专利名称：用于估计功率设备的效率的系统和方法
用于估计功率设备的效率的系统和方法本公开的背景本公开的领域依照本公开的至少一种实施方式大体上涉及用于提供功率的系统和方法，以及更具体地涉及在功率设备例如不间断电源(UPS)中用于测量和显示功率设备的操作效率的控制系统和方法。相关技术的讨论为敏感和/或临界负载例如计算机系统和其它数据处理系统提供经调节的不间断功率的功率设备例如不间断电源的使用是已知的。许多不同的UPS产品是可用的，包括在来自 Rhode Island的West Kingston 的美国功率转换公司(American Power Conversion Corporation)的商标名SMART-UPS 下标识的那些UPS产品。在典型的UPS中，电池被用于在断电或停电状况期间为临界负载提供备用功率。典型的UPS的用户能够通过耦合到 UPS的计算机或使用UPS本身的用户接口来配置和控制UPS。本公开的概述根据本公开的方面目的在于用于估计功率设备的效率的方法。在一种实施方式中，该方法包括识别功率设备的操作状态；测量由功率设备产生的功率相关信息；以及通过使用所测量的功率相关信息部分地基于功率设备的操作状态和与功率设备相关的功率损耗参数来确定功率设备的估计效率。该方法的实施方式可在不间断电源中使用，其中操作状态为微调模式、单升压模式、双升压模式和绿色模式的一种。确定估计效率包括从查找表确定估计功率损耗，通过将当前负载和估计功率损耗相加来计算估计输入功率，和/或在电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗。计算估计输入功率包括加上电池充电功率损耗，如果有的话，和/或加上与不间断电源有关的其它损耗，如果有的话。该方法还包括确定功率设备是否在没有损耗被计算的模式中。该方法还包括显示估计效率。本公开的另一方面目的在于用于估计功率设备的效率的方法，其中该方法包括 识别功率设备的操作状态；测量功率设备的功率相关信息；基于操作状态、与功率设备相关的功率损耗参数以及功率设备的所测量的功率相关信息来确定估计功率损耗；通过加上来自功率相关信息的功率和估计功率损耗来计算估计输入功率；以及使输出功率除以估计输入功率。该方法的实施方式可在不间断电源中使用，其中操作状态为微调模式、单升压模式、双升压模式和绿色模式的一种。该方法还包括在不间断电源的电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗。计算估计输入功率包括加上电池充电功率损耗，如果有的话，和 /或加上与不间断电源有关的其它损耗，如果有的话。确定不间断电源是否在没有损耗被计算的模式中。该方法还包括显示估计效率。本公开的另一方面目的在于功率设备，其包括接收估计输入功率的输入、耦合到输入并提供功率的电源电路、耦合到电源电路并提供来源于电源电路的输出功率的输出、 以及耦合到电源电路的控制器。该控制器被配置成获取与估计功率设备的效率相应的至少
5一个存储的程序。该存储的程序被配置成识别功率设备的操作状态，测量功率设备的功率相关信息，基于操作状态、与功率设备相关的功率损耗参数以及所测量的功率相关信息来确定估计功率损耗，通过加上来自功率相关信息的功率和估计功率损耗来计算估计输入功率，以及使输出功率除以估计输入功率。功率设备的实施方式可包括不间断电源，其中操作状态为微调模式、单升压模式、 双升压模式和绿色模式的一种。存储的程序还被配置成在不间断电源的电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗，通过加上电池充电功率损耗——如果有的话——来计算估计输入功率，通过加上与不间断电源有关的其它损耗——如果有的话——来计算所述估计输入功率，和/或确定不间断电源是否在没有损耗被计算的模式中。该功率设备还包括显示器以显示估计效率。本公开的又一方面目的在于不间断电源，其包括接收估计输入功率的输入、耦合到输入并提供功率的电源电路、耦合到电源电路并提供来源于电源电路的输出功率的输出、以及耦合到电源电路的控制器。该控制器被配置成通过识别不间断电源的操作状态、测量不间断电源的功率相关信息并基于所测量的功率相关信息从查找表确定估计功率损耗来获取与估计不间断电源的效率相应的至少一个存储的程序。不间断电源的实施方式包括识别操作状态是否为微调模式、单升压模式、双升压模式和绿色模式的一种。不间断电源还包括耦合到控制器的用户接口，以显示从控制器获得的信息，包括不间断电源的估计效率。不间断电源还包括耦合到电源电路的电池，以在到输入的估计输入功率被终止时，将电池功率提供到电源电路。该存储的程序还被配置成在电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗，加上电池充电功率损耗，如果有的话，和 /或确定不间断电源是否在没有损耗被计算的模式中。本公开的另一方面目的在于不间断电源，其包括输入，其接收估计输入功率；电源电路，其耦合到输入并提供功率；输出，其耦合到电源电路并提供来源于电源电路的输出功率；以及用于通过识别不间断电源的操作状态、测量不间断电源的功率相关信息并基于所测量的功率相关信息从查找表确定估计功率损耗来估计不间断电源的效率的装置。附图的简要说明附图没有被规定为按比例绘制，在附图中，在各个图中示出的每个相同的或几乎相同的组件由相似的数字表示。为清楚起见，不是每个组件都可被标注在每个附图中。在附图中
图1为本公开的实施方式的功率设备如UPS的示意性方框图；图2为示出了 UPS的用户接口的视图；图3为示出了计算本公开的实施方式的UPS的估计效率的方法的流程图；以及图4为示出了 UPS的显示UPS的示例性估计效率的用户接口的视图。本公开的详细描述根据本公开的至少一些实施方式涉及用于提供功率设备例如不间断电源的改进的控制、监控和/或配置的系统和过程。虽然在提到不间断电源时描述了在此公开的系统和过程，应理解，在此公开的申请适用于其它类型的功率设备，例如插座条、功率转换器、线路调节器、浪涌保护器、功率调节器、配电单元(PDU)和机架式PDU等。根据本公开的在此公开的方面在其应用中不限于在以下描述中提到的或在附图中示出的结构的细节和组件的布置。如上所述，这些方面能够设想其它实施方式并以各种方式实践或实现。在此所提供的具体实现的实例仅仅是为了例证性的目的而没有被规定为限制性的。特别是，结合任何一个或多个实施方式讨论的行为、元件以及特征并不被规定为从在任何其它实施方式中的相似的作用排除。图1示出了根据本公开的一种实施方式的用于提供经调整的不间断功率的在线 UPS 10。UPS 10包括输入电路断路器/滤波器12、整流器14、控制开关15、控制器16、电池 18、逆变器20、隔离变压器22、DC/DC转换器观、用户接口 30、数据存储器32以及外部系统接口 34。UPS 10也包括用于耦合到AC电源的输入M以及用于耦合到负载的插座沈。UPS 10操作如下。电路断路器/滤波器12通过输入M接收来自AC电源的输入 AC功率，过滤输入AC功率并将过滤的AC功率提供到整流器14。整流器14将输入电压整流。DC/DC转换器28调整来自电池18的DC功率。控制开关15接收经整流的功率，并且也接收来自DC/DC转换器观的DC功率。控制器16确定来自整流器14的可用功率是否在预定容限内，以及如果是，则控制该控制开关15以将来自整流器14的功率提供到逆变器20。 如果来自整流器14的功率不在预定容限内——这可能由于“停电”或“断电”状况或由于功率浪涌而出现，则控制器16控制该控制开关15以将来自电池18的DC功率经由DC/DC转换器观提供到逆变器20。在所示实施方式中，控制器16被耦合到整流器14、控制开关15和逆变器20。控制器16被配置成在“停电”或“断电”状况发生时接收来自整流器14的信息。这样的状况可能发生在到输入M的功率被终止时。在其它实施方式中，控制器可耦合UPS 10的其它组件，包括输入对、断路器/滤波器12、隔离变压器22、DC/DC转换器28和/或电池18。在可选的实例中，电池被耦合到整流器电路，且整流器起升压转换器在线操作模式和电池接通操作模式的作用，如在2008年6月22日公布的题目为“Method and Apparatus For Providing Uninterruptible Power” 的美国专禾Ij号 7，402，921 中描述的， 该专利特此通过引用被全部并入本文。UPS 10的逆变器20接收DC功率和将DC功率转换到AC功率，并将AC功率调整到预定规范。逆变器20将经调整的AC功率提供到隔离变压器22。隔离变压器22被用于增加或降低来自逆变器20的AC功率的电压并提供在负载和UPSlO之间的隔离。隔离变压器 22是可选的设备，它的使用取决于UPS输出功率规范。根据电池18的容量和负载的功率要求，UPS 10可在短暂的电源失落期间或在持久的断电期内将功率提供到负载。UPS 10工作组件可共同形成可包括断路器/滤波器12、整流器14、控制开关15和隔离逆变器20的主 “电源电路”的部分。控制器16、电池18、隔离变压器22和UPS 20的其它组件也可形成电源电路的部分。使用存储在相关存储器中的数据，控制器16执行一个或多个指令或程序，其可导致所操纵的数据，以及控制器监控和控制UPS 10的操作。在一些实例中，控制器16可包括一个或多个处理器或其它类型的控制器。在一个实例中，控制器16是市场上可买到的通用处理器。在另一实例中，控制器16在通用处理器上执行在此公开的功能的一部分，并使用适合于执行特定操作的专用集成电路(ASIC)来执行另一部分。如通过这些实例说明的，根据本公开的实施方式可使用硬件和软件的许多特定的组合来执行在此描述的操作，以及本公开不限于硬件和软件组件的任何特定的组合。
数据存储器32存储UPS 10的操作所需要的计算机可读和可写信息。该信息除了其它数据以外还可包括受到控制器16的操纵的数据和由控制器16可执行来操纵数据的指令。数据存储器32可以是相对高性能的易失性随机存取存储器，例如动态随机存取存储器 (DRAM)或静态存储器(SRAM)，或可以是非易失性存储介质，例如磁盘或闪存。根据本公开的各种实施方式可将数据存储器组织成特殊的且在一些情况下独特的结构以执行在此公开的方面和功能。此外，这些数据结构可被特别地配置成节省存储空间或增加数据交换性能。外部系统接口 34使用一个或多个外部设备交换数据。这些外部设备可包括被配置成使用由UPS 10支持的标准和协议来通信的任何设备。外部系统接口 34可支持的具体的标准和协议的实例包括并行、串行以及USB接口。这些被支持的协议和标准的其它实例包括联网技术，例如UDP、TCP/IP以及以太网技术。参考图2，示例性用户接口 30包括显示屏和一组键，UPS 10的用户可通过显示屏和这组键来监控、控制和配置UPS 10的操作。图2描述了包括用户接口 30的UPS 10的外部视图。用户接口 30包括功率按钮40、更换电池指示器42、警报指示器44、电池接通功率指示器46，在线功率指示器48，界面显示器50、向上滚动按钮52、向下滚动按钮M、输入按钮56以及退出按钮58。用户接口 30可包括本领域已知的任何类型的显示器或显示屏。用户接口 30如下起作用。功率按钮40当被启动时将使UPS 10在加电和停电状态之间切换。根据一些实施方式，UPS 10执行一系列附随的行为来更好地管理这些功率状态转换。这组指示器42、44、46、48提供关于UPS 10的当前和以前状态的各种信息。例如， UPS 10可通过运行自测试来确定电池18需要被更换。在本例中，UPS 10使更换电池指示器42发光来传达此需要。在线功率指示器48和电池接通功率指示器46用信号通知负载的当前电源。活动的在线功率指示器48用信号通知UPS 10正以正常的操作方式将功率提供到负载，也就是， 电源是通过输入M接收的AC。相反地，活动的电池接通功率指示器46用信号通知负载的电源是电池18。在另一实例中，UPS 10可为了各种原因确定操作员的注意力是需要的。这些原因除了其它以外还可包括电池18被断开或电池18被负载耗尽的检测。在这种情况下，UPS 10通过启动警报指示器44来用信号通知对操作员注意力的需要。此外，UPS 10可在界面显示器50中提供对警报的原因的描述。由各种硬件组件——包括液晶显示器和发光二极管一一组成的界面显示器50向操作员显示各种信息。该信息可包括监控信息，例如以上讨论的状态警报。此外，该信息可包括配置信息和提示，UPS 10通过配置信息和提示收集来自用户的信息。显示器界面50和按钮52、54、56和58在与用户交换信息时共同给UPS 10提供比使用传统的UPS技术可得到的更多的灵活性。在一个实例中，UPS 10包括界面结构，其可使用显示器界面50和按钮52、54、56和 58由用户导航。该界面结构可包括以各种方式相关于彼此的各种元素。例如，界面结构可为分级的菜单结构。由按钮52、54、56和58的启动发起的行为取决于在界面结构中用户的当前位置，如在显示器界面50中显示的信息。
例如，用户的当前位置可为在界面结构内的中间位置，也就是，当前位置连接到界面结构的其它元素。在这种情况下，显示器界面50显示连接到用户的当前位置的界面结构的其它元素的列表中的一个，以及按钮52、54、56和58被配置成提供导航功能。在这种模式下，用户可到处移动，并使显示器界面50通过使用按钮52和M显示连接到当前位置的界面结构的元素列表中的每个元素。更精确地，用户可通过启动向上滚动按钮52来向上移动列表并通过启动向下滚动按钮M来向下移动列表。此外，用户可通过启动输入按钮56 来导航到当前显示在界面50的界面结构的元素。相反地，用户可通过启动退出按钮58来导航到用户在界面结构中的先前位置。在另一实例中，在界面结构中的用户的当前位置可使UPS 10经由显示器界面50 向用户显示复核信息。该复核信息可为存储在UPS 10内的任何信息，并且除了其它信息以外还可包括配置信息、操作信息和关于与UPSlO通信的其它设备例如UPS 10供应功率的设备的信息。在一个实例中，显示器界面50显示属于复核信息的列表的元素，以及按钮52、 54,56和58被配置成提供复核功能。在该配置下，用户可到处移动，并使显示器界面50显示复核信息的列表的每个元素。更具体地，以及更类似于以上讨论的导航模式，用户可通过启动向上滚动按钮52或向下滚动按钮M来向上或向下导航复核信息的列表。此外，用户可通过启动退出按钮58导航到在界面结构中的用户的先前位置。在至少一些实施方式中， 同时在该模式中的输入按钮56的启动导致解释其它键是在界面结构内的用户的当前位置处的有效键的错误消息。根据另一实例，在界面结构中的用户的当前位置可使UPS 10通过显示器界面50 为用户提示信息。所提示的信息可为存储在UPS 10内的任何信息，并且除了其它信息以外还可包括配置信息、关于进入UPS 10的功率的源的信息以及关于与UPS 10通信的其它设备例如UPS 10供应功率的设备的信息。在本例中，显示器界面50显示对信息的提示，以及按钮52、54、56和58被配置成提供数据输入功能。在这种情况下，用户可调整显示在显示器界面50中的信息并输入对提示的回答。更具体地，用户可使用向上滚动按钮52或向下滚动按钮讨来改变对提示的回答。例如，用户可通过启动按钮52或M的任一个来切换从真到假或从是到否的布尔值。在另一实例中，用户可通过启动向上滚动按钮52或向下滚动 M来增加或减少显示在提示中的数字回答。在又一实例中，用户可使用向上滚动按钮52或向下滚动按钮M来向上滚动或向下滚动回答的列表。此外，用户可通过启动输入按钮56 来输入对提示的当前显示的回答。用户也可通过启动退出键58在没有保存当前显示的回答的情况下退出提示。因此，用户接口 30的特定的布置和功能给用户提供优于传统UPS接口的各种各样的优点。在图2中示出的用户接口可使用不同配置的按钮、不同类型的按钮和使用不同尺寸的显示屏在其它实施方式中实现。虽然在此描述了供在线UPS使用的本公开的实施方式，但对其它UPS拓扑——包括离线和线路互动式UPS——可以使用其它实施方式。此外，在此描述的至少一些实施方式可以对除了 UPS以外的电源以及在其它电子系统中被使用。在某些实施方式中，在此公开了用于估计功率设备例如UPS的效率的方法。在一种实施方式中，控制器16被配置成从UPS 10的一个或多个工作组件——包括但不限于输入24、电源电路(例如，输入电路断路器/滤波器12、整流器14、控制开关15、控制器16、电池18、逆变器20、隔离变压器22，和/或DC/DC转换器28)、以及输出沈——获得信息，以估计UPS的效率。基于可构成与UPS相关的一个或多个功率损耗参数的该信息以及UPS的操作状态，UPS的估计效率可被确定。虽然在线UPS在此被描述，在此描述的方法和系统也可被应用到其它类型的UPS。 例如，UPS可为线路互动式UPS，其在当断电发生时切换到电池功率方面类似于离线和在线 UPS。然而，当电力线骤降和骤升发生时，至少一种类型的线路互动式UPS启动抽头开关电压调节电路以持续地稳定输出电压，而不消耗电池功率。抽头开关电压调节电路通常包括自动电压调节(AVR)变压器，其以单升压、双升压或微调模式操作。线路互动式UPS的一个实例可在 2009 年 1 月 27 日提交的题为 “System and Methodfor Limiting Losses in an Uninterruptible Power Supply”的U. S.专利申请序列号12/360648中被找到，该专利特此通过引用被全部并入本文。在一种实施方式中，方法包括测量在输出沈处产生的当前负载。虽然在输出沈测量当前负载在此被阐述，但测量可发生在控制开关15、逆变器20和/或隔离变压器，并且仍然落在本公开的范围内。在一个实例中，一旦当前负载被测量，估计效率就可通过使用不间断电源的感测的当前负载从取自查找表的信息来确定。示例性查找表在表1中被提到。AVR平均损耗(瓦特)
权利要求
1.一种用于估计功率设备的效率的方法，所述方法包括 识别所述功率设备的操作状态；测量由所述功率设备产生的功率相关信息；以及通过使用所测量的功率相关信息、部分地基于所述功率设备的所述操作状态和与所述功率设备相关的功率损耗参数来确定所述功率设备的估计效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率设备为不间断电源。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述操作状态为微调模式、单升压模式、双升压模式和绿色模式之一。
4.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述估计效率包括从查找表确定估计功率损耗。
5.根据权利要求4所述的方法，其中确定所述估计效率还包括通过将当前负载和所述估计功率损耗相加来计算估计输入功率。
6.根据权利要求4所述的方法，其中确定估计功率损耗还包括在电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，如果有所述电池充电功率损耗，则计算所述估计输入功率包括加上所述电池充电功率损耗。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，如果有与所述不间断电源有关的其它损耗，则计算所述估计输入功率还包括加上与所述不间断电源有关的其它损耗。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述功率设备是否在没有损耗被计算的模式中。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括显示所述估计效率。
11.一种用于估计功率设备的效率的方法，所述方法包括 识别所述功率设备的操作状态；测量所述功率设备的功率相关信息；基于所述操作状态、与所述功率设备相关的功率损耗参数、以及所述功率设备的所测量的功率相关信息来确定估计功率损耗；通过将来自所述功率相关信息的功率和所述估计功率损耗相加来计算估计输入功率;以及将输出功率除以所述估计输入功率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述功率设备为不间断电源。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述操作状态为微调模式、单升压模式、双升压模式和绿色模式之一。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述不间断电源的电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，如果有所述电池充电功率损耗，则计算所述估计输入功率包括加上所述电池充电功率损耗。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，如果有与所述不间断电源有关的其它损耗，则计算所述估计输入功率还包括加上与所述不间断电源有关的其它损耗。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括确定所述不间断电源是否在没有损耗被计算的模式中。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括显示所述估计效率。
19.一种功率设备，包括 输入，其接收估计输入功率；电源电路，其耦合到所述输入并提供功率；输出，其耦合到所述电源电路并提供来源于所述电源电路的输出功率；以及控制器，其耦合到所述电源电路，所述控制器被配置成获取与估计所述功率设备的效率相应的至少一个存储的程序，所述存储的程序被配置成识别所述功率设备的操作状态， 测量所述功率设备的功率相关信息，基于所述操作状态、与所述功率设备相关的功率损耗参数、以及所测量的功率相关信息来确定估计功率损耗，通过将来自所述功率相关信息的功率和所述估计功率损耗相加来计算估计输入功率，以及将所述输出功率除以所述估计输入功率。
20.根据权利要求19所述的功率设备，其中所述功率设备为不间断电源。
21.根据权利要求20所述的功率设备，其中所述操作状态为微调模式、单升压模式、双升压模式和绿色模式之一。
22.根据权利要求21所述的功率设备，其中所述存储的程序还被配置成在所述不间断电源的电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗。
23.根据权利要求20所述的功率设备，其中，如果有所述电池充电功率损耗，则所述存储的程序还被配置成通过加上所述电池充电功率损耗来计算所述估计输入功率。
24.根据权利要求23所述的功率设备，其中，如果有与所述不间断电源有关的其它损耗，则所述存储的程序还被配置成通过加上与所述不间断电源有关的其它损耗来计算所述估计输入功率。
25.根据权利要求20所述的功率设备，其中所述存储的程序还被配置成确定所述不间断电源是否在没有损耗被计算的模式中。
26.根据权利要求19所述的功率设备，还包括显示器以显示所述估计效率。
27.一种不间断电源，包括 输入，其接收估计输入功率；电源电路，其耦合到所述输入并提供功率；输出，其耦合到所述电源电路并提供来源于所述电源电路的输出功率；以及控制器，其耦合到所述电源电路，所述控制器被配置成获取与通过下列操作来估计所述不间断电源的效率相应的至少一个存储的程序 识别所述不间断电源的操作状态， 测量所述不间断电源的功率相关信息，以及基于所测量的功率相关信息来从查找表确定估计功率损耗。
28.根据权利要求27所述的不间断电源，其中所述操作状态为微调模式、单升压模式、 双升压模式和绿色模式之一。
29.根据权利要求27所述的不间断电源，还包括耦合到所述控制器的用户接口，以显示从所述控制器获得的信息，该信息包括所述不间断电源的估计效率。
30.根据权利要求27所述的不间断电源，还包括耦合到所述电源电路的电池，以在到所述输入的估计输入功率被终止时将电池功率提供到所述电源电路。
31.根据权利要求30所述的不间断电源，其中所述存储的程序还被配置成在所述电池没有被完全地充电时测量电池充电功率损耗。
32.根据权利要求31所述的不间断电源，其中，如果有所述电池充电功率损耗，则所述存储的程序还被配置成加上所述电池充电功率损耗。
33.根据权利要求27所述的不间断电源，其中所述存储的程序还被配置成确定所述不间断电源是否在没有损耗被计算的模式中。
34.一种不间断电源，包括 输入，其接收估计输入功率；电源电路，其耦合到所述输入并提供功率；输出，其耦合到所述电源电路并提供来源于所述电源电路的输出功率；以及用于通过识别所述不间断电源的操作状态、测量所述不间断电源的功率相关信息并基于所测量的功率相关信息从查找表确定估计功率损耗来估计所述不间断电源的效率的装置。
全文摘要
一种用于估计功率设备的效率的方法包括识别功率设备的操作状态，测量由功率设备产生的功率相关信息，以及通过使用所测量的功率相关信息部分地基于功率设备的操作状态和与功率设备相关的功率损耗参数来确定功率设备的估计效率。还公开了用于测量效率的其它方法和设备。
文档编号H02J7/00GK102362407SQ201080012674
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月27日
发明者凯乐·布鲁克希尔, 弗雷德·W·罗登海瑟, 林恩·欧内斯特·舒尔茨, 维什沃斯·默罕艾拉杰·德奥卡, 詹姆士·S·斯皮塔埃尔 申请人:美国能量变换公司