应时间。在另一个实施方案中，DC总线电压的瞬态响应时间实质上等于半周期。在进一步的实施方案中，DC总线电压的瞬态响应时间是远远少于半周期。因此，至少本发明的一个方面能减少电压“漂移”(即，上冲和下冲)。在一个实施方案中，包含在功率变换电路之中的大功率电子器件的电等级能被减少，因为峰值电压有所减少，举例来说，与DC总线连接的器件的电压等级可能有所减少。

依照一个方面，本发明提供控制包含在不间断电源之中的DC总线的电压的方法。该UPS包括与DC总线和AC输出端耦合的功率因数控制电路。该方法包括下列行为：确定在第一时间供应给AC输出端的瞬时功率和在第二时间供应给AC输出端的瞬时功率之间差异以及至少部分地基于该差异为调整DC总线的电压而调整功率因数控制电路的操作。在一个实施方案中，该方法包括控制UPS的单相AC输入的功率因数的行为。在另一个实施方案中，该方法包括确定在AC输出端提供的瞬时功率的累积差异的行为。在进一步的实施方案中，该方法包括把累积差异提供给功率因数控制电路的行为。在更进一步的实施方案中，该方法包括将累积差异与预定的阈值进行比较的行为。在另一个实施方案中，该方法包括当累积差异超过预定阈值的时候通过调整功率因数控制电路的操作调整DC总线电压的行为。

依照另一个方面，UPS包括AC输出端、功率因数控制电路和与功率因数控制电路耦合的DC总线，其中功率因数控制电路配置成确定供应给AC输出端的瞬时功率的差异并且至少部分地基于该差异调整DC总线的电压。在一个实施方案中，UPS包括单相AC输入。在另一个实施方案中，功率因数控制电路配置成确定供应给AC输出端的瞬时功率的累积差异。在进一步的实施方案中，该累积差异是基于在AC波形的第一周期中的众多点确定的瞬时功率与在AC波形的第二周期中的众多点确定的瞬时功率的比较结果确定的。

依照另一个方面，UPS包括DC总线、AC输出端和与DC总线耦合用来以供应给AC输出端的瞬时功率的差异为基础控制DC总线的电压的装置。在一个实施方案中，该控制装置包括用来确定供应给AC输出端的瞬时功率的累积差异的装置。在另一个实施方案中，该累积差异是基于在AC波形的第一周期中的众多点确定的瞬时功率和在AC波形的第二周期中的众多点确定的瞬时功率的比较结果确定的。

附图说明

这些附图不是依比例绘制的。在这些附图中，每个在各种不同的图画中举例说明的同一的或几乎同一的组成部分是用相似的数字表示的。为了清楚起见，并非每个组成部分在每幅图画中都被标注出来。在这些附图中：

图1是依照一个实施方案UPS的方框图；

图2是依照一个实施方案包括图1举例说明的UPS的控制系统的进一步的细节的图1所示UPS的方框图；

图3A-3C是依照一个实施方案的波形图；而

图4A和4B是依照一个实施方案的流程图。

具体实施方式

这项发明在其应用方面不局限于在下列的描述中陈述的和在附图中列举的组成部分的构造和安排的细节。本发明可以有其它的实施方案并且能够以各种不同的方式实践或完成。另外，在此使用的措辞和术语是为了描述和不应该被视为限制。措词“包括”、“具有”、“含有”、“包含”以及它们的变形都是指其容纳在其后面所列举的各个项目，并还包括其他等价物。

图1举例说明某个实施方案的方框图，在该实施方案中使用控制系统通过设备负载的各种不同的改变(例如，通过发生在输出端的负载瞬变)调整功率变换设备的DC总线上的电压。依照一个实施方案，UPS 10包括功率因数校正级12、DC总线14、逆变器功率级16、控制系统18、AC输入端20、AC输出端22、DC电源24和充电器26。除此之外，UPS可能包括一对开关28、旁路开关30和隔离开关32。此外，UPS 10可能包括整流器34、第一输入电容器36、第二输入电容器37、第一DC总线电容器38和第二DC总线电容器40。整流器34可能包括第一二极管42和第二二极管44。

依照一个实施方案，功率因数校正功率级12包括输入端45和输出端47，逆变器功率级16包括输入端46，DC电源24包括输入端51和输出端50，而充电器26包括输入端52和输出端54。

如同在此使用的那样，术语“DC总线”通常用来描述把DC功率提供给附加电路的DC电路。依照一个实施方案，DC总线可能包括双重的DC总线，举例来说，在每条正的DC总线和负的DC总线以中(性)线为基准的情况下。依照另一个实施方案，DC总线可能包括单一DC总线，举例来说，正的DC总线和负的DC总线不以中(性)线为基准的DC总线。术语DC总线不用来描述特定类型的导体，但是可能包括任何类型的导体，包括电线、焊迹、电缆、汇流条等等。

在运行时，UPS 10在输入端20接收的AC输入(例如，单相AC输入)。AC输入经整流器34整流后供应给功率因数校正功率级12。依照一个实施方案，功率因数校正功率级12包括被有选择性地操作把功率施加于DC总线14的固态开关。此外，该固态开关的切换周期能随着加在UPS的AC输出端22的负荷数量改变。如同熟悉这项技术的人众所周知的那样，功率因数校正功率级12把功率交替地提供给正的DC总线和负的DC总线。在切换周期的各种不同阶段，与正的DC总线相关联的电容器38被充电。在切换周期的其它阶段，与负的DC总线相关联的电容器40被充电。来自DC总线的功率供应给逆变器功率级16的输入端46。逆变器功率级16把DC变换成在逆变器输出端48的AC输出。在列举的实施方案中，逆变器功率级提供单相AC输出，然而，在各种不同的实施方案中，逆变器功率级可能提供多相的输出，举例来说，可能包括也可能不包括中(性)线的三相输出。

在一个实施方案中，当AC电源不可用的时候，使用DC电源24作为替代电源把功率提供给功率因数校正功率级。那对开关28能工作在第一位置和第二位置之间切换。在第一位置，整流器34的输出端50与功率因数校正功率级12的输入端45连接。在第二位置，整流器34的输出端50被断开，而DC电源的输出端50与功率因数校正功率级12的输入端45连接。

依照一个实施方案，充电器输入端52与DC总线14连接，而充电器输出端54与DC电源51的输入连接。依照一个实施方案，DC电源是电池电源而充电器26是电池充电器。然而，在其它的实施方案中，可能使用其它的电源，举例来说，超级电容器，燃料电池，等等。

在各种不同的实施方案中，控制系统18可能包括一个或多个控制装置。在一个实施方案中，控制装置包括电子电路。在一个实施方案中，完整的控制系统18被包括在数字信号处理器之中。在进一步的实施方案中，控制系统18的一些元素被包括在数字信号处理器之中，而控制系统18的其它元素被包括在其它地方。在一个实施方案中，控制系统18被包含在Texas Instrument制造的TMS320F2810数字信号处理器之中。

现在参照图2，举例说明UPS 10的包括控制系统18的进一步的细节的高水准方框图。UPS 10包括功率因数校正功率级12、逆变器功率级16和充电器功率级26。依照一个实施方案，UPS 10还包括被AC输入端61，AC输出端63和第二DC总线66。在一个实施方案中，第二DC总线66把充电器26与DC电源(例如，电池电源)连结起来。控制系统18包括负荷功率监视器56、电压回路控制器58、除法器60和电流回路控制器62。控制系统还包括节点64。在一个实施方案中，节点64是控制系统的求和节点。依照一个实施方案，功率因数校正功率级12的输入端45被接到AC电源上，功率因数校正功率级的输出43被接到DC总线14上。除此之外，在一个实施方案中，逆变器功率级的输入端46被接到DC总线14上，而逆变器功率级16的输出端48被接到UPS 10的AC输出端63。此外，充电器功率级的输入端26被接到DC总线14上，而充电器功率级的输出端54被接到第二DC总线66上。

在一个实施方案中，AC输出端63和逆变器功率级的输出48在电学上是同一点，也就是说，输出端48就是UPS 10的AC输出。在另一个实施方案中，AC输入61端和功率因数校正功率级12的输入端45电学上是同一点。

在一个实施方案中，负荷功率监视器56包括第一输入端68、第二输入端70和输出端72。在进一步的实施方案中，第一输入端68与第二DC总线66连接，而第二输入端70与UPS 10的AC输出端63连接。电压回路控制器58可能包括输入端74和输出端76。除法器60包括第一输入端78、第二输入端79和输出端80。依照一个实施方案，第二输入端79与UPS 10的AC输入端61连接。电流回路控制器62包括输入端82和输出端84。依照一个实施方案，功率因数校正功率级12包括与电流回路控制器62的输出端84连接的输入端86。

在各种不同的实施方案中，关于电压和电流，第一输入端68和第二输入端70得到关于分别与它们连接的每个相应的电路(即，第二DC总线66和AC输出端63)的信息。依照一个实施方案，第一输入端68和第二输入端70获得一个或多个用来确定瞬时功率的线路电压和线路电流。在其它的实施方案中，线路电压和线路电流两者之一或两者在经传感器(例如，电流感应器、电压传感器，等等)变换之后供应给负荷功率监视器56。

依照一个实施方案，控制系统18把用作DC参考电压的信号供应给电压回路控制器的输入端74。依照一个实施方案，节点64计算负荷功率监视器56的输出端72提供的信号与电压回路控制器58的输出76提供的信号之和。换句话说，依照一个实施方案，控制系统使用使用电压回路控制器58的反馈电压回路控制和使用负荷功率监视器56的前馈负荷功率监控。因此，在这个实施方案的版本中，控制系统18能使用DC总线电压的每个误差(即，相对于设定点)和瞬时负荷功率的变化来控制DC总线电压。

依照一个实施方案，除法器60接受与在输入端78的求和结果相对应的信号和与输入端79的AC输入电压相对应的信号。在这个实施方案的版本中，除法器将在输入端78收到的信号除以在输入端79收到的信号在输出端80产生参考信号。

在一个实施方案中，输入端82接受在除法器60的输出端80提供的信号。在这个实施方案的版本中，该信号对应于供应给电流回路控制器62的参考电流。依照一个实施方案，电流回路控制器在它的输出端84产生供应给功率因数校正功率级12的输入端86的信号。因此，在一个实施方案中，将至少部份地以瞬时负荷功率为基础的参考信号提供给功率因数校正功率级12。在一个实施方案中，该参考信号被用来控制功率因数校正功率级的操作，举例来说，控制用来把DC总线14和电源连接起来的电子开关的切换频率。

控制模块18能用硬件、软件、固件或其组合实现。在一个实施方案中，控制模块18能用运行嵌入式软件和/或固件指令的微处理器或微控制器实现。依照一个实施方案，控制系统18的一个或多个元素可以在电子电路(包括在半导体芯片或晶圆上提供的电路)中提供。在各种不同的实施方案中，一个或多个控制元素56、58、64、60和62被整合到同一电路之中，或者，作为替代，其中的一个或多个元素可能被独自地或与一个或多个控制元素组合地包含在分开的电路之中。

此外，虽然控制系统被列举为有与功率因数校正功率级12连接的单一输出，但是该控制系统18可能包括其它的输入和输出，这些输入和输出被接到功率因数校正功率级12或UPS 10的其它部分上，包括接到逆变器功率级16和充电器功率级26上。为了清楚，在这里没有举例说明这些附加的连接。

现在参照图3A、3B和3C，举例说明一系列波形曲线，这些波形曲线表明本发明的实施方案如何响应负载瞬变。瞬变可能包括UPS供应的功率的任何迅速增加或减少，举例来说，启动风扇或压缩机的电机所引起的电负荷增加。

图3A举例说明在UPS输出端的电流和电压的波形曲线300。图3B举例说明在UPS输出端的瞬时负荷功率的波形曲线308。图3C举例说明下面将更为详细地解释的瞬时负荷功率的累积差异的个波形曲线320。

参照图3A，波形曲线300包括电流波形302和电压波形304。除此之外，波形曲线300举例说明反映在电流波形302中的时间T1的负荷瞬变。在这个范例中，负荷瞬变是负荷增加。然而，本发明的实施方案也可能响应电负荷迅速减少操作。为了突出UPS 10的操作，最初的电流波形306在时间T1之后用虚线举例说明。因此，波形306举例说明稳定态电流，而波形302举例说明在时间T1改变幅度的电流。在列举的范例中，负荷瞬变实质上是瞬间发生的，例如，负荷瞬变是负荷阶梯式增加。此外，如同列举的那样，负荷瞬变引起供应给负荷的电流增加，这是通过电流波形的变化(即，在波形曲线300中出现的阶梯式变化)反映的。

在这个范例中，负荷瞬变发生在第一正半周305期间。后来的正半周307(例如，紧跟着的正半周)和后来的负半周309也在波形曲线300中标注出来。

如图3A-3C所示，负荷瞬变发生在时间T1，第一次横越零线发生在时间T2，在时间T3的第二次横越零线指出第一正半周结束。负半周309的完成和后继正半周307的开始是用发生在时间T4的横越零线指出的，而后继正半周307的完成是用发生在时间T5的横越零线指出的。时间T6代表跟在负荷瞬变首次发生的正半周305后面的后继正半周307。

此外，图3B举例说明的波形316对应于负荷瞬变之前的功率波形并且以虚线表示作为在正半周307的参考。因此，时间T6代表正半周307中对应于第一正半周305的时间T1的点。换句话说，在时间T2发生的横越零线和以时间T1指出的负荷瞬变发生之间的时间间隔等于发生在时间T4的横越零线和时间T6之间的时间间隔。

依照一个实施方案，UPS 10的控制系统18对AC输出端63的负荷速变作出响应，因为控制系统18借助负荷功率监视器56监视负荷功率。如同在此将更为详细地解释的那样，依照一个实施方案，只有当控制系统18确定负荷功率瞬变(增加或减少)足够大的时候信号才可能出现在负荷功率监视器56的输出端72。因此，从负荷功率监视器56的输出端72供应给节点64的信号在许多操作阶段(例如，稳态加载或小的负荷变动，等等)期间可能是零。

参照图3B，波形曲线308举例说明在UPS 10的输出端63提供的功率310的曲线。除此之外，与没有负荷瞬变之时将存在的最初的功率相对应的波形312也以虚线予以举例说明。此外，为了清楚，波形314的另一部分从发生在时间T2的横越零线到发生负荷瞬变的时间T1是用虚线展示的。

各种不同的实施方案都可能使用控制系统的负荷功率监控以提供对负荷瞬变的快速响应。在列举的实施方案中，UPS 10通过在对有相同极性的连续的半周期采样的众多波形样品范围内确定瞬时负荷功率的差异提供对DC总线14的电压的快速调节。换言之，一般地说，本发明的实施方案将在AC波形的正半周上的点与紧跟其后有相同极性的半周期上的相同点的瞬时负荷功率进行比较，例如，瞬时负荷功率的比较是在第一正半周和后继的正半周之间进行的和/或瞬时负荷功率是在第一负半周和后继的负半周之间进行比较的。在各种不同的实施方案中，使用前述的方法，UPS以实质上不足半周期的时间响应AC输出端63的负荷变化。在一个实施方案中，响应时间小于或等于250微秒。在另一个实施方案中，响应时间是小于或等于500微秒。

在进一步的实施方案中，在两个连续的有相同极性的半周期中各个时间点的瞬时负荷功率的差异被累积起来并且与预定的阈值进行比较。在一个实施方案中，当连续的几个周期之间瞬时负荷功率的累积差异超过预定阈值的时候，信号出现在负荷功率监视器的输出端72。在进一步的实施方案中，如果连续的几个周期之间瞬时负荷功率的累积差异不超过预定的阈值，信号不出现在输出端72。

依照另一个实施方案，负荷功率监视器把充电器26的输出端54供应的瞬时功率与输出端63的瞬时负荷功率相加确定UPS 10供应的总瞬时功率。依照这个实施方案，确定和累积在AC输出(有相同的极性)的连续的半周期期间总瞬时负荷功率的差异并且将该差异与预定的阈值进行比较。在这个实施方案的版本中，当总瞬时负荷功率的累积差异超过预定阈值的时候，在负荷功率监视器的输出端72端提供信号。虽然下列描述指的是瞬时负荷功率(即，基于负荷功率监视器56的输入端70确定的)，但是总瞬时功率也可能被使用(即，基于负荷功率监视器56的输入端68和输入端70确定的)。

图4A举例说明依照一个实施方案使用瞬时负荷功率差异的程序400。在一个实施方案中，负荷功率监视器56按预定的时间量抽取每个线路周期的电压和电流样品。在一个实施方案中，每个线路周期被及时地按64个点抽取样品。因此，时间tm和时间tn分别代表来自第一半周期305的采样点和来自后继正半周期307的采样点。更明确地说，时间tm代表时间T2和T1之间(即，负荷瞬变发生之前)采样点。此外，时间tm发生在横越零线开始波形310的第一正半周305之后的某个已知时间量，即后，时间T2之后的某个已知的时间。换句话说，时间量X发生在时间T2和时间tm之间，即tm-T2＝X。因此，时间tn被选定为在横越零线开始波形310的后继正半周307之后发生相同时间量(即，量X)的时间，即tn-T4＝X。

使用这个范例，在阶段402确定在时间tm的瞬时负荷功率。依照一个实施方案，就第一正半周305的每个子样而言，确定瞬时负荷功率是在阶段403之前决定的。在阶段403，确定时间tn的瞬时负荷功率。在阶段404，确定时间tm的瞬时负荷功率和时间tn的瞬时负荷功率之间的差异。换句话说，依照一个实施方案，在阶段404确定的差异是在发生在两个半周期中的相同的相对时间点的采样点确定的瞬时负荷功率之间的差异。

如同先前提到的那样，在一些实施方案中使用有相同极性的后续半周之间的瞬时负荷功率累积差异。在阶段406，把在阶段404确定的差异加到后续的半周期之间(例如，第一正半周305和后续的正半周307之间)的瞬时负荷功率的累积差异上。另外，如同先前提到的那样，瞬时负荷功率的累积差异在一些实施方案中将与预定的阈值进行比较。

在阶段408，瞬时负荷功率的累积差异与预定的阈值进行比较以确定该瞬时负荷功率累积差异是否超过预定的阈值。在该累积负荷功率差异超过预定阈值的情况下，程序400转移到阶段410，在该阶段累积负荷功率差异将被供应给负荷功率监视器56的输出端72，例如，在负荷功率监视器56的输出端72产生与该累积负荷功率差异相对应的信号。

在阶段412，确定采样对正在评估的电流半周期是否已经完成。依照一个实施方案，如果采样对该电流半周期已经完成，在阶段414，累积负荷功率差异被重新设定为零，而且程序再一次针对有相同极性的后续的半周期开始。也如同图4A举例说明的那样，在一些实施方案中，当瞬时负荷功率的累积差异没有超过预定阈值的时候，程序400从阶段408转移到阶段412。如果，在阶段412，确定那采样对该电流半周期尚未完成，该程序转移到阶段416。在阶段416，针对紧跟其后的采样时间(例如，针对时间t_m＝t_m+1和对应的时间t_n＝t_n+1)重复该程序。因此，程序回到阶段403。如同在这里描述的那样，该程序将一直继续下去，直到完成对明确定义的波形周期(例如，半周期)的采样和分析。

程序400可能包括对熟悉这项技术的人将显而易见的各种不同的修正。举例来说，程序400可能是对正半周和负半周两者实现的。换句话说，该程序对于每个周期将是连续的，在这种情况下正半周的瞬时负荷功率将与其它正半周的瞬时负荷功率进行比较而负半周的瞬时负荷功率将以通常在此描述的方式与其它负半周的瞬时负荷功率进行比较。

本发明的实施方案可能通常与多种风格和类型的功率变换电路，尤其是与UPS一起使用。依照一个实施方案，程序400与包括双重DC总线的UPS一起使用，举例来说，其中正的DC总线和负的DC总线都以中(性)线为基准。依照另一个实施方案，程序400与包括单一DC总线的UPS一起使用，举例来说，其中正的DC总线和负的DC总线都不以中(性)线为基准的UPS。

现在参照图3C，举例说明瞬时负荷功率的累积差异的波形曲线320。该波形曲线包括作为虚线展示的预定阈值322、检测到负荷瞬变的第一周期324和检测到负荷瞬变第二周期326。

瞬时负荷功率有反映在波形曲线308中的正值。因此，在图3B中，与波形曲线300的正半周305相对应的功率波形310的区域被识别为区域328而与正半周307相对应的区域被识别为区域330。

在图3B中，波形312反映紧接在半周期328之前的正半周的瞬时负荷功率。因为每一个半周期328和之前的半周期312从时间T2到时间T1有相同的大小，所以瞬时负荷功率的累积差值在时间T1之前是零。在负荷瞬变之时(即，时间T1)，比较半周期328与紧接在其前面的正半周(以波形312表示)的瞬时负荷功率发现瞬时负荷功率在半周期328中比较大。因此，从时间T1开始，瞬时负荷功率的累积差异起因于波形328和波形312之间的瞬时负荷功率差异。因为半周期328的瞬时负荷功率保持比较大(即，保持增大的负荷)，所以累积差异稳定地增加直到在时间T3实现横越零线。

依照一个实施方案，控制系统18将瞬时负荷功率324的累积差异与预定的阈值322进行比较。依照一个实施方案，负荷功率监视器完成这个比较。在列举的范例中，信号在时间T7出现在负荷功率监视器56的输出端72，因为那是瞬时负荷功率的累积差异超过预定阈值322的时间。此外，在列举的实施方案中，就正半周305的周期的剩余部分而言，信号也在输出端72产生。

在图3C中，后续正半周的这个累积负荷功率差异是用曲线326举例说明的。在时间T4，波形330和波形316之间的瞬时负荷功率差异开始累积，直到就那个半周期而言没有对该累积负荷功率的进一步的累加(即，倘若没有进一步的负荷瞬变发生)的时刻T6。换句话说，从时间T1开始，半周期328包括由瞬变引起的瞬时负荷功率的改变。这个变化也反映在波形330中。结果，没有瞬时负荷功率的差异。

现在参照图4B，举例说明可能整合到总程序400中的程序420。依照一个实施方案，程序420被整合到总程序400之中接在阶段410后面。在阶段422，决定把累积负荷功率差异提供给输出端72。换句话说，控制系统18控制功率因数校正功率级操作的部分。然而，在阶段424，提供该差异的决定被进一步评估。依照一个实施方案，如果累积负荷功率差异是针对超过预定阈值的半周期或针对紧接其后的有与超过预定阈值的半周期一样的极性的半周期确定的，那么累积负荷功率差异将继续用来控制功率因数校正功率级的操作。然而，如果这两个判据都得不到满足，在阶段424，程序420转移到阶段426，在那里确定瞬时负荷功率的累积差异是否超过预定的阈值。如果是，累积负荷功率差异继续用来控制功率因数校正功率级的操作。如果不是，瞬时负荷功率的累积差异不再用来控制功率因数校正功率级的操作，如同阶段428指出的那样。换言之，在一个实施方案中，负荷功率监视器56在阶段428停止把信号提供给输出端72。

依照一个实施方案，预定的阈值是基于UPS 10供应的非线性负荷的预期变动建立的。在各种不同的实施方案中，选择预定的阈值时考虑的其它因素包括测量的分辨率，即，每个线路周期选择多少采样点，测量中经历的信号噪音。在这个实施方案的版本中，预定的阈值是这样建立的，以致它大于瞬时功率的这些外来变动的贡献。在一个实施方案中，该预定的阈值被设定为200瓦特。在进一步的实施方案中，该预定的阈值是作为总负荷功率的百分比确定的。在这个实施方案的版本中，预定的阈值被确定为总负荷功率的大约5-6％。

如上所述，一些实施方案能用来改善DC总线电压的瞬间响应。在各种不同的实施方案中，通过选择采样频率控制响应时间。举例来说，较快的采样速率(样品/周期)能导致较快地检测负荷瞬变，从而考虑到DC总线较快的瞬间响应和DC总线电压上冲和下冲方面对应的减少。

瞬时负荷功率仿形系统和在此描述的方法的实施方案可以与单相的或三相的系统一起使用。举例来说，一些实施方案能用于三相系统的负载不平衡和/或负荷呈非线性的场合，因为线路周期也将包括AC成份。因此，一些实施方案能用于多相的应用，包括混合系统，例如，包括作为UPS的输入的三相AC电源和单相UPS输出的那些。

至此已经描述了这项发明的至少一个实施方案的若干方面，人们将领会到各种不同的变更、修正和改进对于熟悉这项技术的人将很容易出现。这样的变更、修正和改进倾向于作为这份揭示的一部份，而且倾向于落在本发明的精神和范围之内。因此，前面的描述和图画仅仅是范例。

Claims

1.一种控制包含在不间断电源(“UPS”)之中的DC总线的电压的方法，该UPS包括与DC总线耦合的功率因数控制电路和AC输出端，该方法包括下列行为：

确定第一时间供应给AC输出端的瞬时功率和第二时间供应给AC输出端的瞬时功率之间的差异；以及

调整功率因数控制电路的操作以便至少部分地基于该差异调整DC总线的电压。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括确定在AC波形的第一周期期间供应给AC输出端的瞬时功率和在AC波形的继第一周期之后的第二周期期间供应的瞬时功率之间的差异的行为。

3.根据权利要求2的方法，其中第一时间以第一时间量发生在第一周期开始之后，而第二时间以与第一时间量的实质上相等的第二时间发生在第二周期开始之后。

4.根据权利要求2的方法，进一步包括把第一时间选定为在AC波形的第一正半周期间发生的时间和把第二时间选定为在紧跟在第一正半周后面的正半周期间发生的时间的行为。

5.根据权利要求1的方法，进一步包括控制UPS的单相AC输入端的功率因数的行为。

6.根据权利要求1的方法，进一步包括确定在AC输出端供应的瞬时功率的累积差异的行为。

7.根据权利要求6的方法，进一步包括把该累积差异提供给功率因数控制电路的行为。

8.根据权利要求6的方法，进一步包括将该累积差异与预定的阈值进行比较的行为。

9.根据权利要求8的方法，进一步包括当累积差异超过预定阈值的时候调整功率因数控制电路的操作调整DC总线的电压的行为。

10.根据权利要求8的方法，其中UPS包括配置成给能量储藏装置充电的充电电路，该充电电路包括DC输出端，而且该方法进一步包括下列行为：

确定第一总和为在第一时间供应给AC输出端的瞬时功率和供应给DC输出端的瞬时功率之和；

确定第二总和为在第二时间供应给AC输出端的瞬时功率和供应给DC输出端的瞬时功率之和；以及

基于第一总和与第二总和之间的差异确定累积差异。

11.根据权利要求8的方法，进一步包括使用该累积差异产生参考电流信号的行为。

12.根据权利要求1的方法，进一步包括下列行为：

确定DC总线电压的误差，以及

使用每个误差和累积差异控制电压。

13.根据权利要求1的方法，进一步包括在AC输出端提供AC波形并且在负荷功率的瞬时变化实质上大于预定的阈值之后按实质上小于AC波形半周期的时间量调整功率因数控制电路的操作的行为。

14.一种不间断电源(“UPS”)，其中包括：

AC输出端；

功率因数控制电路；以及

与功率因数控制电路耦合的DC总线，

其中功率因数控制电路配置成确定供应给AC输出端的瞬时功率的差异并且至少部分地基于该差异调整DC总线的电压。

15.根据权利要求14的UPS，进一步包括单相AC输入端。

16.根据权利要求14的UPS，其中功率因数控制电路配置成确定供应给AC输出端的瞬时功率的累积差异。

17.根据权利要求16的UPS，其中累积差异是基于在AC波形的第一周期中的众多点确定的瞬时功率与在AC波形的第二周期中的众多点确定的瞬时功率的比较结果确定的。

18.根据权利要求16的UPS，其中功率因数控制电路配置成将累积差异与预定的阈值进行比较。

19.根据权利要求18的UPS，其中功率因数控制电路配置成当累积差异超过预定阈值的时候调整UPS的操作。

20.根据权利要求16的UPS，其中功率因数控制电路配置成使用累积差异产生参考电流信号。

21.根据权利要求20的UPS，其中功率因数控制电路包括电压回路控制电路，而功率因数控制电路配置成使用电压回路控制电路产生的信号产生参考电流信号。

22.根据权利要求14的UPS，进一步包括配置成给能量储藏装置充电的充电电路，该充电电路包括DC输出端，而且功率因数控制电路配置成确定供应给AC输出端和DC输出端的总瞬时功率的差异并且至少部分地基于总瞬时功率的差异调整UPS的操作。

23.根据权利要求14的UPS，进一步包括多相的AC输入端。

24.根据权利要求14的UPS，进一步包括有与DC总线耦合的输入和与AC输出端耦合的输出的逆变器。

25.一种不间断电源(“UPS”)，其中包括：

DC总线；

AC输出端；

与DC总线耦合用来以供应给AC输出端的瞬时功率的差异为基础控制DC总线电压的装置。

26.根据权利要求25的UPS，进一步包括有与DC总线耦合的输入和与AC输出端耦合的输出的逆变器。

27.根据权利要求25的UPS，进一步包括单相AC输入端。

28.根据权利要求25的UPS，其中控制装置包括用来确定供应给AC输出端的瞬时功率的累积差异的装置。

29.根据权利要求28的UPS，其中累积差异是基于在AC波形的第一周期中的众多点确定的瞬时功率与在AC波形的第二周期中的众多点确定的瞬时功率的比较结果确定的。

30.根据权利要求28的UPS，其中控制装置包括用来将累积差异与预定阈值进行比较的装置。

31.根据权利要求30的UPS，其中控制装置包括当累积差异超过预定阈值的时候用来调整UPS的操作的装置。

32.根据权利要求28的UPS，其中控制装置包括使用累积差异产生参考电流信号的装置。

33.根据权利要求32的UPS，其中控制装置包括电压回路控制电路，该控制装置配置成使用电压回路控制电路产生的信号产生参考电流信号。

34.根据权利要求25的UPS，进一步包括配置成给能量储藏装置充电的充电电路，该充电电路包括DC输出端，而且控制装置配置成确定供应给AC输出端和DC输出端的总瞬时功率的差异并且至少部分基于该总瞬时功率差异调整UPS的操作。

35.根据权利要求25的UPS，进一步包括多相的AC输入端。