ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ (ИБП) С ЧИСТЫМИ ВХОДАМИ, С БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫПРЯМИТЕЛЯ И УВЕЛИЧЕННЫМ СРОКОМ СЛУЖБЫ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2012 года по МПК H02J9/06 

Уровень техники изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к источникам бесперебойного питания, в частности к регулированию активных выпрямителей для источников бесперебойного питания.

Обзор состояния техники

Аккумуляторные батареи, которые применяют в системах источников бесперебойного питания (ИБП), обычно подвергаются вредному воздействию пульсирующих токов и быстроразвивающихся разрядных импульсов, которые могут негативно влиять на срок службы аккумуляторной батареи, связанной с системой. В режиме с несимметричными нагрузками выходной инвертер отбирает удвоенную частоту сети из вставки постоянного тока и колебательный ток, который формируется выпрямителем и аккумуляторной батареей. Обычные выпрямители могут обеспечивать только среднее значение данного колебательного тока, следовательно, от аккумуляторной батареи должен отбираться пульсирующий ток, что негативно влияет на срок службы аккумуляторной батареи. Если нагрузка ИБП не является симметричной, то соответствующая активная мощность не является постоянной. В данном случае возможно существование двух предельных рабочих режимов. Первый рабочий режим требует отбора постоянной активной мощности из энергосистемы общего пользования, что приводит к получению синусоидальных токов ценой создания высоких пульсаций тока в аккумуляторной батарее. Второй рабочий режим требует отбора колебательной активной мощности из энергосистемы общего пользования и, следовательно, получения несинусоидальных токов, при этом режим работы теоретически осуществим без отбора какого-либо тока из аккумуляторной батареи.

Обычно, в качестве входных устройств источника бесперебойного питания (ИБП) применяли шесть или двенадцать импульсных тиристорных выпрямителей, иногда, в сочетании с пассивными фильтрами. Однако при применении данных конкретных топологий было невозможно добиться быстродействующего регулирования тока, которое требуется для решения вышеупомянутых проблем. В настоящее время применяют более передовые мощные топологии для создания ИБП с так называемыми «чистыми входами», которые могут отбирать из сети синусоидальные токи при высоком коэффициенте мощности. Типичные входные конвертеры содержат выпрямители тока или напряжения, часто называемые IGBT-выпрямителями (выпрямителями на биполярных транзисторах с изолированным затвором). Данные конвертеры позволяют охватывать полосу частот с шириной, необходимой для организации операции регулирования тока. Однако необходима доработка регулирования, чтобы воспользоваться данным быстродействующим регулированием тока для решения упомянутых проблем, т.е. увеличения срока службы аккумуляторной батареи и получения очень жесткого регулирования напряжения вставки постоянного тока.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к регулированию активных выпрямителей для источников бесперебойного питания. В частности, аспекты настоящего изобретения включают в себя систему регулирования активного выпрямителя, которая выполнена с возможностью повышения характеристики регулирования отклика системы источника бесперебойного питания (ИБП) для энергоснабжения нагрузки, при этом система регулирования активного выпрямителя обеспечивает жесткое регулирование напряжения вставки постоянного тока, получаемого в результате объединения связанных выходов аккумуляторной батареи и активного выпрямителя, с уменьшением тем самым мощности, отбираемой от аккумуляторной батареи. Система регулирования содержит контроллер напряжения с прямой обратной связью, при этом контроллер напряжения с прямой обратной связью содержит компонент, составляющий пропорционально-интегральный (PI) контроллер, при этом компонент, составляющий PI-контроллер, выполнен с возможностью определения опорного значения тока для погрешности напряжения по входным значениям опорного постоянного напряжения и постоянного напряжения, и компонент определения тока прямой обратной связи, при этом компонент определения тока прямой обратной связи выполнен с возможностью определения значения тока прямой обратной связи по входному значению активного тока.

Система регулирования дополнительно содержит переменный ограничивающий компонент, при этом переменный ограничивающий компонент выполнен с возможностью определения ограниченного опорного значения тока по опорному входному значению постоянного тока, и компонент регулирования тока, при этом компонент регулирования тока выполнен с возможностью получения установленного ограниченного опорного значения тока из переменного ограничивающего компонента, в котором установленное ограниченное опорное значение тока применяется как опорное значение для низкоуровневого контроллера тока.

Дополнительные аспекты настоящего изобретения относятся к способу системы регулирования активного выпрямителя для повышения характеристики регулирования отклика системы источника бесперебойного питания (ИБП) для энергоснабжения нагрузки, при этом способ содержит этапы, заключающиеся в том, что определяют значение активной мощности в нагрузке, делят значение активной мощности в нагрузке на значение постоянного напряжения для определения входного значения активного тока, определяют значение тока прямой обратной связи и определяют опорное значение тока для погрешности напряжения. Способ дополнительно содержит этапы, заключающиеся в том, что определяют опорное входное значение постоянного тока по сумме опорного значения тока для погрешности напряжения и значения тока прямой обратной связи, подают опорное входное значение постоянного тока в переменный ограничивающий компонент, при этом переменный ограничивающий компонент выполнен с возможностью использования опорного входного значения постоянного тока для вычисления ограниченного опорного значения тока, и подают ограниченное опорное значение тока в компонент регулирования тока.

Дополнительные признаки и преимущества реализуются методами в соответствии с настоящим изобретением.

Краткое описание чертежей

Предмет, который полагается изобретением, детально указан и четко заявлен в формуле изобретения по окончании настоящего описания. Вышеупомянутые и другие цели, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, взятого в связи с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фигура 1 - схема, поясняющая аспекты выпрямителя тока, который можно реализовать в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Фигура 2 - схема, поясняющая двухфазное представление компонента, составляющего схему переменного тока выпрямителя тока, показанного на фигуре 1.

Фигура 3 - схема, подробно поясняющая аспекты контроллера напряжения с прямой обратной связью, который можно реализовать в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Фигура 4 - схема, поясняющая распределение активной мощности в примере с симметричной линейной нагрузкой.

Фигура 5 - схема, поясняющая распределение активной мощности в примере с несимметричной линейной нагрузкой.

Фигура 6 - снимок экрана, поясняющий несимметричную линейную нагрузку с переменным параметром K=l.

Фигура 7 - снимок экрана, поясняющий несимметричную линейную нагрузку с переменным параметром K=0.

В подробном описании, со ссылками на чертежи, поясняются предпочтительные варианты осуществления изобретения вместе с преимуществами и признаками.

Подробное описание изобретения

Ниже приведено подробное описание, по меньшей мере, одного примерного варианта осуществления изобретения. Предлагаемые варианты осуществления предназначены только для пояснения, поскольку специалистам со средним уровнем компетентности будут очевидны их многочисленные модификации и варианты.

Настоящее изобретение относится к системам ИБП, в частности, с регулированием активных выпрямителей для систем ИБП. Во время работы активные выпрямители служат для выполнения систем ИБП с чистыми выходами, которые могут отбирать из сети синусоидальные токи при высоком коэффициенте мощности. Аспекты настоящего изобретения относятся к системе регулирования, при этом система регулирования выполнена для реализации операций быстродействующего регулирования выпрямителя, которые имеют следствием увеличение срока службы аккумуляторной батареи, которая связана с активным выпрямителем системы ИБП. В соответствии с аспектами настоящего изобретения в режиме с несимметричной нагрузкой можно выбрать искомый режим между двумя возможными предельными режимами, то есть реализацию чистого входа мощности, что имеет следствием сокращение срока службы аккумуляторной батареи, или реализацию нечистого входа мощности, что имеет следствием увеличение срока службы аккумуляторной батареи. Кроме того, настоящее изобретение использует быстродействующее регулирование выпрямителя, чтобы создать возможность получения очень жесткого регулирования напряжения вставки постоянного тока даже при предельных ступенчатых изменениях нагрузки. Кроме того, данный аспект обеспечивает в результате увеличение срока службы аккумуляторной батареи (из аккумуляторной батареи не отбирается энергия во время ступенчатых изменений нагрузки), повышенную динамическую жесткость выходного инвертера, а также повышенную надежность преобразователей мощности; в частности, в примерах, когда аккумуляторная батарея не подключена, или если применяется альтернативная система аккумулирования энергии.

Как упоминалось выше, настоящая система регулирования позволяет свести к минимуму пульсирующий ток, отбираемый из аккумуляторной батареи в несимметричном режиме. Кроме того, быстродействующее регулирование выпрямителя, которое реализуется в системе регулирования, обеспечивает возможность получения очень жесткого регулирования напряжения вставки постоянного тока даже при предельных ступенчатых изменениях нагрузки. Данный функциональный аспект достигается сначала сведением к минимуму количества энергии, отбираемой из аккумуляторной батареи во время значительных ступенчатых изменений нагрузки, и затем получением повышенной динамической жесткости выходного инвертера (данный аспект очень полезен в примерах, когда существует пульсирующая нагрузка, например, в медицинских визуализирующих системах). И, наконец, посредством исключения высоких напряжений вставки постоянного тока при резких сбросах нагрузки добиваются повышенной надежности преобразователей мощности, в частности, если аккумуляторная батарея не подключена или если применяется альтернативная система аккумулирования энергии.

Фигура 1 поясняет аспекты топологии выпрямителя тока, который можно реализовать в вариантах осуществления настоящего изобретения. Как показано на фигуре 1, конвертер 100 состоит из моста с шестью IGBT (биполярными транзисторами с изолированным затвором) 105 (TR1-TR6) и шестью диодами 110 (D1-D6). Со стороны переменного тока мост содержит трехфазный индуктивно-емкостной (LC) фильтр 115 (L1, L2 и L3 и C12, C23 и C31) и служит для защиты от ввода высокочастотных гармоник, обусловленных коммутацией, в электрическую сеть 120 (источники напряжения V1, V2 и V3). Со стороны постоянного тока мост содержит обратный диод D0 125, индуктивность L_dc 130 фильтра и емкость C_dc 135 вставки постоянного тока. Ток i_inv 140 источника представляет ток, отбираемый инвертером. Принцип действия проявителя 100 поясняется ниже. В предположении наличия постоянного тока i_dc 145 вставки постоянного тока и надлежащей модуляции шестью ключами 105 можно сформировать три тока 155 с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией (i_r1, i_r2 и i_r3). Как прослеживается от энергосистемы общего пользования и через трехфазный LC-фильтр 115, данные токи являются трехфазными токами 150, i_s1, i_s2 и i_s3, и регулируются до синусоидальной формы.

Приведенная примерная конфигурация создает две систематические проблемы регулирования. Первая проблема связана с регулированием тока, то есть желательно отбирать три синусоидальных тока 150, i_s1, i_s2 и i_s3, при одновременной коррекции резонанса LC-фильтра 115. С данной проблемой справляются в двухфазной системе координат, которая вращается с частотой сети. Путем выполнения необходимых преобразований стороны переменного тока конвертера получают две схемы (205, 210), представленные на фигуре 2. В действительности две схемы должны быть связаны, но в данном примере регулирования такая связь не будет учитываться.

В установившемся режиме все синусоидальные параметры со стороны переменного тока конвертера, показанного на фигуре 1, становятся постоянными параметрами во вращающемся двухфазном представлении, показанном на фигуре 2. Это допускает разработку регулирования в пространстве состояний с прямой обратной связью по возмущению по двум схемам, показанным на фигуре 2. В частности, параметры состояния представляют собой фазные токи i_sA и i_sB (206, 211) и напряжения u_cA и u_cB (208, 213) на конденсаторах фильтра. Параметры возмущений представляют собой напряжения u_mA и u_mB (209, 214) энергосистемы общего пользования, и параметры регулирования представляют собой токи i_rA и i_rB (207, 212). Данные параметры являются преобразованием во вращающейся двухфазной системе координат трех токов 155, i_r1, i_r2 и i_r3, показанных на фигуре 1. Данные токи получают посредством широтно-импульсной модуляции тока i_dc 145 вставки постоянного тока, воздействующего на шесть ключей 105 TR1-TR6. В данном случае общепринято применение модуляции по току в пространстве состояний с непосредственным использованием двух параметров i_rA и i_rB (207, 212). Характеристика, которую можно получить в виде суммарного коэффициента гармоник входных токов (THD), ограничена частотой переключений и величиной индуктивностей L1, L2 и L3 фильтра в LC-фильтре 115. В данном случае требуется принимать компромиссное решение относительно THD входных токов, потерь при переключении и величиной индуктивности фильтра.

Как показано на фигуре 1, вторая проблема регулирования заключается в том, как получить очень жесткое регулирование напряжения Vdc 160 вставки постоянного тока, даже при предельных ступенчатых изменениях нагрузки, представленной током i_inv 140 нагрузки инвертера. Как пояснялось выше, очень жесткое регулирование напряжения вставки постоянного тока дает несколько преимуществ. Во-первых, количество энергии, отбираемой из аккумуляторной батареи во время значительных ступенчатых изменений нагрузки, сводится к минимуму, что имеет следствием увеличение срока службы аккумуляторной батареи. Во-вторых, обеспечивается повышенная динамическая жесткость выходного инвертера. Как упоминалось выше, данный конкретный аспект очень полезен в случае систем с пульсирующей нагрузкой, медицинских визуализирующих систем. И, наконец, посредством исключения высоких напряжений вставки постоянного тока при резких сбросах нагрузки добиваются повышенной надежности преобразователей мощности, в частности, если аккумуляторная батарея не подключена или если применяется альтернативная система аккумулирования энергии.

Как показано на фигуре 1, регулирование напряжения Vdc 160 вставки постоянного тока достигается путем принуждения тока i_dc 145 вставки постоянного тока следованию опорному значению idc_ref. Указанное реализуется в контроллере напряжения 300, как показано на фигуре 3. Опорное значение idc_refNL 332 состоит из двух составляющих. Первая составляющая I_v 308 происходит из компонента 306, составляющего стандартный PI (пропорционально-интегральный) контроллер, при этом в компонент 306, составляющий стандартный PI-контроллер, подается погрешность напряжения, представленная как V_dcref-V_dc (302, 304). Вторая составляющая I_L 328 представляет собой составляющую прямой обратной связи, основанную на мгновенной активной мощности P_ACload 310, рассеянной нагрузкой на выходе инвертера. Затем суммарный опорный ток i_dcrefNL 332 пропускается через переменный ограничивающий компонент limAT 334, необходимый для регулирования всех возможных рабочих режимов, относящихся к аккумуляторной батарее. Ограниченный опорный ток i_sAref 336 является опорным током для компонента 205 (фигура 2) контроллера фазного тока. Соответственно, для компонента 210 i_sBref 338 такого же контроллера устанавливается равным 0, чтобы отбирать синусоидальные токи из энергосистемы общего пользования при единичном коэффициенте мощности. Центральным моментом изобретения является составляющая I_L 328 прямой обратной связи, образованная из трех составляющих I_fw1, I_fw2 и I_fw3 (325, 326 и 327).

Составляющие I_fw1, I_fw2 и I_fw3 (325, 326 и 327) прямой обратной связи объясняются ниже со ссылками на фигуры 4 и 5, представляющие распределение активной мощности в системе ИБП в случае симметричной и несимметричной нагрузки соответственно. Данные фигуры показывают активную мощность в различных точках внутри системы ИБП, в частности P_ACin является активной мощностью, отбираемой из энергосистемы 402 общего пользования, P_DC является активной мощностью, обеспечиваемой выпрямителем 406, P_B является активной мощностью, обеспечиваемой аккумуляторной батареей 412, и P_ACload является активной мощностью, отбираемой из нагрузки 422. Данные мощности могут быть определены из следующих уравнений:

Уравнение 1

Уравнение 2

Уравнение 3

Уравнение 4

В данных уравнениях u_i и i_i являются переменными фазными напряжениями и токами нагрузки, u_mi и i_mi являются переменными фазными напряжениями и токами на входе ИБП, U_DC является напряжением вставки постоянного тока, I_DC 408 является постоянным током, обеспечиваемым выпрямителем, и I_B 414 является постоянным током, обеспечиваемым аккумуляторной батареей 412.

В предположении идеальной эффективности ИБП суммарная активная мощность должна сберегаться в любой точке системы, в частности

Уравнение 5

Данное уравнение указывает, что активная мощность, потребляемая нагрузкой, должна поступать из энергосистемы общего пользования и из аккумуляторной батареи.

В случае симметричной линейной нагрузки на выходе 424 ИБП, как показано на фигуре 4, уравнение 4 свидетельствует, что P_ACload является постоянной. Поэтому уравнения 5 и 1 устанавливают, что из энергосистемы общего пользования возможен отбор синусоидальных токов i_mi, без отбора тока из аккумуляторной батареи 412.

В случае несимметричной линейной нагрузки на выходе 524 ИБП, как показано на фигуре 5, уравнение 5 свидетельствует, что P_ACload характеризуется синусоидальным колебанием с удвоенной частотой энергосистемы общего пользования. Поэтому могут иметь место два предельных случая, как указано уравнениями 5 и 1. В первом случае (обозначенном буквой A на фигуре 5) аккумуляторная батарея 512 обеспечивает колебательную составляющую P_ACload, тогда как постоянная активная мощность отбирается из энергосистемы 502 общего пользования. Это означает, что синусоидальные токи i_mi 504 могут отбираться из энергосистемы общего пользования за счет сокращения срока службы аккумуляторной батареи, что обусловлено пульсацией тока аккумуляторной батареи. Во втором случае (обозначенном буквой B на фигуре 5) выпрямитель 506 обеспечивает всю необходимую активную мощность, в частности, включая колебательную составляющую. Следовательно, срок службы аккумуляторной батареи 512 не сокращается, но в результате невозможно отбирать синусоидальные токи из энергосистемы 502 общего пользования.

Данный второй режим работы нуждается в активном выпрямителе с быстродействующим регулированием тока, чтобы отслеживать необходимое синусоидальное колебание постоянного тока I_DC 508. Обычно это невозможно при наличии стандартных шести импульсных тиристорных выпрямителей. Ниже, со ссылкой на фигуру 3, приведено описание, как с помощью предлагаемого контроллера 300 напряжения можно получить любой режим работы между двумя вышеописанными сценариями. Активная мощность, потребляемая нагрузкой, делится на напряжение V_DC 312 вставки постоянного тока для формирования суммарного постоянного тока I_att 314. Благодаря параметру K (изменяемого от 0 до 1) ток I_att 314 может проходить в заданной пропорции через вторую и третью ветви (320, 322) схемы прямой обратной связи в виде составляющих I_fw2 и I_fw3 (326, 325).

В частности, при установке параметра K равным 1 весь ток I_att 314 будет проходить через низкочастотный фильтр 316 для формирования составляющей I_fw2 326 прямой обратной связи. Тогда, в случае несимметричной нагрузки, получают вышеописанный режим работы, то есть синусоидальные токи i_mi могут отбираться из энергосистемы общего пользования за счет пульсации тока аккумуляторной батареи (т.е. с сокращением срока службы аккумуляторной батареи). С другой стороны, при установке параметра K равным 0 весь ток I_att 314 будет формировать составляющую I_fw3 325 прямой обратной связи. Тогда, в случае несимметричной нагрузки, получают вышеописанный режим работы, особенность которого в том, что срок службы аккумуляторной батареи не сокращается, но отсутствует возможность отбора синусоидальных токов из энергосистемы общего пользования. Любой режим работы между двумя описанными предельными случаями можно получить с использованием значения K от 0 до 1.

В третьей ветви схемы прямой обратной связи, показанной на фигуре 3, составляющая I_fw1 327 определяется прохождением тока I_att 314 через селективный ступенчатый фильтр 318 и параметр KJ 324. Данная составляющая прямой обратной связи несет ответственность за обеспечение высокой жесткости регулирования по напряжению во время значительных скачков нагрузки. По существу, благодаря селективному ступенчатому фильтру I_fw1 327 является активным только в течение короткого времени после ступенчатого изменения нагрузки, поэтому будет отфильтровываться любое постоянное колебание I_att 314.

В соответствии с аспектами настоящего изобретения селективный ступенчатый фильтр можно реализовать разными способами (например, с использованием технологий быстрого преобразования Фурье (БПФ), полосовых фильтров и т.п.). Обычно, I_att 314 может содержать колебательные составляющие с удвоенной частотой энергосистемы общего пользования (в случае несимметричной нагрузки) или с шестикратной частотой энергосистемы общего пользования (в случае нелинейной или компьютерной нагрузки). В частности, селективный ступенчатый фильтр предназначен для внесения сильного затухания всех колебательных составляющих I_att 314.

Как пояснялось выше, очень жесткое регулирование напряжения вставки постоянного тока обеспечивает несколько преимуществ. Во-первых, сводится к минимуму количество энергии, отбираемой из аккумуляторной батареи во время значительных ступенчатых колебаний нагрузки, и, по существу, обеспечивается увеличение срока службы аккумуляторной батареи. Во-вторых, достигается повышенная динамическая жесткость выходного инвертера. И, наконец, благодаря исключению высоких напряжений вставки постоянного тока при резком сбросе нагрузки обеспечивается повышенная надежность преобразователей мощности, особенно, если аккумуляторная батарея не подключена, или в случае, если применяется альтернативная система аккумулирования энергии.

На фигурах 6 и 7 представлены снимки экрана, показывающие экспериментальные результаты, полученные с ИБП, подающего мощность в несимметричную нагрузку. На фигуре 6 показан режим работы, который получен, когда K=1. В данном примере входной ток 610 является синусоидальным, но пульсирующий ток 615 аккумуляторной батареи равен 40 A двойной амплитуды. Кроме того, входной коэффициент мощности равен 1, как видно из напряжения 605, синфазного с током. На фигуре 7 показан режим работы, который получен, когда K=0. В данном примере входной ток 710 не синусоидален, но пульсирующий ток 715 аккумуляторной батареи уменьшен до 16 A двойной амплитуды.

Блок-схемы, приведенные в настоящей заявке, представлены только для наглядности. По существу, существуют многочисленные варианты данных схем или этапов (или операций), описанных в настоящей заявке, которые можно реализовать без выхода за пределы существа изобретения. Все вытекающие варианты полагаются частью заявленного изобретения.

Выше изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, однако специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что элементы упомянутых вариантов осуществления допускают различные изменения и замены их эквивалентами, без выхода за пределы объема изобретения. Кроме того, можно осуществлять многочисленные модификации принципов изобретения для доработки под конкретные обстоятельства или материалы, без выхода за пределы фактического объема данных принципов. Поэтому предполагается, что изобретение не ограничено конкретным описанным вариантом осуществления в качестве наилучшего или единственного варианта, предполагаемого для осуществления данного изобретения, но что изобретение будет охватывать все варианты осуществления, находящиеся в пределах объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, применение терминов в единственном числе и т.п. не означает ограничения количества, но означает скорее наличие, по меньшей мере, одного из упоминаемых элементов.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ НА ЧЕРТЕЖАХ

Фиг. 1

100 Выпрямитель

105 Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)

110 Диоды

115 Трехфазный индуктивно-емкостной (LC) фильтр

120 Электрическая сеть

125 Диод

130 Индуктивность фильтра

135 Емкость вставки постоянного тока

140 Ток источника

145 Ток вставки постоянного тока

150 Ключи (транзисторы)

160 Напряжение вставки постоянного тока

Фиг. 2

205 Схема

206 Фазный ток

207 Ток

208 Напряжение на конденсаторе фильтра

209 Напряжения энергосистемы общего пользования

210 Схема

211 Фазный ток

212 Ток

213 Напряжение на конденсаторе фильтра

214 Напряжения энергосистемы общего пользования

Фиг. 3

300 Контроллер напряжения

302 V_dcref

304 V_dc

306 PI-контроллер

308 I_V

310 P_ACload

312 V_dc

314 I_att

316 Низкочастотный фильтр

318 Селективный ступенчатый фильтр

320 Третья ветвь

322 Вторая ветвь

324 Первая ветвь

325 I_fw1

326 I_fw2

327 I_fw3

328 I_L

332 i_dcrefNL

334 Переменный ограничивающий компонент

336 i_sAref

338 i_sBref

Фиг. 4

400 Точки активной мощности системы ИБП

402 Энергосистема общего пользования

404 I_mi

406 Выпрямитель

408 I_DC

410 Вставка постоянного тока

412 Аккумуляторная батарея

414 I_B

416 I_DС+I_B

418 Инвертер

420 i_i

422 Нагрузка

424 Выход ИБП

Фиг. 5

500 Точки активной мощности системы ИБП

502 Энергосистема общего пользования

504 I_mi

506 Выпрямитель

508 I_DC

510 Вставка постоянного тока

512 Аккумуляторная батарея

514 I_B

516 I_DС+I_B

518 Инвертер

520 i_i

522 Нагрузка

524 Выход ИБП

Фиг. 6

605 Напряжение

610 Входной ток

615 Пульсирующий ток аккумуляторной батареи

Фиг. 7

705 Напряжение

710 Входной ток

715 Пульсирующий ток аккумуляторной батареи

Настоящее изобретение относится к регулированию активных выпрямителей для систем ИБП. Аспекты настоящего изобретения относятся к алгоритму регулирования, который реализуется для выполнения операции быстродействующего регулирования выпрямителя, которая имеет следствием повышение срока службы аккумуляторной батареи, которая связана с активным выпрямителем системы ИБП. В соответствии с аспектами настоящего изобретения в режиме с несимметричной нагрузкой можно выбрать искомый режим между двумя возможными предельными режимами, то есть реализацию чистого входа мощности, что имеет следствием сокращение срока службы аккумуляторной батареи, или реализацию нечистого входа мощности, что имеет следствием увеличение срока службы аккумуляторной батареи. Кроме того, настоящее изобретение использует быстродействующее регулирование выпрямителя и специальную операцию регулирования с прямой связью, чтобы обеспечить технический результат - создать возможность получения очень жесткого регулирования напряжения вставки постоянного тока даже при предельных ступенчатых изменениях нагрузки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система регулирования активного выпрямителя, которая выполнена с возможностью улучшения характеристики регулирования отклика системы источника бесперебойного питания (ИБП) для энергоснабжения нагрузки, при этом система регулирования активного выпрямителя обеспечивает жесткое регулирование напряжения вставки постоянного тока, получаемого с объединенных связанных выходов аккумуляторной батареи и активного выпрямителя, с уменьшением тем самым мощности, принимаемой от аккумуляторной батареи, при этом система регулирования содержит: контроллер (300) напряжения с прямой связью, при этом контроллер (300) напряжения с прямой связью содержит:
пропорционально-интегральный (PI) компонент (306) контроллера, при этом PI - компонент (306) выполнен с возможностью определения опорного значения (308) тока для погрешности напряжения по входным значениям опорного постоянного напряжения (302) и постоянного напряжения (304); компонент (330) определения тока с прямой связью, при этом компонент (330) определения тока с прямой связью выполнен с возможностью определения значения (328) тока прямой связи по входному значению (314) активного тока; компонент (334) изменяющегося ограничения, выполненный с возможностью определения ограниченного опорного значения (336) тока по опорному входному значению (332) постоянного тока; и компонент (340) регулирования тока, выполненный с возможностью получения определенного ограниченного опорного значения (336) тока из компонента (334) изменяющегося ограничения, в котором определенное ограниченное опорное значение (336) тока применяется как опорное значение для контроллера тока низкого уровня.

2. Система регулирования по п.1, в которой входное значение (314) активного тока определяется делением значения (310) активной мощности нагрузки на входное значение (312) постоянного напряжения.

3. Система регулирования по п.2, в которой опорное входное значение (332) постоянного тока определяется по сумме опорного значения (308) тока для погрешности напряжения и значения (328) тока прямой связи.

4. Система регулирования по п.3, в которой значение (328) тока прямой связи определяется по сумме первого значения (325) тока прямой связи, второго значения (326) тока прямой связи и третьего значения (327) тока прямой связи.

5. Система регулирования по п.4, в которой первое значение (325) тока прямой связи определяется пропусканием входного значения (314) активного тока через селективный ступенчатый фильтр (318) и затем умножением входного значения (314) активного тока на переменный параметр KJ (324), второе значение (326) тока прямой связи определяется пропусканием входного значения (314) активного тока через низкочастотный фильтр и затем умножением входного значения (314) активного тока на переменный параметр К (322), и третье значение (327) тока прямой связи определяется умножением входного значения (314) активного тока на переменный параметр 1-К (320).

6. Способ улучшения характеристики регулирования отклика системы источника бесперебойного питания (ИБП) для энергоснабжения нагрузки в системе регулирования активного выпрямителя, при этом система регулирования активного выпрямителя обеспечивает жесткое регулирование напряжения вставки постоянного тока, получаемого с объединенных связанных выходов аккумуляторной батареи и активного выпрямителя, с уменьшением тем самым мощности, получаемой от аккумуляторной батареи, при этом способ содержит этапы, на которых определяют значение (310) активной мощности нагрузки,
делят значение (310) активной мощности нагрузки на значение (312) постоянного напряжения для определения входного значения активного тока; определяют значение (328) тока прямой связи; определяют опорное значение (308) тока для погрешности напряжения; определяют опорное входное значение (332) постоянного тока по сумме опорного значения (308) тока для погрешности напряжения и значения (328) тока прямой связи; обеспечивают опорное входное значение постоянного тока в компонент (334) изменяющегося ограничения, выполненный с возможностью использования опорного входного значения (332) постоянного тока для вычисления ограниченного опорного значения (336) тока; и обеспечивают ограниченное опорное значение (336) тока в компонент (340) регулирования тока.

7. Способ по п.6, в котором значение (328) тока прямой связи определяют по сумме первого значения (325) тока прямой связи, второго значения (326) тока прямой связи и третьего значения (327) тока прямой связи.

8. Способ по п.7, в котором первое значение (325) тока прямой связи определяют пропусканием входного значения (314) активного тока через селективный ступенчатый фильтр (318) и затем умножением входного значения (314) активного тока на переменный параметр KJ (324), второе значение (326) тока прямой связи определяют пропусканием входного значения (314) активного тока через низкочастотный фильтр (316) и затем умножением входного значения (314) активного тока на переменный параметр К (322), и третье значение (327) тока прямой связи определяют умножением входного значения (314) активного тока на переменный параметр 1-К (320).

9. Способ по п.8, в котором 0<К<1.

10. Способ по п.9, в котором в случае, если 0<К<1,то входное значение (314) активного тока делят в заданной пропорции на второе значение (326) тока прямой связи и третье значение (327) тока прямой связи.