CN101459349A - 并联连接的不间断电源系统中的电池负载分配 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并联连接的不间断电源系统中的电池负载分配。UPS系统的不间断电源(UPS),该系统包括多个UPS,这些UPS在负载总线上并联连接,并被配置为从多个电池中的相应电池向负载总线提供电力,不间断电源被运行为:确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量——例如电池电压——和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值,响应于所确定的差值,对主UPS和负载总线之间的电力流动进行控制。例如,响应于所确定的差值来控制主UPS和负载总线之间的电力流动可包含响应于所确定的差值对主UPS的逆变器的相位进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及电源系统以及用于其运行的方法和计算机程序产品,尤其涉及不间断电源(UPS)系统以及用于其运行的方法和计算机程序产品。
背景技术
UPS可以被并联耦合到负载,以便提供增大的容量和/或冗余。例如,如图1所示,负载30可由多个UPS 10供电,多个UPS 10共同连接到负载30,且被配置为从主电源(例如市电源(utility source))向负载30供电或在主电源失效的情况下从相应的电池20供电。UPS 10可经由通信总线40彼此通信,以便允许控制、状态以及其他信息的交换。
在一些并联UPS系统中,当以电池运行时,可用于对负载供电的运行时间可能受到最弱的电池的容量的限制。例如,在图1所示的系统中,当UPS 10中的一个判定为其所关联的电池20小于预定容量(例如具有不希望的低电池电压)时,其可能被关断,这又可能造成其余UPS 10由于过载而关断。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种运行UPS系统中的主不间断电源系统(UPS)的方法,该UPS系统包括多个UPS,它们在负载总线上并联连接,并被配置为从多个电池中的相应电池为负载总线供电。确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值。响应于所确定的差值确定主UPS和负载总线之间的电力流动。确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值可包含确定与主UPS相关联的电池的电池电压和所述多个电池的平均电池电压之间的差值,并且,响应于所确定的差值来控制主UPS和负载总线之间的电力流动可包含响应于所确定的与主UPS相关联的电池的电池电压和所述多个电池的平均电池电压之间的差值来控制主UPS和负载总线之间的电力流动。响应于所确定的差值来控制主UPS和负载总线之间的电力流动可包含,例如,响应于所确定的差值来控制主UPS的逆变器的相位。
响应于所确定的差值来控制主UPS的逆变器的相位可包含线性地关于所确定的差值对相位进行控制。该方法可进一步包含:响应于所确定的差值落在预定范围之外,限制主UPS的逆变器的相位调节。在进一步的实施例中,该方法可包含:确定相应UPS的相应电力流动,并且,响应于相应电力流动满足预定标准,限制主UPS和负载总线之间的电力流动的调节。在附加实施例中,该方法可包含:响应于所确定的差值满足预定标准,为与主UPS相关联的电池产生状态指示信号。根据进一步的实施例,确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值可包含:在主UPS上,通过耦合所述多个UPS的通信网络,接收表示所述多个UPS中的其他UPS的电池容量的变量的值,由所接收的值确定变量的平均值。
本发明的附加实施例提供了一种UPS,其包含:逆变器,其被配置为在电池和耦合到UPS输出的负载总线之间传输电力;控制器,其可操作地耦合到逆变器,并被配置为确定表示电池的电池容量的变量和与在负载中线上并联耦合的多个UPS相关联的电池的变量的平均值之间的差值,并且响应于所确定的差值对逆变器和负载总线之间的电力流动进行调节。控制器可以被配置为:确定电池的电池电压和所述多个电池的平均电池电压之间的差值,响应于所确定的在电池的电池电压和平均电池电压之间的差值,调节逆变器和负载总线之间的电力流动。控制器可以被配置为响应于所确定的差值来调节逆变器的相位。
本发明的附加实施例提供了一种计算机程序产品,其用于运行这样的系统中的主UPS:该系统包含多个UPS,这些UPS在负载总线上并联连接且被配置为从多个电池中的相应电池向负载总线供电。计算机程序产品包含在计算机可读存储介质中体现的程序代码,计算机程序代码包含这样的程序代码:其被配置为确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值,并且响应于所确定的差值来调节主UPS和负载总线之间的电力流动。
附图说明
图1为一原理图,其示出了包含并联连接UPS的常规UPS系统;
图2为一原理图,其示出了根据本发明某些实施例的UPS系统及其运行;
图3为一原理图,其示出了本发明其他实施例的UPS逆变器控制设备及其运行;
图4为一流程图,其示出了在根据本发明某些实施例的并联连接UPS系统中用于电池负载控制的操作。
具体实施方式
现在将参照附图介绍本发明的具体示例性实施例。然而,本发明可以以多种不同的形式实现,不应局限于这里所述的实施例;更准确地说,提供这些实施例以使本公开彻底和完整,且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中,相同的标号代表相同的元件。当元件被称为“连接”或者“耦合”到另一元件时,其可直接连接或耦合到其他元件,或者,可存在中间元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或一个以上相关所列项目的任何以及全部组合。
这里所用的术语仅为了描述特定实施例,不是为了限制本发明。这里所使用的单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括复数形式,除非明确地另有说明。进一步将会明了,术语“包括”、“包含”当用在本说明书中时指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件,但不排除存在或增加一个或一个以上其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另外定义,这里所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域普通技术人员所理解的通常含义。进一步将会明了,这些术语——例如惯用字典中定义的那些——应该解释为具有与其在本说明书的上下文以及相关领域中的含义一致的含义,不能以理想化的或过于形式的方式进行解释,除非这里明确地如此定义。
本领域技术人员将会明了,本发明可以被实现为系统、方法和计算机程序产品。本发明某些实施例可包括硬件和/或软件。本发明某些实施例包含被配置为提供这里描述的功能的电路。将会明了,这样的电路可包括模拟电路、数字电路以及模拟与数字电路的组合。本发明某些实施例可包括计算机程序产品,其含有在计算机可读存储介质中包含的计算机程序代码,计算机可读存储介质例如为半导体存储器装置(例如静态、动态或闪速存储器)或者磁学或光学存储介质(例如磁带、高密度盘等)。
下面参照框图和/或根据本发明多种实施例的系统和方法的运行图示来介绍本发明的实施例。将会明了,框图和/或运行图示中的每一个模块以及框图和/或运行图示中的模块的组合可通过模拟和/或数字硬件和/或计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机的处理器、ASIC和/或其他可编程数据处理设备,使得指令——其通过计算机的处理器和/其他可编程数据处理装置执行——产生实施框图和/或运行图示中指定的功能/动作的方法。在一些实施例中,图中所述的功能/动作可以以框图和/或运行图示中所述顺序之外的顺序发生。例如,事实上,被示为接连发生的两个操作可基本上并行执行,或者,取决于所涉及的功能/动作,操作有时可以以相反的顺序执行。
图2描述了基于本发明某些实施例的UPS系统及其操作。系统包含多个UPS 110,UPS 110并联连接到对负载30供电的负载总线35。UPS 110被配置为从相应的电池20向负载总线35供电。在所示出的实施例中,每个UPS 110包含逆变器112,其从相关联的电池20所供给的DC电力在负载总线35上产生AC电力。每个UPS 110还包含电池负载控制器114,其被配置为:响应于经由通信总线40从其他UPS 110接收到的电池信息,控制通过逆变器35从电池20到负载总线35的电力传输。
将会明了,通常,电池负载控制器114可使用模拟电路和/或数字电路——包括例如微控制器、微处理器或专用装置(如AICS)等装置——来实施。例如,电池负载控制器114可在使用微控制器、微处理器或其他计算装置上执行的软件和/或固件——其被配置为控制UPS 110的其他运行,包括例如逆变器112和/或UPS 110的其他电力转换电路的运行——来实施。
在本发明某些实施例中,电池负载控制器可被配置为控制UPS的逆变器的相位。例如,如图3所示,UPS的逆变器112可包含脉冲宽度调制(PWM)控制器310,其产生用于被连接到负载总线35的PWM电路320(例如桥电路)的控制信号315(例如晶体管驱动信号)。如所示出的,PWM控制器310可被配置为响应于频率/相位指令305而产生控制信号315,频率/相位指令305可包括由电池负载控制器114基于从其他并联连接UPS接收到的电池信息105(例如电池电压、负载kW和/或kVA信息)产生的补偿信号303。补偿信号303——其与基本频率/相位指令组合——可被用于增大或减小PWM电路320的相位,以便使通过逆变器112从相关联的电池20传递到负载总线35的电力可以响应于所接收到的电池信息111而增加或减少。
图4示出了根据本发明进一步的实施例在UPS系统中用于电池负载控制的示例性操作,UPS系统例如为图2和3中示出的系统。UPS从其他UPS接收与电池有关的信息(模块410)。该信息可包括例如电池电压(或者表示电池容量的其他变量)和负载信息(loading information)(例如由UPS的逆变器从其相关联的电池提供的kW和kVA)。如果负载信息显示有问题——例如特定UPS的反向馈电或过载和/或欠载,UPS可以采取补偿动作(模块415)。例如,如果检测到负载问题,UPS可以回复到负载平均负担制度——也即各UPS试图向负载提供相同量的电力的方案,或者,可以开始关闭程序。
如果没有显示出负载问题,UPS由其本身对其所关联电池的测量以及其他UPS的电池电压信息来确定平均电池电压(模块430)。UPS进一步确定其自身的电池电压关于平均电池电压的偏差(模块430)。将会明了,这种确定可以由多种方法产生,例如,由瞬时值和/或由通过在一时间间隔上进行滤波所产生的数值。如果所确定的、UPS电池电压关于平均电池电压的偏差在预定范围内,可由电池电压偏差来确定相位补偿(模块440)。在一些实施例中,例如,可使用例如标度系数(scaling coefficient)与电池电压偏差线性成比例地确定相位补偿。然后,所确定的相位补偿应用于逆变器控制,以便调节从电池到负载的电力流动,这可能造成UPS承担或卸下负载(模块450)。
如果判断为电池电压偏差在预定范围之外,偏差可能被固定为最小或最大值(模块435),并且,由固定的最小或者最大值来确定相位补偿。预定范围外的持久性(persistent)偏差也可表示例如低电池容量或其他问题,其也可以触发状态指示(模块437)。这样的指示可包含例如产生给操作者的警告信号,操作者可做出响应地进行维护或其他补偿操作。通过这种方式,实际负载条件下的电池测试可以与电池负载分担过程集成在一起。
随着每个并联连接UPS执行这样的操作,来自相应电池的电力流动可以得到调节,以便使相对更大量的电力可以从具有最大容量的电池或一个以上的电池获得,且电池的降落(drawdown)随着时间的过去基本上是平衡的。结果,可使并联连接系统的电池运行时间对最弱电池的容量较不敏感。如上所述地提供与电力有关的限制也可防止可能造成例如逆变器的DC链路上的过电压的电池过载和/或UPS的逆变器的反向馈电。
在附图和说明书中公开了本发明的示例性实施例。尽管使用了具体术语,它们仅仅是一般性和描述性的,并不是为了限制。本发明的保护范围由所附权利要求限定。
Claims (20)
1.一种运行UPS系统中的主不间断电源(UPS)的方法,所述UPS系统包含多个UPS,所述多个UPS在负载总线上并联连接,并被配置为从多个电池中的相应电池向负载总线供电,该方法包含:
确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量与对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值;以及
响应于所确定的差值,对主UPS和负载总线之间的电力流动进行控制。
2.如权利要求1所述的方法,
其中,确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量与对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值包含:确定与主UPS相关联的电池的电池电压与所述多个电池的平均电池电压之间的差值;以及
其中,响应于所确定的差值对主UPS和负载总线之间的电力流动进行控制包含:响应于所确定的、与主UPS相关联的电池的电池电压和所述多个电池的平均电池电压之间的差值,对主UPS和负载总线之间的电力流动进行控制。
3.如权利要求1所述的方法,
其中,响应于所确定的差值对主UPS和负载总线之间的电力流动进行控制包含:响应于所确定的差值,对主UPS的逆变器的相位进行控制。
4.如权利要求3所述的方法,其中,响应于所确定的差值对主UPS的逆变器的相位进行控制包含关于所确定的差值线性地对相位进行控制。
5.如权利要求3所述的方法,其还包含:响应于所确定的差值落在预定范围之外,限制主UPS的逆变器的相位调节。
6.如权利要求1所述的方法,其还包含:确定相应UPS的相应电力流动,响应于相应电力流动满足预定标准,限制主UPS和负载总线之间的电力流动的调节。
7.如权利要求1所述的方法,其还包含:响应于所确定的差值满足预定标准,产生对于与主UPS相关联的电池的状态指示。
8.如权利要求1所述的方法,其中,确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量和所述多个电池的变量的平均值之间的差值包含:
通过耦合所述多个UPS的通信网络,在主UPS上接收表示所述多个UPS中其他UPS的电池容量的变量的值;以及
由所接收的数值,确定变量的平均值。
9.一种UPS,其包含:
逆变器,其被配置为在电池和被耦合到UPS输出的负载总线之间传送电力;以及
控制器,其被可操作地耦合到逆变器,并被配置为确定表示电池的电池容量的变量和与在负载总线上并联耦合的多个UPS相关联的电池的变量的平均值之间的差值,响应于所确定的差值,对逆变器和负载总线之间的电力流动进行调节。
10.如权利要求9所述的UPS,其中,控制器被配置为确定电池的电池电压和所述多个电池的平均电池电压之间的差值,并响应于所确定的、电池的电池电压和平均电池电压之间的差值,对逆变器和负载总线之间的电力流动进行调节。
11.如权利要求9所述的UPS,其中,控制器被配置为响应于所确定的差值对逆变器的相位进行调节。
12.如权利要求11所述的UPS,其中,控制器被配置为关于所确定的差值线性地对相位进行调节。
13.如权利要求11所述的UPS,其中,控制器进一步被配置为响应于所确定的差值落在预定范围之外对相位的调节进行限制。
14.如权利要求9所述的UPS,其中,控制器进一步被配置为确定相应UPS和负载总线之间的相应电力流动,并响应于相应电力流动满足预定标准,对逆变器和负载总线之间的电力流动的调节进行限制。
15.如权利要求9所述的UPS,其中,控制器进一步被配置为响应于所确定的差值满足预定标准来产生对于电池的状态指示信号。
16.如权利要求9所述的UPS,其中,控制器被配置为:通过耦合所述多个UPS的通信网络,在主UPS上接收表示所述多个UPS中其他UPS的电池容量的变量的值,并由所接收的值来确定变量的平均值。
17.一种运行包含多个UPS的系统的主UPS的计算机程序产品,所述多个UPS在负载总线上并联连接,且被配置为从多个电池中的相应电池向负载总线供电,所述计算机程序产品包含在计算机可读存储介质中体现的计算机程序代码,所述计算机程序代码包含:
程序代码,其被配置为确定表示与主UPS相关联的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值,并响应于所确定的差值对主UPS和负载总线之间的电力流动进行调节。
18.如权利要求17所述的计算机程序产品,其中,被配置为确定表示主UPS的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值并且响应于所确定的差值对主UPS和负载总线之间的电力流动进行调节的程序代码包含:程序代码,其被配置为确定与主UPS相关联的电池的电池电压和所述多个电池的平均电池电压之间的差值,并响应于所确定的、与主UPS相关联的电池的电池电压和平均电池电压之间的差值,对主UPS和负载总线之间的电力流动进行调节。
19.如权利要求17所述的计算机程序产品,其中,被配置为确定表示主UPS的电池的电池容量的变量和对于所述多个电池的变量的平均值之间的差值并且响应于所确定的差值对主UPS和负载总线之间的电力流动进行调节的程序代码包含:程序代码,其被配置为响应于所确定的差值对主UPS的逆变器的相位进行调节。
20.如权利要求17所述的计算机程序产品,其中,计算机程序代码还包含这样的程序代码:其被配置为响应于所确定的差值满足预定标准,产生主UPS的电池的状态指示。
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