专利名称：应急电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及应急电源，例如不间断电源(UPS)。
背景技术：
例如在IT数据中心(即，计算机服务器等)见到的灵敏设备通常包括关键组件， 对于关键组件而言重要的是在其工作期间电力供应不间断。一些关键结构可能甚至对由市电供应的电力(例如主电网电力(mains power))的通常可接受的变化敏感。通常使用不间断电源(UPS)为这种敏感设备供电，不间断电源(UPS)甚至可以在主电网电力中断(本文中描述为电网断电)期间保证不间断的电力供应。通常UPS仅能在有限时段内覆盖电网断电。如果UPS的应急功率来自类似于可充电电池的有限的能量储存器，则将出现上述时间限制。UPS能渡过的电网断电的时间段被称为UPS的运行时间。由于许多企业开始依赖其IT系统的永久可用性，所以提供在已知位置处能解决更大部分可能出现的电网断电的应急电源容量的需求增加。换句话说，希望增加UPS的运行时间的长度使得即使不需要系统停机也能够处理长时间的电网断电(其发生的概率可能非常低)。除了需要不间断电源的关键组件之外，IT系统还包括需要工作以保证关键组件的安全运行的其它负载(例如，冷却系统或者其它支持装置)。这些不那么关键但却紧急的组件(本文称为“基本组件”)可应付供电中的间断，但是间断的持续时间必须维持在某个临界值以下。如果UPS的运行时间超过该临界值，那么在UPS的功能性中有必要包括给基本组件供电的能力。为了解决增加运行时间的要求，UPS通常配备已延长运行时间的蓄电池或者发电机(通常是柴油发电机)以在电网断电某一持续时间后开始工作从而限制UPS所经历的最长的电网断电持续时间。增大蓄电池储能是简单的但却有许多缺点。首先，由于在某个功率水平以上所需的物理电池量可增长超过任何实际水平，所以解决方案变得不实用、不可靠并且维护费用极度昂贵。其次，(就定义来看)由于基本组件没有与关键功率线相连，因此很难给基本组件供电。提供柴油发电机是非常复杂的解决方案并且有其它类型的缺点。首先，柴油发动机存在废气、噪音和振动的问题。其次，安装也复杂，特别是为小型系统/低功率系统安装柴油发电机导致每千瓦(kw)的成本非常高。实际上，增大蓄电池储能的解决方案通常在低功率应用(通常低于10千瓦)中使用，而在重要的介质-高功率应用(如80千瓦或更高)中使用发电机。
图1至4示出了具体体现以上讨论的传统原理的应急电源系统。在图1中，UPS 100在关键功率线102上依赖于自动转接开关(ATS) 104的状态，连接在数据中心106与主电网电力108之间或连接在数据中心106与柴油发电机110之间。基本负载通过非关键功率线112绕开UPS 100连接到ATS 104。当出现电网断电时，UPS 100被设置为使用来自电池114的功率作为输入继续向关键负载供电。ATS 104被设置为在某一电网断电持续时间后从主电网电力108切换至发电机110。当来自发电机110的供电在线时，基本负载将再次开始接收功率，并且UPS 100 从发电机110的入口抽取功率以给关键负载供电并将电池114再次充电。直到发电机110开始工作基本负载才停工。通常选择电池114的大小来应付发电机110的大部分的启动障碍，使得即使在发电机需要作几次启动尝试或者甚至需要小型维修时为UPS 100提供的电力也不衰减。图2所示的系统与图1所示的系统类似，其中类似的部件使用相同的参考标号。在图2中发电机实施为AC燃料电池发电机，该发电机包括通过DC/AC转换器118连接至ATS 114的燃料电池116。这种配置可以提供更快并且更可靠的发动机的启动，因此电池114可以比图1系统中的电池小。图3所示的系统与图2所示的类似，其中类似的部件使用相同的参考标号。由于在这个系统中燃料电池116通过DC/AC转换器120连接到与电池并联的UPS的电池输入， 所以UPS 100没有电池电源的缺点(即，其为“无限电池”配置)。但是，在这个系统中不支
持基本负载。图4的系统在US2008/0067872中充分公开，是图3的设置的特别变体。在这个设置中UPS 100包括双向转换器，双向转换器允许UPS 100在电网断电时通过燃料电池发电机来给基本负载供电。图5示出了适合在图1至3所示的系统中使用的双变换式UPS的典型实施方式。 UPS 100包括整流器122，用于将来自ATS 104(例如在电网断电期间来自主电网108或者发电机)输送的功率转换成DC功率以供给DC总线126。DC总线126通过逆变器124连接至关键负载线102，逆变器124将DC总线上的功率转换成AC功率，该AC功率具有恰当的电压以及与电网供应无关的频率。UPS可以分布在数据中心中的许多机架内。每个机架可以具有与其有关的UPS模块130，每个UPS模块130包括整流器122和逆变器124。主电网电力(来自ATS 114的电力)通过电网AC轨道128分配到UPS模块的入口，UPS模块的输出全部供给到向关键功率线102供电的出口 AC轨道132中。在像该模块系统一样的模块系统中，可以单独地标出系统的尺寸以满足对功率容量的需求，并且增加额外的超过所需的净功率消耗的UPS模块以提供冗余并因此通过故障容差提高功率可用性。例如，在净功率要求是30kW的系统中，净功率可以由三个IOkW的UPS模块覆盖， 但是可以增加附加模块以提供N+1的冗余(模块分担负载)，从而提供了由于故障失去一个模块却可以将总功率输送给关键负载的可能。
发明内容
最通常的，本发明提出了一种具有多条用于向目标供给功率的输出供电线路的模块化应急电源系统架构，其中每个输出供电线路的工作状态都是可配置的。本发明可适合于任何关键的基础设备，例如专业知识型公司所使用的基础设备，而且还适合于居住应用方面或者甚至于用于运输的交通工具。所述目标可以是数据中心，其中电力被用于各种IT 应用中。
一方面，本发明可提供一种应急电源装置，其包括用于给目标输送功率的多个负载棒；用于选择性地将每个负载棒连接到主电源的开关单元；被设置为接收来自副电源的 DC功率的DC总线；连接在DC总线与多个负载棒之间的功率转换装置；以及与功率转换装置通信以设定每个负载棒与DC总线之间的功率传输方向从而控制每个负载棒的运行状态的控制器。每个负载棒可以代表功率轨道，目标处的一个或多个应用(即，负载)能够从功率轨道抽取功率。每个负载棒可通过所述控制器在以下工作状态之间切换-DC总线供给，其中当所述主电源有效(active)时，所述主电源的功率经由所述功率转换装置被传输到所述DC总线；-AC输出，其中当所述主电源失效(inactive)时，来自所述DC总线的功率被输送到所述负载棒以便从所述装置输出；-关键(无间断)AC供给，其中总是将来自所述DC总线的不间断的功率供给到所述目标；以及-紧急(最小间断)AC供给，其中当所述主电源有效时，功率从所述主电源被直接供给到所述目标，但是当所述主电源失效时，功率从所述DC总线被供给到所述目标。当主电源失效时，开关单元可以被设置为将主电源与所有负载棒断开。如果失效是指“电压不足 (brown out) ”，即，主电源在其额定电压或频率窗口以外工作，则开关单元可以被设置为连接到完全占用DC总线供给状态的负载棒，因为即使功率转换模块可能没有以正确的形式输送功率以向目标处的应用供电，整流状态下的功率转换模块仍为主电源工作。这样的设置可以增加运行时间。以上描述的工作状态是从开关单元的状态和功率转换装置的状态的结合得到的。 对于紧急(最小间断)AC供给状态下的第一负载棒来说，开关单元将第一负载棒连接到主电源以使得当主电源有效时在负载棒上主电源是可用的。如果第一负载棒与目标处的应用相连，这些应用将直接从主电源接收功率。如果电网断电，则这些应用将经历功率间断直到负载棒能从另一源头接收功率为止。因此第一负载棒不与关键应用相连。所述主电源可以包括多个独立的电源，例如，多个不同的主电网电源(mains supply)。开关单元可以包括多个开关元件，开关元件被设置为允许每个独立电源连接到每个负载棒。这种设置使开关单元能够有冗余。所述功率转换装置还可以被设置为将来自第一负载棒的功率输送到DC总线，即， 占用紧急(最小间断)AC供给状态的单个负载棒还可以同时被设置为当主电源有效时占用 DC总线供给状态。一个或多个负载棒可用于向DC总线传输功率。所述功率转换装置或者控制器可以被设置为检测电网断电，并且作为响应，将占用紧急(最小间断)AC供给状态的负载棒设置为接收来自DC总线的功率。功率可以以受控制的方式从DC总线传输到占用紧急(最小间断)AC供给状态的负载棒，使得仅当副电源可输送的功率容量超过临界水平时才传输功率。例如，当长期的电源，如燃料电池发动机等， 通电并且开始工作时可以得到所述临界水平。在某些情况下，占用紧急(最小间断)AC供给状态的负载棒可以被切换为不与主电源连接，甚至在电网没有断电时可以由DC总线供给。例如，在来自主电源的功率成本较高期间可以这样做。
在其它情况下，由DC总线供给的功率水平可能超过目标所需功率。这样做可能是有意的。当这种情况发生时，功率转换装置可以被设置为将来自负载棒的功率输出给主电网，例如通过将由DC总线供给功率的负载棒连接到主电源(当主电源有效或失效时)来实现。可以存在一个或多个负载棒专门用于输出功率。对于处于关键(无间断)AC供给状态的第二负载棒而言，开关单元被设置为将第二负载棒与主电源隔离，以使得甚至当主电源有效时主电源在第二负载棒上也是不可用的。功率转换装置被设置为将来自DC总线的功率传输给第二负载棒。因此第二负载棒仅可以经历来自DC总线的功率却不必知道功率到底来自于何处。当主电源有效时，DC总线通过占用DC总线供给状态的负载棒接收来自主电源的功率。当主电源失效或者没有占用DC总线供给状态的负载棒时，DC总线接收来自副电源的功率。副电源包括可再生能源，例如光伏电池等，该可再生能源被设置为在某些条件下为 DC总线提供DC功率。来自DC总线的功率可以被用于将从主电源抽取的功率补充给在紧急 (最小间断)AC状态下的负载棒。为此，可再生能源可以向可连接到负载棒的专用的DC总线供电。目标可以被划分成多个区域。每个负载棒可连接到各自的区域。每个负载棒可与多个区域连接以提供附加的灵活性。本发明允许不需要硬件的物理重新配置就可以改变区域的工作状态。因此，在一个实施方式中，不必使第一区域中的应用掉电或者间断电力供应，就可以将向第一区域供电的第一负载棒从紧急(最小间断)AC供给状态改变为关键 (无间断)AC供给状态。这可以通过将功率转换装置设置为在DC总线上提供功率容量以支持第一负载棒，然后逐渐地将到第一负载棒的功率供应从主电源切换到DC总线来实现。当目标包括多个使用虚拟化的物理服务器时，这个概念可能尤其具有优势。例如， 虚拟化可以允许在有限数量(如一个或两个)的区域内进行所有关键活动。只有这些区域需要由占用关键(无间断)AC供给状态的负载棒来供给。这样能够允许副电源的容量得到优化。此外，本发明可以允许目标的不同的区域被指定为关键状态(所以对于虚拟化而有用)而不需要重新配置电力供应中的物理硬件。因此供电装置提供了灵活性以促进目标处的虚拟化。所述功率转换装置可以包括多个功率转换模块，每个功率转换模块都可连接在DC 总线与每个负载棒之间，当其有效时被设置为在任一时间点占用单个工作模式。功率转换装置的功率转换功能可以通过为一个或多个功率转换模块设定工作模式来实现。控制器可以被设置为确定哪些(例如多少个)功率转换模块应该是有效的、每个有效的功率转换模块应该连接到哪个负载棒以及每个有效的功率转换模块应该占用哪种工作模式。因此，控制器可以通过适当地配置功率转换模块和开关单元来控制每个负载棒的工作状态。每个有效的功率转换模块可以被设置为占用以下工作模式中的其中一种-整流模式，其中所述功率转换模块连接到所述负载棒的其中一个以将功率从该负载棒传输到所述DC总线；以及-逆变模式，其中所述功率转换模块连接到所述负载棒的其中一个以将功率从所述DC总线的功率传输至该负载棒。多个占用相同工作模式的功率转换模块可以连接到公共的负载棒上。控制器可以被设置为确定功率转换模块的数量。该确定可以基于公共的负载棒的希望的或所需的功率容量。另外，控制器能够通过控制多个功率转换模块的数量和工作模式来选择共同负载棒的冗余水平。在目标包括多个区域的情况下，每个区域可连接到一个或更多负载棒并依次由多个功率转换模块供电。每个区域的容量和冗余是可控制的，例如可选择性地调节。可控性可以用来支持单独的区域特性，例如在电网断电期间减少的功率容量(减载(load shedding))、在电网断电期间减少的冷却或者响应于具体的启动顺序(排序)。可以检测区域的功耗或者负载棒的功耗，例如通过控制器。当在目标执行功率节省方案时这样做是有益的，例如为了在少许区域集中有效的应用。目标处减少的功率的检测可以引起装置中的一个或更多的功率模块的停用。这样做可以节省功率转换模块停机的静态损耗。多个与公共的负载棒连接的功率转换模块可以以负载分享的方式，例如使用下垂控制(droop control)等并联连接。每个功率转换模块可以包括双向转换器或整流元件和逆变元件。每个功率转换模块在占用整流模式时，可以作为输出电压受控的整流器来运行。 每个功率转换模块在占用逆变模式时，可以作为输出电压受控的逆变器或者输出电流受控的逆变器来运行。优选地，如果在逆变模式下的功率转换模块与占用AC输出状态的负载棒相连，则功率转换模块作为输出电流受控的逆变器运行。控制器被设置为将AC信号同步，所述AC信号来自逆变器模式下的与公共的负载棒相连的多个功率转换模块。每个功率转换模块所连接的负载棒和/或每个功率转换模块的工作模式可以选择性地被调节，例如通过来自控制器的指令。例如，双向转换器可以依赖于已连接的或者将要连接的负载棒的工作状态从整流模式改变为逆变模式。双向转换器可以是被设置成在模式转换之前减少输出的限流器。当多个功率转换模块以负载共享的方式附接到公共的负载棒时，由于减少其中一个功率转换模块而引起的功率损耗可以由剩余的模块来补偿。所述装置可以被设置为检测主电源的状态并且基于已检测的状态来控制负载棒的工作状态。在一个实施方式中，开关单元可以被设置为检测主电源的状态并且将已检测的状态传达给连接到负载棒的功率转换模块，负载棒由开关单元连接到主电源，从而可基于已传达的检测状态选择功率转换模块的工作模式。这种设置可允许如果主电源失效，例如没有功率传输或在其电压和频率的标称窗口之外运行，则可以激活与占用紧急(最小间断)AC供给状态的负载棒相连的占用逆变模式的功率转换模块。换句话说，功率转换装置被动态地控制以基于负载棒各自的运行状态来向负载棒提供必要的功率传输。在一个实施方式中，与占用紧急(最小间断)状态的负载棒相连的每个功率转换模块可以被设置为确定来自主电源的功率是否出现在负载棒上，以及如果没有检测到来自主电源的功率，则功率转换模块将在逆变模式下运行。因此，功率转换模块可以独立地选择其工作模式。可选择地，功率转换模块被设置为在主电源失效且传输的功率是零之后开始监控其自身的功率传输(在整流模式下)。主电源可以是AC电源，例如来自市电的主电网电源。在一个实施方式中，开关单元可以将检测信号应用到来自主电源的功率信号上，并且功率转换模块可以被设置为识别所检测的信号以确定来自主电源的功率是否出现在负载棒上。在另一个实施方式中，与占用紧急(最小间断)状态的负载棒相连的功率转换模块可以被设置为在逆变模式下工作以将负载棒的频率转变成超过来自主电源的功率信号的频率，并且功率转换模块可以被设置为检测负载棒的频率以确定来自主电源的功率是否出现在负载棒上。可选择地，主电源可以是DC电源。这种情况下负载棒可以承载DC功率并且功率转换装置可以被设置为在其与 DC总线之间执行DC/DC转换。副电源可以包括内部或外部的DC发电机，例如燃料电池发电机或光伏电池发电机或微型涡轮机。副电源可以包括桥式功率模块，该桥式功率模块设置为如果主电源发生断电则可以维持DC总线的电压。优选地，桥式功率模块被设置为，在桥式功率模块所花费用来激活其它(例如更长久的)电源(如DC发电机)的时间内，将DC总线的电压维持在可以充分地供给在关键(无间断)AC供给状态下的负载棒的电压水平。桥式功率模块可以包括超级电容器或电池。由于桥式功率模块可以承担功率需求的快速变化，因此还可以作为由在副电源(例如燃料电池)中的其它(更慢)的模块引起的负载梯级动态的限制器。桥式模块可以由DC总线充电。桥式模块可以由在副电源中的其它模块如通过DC总线充电。根据优先协议，例如在控制器的控制下，来自多个电源的电力可以供给DC总线。 优先协议被设置为当DC总线的电压在预定的(优选是用户可编程的)范围内时，可以确保仅其中一个电源向DC总线供给基本所有的电力。优先协议可以自动地实现。例如，一个或多个在整流模式下工作的功率控制模块、DC发电机和桥式功率模块可以被设置为自动地根据三级优先协议向DC总线供电。可以执行三级以上的优先协议。在一个实施方式中，功率控制模块的传输电压被设定为大于DC发电机的传输电压，DC发电机的传输电压被设定为大于桥式功率模块的传输电压，由此传输到DC总线的电力自动地选择以DC总线的电压为基础。内部DC电源可以例如从并联装置的DC总线连接到DC总线。如果DC总线的电压高于开始向其供电的功率转换模块的预定的输出电压，那些功率转换模块将停止产生电流。优先协议是动态地可调节的。如果副电源包括具有可变化的功率输出的可再生电源， 那么这是有益的。当这种电源被激活时，可以理解其在电力供应中占优势甚至优先于主电源。控制单元导致可再生电源传输的输出电压大于主电源的输出电压，以使得在DC总线上的功率由可再生电源控制。控制器被设置为可以调节从DC总线供给的负载棒上的功率的可用性。控制器可以被设置为测量从每个DC总线供给负载棒中抽取的功率，以及基于所抽取的功率和每个 DC总线供给负载棒可获得的当前最大的功率(S卩，在DC总线和负载棒之间连接的在逆变模式下的功率转换模块的数量和容量)来确定被连接的功率转换模块的最新数目是增加还是减少。在一个实施方式中，控制器被设置为设定与负载棒相关联的可用性框架。可用性框架对应于抽取功率的水平范围。如果抽取的功率超出范围，控制器则可以增加容量以维持可用性。如果抽取的功率低于范围，控制器则可以减少容量以仍满足所需的可用性。用于DC总线供给的负载棒的可用性框架可以由控制器基于向DC总线供给的负载棒供电的功率转换模块的当前数目来计算。开关单元可以被设置为检测主电源的状态并且在主电源失效时从主电源上断开负载棒。本发明的装置的可配置性使得其执行延长运行的发电机的功能以及以其自身的条件作为UPS来执行功能。此外，所述装置可以不需损失目标的功率而在两个状态之间切换。这种动态地重新配置的优势是促进UPS部件的修复或更换。还允许在功率转换模块接合到关键负载棒之前对在紧急负载棒上的功率转换模块进行装配后的测试。
因此，在另一方面，本发明提供一种延长运行的发电机，用于给在发生电网断电时向目标的关键负载供电的传统的不间断电源提供备用电源，发电机包括具有第一负载棒的上述装置，第一负载棒占用紧急(最小间断)AC供给状态并与传统的不间断电源(传统的 UPS)相连。因此传统的UPS在第一负载棒上接收功率。如果发生电网断电(即，来自主电源的电力损失)，控制器可以被设置为在发电机上激活副电源并且配置功率转换装置以将来自DC总线的功率传输到第一负载棒。与此同时，开关单元可以将第一负载棒与主电源断开。当副电源在工作时，传统的UPS能够再次从第一负载棒抽取功率。在电网断电与副电源开始工作之间的窗口期间，传统的UPS可以从内置的桥式功率模块给目标提供电力。如果延长运行的发电机的副电源具有桥式功率模块，例如超级电容器等等，那么在电网断电与副电源开始工作之间的窗口可以较短，由此节省传统的UPS所需的备用功率的容量。传统的UPS可以连接到目标的关键应用。与本发明的装置合并的发电机可以具有第二负载棒，第二负载棒占用紧急(最小间断)AC供给状态并绕开不间断电源以直接连接到目标的紧急(即，重要的但非关键的)负载。当电网断电时，目标的紧急负载出现电力间断也就是出现在第二负载棒上的电力间断。但是，当第二电源工作时，控制器可以被设置为将功率转换装置配置成将来自DC总线的功率传输给第二负载棒以向紧急负载供电。控制器可以被设置为将来自DC总线的功率延迟切换至第二负载棒，例如直到副电源的DC发电机开始工作时(即，充分运行)。如果传统的UPS需要修复，则延长运行的发电机可以被重新配置成动态地作为 UPS工作。因此，控制器可以被设置为重新配置功率转换装置以引起第二负载棒又占用DC 总线供给状态然后第一负载棒占用关键(无间断)状态，并且允许不间断电源的移除或测试。换句话说，第二负载棒被设置为从主电源供给DC总线，功率转换装置被配置成将DC总线的功率传输至第一负载棒。当来自DC总线可传输的功率超过预定水平(即，来自DC总线并且可切换进第一负载棒的功率容量和可用性高于设定的临界值)时，开关单元可以将第一负载棒从主电源断开以使其仅接收来自DC总线的功率。如果电网断电，则功率没有从第二负载棒传输到DC总线，这可以使得副电源被激活。使用以上概述的优先协议可能发生这种情况。因此DC总线的电压在电力供应中不会间断，由此第一负载棒可以不间断地继续 {共 ο当电网断电时，在电网存在时功率转换装置中先前供给DC总线的部件可以成为可用的，以在逆变模式下工作从而供给第二负载棒(一旦副电源准备好这么做)。因此装置不需要附加的硬件就可以向紧急(最小间断)AC供给负载棒提供延长运行时间的电力。因此本发明的装置可以与不间断电源(UPS)合并，用于在主电网断电时为目标的关键负载提供不间断电力。UPS可以包括上述具有第一负载棒和第二负载棒的装置，第一负载棒通过开关单元连接到主电网并且占用DC总线供给状态，第二负载棒连接到关键负载并且占用关键(无间断)AC供给状态。第一负载棒或者第三负载棒可以连接到目标处的紧急负载并且被配置成占用紧急(最小间断)AC供给状态。本发明的其它方面可以包括重新配置装置的方法，执行优先协议的方法和计算机程序产品，计算机程序产品具有可执行指令，其中通过计算机来确定执行哪个方法以及何时执行。
附图的简要说明以下参考附图来讨论本发明的实施例，其中图1是以上已讨论的传统应急电源系统的示意图；图2是以上已讨论的另一传统应急电源系统的示意图；图3仍是以上讨论的另一传统应急电源系统的示意图；图4仍是上面已讨论的另一传统应急电源系统的示意图；图5是传统的双转换式UPS的示意图；图6是作为本发明的实施方式的应急电源装置的示意图；图7是作为本发明的实施方式的常规配置下的应急电源系统的示意图，其中该系统具有延长运行的发电机；图8是在电网断电配置下图7所示的应急电源系统的示意图；图9是作为本发明的实施方式的常规配置下的应急电源系统的示意图，其中该系统具有不间断电源；图10是在电网断电配置下图8所示的应急电源系统的示意图；图11是显示重新将延长运行的发电机配置成不间断电源的步骤的流程图；图12是作为本发明实施方式的应急电源系统模块的示意图，其中该系统被设置为提供已划分成区域的目标；图13是显示向DC总线供电的优先协议的图；图14是可与两个以上负载棒连接的主开关单元的示意图；图15是DC总线与两个以上负载棒之间的连通性的示意图。详细描述进一步的选择和优选图6示出了作为本发明的第一实施方式的应急电源装置200。该装置包括与主电源202相连的主开关单元204，主电源202可以是来自市电的主电网电源。开关单元具有第一开关206和第二开关，第一开关206用于选择性地将主电源202连接到第一负载总线 208 (负载棒1)，第二开关与第一开关206并联连接用于选择性地将主电源202连接到第二负载总线209 (负载棒2)。因此负载总线208、209(下文中为负载棒)可通过开关单元204 单独地与主电源连接或者断开。主开关单元204可以是如以下实施方式中讨论的专用装置 (例如插接式模块)，或者可以被并入以作为其中安装有该装置的机架或底板系统的一部分。负载棒208、209都与一个或更多在目标(未示出)处需要电力的应用相连。例如， 其中一个负载棒可以被连接以给“基本”负载供电，所述“基本”负载是需要在目标处运行以使其正常工作但是能够经受电力供应的间断的应用。另一个负载棒可以被连接以给“关键”负载供电，所述“关键”负载是需要在目标处运行以使其正常工作但是较为敏感并且不能经受电力供应的间断的应用。给基本负载供电的负载棒可以从主电源直接抽取功率，例如通过开关单元中的相关开关。例如，当主电源激活时，如果图6中的第一负载棒208向基本负载供电，则第一开关206将闭合。相反，给关键负载供电的负载棒并不直接从主电源抽取功率以确保例如由于电网断电的任何意外的间断不会发生在关键负载上。因此，如果图6中的第二负载棒209 当主电源被激活时给关键负载供电，第一开关207将打开。
负载棒除了直接从主电源接收功率还提供功率到一个或更多关键负载，负载棒从 DC总线210抽取功率，DC总线具有维持在临界水平之上的电压并且由其它电源(以下讨论的)提供电力。功率通过功率转换装置从DC总线210传输到负载棒，在这个实施方式中功率转换装置包括作为逆变器(执行DC到AC的转换)工作的功率转换模块(PCM) 212。图6中的功率转换装置包括一对PCM 212,2140每个PCM 212和214都可作为整流器或者逆变器连接到负载棒208和209。在这个实施方式中，这种功能通过在每个PCM 中单独的整流器组件和逆变器组件211，213以及具有开关元件215的信号路径形成，开关元件215用于选择性地将整流器组件或逆变器组件211、213中的一个连接到负载棒208和 209中的一个。DC总线210可以接收来自若干电源的功率。例如，如果主电源202是有效的，则来自由主电源202供电的负载棒的功率可以通过功率转换装置被传输，在这个示例中功率转换装置包括作为整流器(执行AC到DC的转换)工作的PCM 214。供给DC总线的负载棒可以用于该目的，即，负载棒不仅需要供给在目标处的负载。这例如对于给桥式功率模块(见下文)中的组件充电或者当电网被激活时在已知电压下简单地维持DC总线210是有用的。参照图6，如果主电源202是有效的并且开关206闭合，来自主电源的AC功率出现在第一负载棒208上。在这种情况下，在PCM214中的整流器216可以从第一负载棒208 中抽取功率以提供DC功率给DC总线210。如果主电源202未被激活，或者功率转换装置没有被布置为将来自负载棒的功率输送到DC总线210，那么DC总线可以从与DC总线直接连接的副电源接收功率。副电源可以包括多个组件。如图6所示，副电源可以包括桥式功率模块(BPM)218。BPM在布置上是可选的，不需要占用关键(无间断)AC供给状态的负载棒。例如，如果装置被布置作为延长运行的发电机来工作，那么副电源可以不需要ΒΡΜ。但是，BPM在延长运行的发电机模式中可以是有用的，例如，承担在DC负载棒上快速变化的负载要求。BPM 218可以是短期电源，例如被布置为将电压水平维持几秒或几分钟。在这个实施方式中BPM 218包括用于输出DC功率的超级电容器或电池220和DC/DC转换器222， DC/DC转换器222用于将输出DC功率转换成适合DC总线210的电平。副电源还可以包括燃料电池发电机模块224。燃料电池发电机模块224可以是更长期的电源，例如被布置为将电压维持几分钟、几小时或者甚至几天。在这个实施方式中，燃料电池发电机模块224包括用于输出DC功率的燃料电池226和DC/DC转换器228，DC/DC转换器228用于将输出DC 功率转换成适合DC总线210的电平。用于DC总线210的不同的可能的电力来源的操作协议将参考图13在下文讨论。从图6中可以看出负载棒208和209的工作状态依赖于开关单元204的配置和功率转换装置(在这个实施方式中由PCM 212,PCM 214提供)。控制器(未示出)可以用于配置功率转换装置，例如通过设定负载棒208，209中哪个负载棒与PCM212，214相连和在哪个方向上传输功率以及通过设定开关单元204的切换状态来配置。在图6中有两个PCM。其它实施方式可以具有两个以上的PCM，每个PCM借助内置的切换机构可连接到负载棒。每个PCM可连接到任一个负载棒。实际上每个PCM在任何点处及时地仅与一个负载棒相连。每个激活的PCM能够占用两个运行模式中的一个以分别在两个方向中的一个方向上转换功率。在逆变模式下PCM可以充当逆变器(DC/AC)；在整流模式下PCM可以充当整流器。PCM包括双向转换器或者两个单独的单向模块，双向转换器能在模式之间切换，一个模块是逆变器而另一个是整流器，其中当PCM被激活时两个单独的模块中仅有一个在任何点处工作。在PCM包括双向转换器的情况下，其还包括可操作以在整流模式与逆变模式之间切换的切换机构。仅当转换器未被激活时，即通常在不运行期间，才运行切换机构。尽管图6仅示出了两个负载棒和两个PCM，但可以理解系统是完全可扩展的并且可以使用任何数量的负载棒。为了完整的功能性期望至少具有相同数量的PCM和负载棒。 但是，更优选的是PCM要多于负载棒以允许配置的灵活性以及提供所需的冗余。这可以通过给单独的系统装备许多PCM和/或设定许多并联的系统来实现。具体来说，本发明可以允许通过对不承载关键负载的其中一个负载棒的测试来安装和初始化PCM。基于成功的测试PCM可以被重新分配给关键负载棒。当系统在运行并且仅有一个安装操作，即当PCM重新分配给另一个负载棒时不必进行物理地重新安装时可以执行这个程序。类似地，单个的 PCM在完全控制下能够脱离并随后被取代或被修复而不需要对标称系统作任何改变。这样基本上减少了故障和人为失误的可能性。供给DC总线210的燃料电池发电机模块224实际上可以是任何形式的公知的提供DC输出功率的发电机技术。BPM 218具有的功率容量能够缩小损失电网与燃料电池发电机准备好完全供电的时间(例如在启动程序后)之间的差距。为了满足功率容量和/或冗余的需求，多个BPM 可以类似于并联的PCM被应用。BPM基于可再充电电池或者更可能极端的电容器(以提供免电池系统)并且包括DC/DC转换器以确保输出的DC功率满足DC功率协议。BPM可以由主电源202充电使得其一直准备帮助维持DC总线的电压。例如，BPM可以通过来自开关单元204的专用负载棒或通过任何激活的负载棒被充电。当整流器216不能支持DC总线210时BPM 218开始工作，但是一旦跟随启动程序后燃料电池发电机能够产生充足的功率，BPM 218就被燃料电池发电机224取代，或者如果在DC总线210接收来自燃料电池发电机224的功率之前，主电源202再次返回，BPM 218就被整流器216取代。以上讨论的所有模块(在DC或AC出口处并行连接)借助于公知的下垂控制或P 控制(“软” I-V特性)的原理可叠放。这允许模块在总线上分享负载。所述装置可以包括控制单元(在图6中未示出)，该控制单元被布置为将该装置配置为，例如控制切换元件204和有效的PCM的设定。控制单元可以通过控制切换元件204以及设定PCM的运行模式来为每个负载棒设定运行状态。以下参考图11描述这样一个示例， 其中控制单元通过仅控制切换元件和PCM将系统的功能从延长运行的发电机改变为UPS和延长运行的发电机的组合。不需要硬件的物理改变就可以得到这种功能的变化。控制单元的主要功能是设定系统的配置。一般说来，可以通过从PCM的当前负载棒分离PCM以及将PCM连接到另一目标来实现。这样，可能-改变一个或多个负载棒的运行状态，例如改变装置的总体功能或者设置，例如当电网断电发生时；-将功率容量从一个负载棒移动到另一条线(例如增加或减少供给关键负载棒或从基本负载棒抽取功率的PCM的数量)，以便例如覆盖PCM的失效或允许掉电和PCM的移除 (例如为了测试或修复)；
-改变每个负载棒的冗余保护，以便例如在PCM失效时重新建立关键负载总线的冗余；-如果功率线路上的一个或多个模块出现故障，则恢复系统对于关键线路的可用性(在一个示例中这可以通过牺牲在较不重要的负载棒上的冗余来实现)。控制单元可以包括被设置为允许用户输入重新配置的指令的用户界面。为了安全起见，如果控制单元例如从用户界面接收系统重新配置的要求，其可以被设置为在允许系统的配置改变之前，计算当前系统的可用性并且评估重新配置后随之的可用性。针对用于用户对系统的冗余设置的一组规则，控制单元可检查随之而来的可用性，从而检查是否允许重新配置。本发明的装置的灵活可配置性的一个重要益处是在切换进用于“关键”负载的负载棒之前有能力测试用于“基本”负载的负载棒上的PCM。这种测试可以在控制单元的控制下进行。控制单元为了进一步的原因可以重新配置装置，包括以下任意一个或多个_减载，即，在电网断电期间将功率从“基本”负载棒转移出以节约能量并因此得到甚至更长的运行时间；-调峰，即，每当电价较高时启动副电源以产生实地发电；-节电，即，在传统的低流量(low-traffic)时间减少功率消耗；-功率调节；即，响应于传输系统操作员(TSO)的要求(例如为了达到电网平衡的效果)，自动地传输到孤立的(与主电源隔离)或初始化的副电源以产生实地发电。在发生实地发电的配置中，例如在电网断电期间或调峰期间或功率调节期间，如果产生额外的功率，负载棒可以从装置连接到输出功率处。图6中示出的装置可以用作延长运行的发电机或者用作具有内置延长运行的发电机的不间断电源。以下参考图7至10来描述在执行这些功能时装置的配置。图7和8示出了应急供电系统300的示意图，应急供电系统300具有的延长运行的发电机类似于图6中所示的装置中的延长运行的发电机。图7中的系统处于对应于电网在工作(即，主电源是有效的)的第一配置下。图8中的系统处于对应于电网断电(没有来自主电源的电力)的第二配置下。在系统中，本发明的装置可以充当传统柴油备用发电机的替代品，即，通过不间断供电系统向数据中心供应电功率。系统300包括附接至主电源302 (例如来自市电的主电网AC电力)的开关单元 304。开关单元304将主电网电力分成两个并联的负载棒308、309，负载棒309、308分别具有开关306和307以便将负载棒选择性地连接到主电网。在具有有效的主电网的延长运行的发电机配置中，负载棒308和309都与主电源302连接。第一负载棒308与传统的UPS 312相连以向其传输功率，UPS 312转而供给目标处的关键应用，例如计算机服务器310。第二负载棒309直接与目标处的基本(但非关键) 应用例如冷却系统311相连。在这个实施方式中五个功率转换模块(PCM) 314提供功率转换装置的功能，其中每个PCM包括双向转换器。每个PCM 314具有第一信号线316和第二信号线318，第一信号线316可通过开关320连接到第一负载棒308，第二信号线318可通过开关322连接到第二负载棒309。如果具有更多的负载棒，则PCM 314可以相应地具有附加的信号线和开关。开关被设置为在任何时候至多有一个开关闭合，即，每个PCM绝不与多于一个的负载棒相连。图7中PCM 314全都是失效的，即处于备用模式。每个PCM 314通过DC信号线326还连接到DC总线324。DC总线324连接到副电源328，在这个实施方式中DC总线324包括并行连接的三个组件的结合(i)多个超级电容器332，(ii)多个燃料电池330和(iii)多个光伏电池334。燃料电池330可以实施为适于输出DC功率的传统柴油发电机。超级电容器332是桥式功率模块(BPM)的示例，并且依赖于副电源需要如何快速地联机，超级电容器332是可选的。超级电容器还能够用于过滤任何快速的加载步骤(即，DC总线上的功率需求的快速增加)，这样可以保护燃料电池不会产生高斜率的变化。BPM的基本功能是减少断电持续时间以维持在启动燃料电池时的功率。 这样将减少断电持续时间，因此限制在第二负载棒上的断电影响并且减少需要用于外部的 UPS的电力存储器(通常是电池)的数量。UPS的运行时间的减少可以允许UPS通过用更好的电池技术或者甚至超级电容存储器来替代铅酸电池以完全消除铅酸电池。如果电网是有效的(如图7中那样)，则没有功率来自DC总线或者传输到DC总线，所以开关320，322全部是打开的。在该设置中副电源可以是失效的。图7和8所示的系统的关键功能是限制UPS所经历的电网断电的持续时间，以使得UPS能够不管其有限的电池存储容量来应付任何断电的持续时间。这与以上关于图2讨论的设置类似。如果电网断电，则控制单元(未示出)指示系统采用在图8中示出的配置。图7 与图8之间的区别是在开关单元304中开关306、307打开以将负载棒308，309与主电源隔离。换句话说，系统在孤立化状态下运行。此外，副电源328被激活，以使得DC功率(在这个示例中来自超级容器332和燃料电池330)被提供给DC总线324。实际中，超级电容器 332被设置为，在电网断电后不久，紧接着在燃料电池330被初始化并且开始工作的一段时间内输送DC功率。燃料电池330可以被设置为比超级电容器332提供更长时间规模的DC 功率传输。光伏电池334可以充当燃料电池330和超级电容器332之一或二者的替代品。 在一些实施方式中光伏电池的优先级可以被调整，以使得在某些情况下其向DC总线的功率传输占支配地位。在这种情况下，来自DC总线的功率可以用于取代来自主电源的功率， 例如通过在向DC总线传输功率的PCM之间的负载共享)。在示出的实施方式中，所有PCM 314在逆变模式下被激活以将来自DC总线324的功率转换并且传输到第一负载棒308或者第二负载棒309。在PCM A、B和C中的开关320 关闭使其能够通过信号线316向第一负载棒308提供AC功率。UPS312可以经历该功率。 在PCM D和E中的开关322闭合使其能够通过信号线318向第二负载棒309提供AC功率。 冷却应用311可经历该功率。控制单元可以被设置为延迟闭合PCM 322中的开关322以将初始功率集中传输到第一负载棒，因此使得UPS 312所经历的功率间断最小化(并且甚至可能降为零)，因而使得UPS 312中的内部电池的容量能够减少。在图8中尽管五个PCM是有效的，但是实际上PCM C和E分别作为在第一负载棒和第二负载棒(由虚线箭头指示)上的多余的PCM运行。当电网(主电源302)再次变为有效时，系统可以被设置为切换回到图7所示的配置，例如通过视情况来闭合开关单元304中的开关306、307以及打开开关320、322。在重新连接之前PCM可以与主电源同步(见下文)。图9和10示出了应急电源系统340的示意图，应急电源系统340具有由与图6中所示的类似的装置所提供的UPS。图9中的系统处于对应于电网在工作(即，主电源有效) 的第一配置下。图10中的系统处于对应于电网断电(没有来自主电源的功率)的第二配置下。在该系统中，本发明的装置可以充当具有内置的延长运行的发电机的传统不间断供电系统的替代品。甚至在电网断电期间，系统也向一些(占用关键(无间断)供给状态并向关键应用供电的)负载棒提供完整的不间断电力并且向(占用紧急(最小间断)供给状态并向基本应用供电的)其它负载线路提供短暂间断的电力。图9和10中描述的部件与图7和8中具有相同功能的部件使用相同的参考标号。图9示出了在电网(主电源302)有效时的系统配置。开关单元304被设置为使得开关307打开以将第一负载棒308与主电源302隔离而开关306关闭以使得来自主电源 302的功率出现在第二负载棒309上。第一负载棒308直接与服务器310相连，服务器310是目标处的关键应用。因此第一负载棒必须占用关键(无间断)AC供给状态。这可以通过配置功率转换装置以使得第一负载棒308总是从DC总线324中抽取功率来实现。所述系统被配置成不论电网是否工作都可保证向DC总线324的功率供应，如以下所述。在该实施方式中，当电网工作时(S卩，当主电源302有效时)第二负载棒309执行两个功能。在另一个实施方式中，这两个功能可以通过单独的负载棒独立地执行。第一个功能是将功率从电网传输到DC总线324。这可以通过适当地配置功率转换装置来实现。在这个实施方式中，两个PCM 314(图9中的PCM D和E)在整流模式下被激活并且都通过关闭开关322的信号线318连接到第二负载棒309。第二个功能是直接提供功率给目标处的冷却应用311。这些应用对于目标的正确工作是重要的，但是能够应付电力的小间断所以这些应用是“基本”应用。因此在这个实施方式中第二负载棒309占用DC总线供给状态和紧急(最小间断)AC供给状态。第一负载棒308接收来自三个PCM 314(图9中的PCM A、B和C)的功率，三个PCM 314在逆变模式下被激活用于转换和传输来自DC总线324的功率。在PCM A、B和C中开关320闭合以使得其能够通过信号线316给第一负载棒308提供AC功率。这就是在服务器应用310中出现的功率。与图8类似，尽管在图9中全部五个PCM都被激活，但是实际上PCM C和E分别作为在第一负载棒和第二负载棒上的多余的PCM运行(由虚线箭头指示)。如图9所示，当主电源302有效时完全来自第二负载棒309的功率被提供给DC总线324。副电源是失效的。但是，在某些情况下，例如为了执行高峰调节，可以在主电源仍有效时将副电源328激活。当副电源328在线时，向DC总线324的电力供应可以通过使得在整流模式下运行的PCM 314掉电，例如通过降低PCM314的输出电压以便副电源328的输出电压占优势来向DC总线324传输。这样第二负载棒可以停止在DC总线供给状态下的运行。但是，第二负载棒继续在紧急(最小间断)AC供给状态下运行。(P25，35)如果电网断电，控制单元(未示出)指示系统采用图10中所示的配置。 图9和10之间的关键区别是DC总线324现在是由副电源328供电。实际上，由第二负载棒309通过整流模式下的PCM 314向DC总线324供给的电压的下降将被检测到，这种下降将导致副电源328被激活。PCM 314可以检测电压的下降并向副电源328发送指令，例如通过控制单元，或者控制单元可以实施检测和激活步骤。如以上所述，超级电容器332被设置为，在电网断电后不久，紧接着在燃料电池330被初始化并且开始工作的一段时间内输送DC功率。燃料电池330可以被设置为比超级电容器332提供更长时间规模的DC功率传输。光伏电池334可以充当燃料电池330和超级电容器332之一或二者的替代者。如上所述，光伏电池可以被设置为支配向DC总线的功率传输，例如以补充来自主电源的功率。供给第一负载棒308的PCM 314 (A、B和C)的配置在图9和10之间没有改变。实际上，由于第一负载棒308从DC总线324中抽取功率，所以在功率上没有任何基本损耗，其电压通过副电源328的激活而得以维持，如上所述。与此同时，电网断电导致第二负载棒309的功率损耗。这种功率损耗将由冷却应用311经受。但是，一旦副电源328完全在线(例如在燃料电池330运行之后)，则在整流模式下工作的PCM 314(D和E)被切换到在逆变模式下工作，由此PCM将来自DC总线324 的功率传输到第二负载棒309，然后使用该功率给冷却应用311供电。因此冷却应用311经受的电力间断是短暂的，例如时间长度是从电网断电直到燃料电池330开始工作。这通常是几秒。本发明的优势是，在不需要实质的物理调整或硬件的重新连接或目标掉电的情况下，图7中所示的系统能够转变到图9中所示的系统，反之亦然。图11示出了系统之间的转变所涉及的步骤。因此，对于图7中所示的延长运行的发电模式350而言，负载棒308、309 (在图11分别被称为ACl和AC2)都连接到主电源 302 (电网)，步骤352。为了开始向UPS模式的转变，控制单元选择并且激活一个或多个在整流模式下的PCM 314并为这些PCM关闭开关322以使得这些PCM通过信号线318从第二负载棒309中抽取功率。这样导致第二负载棒309除了其已有的向基本负载供电的功能之外还占用DC供给状态。在这个步骤完成后，向DC总线324提供来自第二负载棒309的工作电压。向UPS模式转变的下一个步骤是控制单元选择并激活一个或多个在逆变模式下的 PCM 314并为这些PCM闭合开关320，以使得这些PCM通过信号线316将来自DC总线324 的功率提供给第一负载棒308。最后，第一负载棒302通过打开开关单元304中的开关307 与主电源断开。然后第一负载棒308完全从DC总线中抽取功率并因此占用关键(无间断) AC供给状态。然后系统转变为UPS模式，步骤360。以上描述的PCM314包括双向转换器。在其他实施方式中PCM314可以包括配对的整流器-逆变器。可选地，每个PCM可以是单向的。但是，只要提供足够的PCM以允许在两个方向上向或者从每个负载棒和DC总线的可配置的功率传输，系统就可以具有本发明的益处。以上讨论的在两个模式下的负载棒308、309的运行状态概括在以下表格中
权利要求
1.应急电源装置，包括多个负载棒，用于向目标输送功率；开关单元，用于选择性地将每个负载棒连接到主电源；DC总线，被设置为接收来自副电源的DC功率；功率转换装置，连接在所述DC总线与所述多个负载棒之间；以及控制器，与所述功率转换装置通信以设定所述每个负载棒与所述DC总线之间的功率传输方向，从而控制所述每个负载棒的工作状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述每个负载棒能够通过所述控制器在以下工作状态之间切换-DC总线供给，其中当所述主电源有效时，所述主电源的功率经由所述功率转换装置传输到所述DC总线；-AC输出，其中当所述主电源失效时，来自所述DC总线的功率被传输到所述负载棒以便从所述装置输出；-关键(无间断)AC供给，其中总是将所述DC总线的不间断的功率供给到所述目标;以及-紧急(最小间断)AC供给，其中当所述主电源有效时，功率从所述主电源被直接供给到所述目标，但是当所述主电源失效时，功率从所述DC总线被供给到所述目标。
3.根据权利要求2所述的装置，其中占用所述紧急(最小间断)AC供给状态的负载棒被设置为分别当所述主电源有效时同时占用所述DC总线供给状态，或者当所述主电源失效时同时占用所述AC输出状态。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中所述功率转换装置包括多个功率转换模块，所述每个功率转换模块可连接在所述DC总线与每个负载棒之间，并且当其有效时被设置为在任一时间点占用单个工作模式。
5.根据权利要求4所述的装置，其中每个有效的功率转换模块被设置为占用以下工作模式之一_整流模式，其中所述功率转换模块连接到所述负载棒中的一个以将功率从该负载棒传输到所述DC总线；以及-逆变模式，其中所述功率转换模块连接到所述负载棒中的一个以将功率从所述DC总线传输到该负载棒。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述多个功率转换模块连接到公共的负载棒，并且其中与所述公共负载棒连接的每个有效的功率转换模块占用相同的工作模式。
7.根据权利要求6所述的装置，其中连接到所述公共负载棒的所述多个功率转换模块以负载共享的方式并联连接，例如使用下垂控制等。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的装置，其中所述每个功率转换模块是双向转换器或者包括整流组件和逆变组件。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的装置，其中与所述每个功率转换模块连接的负载棒和/或所述每个功率转换模块的所述工作模式是选择性地可调节的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，被设置为检测所述主电源的状态，其中基于检测到的状态来控制所述负载棒的工作状态。
11.根据权利要求4所述的装置，其中所述开关单元被设置为检测所述主电源的状态并且将所检测到的状态传达到与负载棒相连的功率转换模块，从而能够基于已传达的检测到的状态选择所述功率转换模块的工作模式，其中该负载棒通过所述开关单元连接到所述主电源。
12.根据权利要求4所述的装置，其中每个与占用所述紧急(最小间断)状态的负载棒连接的功率转换模块被设置为，确定来自所述主电源的功率是否出现在所述负载棒上并且如果检测到没有来自所述主电源的功率则在所述逆变模式下工作。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述主电源是AC电源，例如来自市电的主电网电源。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述主电源是AC电源并且所述开关单元将检测信号应用到来自所述主电源的功率信号上，并且所述功率转换模块被设置为识别所述检测信号以确定来自所述主电源的功率是否出现在所述负载棒上；或者与占用所述紧急(最小间断)状态的负载棒连接的功率转换模块被设置为在逆变模式下工作以将所述负载棒的频率移至超过来自所述主电源的功率信号的频率，并且所述功率转换模块被设置为检测所述负载棒上的所述频率以确定来自所述主电源的功率是否出现在所述负载棒上。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述副电源包括DC发电机，例如燃料电池发电机或者光伏电池。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述副电源包括桥式功率模块，所述桥式功率模块被设置为在所述主电源发生电网断电时维持所述DC总线的电压。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述桥式功率模块包括超级电容器或者电池。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中一个或多个在所述整流模式下工作的控制模块、所述DC发电机和所述桥式功率模块被设置为自行根据优先协议向所述DC总线供电。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述功率控制模块的传输电压被设定为高于所述DC发电机的传输电压，而所述DC发电机的传输电压被设定为高于所述桥式功率模块的传输电压，由此自动地基于所述DC总线的电压来选择传输到所述DC总线的功率源。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述目标被划分为多个区域并且每个负载棒可连接到每个区域，从而能够选择性地控制每个区域中的功率容量和/或可用性。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述开关单元被设置为检测所述主电源的状态并且在所述主电源失效时将所述负载棒从所述主电源断开。
22.一种延长运行的发电机，用于在主电源断电时为目标处的关键负载的不间断电源提供备用电力，所述发电机包括根据权利要求2所述的装置，所述装置具有第一负载棒，所述第一负载棒与所述不间断电源连接并且占用所述紧急(最小间断)AC供给状态。
23.根据权利要求22所述的延长运行的发电机，其中所述装置具有第二负载棒，所述第二负载棒占用所述紧急(最小间断)AC供给状态，并绕开所述不间断电源而直接连接到目标处的紧急负载。
24.根据权利要求23所述的延长运行的发电机，其中所述控制器被设置为重新配置所述功率转换装置以使得所述第二负载棒额外地占用所述DC总线供给状态，然后允许所述第一负载棒占用所述关键(无间断)AC供给状态以允许移除或测试所述不间断电源。
25.—种不间断电源(UPS)，用于在主电网断电时向目标处的关键负载提供不间断电力，所述UPS包括根据权利要求2所述的装置，所述装置具有第一负载棒和第二负载棒，所述第一负载棒通过所述开关单元连接到所述主电网并且占用所述DC总线供给状态，所述第二负载棒占用所述关键(无间断)AC供给状态并连接到所述关键负载。
26.根据权利要求25所述的UPS，其中所述第一负载棒连接到目标处的紧急负载并且被配置成占用所述紧急(最小间断)AC供给状态。
27.一种测试和初始化根据权利要求5所述的应急电源装置中的功率转换模块的方法，所述方法包括在所述DC总线与占用所述紧急(最小间断)AC供给状态的第一负载棒之间连接所述功率转换模块；激活所述整流模式下的所述功率转换模块以将功率从所述第一负载棒传输到所述DC 总线；检测所述功率转换模块是否正常工作；其中如果正常工作，则所述方法包括停用所述功率转换模块；将所述功率转换模块重新配置以连接所述DC总线和占用所述关键(无间断)AC供给状态的第二负载棒；以及在重新配置之后，激活所述逆变模式下的所述功率转换模块以将功率从所述DC总线传输到所述第二负载棒。
28.一种重新配置根据权利要求4所述的应急电源装置的方法，所述方法包括停用在第一负载棒与所述DC总线之间连接的有效的功率转换模块；停用后，将所述功率转换模块从所述第一负载棒处断开并将其连接到第二负载棒；在基于所述第二负载棒的工作状态确定的模式下激活所述功率转换模块。
29.根据权利要求28所述的方法，其中激活和停用所述功率转换模块包括增高和降低所述功率转换模块的输出电流。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述功率转换模块作为整流器或逆变器工作， 增高和降低所述功率转换模块的输出电流包括分别增大和减少所述功率转换模块的已设定的输出电压。
全文摘要
一种模块化应急电源系统架构(200)具有多条输出供电线以向目标供电，其中每个输出供电线的工作状态是可配置的。该架构包括多个负载棒(208，209)，功率由此传输到目标。负载棒(208，209)可被选择性地连接以通过一个或多个AC/DC功率转换模块(212，214)向主电源(202)和/或DC总线(210)传输功率或者从主电源(202)和/或DC总线(210)接收AC功率。该架构可以提供冗余以及动态地重新配置以补充目标处关键组件的物理位置的改变(例如由虚拟化、区域或修复引起的)。该架构可作为独立的不间断电源(UPS)来工作或者作为用于现存的UPS的延长运行时间的发电机来工作。
文档编号H02J9/06GK102210081SQ200980144439
公开日2011年10月5日 申请日期2009年10月1日 优先权日2008年10月3日
发明者克劳斯·莫斯 申请人:莱尼科有限公司