用于ac和dc电力分配的转换器模块和开关设备组合件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及供电力分配的开关设备组合件(1)中使用的转换器模块(4，11)，包括：? 一个或多个AC供应汇流条(42，112)，用于提供AC电力供应；? 一个或多个AC或DC电力分配汇流条(48，113)，用于向负载分配电力；以及? 一个或多个转换器单元(41，111)，用于把来自AC电源汇流条(42，112)的AC电力转换成分别到AC或DC电力分配汇流条(48，113)上的AC或DC电力。
【专利说明】
用于AC和DC电力分配的转换器模块和开关设备组合件
技术领域
[0001]本发明涉及供用于向消费者负载、特别是向数据中心供应AC和/或DC电力的配电系统的模块化开关设备组合件中使用的转换器模块。
【背景技术】
[0002]常见电气开关设备组合件主要使用所谓的抽取式部件技术和/或模块化装置来设计，其中用于处理、控制、测量和切换的操作部件和装置设置在抽取式部件和/或可交换模块或机柜之上或之中。
[0003]抽取式部件技术在故障或维护活动的情况下提供简化接入，因为所述的部件易于从壳体移开，并且因此被检查、维修、交换或更换，而无需任何相当的拆除工作。
[0004]当今的数据中心装备使用独立AC/DC和AC/AC转换器单元，其中具有不间断电力供应以保护数据中心的能量供应。这个配置要求单独组件把来自中压电平的电力传递到数据中心中的服务器机架的低压侧上的可靠不间断供应。
[0005]数据中心的常见开关设备组合件使用分开的独立不间断电力供应(UPS)模块来确保和保护对数据中心或者任何其他连接消费者负载的消费者的永久能量供应。在常规组合件中，转换器单元的配置因此需要与独立UPS模块所提供的辅助电力供应单独地确定尺寸。
[0006]具有独立UPS模块的这种组合件的缺点是设计、调试和维护所需的附加工作量以及通过附加断路器的电缆布线和提供所引起的热损耗的成本和能量。
[0007]因此，本发明的一个目的是提供转换器模块和开关设备组合件，其中一个或多个转换器具有用于例如为数据中心提供AC和/或DC电力的配电系统，其还提供AC和/或DC电力的不间断电力供应，并且能够易于按照数据中心的特定电力要求来定制。
【发明内容】
[0008]这个目的通过如权利要求1所述的供开关设备组合件、特别是低压开关设备组合件中用来提供AC和/或DC电力的转换器模块以及通过如其他独立权利要求所述的用于电力分配的开关设备组合件和配电系统来实现。
[0009]其他实施例和细化在从属子权利要求和以下描述中示出。
[0010]按照第一方面，提供一种供电力分配的开关设备组合件、特别是低压开关设备组合件中使用的转换器模块，包括:
-一个或多个AC供应汇流条，用于提供AC电力供应；
-一个或多个AC或DC电力分配汇流条，用于向负载分配电力；以及-一个或多个转换器单元，用于把来自AC电力供应汇流条的AC电力转换成分别到AC或DC电力分配汇流条上的AC或DC电力。
[0011]供开关设备组合件中使用的上述转换器模块以对更高级的维护性的更低投资和操作成本来允许更高灵活性和可靠性。
[0012]此外，AC供应汇流条配置成与一个或多个其他所耦合模块的AC供应汇流条形成AC供应母线。
[0013]此外，转换器单元配置成将AC电力转换成到AC电力分配汇流条上的AC电力，其中AC电力分配汇流条配置成与一个或多个其他所耦合模块的耦合AC供应汇流条形成AC电力分配母线。
[0014]按照一实施例，转换器单元可配置成将AC电力转换成到DC电力分配汇流条上的DC电力，其中DC电力分配汇流条配置成与一个或多个其他耦合模块的耦合DC供应汇流条形成DC电力分配母线。
[0015]可提供转换器单元包括经过DC链路来耦合的有源前端和降压转换器，其中UPS的电池单元(其在转换器模块的机柜的内部或外部提供)经由DC链路来耦合。
[0016]转换器模块可形成分开的机柜或隔间。
[0017]按照另一方面，提供一种开关设备组合件，包括:
-主断路器模块，包括用于切换AC供应母线的通用断路器；以及 -下列至少一个
ο 一个或多个AC/DC转换器模块，用于把来自AC供应母线的AC电力转换成到DC电力分配母线上的DC电力；以及
ο 一个或多个AC/AC转换器模块，用于把来自AC供应母线的AC电力转换成到AC电力分配母线上的AC电力。
[0018]此外，转换器模块可与其AC供应汇流条并联耦合。
[0019]具体来说，转换器模块并联耦合到其AC或DC电力分配汇流条。
[0020]可规定转换器模块经由相应的第一断路器模块来耦合到AC电力供应，和/或经由第二断路器模块耦合到相应的电力分配母线。
[0021]按照另一方面，提供一种用于开关设备组合件、特别是低压开关设备组合件的配电系统，包括:
-AC供应母线，用于提供AC电力供应；
-DC电力分配母线，用于提供DC电力和/或AC电力分配母线以用于提供AC电力；
-通用断路器，用于切换AC供应母线；
-一个或多个AC/DC转换器单元，用于把来自AC供应母线的AC电力转换成到DC电力分配母线上的DC电力；和/或
-一个或多个AC/AC转换器单元，用于把来自AC供应母线的AC电力转换成到AC电力分配母线上的AC电力。
【附图说明】
[0022]结合附图更详细地描述实施例，附图包括:
图1示出按照本发明、使用转换器模块的DC电力分配的示范开关设备组合件；
图1a示出按照本发明、使用转换器模块的DC电力分配的示范开关设备组合件，其中至少一个转换器模块具有一个以上转换器单元；
图2示出按照本发明、基于有源前端和降压转换器的DC转换器单元的示例；
图3示出按照本发明、使用转换器模块的DC电力分配的开关设备组合件的另一实施例；
以及图4示出按照本发明的AC和DC电力分配的开关设备组合件的另一实施例。
【具体实施方式】
[0023]图1示出例如用于数据中心中的DC电力分配的开关设备组合件I。开关设备组合件I包括多个模块或机柜，其并排设置并且电互连。
[0024]开关设备组合件I具有主断路器模块2或者包括主断路器21的主断路器机柜，其连接到公共电网的AC电力供应或者用于电流绝缘的变压器等。主断路器模块2是具有多个AC供应汇流条22(每相一个)的分开的模块/机柜。多个AC供应汇流条22是与其他所耦合模块的AC供应汇流条所形成并且配置成易于与其他所耦合模块的AC供应汇流条来耦合或连接的单个AC供应母线6的组成部分。
[0025]此外，提供HMI(人机界面)23，以显示系统状态信息。
[0026]在本实施例中，主断路器模块2耦合到多个AC/DC转换器模块4(本实施例中为四个)AC/DC转换器模块4的每个包括AC/DC转换器单元41 AC电力经由AC/DC转换器模块4的AC供应汇流条42(其配置成可耦合到其他模块的AC供应汇流条，例如相互耦合并且耦合到主断路器模块2的AC电力分配母线22，以形成AC供应母线6)来提供给AC/DC转换器单元41的每个。因此，能够构建多个AC/DC转换器模块4的排列。
[0027]图1a示出例如用于数据中心中的DC电力分配的开关设备组合件la。开关设备组合件Ia包括多个模块或机柜，其并排设置并且电互连。所述机柜的至少一个具有
开关设备组合件Ia具有主断路器模块2a或者包括主断路器21a的主断路器机柜，其连接到公共电网的AC电力供应或者用于电流绝缘的变压器等。主断路器模块2a是具有多个AC供应汇流条22a(每相一个)的分开的模块/机柜。多个AC供应汇流条22a是与其他所耦合模块的AC供应汇流条所形成并且配置成易于与其他所耦合模块的AC供应汇流条来耦合或连接的单个AC供应母线6a的组成部分。
[0028]此外，提供HMI(人机界面)23a，以显示系统状态信息。
[0029]在本实施例中，主断路器模块2a耦合到多个AC/DC转换器模块AadkAC/DC转换器模块4a中的三个各包括AC/DC转换器单元41a，其中至少一个转换器模块4b包括两个或更多AC/DC转换器单元4 la JC电力经由AC/DC转换器模块4a的AC供应汇流条42a (其配置成可耦合到其他模块的AC供应汇流条，例如相互耦合并且耦合到主断路器模块2a的AC电力分配母线22a，以形成AC供应母线6a)来提供给AC/DC转换器单元41a的每个。因此，能够构建多个AC/DC转换器模块4a的排列。
[0030]图2中，示出基于3电平有源前端转换器43和3电平降压转换器44的AC/DC转换器单元41的示例，其中3电平有源前端转换器43的输出和3电平降压转换器44的输入经由DC链路电容器45来耦合。DC链路电容器45能够连接到DC源电池串46，具体用于以750 VDC内部DC电平进行馈电。
[0031]经由每个AC/DC转换器模块4的DC源电池串46，分离电池模块(或机柜或隔间)5能够耦合到AC/DC转换器模块4的每个。每个AC/DC转换器模块4的DC源电池串46能够提供有附加DC断路器47，以保护电池模块5和/或AC/DC转换器单元41。
[0032]AC/DC转换器模块4可提供有电池模块5，其能够包含在AC/DC转换器模块4中。备选地，电池模块5能够分开地设置并且电连接到AC/DC转换器模块4的DC源电池串46。
[0033]AC/DC转换器单元41的DC输出耦合到DC电力分配汇流条48 JC/DC转换器模块4的DC电力分配汇流条48相互耦合或者配置成相互耦合，以形成公共DC电力分配母线7，其经过AC/DC转换器模块4。因此，任何数量的AC/DC转换器模块4能够耦合成提供经过全部耦合AC/DC转换器模块4的DC分配母线7。
[0034]DC配电系统的DC电力分配汇流条48将提供浮动接地系统，其允许最高可靠性，SP使第一地故障将使系统关机。与浮动接地系统相结合，大地故障监控系统可设置在AC/DC转换器单元41的每个中，以指示接地故障，以及允许操作员识别故障区域并且甚至联机修复它。
[0035]供开关设备组合件I中使用的上述AC/DC转换器模块4以对更高级的维护性的更低投资和操作成本来允许更高灵活性和可靠性。
[0036]图3中，示出开关设备组合件10的不同配置。与如图1所示的开关设备组合件I相对照，AC/DC转换器模块4经由相应的第一断路器模块9(其耦合在主断路器模块2与相应的AC/DC转换器模块4之间)单独连接到AC源3。第一断路器模块9的每个具有AC主供应汇流条91，其相互耦合并且耦合到主断路器模块2。此外，各第一断路器模块7包括相应断路器92，其第一端子耦合到相应的AC主供应汇流条91，并且其第二端子经由相应的第一连接Cl来耦合到对应AC/DC转换器模块4。
[0037]AC/DC转换器模块4的DC电力分配汇流条48分别经由分开的第二断路器模块8/第二断路器机柜来耦合到DC电力分配母线7。因此，AC/DC单元41的输出经由第二连接C2来耦合到第二断路器模块8 AC电力分配母线7通过相互耦合的第二断路器模块8中的DC电力分配汇流条81来形成。
[0038]如图4的另一实施例所示，除了图1的实施例之外，主断路器模块2还能够耦合到AC/AC转换器模块11 AC/AC转换器模块11能够按照任何数量(本实施例中为三个)来提供，这取决于数据中心中的消费者负载的要求。AC/AC转换器模块11包括AC/AC转换器单元111，其经由AC/AC转换器模块11的AC供应汇流条112来接收AC电力供应。AC供应汇流条112连同主断路器模块2的AC供应汇流条22和AC/DC转换器模块4的AC供应汇流条42—起形成公共AC供应母线6。
[0039]AC/AC转换器单元111从这样形成的AC供应母线6来接收AC供应电力，并且在AC电力分配汇流条113上输出转换AC电力。AC电力分配汇流条113相互耦合，以形成AC电力分配母线22。
[0040]AC供应汇流条112耦合到主断路器模块2的AC供应汇流条22，使得AC供应电力通过全部AC/AC转换器模块11来分配。此外，AC电力分配母线12包括AC电力分配汇流条113，其经过全部AC/AC转换器模块11。
[0041]AC/DC转换器模块4能够经由DC电力分配母线7来耦合到DC馈电模块13，其配置成将DC电力分配母线7耦合到相应消费者负载(未示出)AC馈电模块13可包括用于切换提供有DC电力的消费者负载的相应断路器131。类似地，提供AC馈电模块14，其包括AC电力分配汇流条141，以便被耦合到AC/AC转换器模块11的AC电力分配汇流条113，使得AC/AC转换器单元111所输出的AC电力能够经由相应断路器142馈送给以AC电流所供电的消费者负载。
[0042]上述配置提供增加的可靠性，因为转换器单元、S卩AC/DC转换器单元41和AC/AC转换器单元111并联耦合，使得即使一个完整整流器串出故障或者关机进行维护时，系统也将保持在操作中，只要所需总功率不超过保持为活动的转换器单元41、111的功率容量。
[0043]接着具有主断路器模块2和AC/DC转换器模块4的主排列，系统允许开关设备组合件的标准扩展可能性。因此，有可能将DC部件上的主分配和子分配直接连接到主汇流条系统以及连接AC部件、例如用于照明或空调的AC分配或者发电机的附加输入段。
【主权项】
1.一种供电力分配的开关设备组合件(I)中使用的转换器模块(4，11)，包括: -一个或多个AC供应汇流条(42，112)，用于提供AC电力供应； -一个或多个AC或DC电力分配汇流条(48，113)，用于向负载分配电力；以及-一个或多个转换器单元(41，111)，用于把来自所述AC供应汇流条(42，112)的AC电力转换成分别到AC或DC电力分配汇流条(48，113)上的AC或DC电力。2.如权利要求1所述的转换器模块(4，11)，其中，所述六(:供应汇流条(42，112)配置成与一个或多个其他所耦合模块的AC供应汇流条(42，112)形成AC供应母线(6)。3.如权利要求1或2所述的转换器模块(11)，其中，所述转换器单元(111)配置成将AC电力转换成到所述AC电力分配汇流条(113)上的AC电力，其中所述AC电力分配汇流条(113)配置成与一个或多个其他所耦合模块的所耦合AC电力分配汇流条形成所述AC电力分配母线(⑵。4.如权利要求1或2所述的转换器模块(4)，其中，所述转换器单元(41)配置成将AC电力转换成到所述DC电力分配汇流条(48)上的DC电力，其中所述DC电力分配汇流条(48)配置成与一个或多个其他所耦合模块的所耦合DC电力分配汇流条形成所述DC电力分配母线(7)。5.如权利要求4所述的转换器模块(4)，其中，所述转换器单元(41)包括经过DC链路所耦合的有源前端转换器(43)和降压转换器(44)，其中在所述转换器模块的机柜的内部或外部所提供的UPS电池单元(5)经由所述DC链路来耦合。6.如权利要求1至5中的任一项所述的转换器模块(4，11)，其中，所述转换器模块形成分开的机柜或隔间。7.一种开关设备组合件(I)，包括: -主断路器模块(2)，包括用于切换AC供应母线(6)的通用断路器(21);以及 -下列至少一个 ο如权利要求1至6中的任一项所述的一个或多个AC/DC转换器模块(4)，用于把来自所述AC供应母线(6)的AC电力转换成到DC电力分配母线(7)上的DC电力；以及 ο如权利要求1至6中的任一项所述的一个或多个AC/AC转换器模块(11)，用于把来自所述AC供应母线(6)的AC电力转换成到AC电力分配母线(12)上的AC电力。8.如权利要求7所述的开关设备组合件(I)，其中，所述转换器模块并联耦合到其AC供应汇流条(42，112)。9.如权利要求7或8所述的开关设备组合件(I)，其中，所述转换器模块与其AC或DC电力分配汇流条(48，113)并联耦合。10.如权利要求7所述的开关设备组合件(I)，其中，所述转换器模块经由相应的第一断路器模块(9)与AC供应(3)耦合和/或经由第二断路器模块(8)与相应电力分配母线耦合。11.一种用于开关设备组合件(I)的配电系统，包括: -AC供应母线(6)，用于提供AC电力供应； -DC电力分配母线(7)，用于提供DC电力和/或AC电力分配母线以用于提供AC电力； -通用断路器，用于切换所述AC供应母线(6); -一个或多个AC/DC转换器单元(41)，用于把来自所述AC供应母线(6)的AC电力转换成到所述DC电力分配母线(7)上的DC电力；和/或 -一个或多个AC/AC转换器单元(111)，用于把来自所述AC供应母线(6)的AC电力转换 成到所述AC电力分配母线(22)上的AC电力。
【文档编号】H02J1/10GK106030952SQ201480069906
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月10日
【发明人】H-P.默克尔, M.福斯特巴赫, A.舍雷尔
【申请人】Abb股份公司