本申请要求2016年2月3日提交的美国专利申请15/015,060的优先权或权益，该申请的说明书通过引用结合在本文中。
背景技术
(a)领域
所公开的主题大体上涉及用于向数据中心供应电的电路。更具体地，其涉及向数据中心提供冗余电供应的电路架构。
(b)相关现有技术
数据中心消耗相当大量的电功率。构成数据中心的服务器需要不断地被供应电功率，即以不间断的方式。在较小程度上，这同样适用于诸如风扇和空调的其他部件，其有助于数据中心的运行。
通常通过将设备加倍而提供冗余来确保数据中心的不间断运行。然而，将设备加倍是昂贵的。以下事实使这个缺点突出：冗余设备通常仅用于紧急情况，即其保持几乎未使用。在这个工业环境中，将资金分配给占用空间、需要维护并且还具有非常低的利用率的发电设备是不合需要的。
因此，需要不要求资金密集型设备的电供应中的冗余。
技术实现要素：
根据实施方式，提供了一种向电气面板冗余地供应电力的系统，该系统包括：
·n+1个到电源的输入电连接，用于从其接收电力；
·n+1个ups单元，n+1个ups单元中的每一个具有到n+1个输入电连接中的每一个的电连接；以及
·被供应电力的n个电气面板，电气面板中的每一个具有到两个ups单元的组合的电连接，由此n+1个ups单元中的每一个具有到电气面板的至少n个电连接。
根据另一实施方式，ups单元中的每一个具有输入电连接中专用的一个输入电连接，ups单元中的每一个与输入电连接中专用的一个输入电连接之间的电连接包括具有第一电流额定值的开关设备。
根据另一实施方式，ups单元中的每一个与除专用的一个输入电连接之外的n+1个输入电连接之间的电连接包括具有第二电流额定值的开关设备，第二电流额定值大于第一电流额定值。
根据另一实施方式，还提供了通用电气面板，其具有到n+1个输入电连接中的每一个的电连接，该通用电气面板具有两个专用输入电连接，通用电气面板与两个专用输入电连接之间的电连接包括具有第一电流额定值的开关设备。
根据另一实施方式，ups单元与输入电连接之间的电连接包括阻挡条。
根据另一实施方式，输入电连接中的每一个包括自动转换开关(ats)。
在本发明的另一方面，提供了用于数据中心的电力供应系统，该电力供应系统包括：
·n+1个输入，用于从一组n+1个电源接收电力；
·一组n+1个ups单元，其中的每一个具有到n+1个输入中的每一个的电连接，并由此被专用开关设备保护；
·2n个电力输出，用于供应数据中心，2n个电力输出中的每一个连接到n+1个ups单元中的两个；以及
·隔离开关设备，其被定位使得两个n+1个ups单元的专用开关设备之间的任何电路径包括隔离开关设备中的至少一个。
根据另一实施方式，每个专用开关设备具有第一电流额定值，每个隔离开关设备具有大于第一电流额定值的第二电流额定值。
根据另一实施方式，ups单元与输入之间的电连接包括阻挡条。
根据另一实施方式，输入中的每一个包括自动转换开关(ats)。
根据另一实施方式，还提供了通用电气面板，其具有到n+1个输入中的每一个的电连接，该通用电气面板具有两个专用输入，通用电气面板与两个专用输入之间的电连接包括具有第一电流额定值的开关设备。
在本发明的另一方面，提供了向n个电气面板供应电力的电路，该电路包括：
·n+1个阻挡条，阻挡条中的每一个用于连接到电源，阻挡条中的每一个经由隔离开关设备连接到n+1个阻挡条中的至少另外两个；
·n+1个ups单元，ups单元中的每一个经由专用开关设备连接到阻挡条中专用的一个；以及
·2n个电力输出，n个电气面板中的每一个连接到2n个电力输出中的2个，2n个电力输出中的每一个连接到n+1个ups单元中的2个。
根据另一实施方式，每个专用开关设备具有第一电流额定值，每个隔离开关设备具有大于第一电流额定值的第二电流额定值。
根据另一实施方式，还提供了通用电气面板，其具有到n+1个阻挡条中的每一个的电连接，该通用电气面板具有两个专用阻挡条，通用电气面板与两个专用阻挡条之间的电连接包括具有第一电流额定值的开关设备。
根据本发明的另一方面，向n个电气面板供应电力的电路，该电路包括：
·n+2个阻挡条，阻挡条中的每一个用于连接到电源，阻挡条中的每一个经由隔离开关设备连接到n+2个阻挡条中的至少另外两个；
·n+1个ups单元，ups单元中的每一个经由专用开关设备连接到阻挡条中的每一个；以及
·2n个电力输出，n个电气面板中的每一个连接到2n个电力输出中的两个，2n个电力输出中的每一个连接到n+1个ups单元中的2个。
根据实施方式，每个专用开关设备具有第一电流额定值，每个隔离开关设备具有大于第一电流额定值的第二电流额定值。
根据另一实施方式，还提供了通用电气面板，其具有到n+2个阻挡条中的每一个的专用电连接，经由专用电连接的通用电气面板与n+2个阻挡条中的每一个之间的电连接，包括具有第一电流额定值的开关设备。
根据实施方式，用于n+2个阻挡条中的每一个的电源是冗余电源。
根据本发明的另一方面，提供了向电气面板冗余地供应电力的系统，该系统包括：
·到电源的n+2个输入电连接，用于从其接收电力；
·n+1个ups单元，n+1个ups单元中的每一个具有经由专用开关设备和经由隔离开关设备到n+1个输入电连接中的每一个的电连接，其中每个专用开关设备具有第一电流额定值，每个隔离开关设备具有大于第一电流额定值的第二电流额定值；以及
·被供应电力的n个电气面板，电气面板中的每一个具有到两个ups单元的组合的电连接，由此n+1个ups单元中的每一个具有到电气面板的至少n个电连接。
根据实施方式，n+2个输入电连接中的每一个连接到冗余电源。
如将认识到的，所公开和要求保护的主题能够在各个方面进行修改，所有修改都不脱离权利要求的范围。相应地，附图和说明书本质上被认为是说明性的，而不是限制性的，并且在权利要求中阐述了主题的全部范围。
附图说明
从以下结合所附附图的详细描述中，本公开的其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是显示了根据实施方式的用于向电气面板冗余地供应电力的系统的单线图；
图2是显示了根据实施方式的用于向照明和其他建筑物相关功能冗余地供应电力的子系统的单线图；
图3是显示了根据实施方式的与电力网相关的系统的单线图；
图4是显示了根据实施方式的电气面板的单线图；
图5是根据另一实施方式的用于向电气面板冗余地供应电力的系统的单线图；
图6是显示了根据图5的实施方式的包括ups单元的子系统的单线图；以及
图7是显示了根据另一实施方式的与电力网相关的系统的单线图。
将要注意，在所有所附附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。
具体实施方式
描述了一种系统10，如图1所示，向诸如数据中心的负载提供冗余电供应。下面描述的配置允许在发电机和ups级处的n+1个冗余来为配电馈送2n个冗余。
系统10包括：一组电源20a、20b、20c，也称为发电机，为电路产生电功率；一组ups单元30a、30b、30c；以及接收电功率的电气面板50a、50b。
在配电侧，系统10通常包括直接连接到n个电气面板50a、50b的2n个变压器55a、55b、55c、55d(见图4)。n个电气面板50a、50b由n+1个ups单元30a、30b、30c以冗余方式馈送。通过n+1个电源20a、20b、20c向n+1个ups单元30a、30b、30c提供电功率。
因此，本文描述的系统显示在发电机和ups级处的n+1个冗余在n个负载上为配电馈送2n个冗余。
如上所述，系统10包括多个ups单元30a、30b、30c。ups是不间断电力供应器(也称为不间断电源)，是当其电源中的一个发生故障时向负载提供基本不间断电力的电气设备。通常，在现有系统中，ups由主电源供应。如果主电源发生故障，电池或其任何等同物(例如，超级电容器)可以供应所需的电力。通常处于无源模式的电池或等同物需要能够在主电源经历故障时快速启动，使得从一个电源到另一个电源的转换几乎是无缝的。
在该系统中使用的ups单元30a、30b、30c不依赖于电池的存在以不间断的方式来提供应急电力。在该系统中使用的ups单元30a、30b、30c相当依赖于到多于一个电源20a、20b、20c的连接，这些电源连续地向ups单元30a、30b、30c供应电力。
取代了如现有系统中通常所做的那样，依赖于当主有源电源发生故障时接管的副无源电源和主有源电源，ups单元30a、30b、30c使用来自所有电源20a、20b、20c的电力，其大部分时间保持有源。
根据实施方式，可能仍然存在电池(未示出)以在需要时提供应急电力。然而，本文设想的系统10使得这些电池对于提供所需的冗余是不必要的。
电源20a、20b、20c可以是电网15、现场发电机(已知以各种形状因数存在)等。每个电源应独立于其他电源，使得故障是独立事件。
根据实施方式，电源20a、20b、20c分别在输入连接40a、40b、40c中的一个处连接到系统10，其中提供了自动转换开关80a、80b、80c(ats)。每个ats(80a、80b、80c)专用于电源中的一个(分别为20a、20b、20c)。ats是转换开关，其检测何时需要电源(即，检测系统10中的电力失去)，并且电闭合电路以允许其专用电源向系统10供应电力。当不需要电源时，来自ats80a、80b、80c的相关联的ats可以断开电路以移除到其电源20a、20b、20c到系统10的连接。根据实施方式，ats是检测启动电源20a、20b、20c的需要并其指示(即触发)电源20a、20b、20c启动的装置。
根据实施方式，ats82a、82b、82c也设置在变压器55a、55b、55c、55d处。对于每个变压器(55a、55b、55c、55d)，设置专用ats(82a、82b、82c、82d)。当需要从变压器55a、55b、55c、55d中的一个向面板供应电力时，ats用于断开/闭合电路。每个ats变压器对被连接到电气面板；因此，每个ats变压器对可以被认为是用于系统10的电力输出。
电路中的部分之间的电连接是已知的以各种类型和形状存在。在实践中，通过使用用于导电的电母线和用于连接的阻挡条来反映系统中涉及高电流的事实。电母线是强健的，可承受高电流，并广泛用于工业规模的电气外壳内。
根据实施方式，有电源20a、20b、20c与ups单元30的分离机构。例如，如果发生电源之间的同步的缺陷(例如，不相似的频率、相位未正确对齐等)，应分离来自这些电源20的电路径；这些电源20之间应没有电连接，使得电路中的部分不会同时从两个未同步的源接收电力。ups单元30a、30b、30c中的每一个具有输入40a、40b、40c(也称为输入电连接40a、40b、40c)中其专用的一个。如果需要执行分离，ups单元30a、30b、30c中的一个与其专用输入40a、40b或40c之间的电连接将是唯一保留的；ups单元30a、30b、30c与非专用输入40a、40b、40c之间的连接将被移除。该操作将电源/ups单元对与其他对分离，通常出于安全的目的。
这可以被如下地形式化。ups单元30a、30b、30c与输入电连接40a、40b、40c之间的电连接涉及多个不同的ups输入路径。专用ups输入路径是可分离的，即所有专用ups输入路径可以被隔离并且彼此并行工作。非专用ups输入路径可以通过断路器(下面描述的开关设备单元)电断开(即，没有电流可以通过)，以防止当需要隔离专用ups输入路径时沿着这些路径存在任何电流。
例如，在图1中，ups单元30a与输入40a之间的直接路径是专用ups输入路径，而从ups单元30a到输入40b和40c的直接路径是非专用ups输入路径。
根据实施方式，可以使用专用开关设备单元60a、60b、60c、60d来单独地保护ups单元30a、30b、30c，并且使用隔离的开关设备单元70a、70b、70c来执行可分离的专用ups输入路径的隔离。
开关设备单元是可以执行电路断路器的功能的装备。此外，开关设备单元执行其他功能，诸如测量电流。根据单元的复杂程度，可以将其他功能增加到开关设备单元。开关设备单元可编程；其可以根据预定义的规则中断电路。当满足开关设备单元中编程的条件时，开关设备单元中断电路。通常，为了保护目的，例如保护设备免受过高电流的影响，而执行中断。
开关设备单元的特征通常在于电流额定值(以安培为单位)，其可以以各种方式定义，但通常是开关设备在中断电路之前可以处理的最大电流。
用于每个ups单元的专用开关设备单元60a、60b、60c、60d(也称为第一开关设备单元)位于每个ups单元的专用ups输入路径上。每个专用开关设备单元60a、60b、60c、60d用作ups单元30a、30b、30c中的每个的电路断路器，其对于ups单元中的每个是专用的。例如，在图1中，专用开关设备单元60a专用于ups单元30a。专用开关设备单元60a、60b、60c、60d具有用于保护ups单元30a、30b、30c的电流额定值。该电流额定值被定义为第一电流额定值。在实例中，第一电流额定值为约1,600a。
ups单元30a、30b、30c中给定的一个不应电连接到其专用电源输入，而不在电路中的这两个位置之间的路径上遇到专用开关设备单元。另外，如果给定的ups单元的专用开关设备单元位于给定的ups单元与相邻的隔离的开关设备单元(一个或多个)之间的路径(一个或多个)上，如图1所示，其中专用开关设备单元位于靠近其ups单元，以保护其免受每个路径上发生的扰动，是优选的。
隔离开关设备单元70a、70b、70c(也称为第二开关设备单元)位于ups单元与输入之间的非专用路径的每一个上。隔离开关设备单元的目的是将专用路径与其他路径分离。ups单元30a、30b、30c中给定的一个不应电连接到电源输入40a、40b、40c中非专用的一个，而不在电路中的这两个位置之间的路径上遇到隔离开关设备单元。
隔离开关设备单元具有用于分离专用ups输入路径的电流额定值。为避免混淆，该电流额定值被定义为第二电流额定值。在实例中，第二电流额定值为约6,000a。
根据实施方式，第二电流额定值大于第一电流额定值。对于给定的ups输入对，限定在ups单元与其专用输入连接之间的专用路径应由隔离开关设备单元保护，具有第二电流额定值，足以保护ups单元30a、30b、30c的给定的ups单元(例如，ups单元30a)免受来自所有其他电源20a、20b、20c(除了其专用的一个，例如电源20b和20c)的电流的最大总和的影响。
实际上，如上所述，阻挡条可用于系统10的电路的部件之间的连接。在图1的环境中，其中有三个ups单元30a、30b、30c和三个电源输入40a、40b、40c，将有三个阻挡条，例如，阻挡条90a、90b和90c。例如，阻挡条90a将连接到ats80a且连接到ups单元30a的专用开关设备60a。阻挡条90a、90b、90c将也连接在一起以形成多个电路径。然而，在阻挡条90a、90b、90c之间，设置了隔离开关设备单元70a、70b、70c，用于如果需要或在需要时能够在阻挡条上进行隔离。例如，在阻挡条90a与90b之间，设置隔离开关设备70a；在阻挡条90b与90c之间，设置隔离开关设备70b；并且在阻挡条90c与90a之间，设置隔离开关设备70c。
根据实施方式，还设置了通用面板51。通用面板51是用于照明以及其他与建筑物或房间相关的电需求的电气面板。如图2所示，通用面板51以并行架构设置有多个ats75，即，通用面板51的两端连接到第一短暂中断71和第二短暂中断72，并且多个ats75以类似的方式连接到第一短暂中断71和第二短暂中断72。更确切地说，通用面板51连接到第一短暂中断和第二短暂中断经由变压器56和ats74，其电流额定值低于并行设置的其他ats75的电流额定值。在图1显示的实施方式中，第一短暂中断71和第二短暂中断72是分别专用于与电源20a和电源20c连接的开关设备单元，两个电源都能够向通用面板51供应电力，从而提供冗余。
根据实施方式，设置附加的专用开关设备单元60d以实现系统的扩展。
图3是系统10与电力网15之间的连接的实例。示出了电网电源12，以及将高压电力转换成适于分配的较低电压(例如，25kv至480v的转换)。如图3所见，电源20可以等同于来自系统10所连接的电网的电缆。
图4示出了系统10的负载的实例。意在供应电气面板的变压器组55a、55b、55c、55d中的每对变压器连接到负载。根据图4所示的实施方式，负载或电气面板包括多个面板，例如18个面板，每个42个断路器。在该实例中，每个断路器具有400a的额定电流并且电气面板是双极配置。
上述系统有利地仅需要n+1个电源和n+1个ups单元来供应面板。仅配电(即变压器)表现出2n冗余。与在所有级处需要2n冗余的现有系统相比，需提供冗余的所需资金投入因此减少。
此外，上述系统有利地使用所有电源。冗余电源不是等待紧急情况的未使用电池。而是通过耦接有源电源来提供冗余，使得它们可用于供应任何ups单元。正常操作涉及所有电源，使得在正常操作期间没有电源处于待命状态。可替代地，可以选择要使用的电源。例如，可以选择电源20a以向ups单元20c提供电力，该ups单元可以用于为图1中所示的两个负载供电。要使用的ups和电源是独立的，并且可以相应地选择。即使当出现同步问题时(为了安全起见)，电路径可以被隔离，在正常操作期间，任何发电机都可以馈送可馈送任何负载的任何ups。因此，在正常操作期间可以使用这些元件的任意选择。
此外，电源20a、20b、20c之间的耦接以及ups单元30a、30b、30c之间的耦接确保了具有最少设备的最大冗余。如果电源20a、20b、20c中的一个发生故障，所有ups单元30a、30b、30c将都是可操作的，并且如果ups单元30a、30b、30c中的一个发生故障，所有面板将被供电。
最后，系统10可以有利地作为集中系统提供，电气面板50a、50b电连接到该集中系统。取代了设置分散在设施中且更难以维护的多个模块(模块中的每一个具有电池以提供冗余)，整个系统集中为单个系统，更易于维护，包括母线、开关设备、ats、断路器以及到电源和到电气面板的连接器。
图5-7显示了系统10的另一实施方式，其中一些部件具有不同的相对位置。
在该可替代实施方式中，电源被复制成20a、20a'；20b、20b'；20c、20c'；和20d、20d'，如图5所示。换句话说，每个电源可以是双重的。变压器可以和这些单独电源中的每一个相关联，以在系统10中获得期望的和一致的电压通过阻挡条90a-90d。
如在前述实施方式中那样，设置了隔离开关设备单元70a、70b、70c、70d。设置了专用开关设备单元60a-60p。与前述实施方式相比，专用开关设备单元60的数量增加，因为对于每个电源对，存在多于一个的专用开关设备单元60。
因此，使用隔离开关设备单元70将电源对彼此隔离，但是ups单元30中的一些彼此不隔离，只要它们连接到相同的专用电源对。
在该实施方式中，变压器55位于ups单元30之前，如图5-6所示。这允许更高的电压(例如，25kv而不是480v)，从而实现系统的更大临界负载(例如，6-10mw而不是2mw)。该配置提高了系统10的效率。然后，电力将在ats单元级(82a-82d)处以安全冗余的方式输出，如其在图1中的变压器级(55)处输出那样。
在该实施方式中，每个ups单元30a、30b、30c具有到电源中的任何一个(或如图5所示的双重电源)的直接专用路径。如前述实施方式，存在2n个电力输出以供应数据中心，2n个电力输出中的每一个连接到n+1个ups单元30中的两个。n+1个ups单元中的每一个具有到双重电源中的每一个的专用连接，其数量为n+2，以允许如同ups单元关于电力输出的相同类型的冗余。电源20中的每一个可以复制成双重电源(例如包括电源20a、20a')，用于在电源级处的附加冗余。
由于图7中显示的单独电源实际上可以使用不止一次，所以不需要设置很多数量的发电机，如所示。
换句话说，从图7中所示的八个发电机中，它们中的许多可以是冗余的，这意味着实际上可以设置少至2、3或4个发电机。然而，该叙述不适用于n+1个ups单元30(实际上存在它们中的n+1个)。
换句话说，存在n+1个ups单元30，2n个电力输出中的每一个(用于为n个电气面板供电的双冗余)连接到n+1个ups单元中的两个，并且n+1个ups单元中的每一个经由n+2个专用电路径通过用于该专用电路径的冗余电源馈送。(术语“专用”在上文定义。)n+2个专用电路径意味着存在形成这些电路径的n+2个阻挡条，阻挡条中的每一个用于连接到电源的自动转换开关(ats)(如图7所示)。阻挡条中的每一个经由隔离开关设备70连接到n+1个阻挡条中的至少另外两个(例如，图7中的两个)。
根据电源具有冗余的该实施方式，冗余电源包括选自多个电源(即，至少两个)的至少两个(即，双重)电源。
根据图5-6的实施方式的系统的操作的其他方面类似于图1中显示的系统的操作。
根据未示出的另一实施方式，系统中给定位置处的ats可以由开关设备中的两个互锁断路器代替。
图7是系统10的该实施方式与电力网15之间的连接的实例。
虽然优选实施方式已经在上文中描述并在随附附图中显示，但是在不脱离本公开的情况下可以进行的修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。这种修改被认为是包括在本公开范围内的可能变体。