Преобразователь частоты и стабилизатор напряжения источника бесперебойного питания

Преобразователь частоты и стабилизатор напряжения источника бесперебойного питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

По меньшей мере, один вариант осуществления настоящего изобретения в целом относится к управлению преобразователем, а более точно, к управлению преобразователем, связанным с, по меньшей мере, одним из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

Предшествующий уровень техники

Преобразователи, которые формируют, по меньшей мере, часть источников бесперебойного питания (ИБП, UPS), преобразователей частоты или стабилизаторов напряжения, используются для обеспечения надежного питания для разных типов электронного оборудования. Зачастую, это электронное оборудование требует конкретных значений напряжения и/или тока, подаваемых из преобразователя. Нежелательное искажение во входном токе преобразователя может проходить через выход преобразователя и подаваться на электрическое оборудование, что приводит к неэффективной работе, потере производительности и может потребовать дорогостоящего ремонта или замены электрических компонентов.

На Фиг.1 приведена структурная схема типичного преобразователя 100, который образует часть ИБП, который обеспечивает стабилизированное питание, а также резервное питание на нагрузку 140. ИБП, подобные показанному на фиг.1, доступны от корпорации American Power Conversion (APC), Западный Кингстон, RI. Преобразователь 100 может включать в себя выпрямитель 110, инвертор 120, контроллер 130 и аккумуляторную батарею 150. Преобразователь 100 имеет входы 112 и 114 для присоединения, соответственно, к линии и нейтрали входного источника питания переменного тока (AC) и имеет выходы 116 и 118 для обеспечения выходной линии и нейтрали в нагрузку 140.

В линейном режиме работы, под управлением контроллера 130, выпрямитель 110 принимает входное напряжение переменного тока и обеспечивает положительное и отрицательное выходные напряжения постоянного тока (DC) на выходных линиях 121 и 122 по отношению к общей линии 124. В режиме работы от аккумуляторной батареи, при потере входного питания переменного тока, выпрямитель 110 вырабатывает напряжения постоянного тока из аккумуляторной батареи 150. Общая линия 124 может быть присоединена к входной нейтрали 114 и выходной нейтрали 118 для обеспечения непрерывной нейтрали через преобразователь 100. Инвертор 120 принимает напряжения постоянного тока из выпрямителя и обеспечивает выходное напряжение переменного тока на линиях 116 и 118.

Краткое изложение существа изобретения

Система и способы, раскрытие в материалах настоящей заявки контролируют и управляют входным сигналом в преобразователь в одном или более из ИБП, преобразователя частоты или стабилизатора напряжения. Для повышения эффективности, искажение, по меньшей мере, частично обусловленное напряжением пульсации, может быть удалено из сигнала управления. Дополнительно, может регулироваться входной ток, подаваемый в преобразователь. Это улучшает работу преобразователя и снижает или устраняет, по меньшей мере, один или более из сигналов гармонического искажения и субгармонического колебания из входного сигнала преобразователя. По меньшей мере, один аспект изобретения направлен на способ для управления преобразователем. Способ принимает сигнал напряжения, который включает в себя искажение, такие как напряжение пульсаций, и определяет сигнал управления частично на основании сигнала напряжения, сравнивая сигнал напряжения с опорным сигналом. Сигнал управления может включать в себя искажение, связанное с напряжением пульсации. Способ формирует средний сигнал управления, имеющий меньшие искажения, чем сигнал управления, посредством фильтрования, по меньшей мере, части напряжения пульсации из сигнала управления. Способ вырабатывает значение опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления и приводит входной ток преобразователя к значению опорного тока.

По меньшей мере, еще один аспект изобретения направлен на систему для управления преобразователем. Система включает в себя модуль управления, связанный с преобразователем и включающий в себя фильтр. Фильтр выполнен с возможностью приема сигнала управления, имеющего искажение, связанные с напряжением пульсаций, и фильтр выполнен с возможностью формирования среднего сигнала управления, по существу, свободного от напряжения пульсации. Модуль управления выполнен с возможностью вырабатывания значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления, и модуль управления дополнительно выполнен с возможностью приведения входного тока преобразователя к значению опорного тока.

По меньшей мере, еще один аспект настоящего изобретения направлен на систему для управления источником бесперебойного питания. Система включает в себя средство для фильтрации сигнала управления, который имеет искажение, связанное с напряжением пульсации, чтобы формировать средний сигнал управления, по существу, свободный от искажения. Модуль управления связан с источником бесперебойного питания, и модуль управления выполнен с возможностью выработки значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления. Модуль управления дополнительно выполнен с возможностью приведения входного тока источника бесперебойного питания к опорному значению.

По меньшей мере, еще один аспект изобретения направлен на машиночитаемый носитель, имеющий хранимую на нем последовательность команд, включающую в себя команды, которые обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для приема сигнала напряжения, включающего в себя напряжение пульсации. Команды обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для определения сигнала управления, частично, на основании сигнала напряжения посредством сравнения сигнала напряжения с опорным сигналом, причем сигнал управления включает в себя искажение, связанное с напряжением пульсации. Команды обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для формирования среднего сигнала управления посредством фильтрования, по меньшей мере, части напряжения пульсации из сигнала управления и для формирования значения опорного тока, по меньшей мере, частично на основании среднего сигнала управления. Команды обеспечивают выполнение процессором управления преобразователем для приведения входного тока преобразователя к значению опорного тока и чтобы подачи выходного тока на выпрямитель, связанный с, по меньшей мере, одним из источника бесперебойного питания, преобразователя частоты и стабилизатора напряжения.

Различные варианты осуществления этих аспектов могут включать в себя обеспечение корректировки коэффициента мощности для входного тока преобразователя или сдвиг фазы среднего сигнала управления. По меньшей мере, один вариант осуществления может включать в себя обеспечение выходного тока из преобразователя в нагрузку. В различных вариантах осуществления, выходной ток из преобразователя в нагрузку может иметь частоту, которая синхронна или асинхронна с входным током преобразователя. В одном из вариантов осуществления, напряжение пульсации может быть отфильтровано из сигнала напряжения, и сигнал напряжения может приводиться к значению опорного напряжения. Один из вариантов осуществления включает в себя выборку сигнала управления на множестве моментов времени из периода времени сигнала напряжения для формирования среднего сигнала управления. В различных вариантах осуществления, по меньшей мере, один из выпрямителя и инвертора может быть связан с преобразователем, а фильтр может быть выполнен с возможностью удаления, по меньшей мере, части сигнала субгармонического колебания, суммарного сигнала гармонического искажения, или того и другого, из входного тока преобразователя. В одном из вариантов осуществления, компенсатор опережения-отставания регулирует фазу среднего сигнала управления. В различных вариантах осуществления, регулирование коэффициента заполнения сигнала управления широтно-импульсной модуляции приводит входной ток преобразователя к значению опорного тока.

Эти намерения и цели достигаются способами и системами согласно независимому пункту 1 формулы изобретения и любым другим независимым пунктам формулы изобретения. Дополнительные подробности включены в остальные зависимые пункты формулы изобретения. Другие аспекты и преимущества систем и способов, раскрытых в материалах настоящей заявки, станут очевидными из последующего подробного описания, взятого совместно с прилагаемыми чертежами, иллюстрирующими принципы изобретения только в качестве примера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи.

Прилагаемые чертежи не подразумеваются выполненными в масштабе. На чертежах:

фиг.1 изображает функциональную структурную схему, иллюстрирующую преобразователь в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.2 изображает структурную схему, иллюстрирующую систему для управления преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.3 изображает диаграмму, иллюстрирующую субгармоническое колебание входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.4 изображает диаграмму, иллюстрирующую суммарное гармоническое искажение входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.5 изображает диаграмму, иллюстрирующую передаточные характеристики фильтра со скользящим средним в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.6 изображает структурную схему, иллюстрирующую управление преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую фильтрацию сигнала посредством фильтра со скользящим средним в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фиг.8 изображает диаграмму, отображающую работу преобразователя в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фиг.9 изображает блок-схему последовательности операций способа, отображающую способ управления преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и компоновкой компонентов, изложенными в сопровождающем описании или проиллюстрированными на чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и осуществление на практике или выполнение различными способами. К тому же, фразеология и терминология, используемые в материалах настоящей заявки, предназначены для целей описания и не должны рассматриваться в качестве ограничивающих. Использование терминов «включающий в себя», «содержащий» или «имеющий», «содержащий в себе», «заключающий в себе» и их вариантов в материалах настоящей заявки, подразумевается охватывающим элементы, перечисленные после них, и их эквиваленты, а также дополнительные элементы.

По меньшей мере, один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает улучшенное управление преобразователем, например, преобразователем по фиг.1. Однако, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены преобразователем по фиг.1 и могут использоваться с другими преобразователями, источниками питания, преобразователями частоты, стабилизаторами напряжения или другими системами в целом.

Как показано на чертежах для целей иллюстрации, изобретение может быть воплощено в системах и способах для управления преобразователем. Эти системы и способы могут приводить входной ток преобразователя к значению опорного тока, имеющему уменьшенное искажение. Варианты осуществления систем и способов, раскрытые в материалах настоящей заявки, предусматривают фильтрацию субгармонического колебания, гармонического искажения, или того и другого.

Фиг.2 является структурной схемой, иллюстрирующей систему 200 для управления преобразователем в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Система 200 обычно включает в себя, по меньшей мере, один преобразователь 205. Преобразователь 205 может включать в себя схемы для преобразования сигнала переменного тока (AC) в сигнал постоянного тока (DC) или для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока. В одном из вариантов осуществления преобразователь 205 включает в себя схемы для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока и для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока. Преобразователь 205 может включать в себя источник бесперебойного питания, преобразователь частоты или стабилизатор напряжения. Например, в одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может включать в себя источник бесперебойного питания (ИБП), который поддерживает непрерывную или почти непрерывную подачу электропитания на различные нагрузки. ИБП может быть одним из множества постоянно включенных или непостоянно включенных ИПБ. В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может подвергаться заключению о соответствии нормам гармоник, таким как изложенные в промышленных стандартах IEEE-519 и IEC 61000-3-2.

Преобразователь 205 может включать в себя, по меньшей мере, один выпрямитель 210. Выпрямитель 210 обычно включает в себя схемы, которые преобразую сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока. В одном из вариантов осуществления, выпрямитель 210 включает в себя выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности (PFC). Выпрямитель PFC обычно регулирует коэффициент мощности выпрямителя 210, чтобы уменьшать потери мощности вследствие потерь реактивной мощности, которые рассеиваются по всей системе 200 и, например, могут проявляться в качестве гармонического искажения во входном токе выпрямителя 210 в тех случаях, когда есть нелинейная нагрузка. Коэффициент мощности равный единице является идеальным и представляет систему с минимальными потерями, причем система 200 в одном из вариантов осуществления, где выпрямитель 210 включает в себя выпрямитель PFC, может поддерживать коэффициент мощности близким к 1,0, например, таким как, по меньшей мере, равный 0,90. Выпрямитель 210 в различных вариантах осуществления может обеспечивать однополупериодное или двухполупериодное выпрямление.

В одном из вариантов осуществления, выпрямитель 210 преобразователя 205 может выдавать напряжение V_DC и/или ток I_DC в, по меньшей мере, один инвертор 215. В еще одном варианте осуществления, выпрямитель 210 может выдавать V_DC или I_DC в, по меньшей мере, одну нагрузку 220. Инвертор 215 в одном из вариантов осуществления может быть включен в качестве части преобразователя 205. В одном из вариантов осуществления, где присутствует инвертор 215, он 215 может принимать напряжение V_DC постоянного тока из выпрямителя 210 и обеспечивать выходной сигнал переменного тока в нагрузку 220, которая может включать в себя нелинейную нагрузку, такую как компьютерная нагрузка или другое электронное оборудование. В различных вариантах осуществления, инвертор 215 может включать в себя трехфазный инвертор или однофазный инвертор. В одном из вариантов осуществления, инвертор 215 может включать в себя инверторы, такие как описанные в патентах США 6838925 и 7126409, оба на Нельсона и переуступлены правопреемнику настоящей заявки, и оба включены в материалы настоящей заявки посредством ссылки во всей своей полноте.

Нагрузка 220 может включать в себя линейную или нелинейную нагрузку. Например, нагрузка 220 может включать в себя компьютер, сервер, оборудование связи, оборудование хранения данных, сменные модули или другое электронное оборудование, либо устройства, требующие входной мощности. Нагрузка 220 может включать в себя нагрузку постоянного тока или нагрузку переменного тока и, в различных вариантах осуществления, нагрузка 220 может принимать, в качестве входного сигнала, по меньшей мере, один из выходных сигналов напряжения выпрямителя 210 и инвертора 215. Система 200 изображает вариант осуществления, где присутствует инвертор 215 и подает выходной сигнал на нагрузку 220. В одном из вариантов осуществления, система 200 может не включать в себя инвертор 215. Например, преобразователь 205 может включать в себя преобразователь частоты, а выходной сигнал выпрямителя 210 может подаваться в качестве входного сигнала на нагрузку 220.

В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 образует часть системы силового преобразователя двойного преобразования AC-DC-AC, такую как источник бесперебойного питания, преобразователь частоты или стабилизатор напряжения переменного тока. Такая система двойного преобразования может работать в любом из синхронного или асинхронного режимов работы. Во время синхронной работы, выходной ток преобразователя 205 имеет частоту, которая в целом синхронна с частотой входного тока преобразователя 205. Во время асинхронной работы, выходной сигнал преобразователя 205 имеет частоту, которая в целом асинхронна с частотой входного тока преобразователя 205. В одном из вариантов осуществления, выходная частота может быть отличной от входной частоты. При любой из синхронной или асинхронной работы, искажение во входном токе выпрямителя 210 системы двойного преобразования AC-DC-AC могут вызывать суммарное гармоническое искажение (THD) и снижать входной коэффициент мощности.

В одном из вариантов осуществления системы двойного преобразования, преобразователь 205 включает в себя как выпрямитель 210, так и инвертор, и выпрямитель 210 может включать в себя входной выпрямитель PFC. Обычно, входной ток выпрямителя 210 может искажаться при обоих, синхронном и асинхронном, режимах работы. Например, эксплуатация системы двойного преобразования AC-DC-AC в асинхронном режиме работы может привносить субгармоническое колебание во входной ток у выпрямителя 210, так как выпрямитель 210 может принимать колебательные токи из линий 112 и 114 электроснабжения по фиг.1.

Фиг.3 изображает диаграмму, иллюстрирующую субгармоническое колебание входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления. Как проиллюстрировано в варианте осуществления по фиг.3, напряжение V_DC(Ripple) пульсации в напряжении V_DC шины постоянного тока выпрямителя 210 вызывает субгармоническое колебание и искажает входной ток I_IN выпрямителя 210. Субгармоническое колебание, как изображено на фиг.3, например, могут возникать, когда входной ток выпрямителя 210 несет составляющие на частотах, которые являются меньшими, чем выходная частота выпрямителя 210. Это может вызывать насыщение магнитного потока в питающем трансформаторе и индукторе выпрямителя 210. Субгармоническое колебание также может вызывать искажение формы кривой напряжения в точке общего соединения (PCC) в системе 200 и может вызывать нежелательные визуально заметное мерцание света.

Фиг.4 изображает диаграмму, иллюстрирующую суммарное гармоническое искажение входного тока преобразователя в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В различных вариантах осуществления, гармоническое искажение может возникать, когда преобразователь 205 работает в синхронном или асинхронном режимах работы. Искажение во входном токе I_IN преобразователя 205, то есть, входном токе выпрямителя 210, может повышать уровни THD I_IN и снижать входной коэффициент мощности.

Обращаясь к фиг.2, в одном из вариантов осуществления, системы и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, включают в себя цифровое управление входными характеристиками в преобразователе 205 в обоих, синхронном и асинхронном, режимах работы. Например, системы и способы управления, раскрытие в материалах настоящей заявки. могут устранять субгармоническое колебание, когда преобразователь 205 системы двойного преобразования AC-DC-AC работает в асинхронном режиме, и может снижать суммарное гармоническое искажение входного тока системы двойного преобразования AC-DC-AC во время работы как в синхронном, так и асинхронном режимах работы.

Со ссылкой на систему 200 по фиг.2, характеристики преобразователя 205 могут управляться, по меньшей мере, одним модулем 225 управления. Модуль 225 управления в целом управляет работой преобразователя 205 и может включать в себя, по меньшей мере, один процессор. Например, модуль 225 управления может управлять одним или более из входного тока I_IN и напряжения V_DC выпрямителя 210. Например, выпрямитель 210 может подводить одно или более из I_DC и V_DC, по меньшей мере, по одной электрической шине, а инвертор 215 может питать нагрузку 220 одним или более из напряжения V_OUT и тока I_OUT. В различных вариантах осуществления этого примера, частота выходного напряжения инвертора 215 (например, V_OUT) может быть такой же как, либо отличной от частоты входного напряжения выпрямителя 210. Продолжая этот пример, модуль 225 управления может регулировать входной ток I_IN выпрямителя 210, чтобы удерживать напряжение V_DC шины постоянного тока на опорном напряжении V_DC ^*, например, посредством регулирования входного тока выпрямителя 210, по меньшей мере, частично на основании требования мощности нагрузки 220.

В одном из вариантов осуществления, модуль 225 управления включает в себя, по меньшей мере, один регулятор 230 напряжения. Регулятор 230 напряжения поддерживает в целом постоянный уровень выходного напряжения и, например, может включать в себя любой из регулятора напряжения пропорционального (П) типа, пропорционально-интегрального (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) типа. Выходной сигнал регулятора 230 напряжения, в варианте осуществления, может вводиться в, по меньшей мере, один фильтр, такой как, по меньшей мере, один фильтр 235 со скользящим средним. Фильтр 235 со скользящим средним обычно действует, усредняя некоторое количество точек выборки из входного сигнала для формирования каждой точки в выходном сигнале. Фильтр 235 со скользящим средним может фильтровать выходной сигнал регулятора 230 напряжения и, в различных вариантах осуществления, фильтр 235 со скользящим средним может включать в себя систему первого порядка, имеющую малую постоянную времени, для минимизации влияния на устойчивость контура напряжения выпрямителя 210. В одном из вариантов осуществления, фильтр со скользящим средним включает в себя фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ, FIR).

Хотя и не показано на фиг.2, должно быть принято во внимание, что выходной сигнал модуля 225 управления может приниматься в качестве входного сигнала преобразователя 205. Например, опорный ток I_IN ^* модуля 225 управления может подаваться на вход преобразователя 205 на выпрямителе 210. В одном из вариантов осуществления, модуль 225 управления приводит входной ток I_IN преобразователя 205 к значению опорного тока I_IN ^* модуля 225 управления. В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 включает в себя модуль 225 управления. Например, модуль 225 управления может быть интегрирован в или быть частью преобразователя 205.

Фиг.5 изображает диаграмму, иллюстрирующую передаточные характеристики фильтра 235 со скользящим средним в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как проиллюстрировано на фиг.5, фильтр 235 со скользящим средним может иметь нулевой коэффициент усиления на частоте f_W и ее кратных значениях и единичный коэффициент усиления при сигнале постоянного тока. Например, если входной сигнал фильтра 235 со скользящим средним является сигналом постоянного тока, он будет проходить на выход без ослабления. В одном из вариантов осуществления, если входной сигнал фильтра 235 со скользящим средним является сигналом 60 Гц, а временное окно T_W = 1/f_W (то есть, 1/60 Гц в этом примере), то выходной сигнал фильтра 235 со скользящим средним может быть нулевым. Выходной сигнал фильтра 235 со скользящим средним также может быть нулевым на кратных значениях частоты 2f_W, 3f_W, и т.д., входного сигнала (то есть, 120 Гц, 180 Гц, 240 Гц, и т.д.). В одном из вариантов осуществления, частотой входного сигнала фильтра 235 со скользящим средним может быть 50 Гц, где T_W = 1/60 Гц. В этом примере, коэффициент усиления может находиться между нулем и единицей. В одном из вариантов осуществления этого примера, коэффициент усиления может быть меньшим, чем или равным 0,25.

С дополнительной ссылкой на фиг.2, система 200 также может включать в себя, по меньшей мере, один компенсатор 240 опережения-отставания, который, в одном из вариантов осуществления может регулировать отставание по фазе, которое может привноситься фильтром 235 со скользящим средним. Например, фильтр 235 со скользящим средним может привносить отставание по фазе на или около частоты перехода через ноль контура напряжения. В этом варианте осуществления, компенсатор 240 опережения-отставания может быть последовательно соединен с фильтром 235 со скользящим средним, чтобы регулировать это отставание в частотной характеристике.

Например, что касается уравнения (1), в одном из вариантов осуществления, фильтр 235 со скользящим средним может включать в себя фильтр нижних частот первого порядка, где G_MAF(s) является эквивалентом передаточной функции s-области (то есть, частотной области) фильтра 235 со скользящим средним, с τ_MAF, в качестве его постоянной времени, и где 1+sτ_MAF является действительным полюсом фильтра 235 со скользящим средним. В одном из вариантов осуществления, действительный полюс фильтра 235 со скользящим средним может быть существенно в стороне от частоты перехода контура напряжения, так что он не нарушает устойчивости контура напряжения, который в целом управляет суммарным гармоническим искажением во входном токе I_IN выпрямителя 210. Например, действительный полюс фильтра 235 со скользящим средним может быть в местоположении, большем, чем или равным 60 Гц, при частоте переходов контура напряжения, расположенной на приблизительно 6-10 Гц.

В одном из вариантов осуществления, где система 200 включает в себя компенсатор 240 опережения-отставания, сдвиг по фазе, привнесенный фильтром 235 со скользящим средним по частоте переходов через ноль, может регулироваться подключением компенсатора 240 опережения-отставания последовательно с фильтром 235 со скользящим средним, как показано в уравнении (2), где G_LEAD-LAG(s) - передаточная функция в s-области компенсатора 240 опережения-отставания, а T_Z и 0,1 T_Z - постоянные времени нуля и полюса компенсатора 240 опережения-отставания. В одном из вариантов осуществления, постоянная времени T_Z может быть установлена в τ_MAF (то есть, T_Z=τ_MAF ) для компенсации полюса в фильтре 235 со скользящим средним в варианте осуществления по уравнению (1). В еще одном варианте осуществления, постоянная времени T_Z может быть расположена около τ_MAF для уменьшения действия полюса фильтра 235 со скользящим средним.

В одном из вариантов осуществления, входное напряжение V_IN(RMS) по среднеквадратическому (RMS) значению в установившемся состоянии может уменьшаться он номинального значения, например, 120 В, по мере того, как выходная мощность преобразователя 205 увеличивается или вследствие регулирования питания. Это может происходить в вариантах осуществления, включающих в себя нелинейную нагрузку 220, такую как компьютер. В одном из вариантов осуществления, коррекция напряжения среднеквадратического значения может применяться модулем 225 управления для компенсации этого уменьшения, чтобы осуществлять управление с постоянной мощностью (то есть, удерживать выходной сигнал регулятора 230 напряжения, P^*, в целом неизменным во время колебаний входного напряжения V_IN линии электроснабжения). В еще одном варианте осуществления, компенсация напряжения среднеквадратического значения может использоваться для улучшения динамической характеристики системы 200 по отношению к возмущениям в линии, таким как изменения (например, выброс или провал) во входном напряжении V_IN. Например, модуль 225 управления может включать в себя контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения. Обычно, падение V_IN(RMS) может компенсироваться применением контура 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения, который, в одном из вариантов осуществления, регулирует опорный ток I_IN ^*, так что V_DC остается на V_DC ^* при полной нагрузке. В одном из вариантов осуществления, контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения может включать в себя, по меньшей мере, один контроллер коррекции напряжения среднеквадратического значения, например, который может включать в себя контроллер интегрального типа или сеть фильтров нижних частот, связанную с математическими операциями или алгоритмом управления, включающим в себя, например, код машинной цифровой обработки (DSP), для компенсации падения установившегося состояния во входном напряжении V_IN линии электроснабжения и для удержания V_DC на или около V_DC ^* при любых условиях нагрузки 220, включая условие полной нагрузки для нелинейной нагрузки 220.

Контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения обычно осуществляет управление с постоянной мощностью, например, в применениях, включающих в себя многофазные инверторы с нагрузкой, разделяемой между входными фазами. Контур 245 прямой связи входного напряжения среднеквадратического значения также может улучшать динамическую характеристику преобразователя 205, такую как характеристика напряжения V_DC шины постоянного тока, и входных токов во время возмущений на линии, таких как изменения входного напряжения V_IN.

В одном из вариантов осуществления, где модуль 225 управления не включает в себя контур 245 входного напряжения среднеквадратического значения, выходной сигнал регулятора 230 напряжения может включать в себя опорный по амплитуде ток для входного тока I_IN. Фиг.6, которая является структурной схемой, иллюстрирующей управление преобразователем 205, включает в себя пример этого варианта осуществления. Как проиллюстрировано на фиг.6, выход регулятора 230 напряжения может быть подключен к фильтру 235 со скользящим средним (не показан на фиг.6) для фильтрации пульсации из выходного тока I_m ^* регулятора напряжения.

С дополнительной ссылкой на фиг.2, V_IN(RMS) - среднеквадратическое значение входного напряжения V_IN, P^* - опорное значение входной мощности, I_IN ^* - значение опорного входного тока, используемое для управления выпрямителем 210. В одном из вариантов осуществления, входной ток I_IN может быть синфазным с V_IN, а токи I_{DC_REC} шины постоянного тока (выходной ток выпрямителя 210) и T_{DC_INV} (входной ток 215 инвертора) могут включать в себя, по меньшей мере, одну из составляющей постоянного тока, составляющей частоты коммутации и составляющей переменного тока низкой частоты. Составляющие переменного тока в одном или более из I_{DC_REC} и I_{DC_INV} могут служить причиной соответствующих составляющих пульсации в напряжении V_DC шины постоянного тока. В одном из вариантов осуществления, по сравнению с напряжением пульсации низкой частоты, напряжение пульсаций частоты коммутаций в V_DC может игнорироваться вследствие своей низкой амплитуды. Поэтому, напряжение V_DC установившегося состояния шины может включать в себя напряжение V_DC(Ripple) пульсации низкой частоты в дополнение к опорному напряжению V_DC ^*, как показано в уравнении (3).

В одном из вариантов осуществления, который включает в себя инвертор 215, V_DC(Ripple) может быть поделено на составляющие, показанные в уравнении (4), где: V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} включают в себя напряжения пульсаций, вносимые выпрямителем 210 и инвертором 215, соответственно.

В варианте осуществления, где преобразователь 205 включает в себя одиночную шину постоянного тока, напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации может содержать в себе составляющие на 2 × f_IN и ее кратных значениях, где f_IN - частота линии преобразователя 205. В альтернативном варианте осуществления, где преобразователь 205 включает в себя разделенную шину постоянного тока, напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации может содержать в себе составляющие на f_IN и ее кратных значениях 205. Аналогично, в одном из вариантов осуществления, где присутствует инвертор 215, напряжение V_{DC_INV(Ripple)} пульсации может содержать в себе составляющие на выходной частоте f_OUT инвертора 215 и ее кратных значениях, причем инвертор 215 включает в себя многоуровневый инвертор, и, например, 2 × f_OUT, где инвертор 215 включает в себя, двухуровневый инвертор.

В одном из вариантов осуществления, в установившемся состоянии, регулятор 230 напряжения обрабатывает напряжения V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} пульсаций и вводит соответствующие составляющие пульсаций в опорный сигнал P^* мощности. В этом варианте осуществления, если эти составляющие пульсаций не отфильтрованы из P^*, например, фильтром 235 со скользящим средним, они могут пропускаться в значение I_IN ^* опорного тока. В одном из вариантов осуществления, пульсация в значении I_IN ^* опорного тока, которая привнесена от V_{DC_REC(Ripple)}, если не отфильтрована, может вызывать гармоническое искажение во входном токе I_IN выпрямителя 210, так как модуль 225 управления приводит I_IN к значению I_IN ^*. Более того, в одном из вариантов осуществления, пульсация, которая привнесена от V_{DC_INV(Ripple)}, может вызывать субгармоническое колебание и гармоническое искажение в I_IN, например, когда преобразователь 205 является работающим в асинхронном режиме работы (например, в тех случаях, когда выходной ток I_OUT имеет частоту f_OUT, которая является асинхронной с частотой f_IN входного тока I_IN). В альтернативном варианте осуществления, пульсация, которая привнесена от V_{DC_INV(Ripple)}, может вызывать гармоническое искажение в I_IN, например, когда преобразователь 205 является работающим в синхронном режиме работы (например, в тех случаях, когда выходной ток I_OUT имеет частоту f_OUT, которая является синхронной с частотой f_IN входного тока I_IN).

В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может включать в себя систему одиночного преобразования AC-DC. Это, например, может происходить, когда инвертор 215 отсутствует, а нагрузка 220 включает в себя нагрузку постоянного тока, присоединенную через линейную шину постоянного тока к выпрямителю 210. В одном из вариантов осуществления этого примера, V_DC может включать в себя только напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсаций, которое может увеличивать суммарное гармоническое искажение во входном токе I_IN выпрямителя 210. В этом примере, напряжение V_{DC_REC(Ripple)} пульсации может синхронизироваться с V_IN и, как результат, в этом варианте осуществления, входной ток I_IN может не включать в себя субгармоническое колебание. Продолжая этот пример, входной ток I_IN может включать в себя составляющие тока на f_IN и ее кратных значениях. Вообще, входной ток I_IN, может иметь основную частоту (например, частоту линии), а также составляющую тока и гармонические составляющие тока на разных частотах, которые могут включать в себя кратные значения частоты линии. Суммарное гармоническое искажение входного тока I_IN в этом примере может регулироваться контуром напряжения низкой полосы пропускания (например, 6-10 Гц) в соответствии с нормами по гармоникам IEEE-519 и IEC 61000-3-2.

В одном из вариантов осуществления, преобразователь 205 может включать в себя систему двойного преобразования AC-DC-AC, имеющую выпрямитель 210 и инвертор 215. В этом варианте осуществления, когда инвертор 215 является работающим в синхронизированном режиме (то есть, когда выходной ток I_OUT включает в себя частоту, которая синхронна с частотой входного тока I_IN), напряжения V_{DC_REC(Ripple)} и V_{DC_INV(Ripple)} пульсаций м