冗余不间断电源系统的制作方法
【专利说明】冗余不间断电源系统
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请是非临时申请，要求于2014年3月11日申请的名称为“REDUNDANTUNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEMS” 的美国临时专利申请序号 61/951，286 的优先权，其通过引用被全部并入本文中。
技术领域
[0003]本发明的领域一般涉及不间断电源，并且更具体地涉及在环形母线(ring bus)架构中实现不间断电源。
【背景技术】
[0004]健壮的功率系统能够将功率供应到一个或多个负载。这些功率系统可以包括功率的产生、传输、整流、逆变和变换的组合以供应用于电子、光、机械和/或核应用和负载的能量。当实现功率系统和架构时，实际的考虑因素包括成本、大小、可靠性和实施容易度。
[0005]在至少一些已知的功率系统中，一个或多个不间断电源(UPS)便于将功率供应到负载。UPS便于确保即使在功率系统的一个或多个组件故障时，功率也被连续地供应到一个或多个重要负载。因此，UPS提供冗余电源。UPS可以用在许多应用中(例如，公用电网变电站、工厂、海上系统、高安全性系统、医院、数据通讯和远程通讯中心、半导体制造基地、核电厂等)。进一步地，UPS可以用在高、中或低功率的应用中。例如，UPS可以用在相对小的功率系统(例如娱乐或消费系统)或微型系统(例如基于芯片的系统)中。
[0006]在至少一些已知的功率系统中，不同的电源(诸如单独的UPS)可能相互干扰。如果电源相互之间不同步，则他们可能开始相互覆盖，引起振荡或其它不期望的效应，影响传送到一个或多个负载的功率。进一步地，从UPS上突然断开负载可能在功率系统中产生不期望的暂态效应。
【发明内容】
[0007]在一个方面，提供了一种系统。所述系统包括:多个不间断电源UPS、环形母线、至少一个负载，所述至少一个负载电耦连到所述多个UPS和所述环形母线；以及控制器，所述控制器通信耦连到所述多个UPS。所述控制器被配置成:计算所述多个UPS中每一个UPS的输出电压频率；以及基于相应计算的输出电压频率控制每个UPS的操作。
[0008]在另一方面，提供了一种用于控制电源系统的控制器，所述电源系统包括多个不间断电源UPS、环形母线和电耦连到所述多个UPS和所述环形母线的至少一个负载。所述控制器包括:处理器以及存储装置，所述存储装置通信耦连到所述处理器，所述存储装置存储可执行指令，所述可执行指令被配置成使所述处理器:计算所述多个UPS中每一个UPS的输出电压频率；以及基于相应计算的输出电压频率控制每个UPS的操作。
[0009]在又一方面，提供了一种控制电源系统的方法。所述电源系统包括多个不间断电源UPS、环形母线和电耦连到所述多个UPS和所述环形母线的至少一个负载。所述方法包括:使用通信耦连到所述多个UPS的控制器计算所述多个UPS中每一个UPS的输出电压频率；以及基于相应计算的输出电压频率控制每个UPS的操作。
【附图说明】
[0010]图1是示意性电源系统的示意图。
[0011]图2是图1中所示的系统的简化图。
[0012]图3是可以用来控制图1中所示的系统的示例性下垂(droop)特征法则的图。
[0013]图4是图示将不间断电源(UPS)热切入到功率系统中的示意图。
[0014]图5A-5C是图解说明图4中所示的热切换过程的不同阶段的操作点的图。
[0015]图6A和6B是图解说明突然从功率系统中移去负载的效果的简化图。
[0016]图7是图解说明可以用在图1和2所示的系统的示例性控制算法的逻辑图。
_7] 具体实现方式
[0018]这里描述不间断电源系统的示例性实施例。多个不间断电源排列成环形母线布置，并被配置成将功率供应到至少一个负载。控制装置通信耦连到多个不间断电源。控制装置计算多个不间断电源中每一个的输出电压频率，以及控制不间断电源，使得每个不间断电源在其相应的计算频率下操作以将功率供应到至少一个负载。
[0019]图1是示例性冗余隔离-并联(IP)不间断电源(UPS)系统100的示意图。在示例性实施例中，系统100包括排列成如本文中描述的环形架构或并联架构的多个UPS 102。具体地，在示例性实施例中，系统100包括第一 UPS 104、第二 UPS 106、第三UPS 108和第四UPS 110。替代性地，系统100可以包括能够使系统100如本文中描述的起作用的任何数目的UPS 102。在示例性实施例中，系统100是三线制系统。替代性地，系统100可以是四线制系统(即包括到达每个负载的中性线的系统)。
[0020]在示例性实施例中，UPS 102是静态双变换UPS (即真正的在线系统的系统)。静态和旋转UPS可能需要用于电压和频率的下垂控制技术。在一些情况下，单独用于频率的下垂控制可能是足够的。在一些实施例中，下垂控制技术根据负载是线性的或非线性的被适应性修改。
[0021]系统100便于将功率提供给一个或多个负载120。在正常运行下，一个或多个公用电网122用作电源，将功率提供给负载120。公用电网122可以向系统100提供交流(AC)或直流(DC)电。在来自公用电网122的功率未能到达负载120 (例如由于公用电网122和/或公用电网122和负载120之间的装置故障)的情况下，系统100利用UPS 102保持将功率流向负载120，正如本文中描述的那样。在示例性实施例中，系统100包括第一负载124、第二负载126、第三负载128和第四负载130。替代性地，系统100可以包括能够使系统100如本文中描述的起使用的任何数目的负载120。
[0022]每个负载120电耦连于关联的UPS 102和环形母线132之间。具体地，在示例性实施例中，每个负载120通过关联的负载断路器134耦连到环形母线132。进一步地，环形母线132包括多个环形母线断路器136。在环形母线132的任何区段故障或关断的情况下，系统100的架构确保功率仍然能够到达负载120。值得注意的是，图1中所示的架构只是示例性的。例如，在一些实施例中，负载120可以直接耦连到环形母线132或者可以耦连于UPS 102之间。进一步地，系统100可以包括直接耦连到环形母线132的另外的UPS 138。
[0023]在示例性实施例中，每个UPS 102电耦连于输入开关装置140和输出开关装置142之间。输入开关装置140电耦连到并联开关装置144，并联开关装置144又通过关联的变压器146电耦连到公用电网122。在示例性实施例中，每个并联开关装置144还电耦连到一个或多个地148。开关装置140、142和144可以包括本地电路、远程同步电路和/或便于衰减环形母线132上的扰动、干扰和/或串扰以向负载120提供清洁电力的软件。在示例性实施例中，每个输出开关装置142直接电耦连到关联负载120，并通过关联的扼流线圈150 (例如电感器)耦连到环形母线132。
[0024]在系统100中，在没有适当同步情况下，UPS 102可能干扰另一个和/或开始覆盖另一个，引起振荡或其它不期望的效应。因此，在示例性实施例中，控制器(图1中未显示)控制UPS 102的工作。更具体地，如本文中描述的，控制器控制每个UPS 102的输出电压的频率。如本文中描述的，以功率的函数来计算每个UPS 102的频率。
[0025]图2是系统100的简化图。如图2中所示，控制器200通信耦连到第一 UPS 104、第二 UPS 106、第三UPS 108和第四UPS 110中的每一个。尽管图2中示出了单个控制器200，但替代性地，单独的控制器可以控制每个UPS 102的工作。控制器200可以包括其自己的电源系统(未显示)，诸如专用能源(例如电池)。在一些实施例中，控制器200耦连到替代控制器(未显示)，该替代控制器可以在控制器200故障时使用。控制器200可以控制系统100在相当大的地理区域上的配电和管理。
[0026]在示例性实施例中，控制器200是通过通信耦连到存储器装置204以用于执行指令的处理器202实现的。在一些实施例中，可执行指令存储在存储装置204中。替代性地，控制器200可以使用能够使控制器200如本文中描述的控制UPS 102的工作的任何电路来实现。例如，在一些实施例中，控制器200可以包括状态机，其学习或预编程以确定关于哪些负载120需要功率的信息。例如，控制器200可以动态地确定需要哪些电源以及那些电源需要以什么性能水平和环境条件(例如，温度、湿度、时间等)工作。控制器200可以执行动态监控以确定给定负载120是否满意所传送的功率，以及所传送的功率是否没有谐波、瞬变等等。在一些实施例中，动态监控可以包括跟踪资源使用以确定应当传送多大的电流或电压。控制器200还可以监控和/或控制速度(即带宽)和逆变器容量(例如过载、无功、有功)，以便于确保系统100的可靠性，最小化UPS 102的性能退化。
[0027]控制器200还可以包括状态机调度器，其被配置成选择性激活或禁止电源，设置电压和电流水平和/或采取节省功率的措施(例如降低电流传送)。控制器200还可以跟踪系统100的特征(例如静态功率分配)以确定系统100的一个或多个组件是否应当投入备用或是否应当转移功率。
[0028]在示例性实施例中，控制器200通过对处理器202编程执行本文中描述的一个或多个工作。例如，处理器202可以通过将工作编码为一