采用AC/DC环配置的配电系统的制作方法

本发明的主题涉及配电系统和方法，且更具体地，涉及混合ac/dc配电系统。

用于工业设施，数据中心和其它应用中的电子和机电设备的配电系统通常使用ac配电网络，其中公共电力经由配电单元(powerdistributionunit；pdu)分配到分支电路，所述分支电路又向例如服务器机架、hvac设备等的负载提供电力。可以通过结合本地柴油或天然气动力发动机-发电机组和不间断电力供应(uninterruptiblepowersupply；ups)系统来提供持续动力，所述系统提供来自电池、电容器组、燃料电池和类似装置的备用电力。一些配电系统还可以支持来自替代能源，例如光伏(photovoltaic；pv)阵列的电力供应。这种辅助和替代电源可能需要使用逆变器来连接到ac配电系统。

一些数据中心可以使用具有类似布局的dc配电系统。可以向多个整流器提供ac电力，其产生dc输出，所述dc输出可以经由pdu分配给负载。电池和其它dc电源可以直接联接到dc分配网络，或者使用dc/dc转换器与其连接。

技术实现要素：

本发明主题的一些实施例提供一个配电系统，其包含至少两个dc总线和至少两个ac总线和在一个环中互连dc总线和ac总线的多个转换器单元。所述系统还可以包含连接到所述ac总线中的第一个的ac电源、连接到所述ac总线中的第二个的ac负载，以及连接到所述dc总线中的第一个的dc负载。ac电源可以包含第一ac电源，并且系统可以进一步包含连接到ac总线中的第三个的第二ac电源。在一些实施例中，第一和第二ac电源可包含相应的第一和第二公共馈电系统。在一些实施例中，第一ac电源可以包含一个公共馈电系统，且第二ac电源可以包含发动机/发电机组。所述系统还可以包含连接到dc总线中的第二个的至少一个dc电源。所述系统还可以包含配置为控制所述转换器单元以选择性地从第一和第二ac电源向ac负载和dc负载提供电力的控制器。

在一些实施例中，至少一个转换器单元包括至少一个开关(例如，静态开关)，其被配置成将ac电源联接到所述ac总线中的一个以及使所述ac电源从所述ac总线中的一个解联。所述至少一个开关可以包含第一和第二开关，其被配置为将相应的第一和第二ac电源联接到所述ac总线中的一个和使所述ac电源从所述ac总线中的一个解联。所述转换器单元中的至少一个还可包含dc/dc转换器电路，所述dc/dc转换器电路被配置为将dc电源联接到dc总线中的一个。

本发明主题的进一步实施例提供一种配电系统，其包含至少两个dc总线和至少两个ac总线，以及多个转换器单元，其将dc总线和ac总线互连在一个环中，所述环包括设置在至少两个ac总线中的两个之间的所述dc总线中的至少一个。所述系统还包含连接到环的第一和第二ac电源、连接到至少一个ac总线的至少一个ac负载，以及连接到至少一个dc总线的至少一个dc负载。一种控制器被配置为控制所述转换器单元以选择性地从所述第一和第二ac电源向所述至少一个ac负载和所述至少一个dc负载提供电力。在一些实施例中，第一ac电源可包含连接到所述ac总线中的第一个的第一公共馈电系统，且其中所述第二ac电源可包含连接到所述ac总线中的第二个的第二公共馈电系统。在进一步的实施例中，第一ac电源可包含连接到ac总线中的第一个的公共馈电系统，且其中所述第二ac电源可包含连接到ac总线中的第二个的发动机/发电机组。所述系统还可以包含联接到所述dc总线中的至少一个的至少一个dc电源。在一些实施例中，转换器单元中的至少一个可包含第一及第二开关，其被配置为将所述第一及第二ac电源中的所述对应者联接到所述ac总线的对应第二和第三者，及使所述第一及第二ac电源中的所述对应者从所述ac总线的对应第二和第三者解联。

附图说明

图1是示出根据一些实施例具有ac/dc环结构的配电系统的示意图。

图2是示出根据一些实施例连接电源和负载与图1的系统的示意图。

图3是示出根据一些实施例连接电源和负载与配电系统的示意图。

图4是示出根据进一步实施例具有ac/dc环配置的配电系统的示意图。

图5是示出根据一些实施例图4的系统的转换器单元的示意图。

图6是示出根据进一步实施例具有ac/dc环结构的配电系统的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明主题的具体示例性实施例。然而，本发明主题可以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；实际上，提供这些实施例是为了使本发明将是透彻且完整的，并且这些实施例将把本发明主题的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在图式中，相同的标号指代相同物件。应理解，当物件被称为“连接”或“联接”到另一物件时，它可直接连接或联接到另一物件，或可存在中间物件。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联所列物件中的一或多个的任何和所有组合。

本文中使用的术语仅是为了描述特定实施例，且并不意图限制本发明主题。如本文所使用，除非另外明确地陈述，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”意在还包含复数形式。应进一步理解，术语“包含(includes/including)”、“包括(comprises/comprising)”在本说明书中使用时，指定所陈述特征、整数、步骤、操作、项和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、项、部件和/或其群组的存在或添加。

除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包含技术和科技术语)具有本发明主题所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。应进一步理解，如在常用词典中所定义的那些术语的术语应解释为具有与其在相关技术和本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地定义，否则将不会以理想化或过分正式意义进行解释。

图1示出根据本发明主题的一些实施例的系统100。系统100包含多个ac总线110和dc总线120，其通过双向转换器电路130互连以形成环。转换器电路130被配置为支持ac总线110和dc总线120中的相邻者之间的电力流。所述环包含至少两个ac总线和至少两个dc总线，其中至少一个dc总线联接在两个ac总线之间。如下文所解释，根据本发明主题的各种实施例的ac/dc环配电系统可包括ac总线、dc总线以及互连转换器的各种不同布置。应了解，可以使用各种不同的模拟和数字电路系统中的任何一种来实施转换器130。例如，转换器130可以是由微控制器或类似数据处理装置控制的桥式电力转换器。应当理解，ac总线110可以是单相或多相的，并且ac总线110和dc总线可以在各种不同的电压电平下操作。

参看图2，在一些实施例中，例如图1中示出的环配置可以支持ac电源10、ac负载20和dc负载30到环的弹性连接。例如，在一些数据中心或包含ac和dc供电设备的混合的其它装置中，这种灵活性可能是特别有利的。这种布置还可用于在各种不同的ac和dc电压电平以及各种不同的ac电压频率和相位下提供配电。

这种环配置还可以通过提供备用路径来提供灵活的负载分配和冗余，通过所述备用路径可以将电力从ac电源10传输到ac负载20和dc负载30。举例来说，在某些条件下，ac电源10可以用于向环的各个部分提供电力，例如，可以操作转换器130，使得从电源10的第一者向附接到环的第一部分的ac总线110和dc总线120的ac负载20和dc负载30，以及从ac电源10的第二者向连接到环的第二部分的ac总线110和dc总线120的ac负载20和dc负载30递送电力。如果ac电源10中的一个发生故障，则可以修改转换器130的操作以重新分配ac负载20和dc负载30，使得剩余的一个ac电源10向之前由发生故障的ac电源10供电的ac负载20和dc负载30供电。将ac负载20和dc负载30分配给电源10可以基于各种负载的电力需求、电源能力以及总线和互连转换器的能力。如图所示，转换器130的系统级控制可以使用联接到转换器130的主控制器140来实现，和/或系统级控制功能可以使用例如对等通信的方式遍及转换器组130分布。

应当理解，沿着上文所描述的线的ac-dc环结构可以改变，以支持电源和负载的各种不同组合中的任何一种。举例来说，参考图3，系统300可包含联接到选定ac总线110的公共电源40、联接到其它ac总线110的发电机(例如，发动机-发电机组)50，以及联接到选定dc总线120的dc电源60(例如，电池组、超级电容组、燃料电池、光伏电源等)。联接到转换器130和/或集成在其中的控制器140可以控制流动通过转换器130的电力流，以允许在一个或多个电源发生故障的情况下优化使用各种电源和冗余备份。

图4示出根据另外的实施例具有ac/dc环形总线布置的系统400，其利用至少一个转换器单元430，所述转换器单元被配置为联接到多个ac电源，这里示出为公共电源40，以及发电机50，以及dc电源60，例如电池或电容器组。每个转换器单元430可以被配置为从ac电源40、50和dc电源50选择性地向环的ac总线110和dc总线120提供电力。附加转换器单元440可用于链接其它ac总线110和dc总线120。出于清晰性的目的，未示出用于协调转换器单元430、440的操作的控制电路系统，但应了解，如上文参考图2所解释，这种电路系统可以实施于转换器单元430、440外部的一或多个单元中，和/或分布在其中。

图5示出了具有可用于转换器430的配置的转换器单元500的示例性架构。转换器单元500提供不间断电力供应(ups)功能与第一和第二静态开关520a，520b(例如，反并联连接的硅控整流器(siliconcontrolledrectifier；scr))相组合的组合，其可配置为提供转换开关功能，即，选择性地将相应的外部ac电源(例如两个不同的公共电源、公共电源和发电机、两个发电机等)联接到内部ac总线515。内部ac总线515被配置为联接到外部ac总线，例如图4的ac总线110之一。ac/dc转换器电路510具有联接到内部ac总线515的第一端口和联接到内部dc总线505的第二端口，所述内部dc总线可以被配置为联接到外部dc总线，例如图4的dc总线120之一。单元500还可以包括dc/dc转换器电路530，其具有联接到内部dc总线505的第一端口和被配置为联接到例如电池、电容器组、光伏阵列等外部dc电源/存储器的第二端口。控制器540控制静态开关520a、520b、ac/dc转换器电路510和dc/dc转换器电路530，并且可以配置为与外部控制器通信，例如主控制器或另一个转换器单元的控制器。在navarro的美国专利申请公开案第2014/0097680号中描述了将ups功能与多个静态开关组合的设备，其对应于2012年10月4日提交的美国专利申请案第13/644,936号(代理人案卷号9060-310)，其转让给本申请的受让人并通过引用结合在此。

再次参考图4，应当理解，转换器单元440不需要具有图5中所示的配置。例如，转换器单元440不包括如图5所示的静态开关和/或dc/dc转换器电路系统。在一些实施例中，转换器440可以使用与联接到ac电源和dc电源的转换器430不同的结构。然而，在一些实施例中，转换器440和转换器430可以使用通用架构，其支持提供例如图5的转换器单元500的转换器单元，但未联接到电源的转换器单元440可以被移除静态开关组件、dc/dc变换器组件和其它硬件，以减小成本和/或复杂度。可以升级这种经过移除的转换器单元以按需要包括这种电路系统，来支持配电系统的弹性重新配置。

应当理解，其它实施例可以使用除了上面所示的环配置之外的环配置。例如，图6示出了一种环形配置，其包含ac/dc转换器130，其将ac总线110链接到dc总线120，以及dc/dc转换器430，其互连所选择的dc总线120。例如，可以使用这种布置来为dc总线提供不同的电压电平。其它实施例可以使用包含ac/ac转换器的配置来将ac总线链接在一起。

在附图和说明书中，已经公开了本发明主题的示例性实施例。尽管采用了特定术语，但它们仅用于一般性和描述性意义而不是用于限制的目的，本发明主题的范围由所附权利要求限定。