CN101642007A - 不间断电源分配系统以及使用分布配电单元的方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统，其包含多个设备机架和多个安装在所述多个设备机架的相应各个中并被配置为经由多个支路输出分配电力的PDU。系统还包含UPS机架、安装在UPS机架中的多个UPS以及将UPS的相应各个的输出直接耦合到PDU的相应各个的输入的多个电力电缆。各个UPS可包含第一输出连接器，其经由电力电缆被直接连接到PDU；第二输出连接器，其被耦合到另一UPS的第二连接器，以便提供输出并联。例如，连接器化母线组件可被安装在UPS机架中，并可包含UPS输出母线和多个连接器，连接器的相应各个将UPS输出母线耦合到UPS的相应各个的输出。

Description

不间断电源分配系统以及使用分布配电单元的方法
相关申请
本申请为2006年3月17号提交的美国专利申请No.11/378,139以及2006年3月17号提交的美国专利申请No.11/378,140的部分连续申请，这两个申请的公开内容整体并入此处作为参考。
技术领域
本发明涉及电力系统和方法，特别涉及用于数据中心以及电信设施等应用的电力系统和方法。
背景技术
几种不同的方法已经用于在中等规模或大规模数据中心以及电信应用中提供电力。某些方法涉及将相对较大的不间断电源(UPS)的输出耦合到墙面安装的断路器面板或机架(rack)或机柜(cabinet)型配电单元(PDU)，其包含向多个支路提供电力的多个断路器。相应的机架或例如服务器、路由器、交换机、存储装置等电子设备的其他的组可由这些支路中的相应各个提供服务。这样的实施方式的实例例如在授予Rasmussen等人的美国专利No.6,967,283中介绍。在其他应用中，相应的个体UPS可被安装在容纳例如服务器等计算机设备的相应机架上，UPS直接或经由机架安装的PDU向机架中的设备提供电力。
发明内容
在本发明的某些实施例中，电力系统包含多个配电单元(PDU)，其被配置为安装在多个设备机架的相应各个中，并经由多个支路输出分配电力。系统还包含多个不间断电源(UPS)，其被配置为安装在UPS机架中，并经由相应的电力电缆直接连接到PDU的相应各个的输入。
UPS可被配置为在UPS机架上输出并联(output-paralleled)。例如，各个UPS可包含：第一输出连接器，其被配置为经由电力电缆直接连接到PDU；第二输出连接器，其被配置为连接到另一UPS的第二连接器，以便提供输出并联。在某些实施例中，系统可包含连接器化的(connectorized)母线组件，其被配置为安装在UPS机架中。连接器化的母线组件可包含UPS输出母线和多个连接器，连接器中相应的各个被配置为将UPS输出母线耦合到UPS中相应的各个的输出。连接器化的母线组件可还包含UPS输入母线，所述多个连接器中相应的各个可进一步被配置为将UPS输入母线耦合到UPS中相应的各个的输入。UPS各自可包含：第一输出连接器，其被配置为与连接器化母线组件的连接器匹配；第二输出连接器，其被配置为与电力电缆中的一个的连接器匹配。系统还可包含多个出口(outlet)组件，其被配置为安装在设备机架中，出口组件中相应的各个被配置为被耦合到设备机架中的PDU的支路输出中相应的各个。
根据进一步的实施例，UPS各自包含至少一个可移除模块。UPS的输出可被配置为在UPS机架中输出并联，使得到耦合到UPS的PDU的电力供给在UPS的所述至少一个可移除模块缺席的同时得到保持。所述至少一个可移除模块可包含电池模块和/或电力转换器模块。
在本发明进一步的实施例中，系统包含多个设备机架和安装在所述多个设备机架中的相应各个中的多个PDU，PDU被配置为经由多个支路输出分配电力。系统还包含UPS机架、安装在UPS机架中的多个UPS、直接将UPS的相应各个的输出耦合到PDU的相应各个的输入的多个单力电缆。
在某些实施例中，所述多个PDU包含安装在设备机架的相应各个之中的第一与第二PDU的相应对，第一与第二PDU被配置为经由相应的第一与第二多个支路输出向设备分配电力，且UPS机架包含第一与第二UPS机架。所述多个UPS可包含：第一多个UPS，其安装在第一UPS机架中；第二多个UPS，其安装在第二UPS机架中。所述多个电力电缆可包含：第一多个电力电缆，其将第一多个UPS中相应各个的输出耦合到第一PDU中相应各个的输入；第二多个电力电缆，其将第二多个UPS中相应各个的输出耦合到第二PDU中相应各个的输入。
在进一步的实施例中，所述多个PDU包含多个第一PDU和第二PDU的对，第一与第二PDU对中的相应各个被安装在设备机架的相应各个之中。所述多个UPS包含第一多个UPS，其被安装在UPS机架中，系统还包含第二多个UPS，其中相应的各个安装在设备机架中相应的各个中。第二多个UPS的相应各个被连接到第二PDU的相应各个的输入。
本发明的其他实施例提供了制造用于设备的底层结构的方法。相应的PDU安装在多个设备机架的相应各个之中。PDU被配置为经由其多个支路输出分配电力。多个UPS被安装在UPS机架中。相应的电力电缆被连接在UPS中相应各个的输出和PDU中相应各个的输入之间。
附图说明
图1为一原理图，其示出了根据本发明某些实施例的电源系统；
图2为一原理图，其示出了根据本发明进一步的实施例具有UPS机架和连接器化母线组件的电源系统；
图3为一原理图，其示出了根据本发明某些实施例的模块化UPS；
图4为根据本发明某些实施例的机架中(in-rack)配电单元的透视图；
图5-9示出了根据本发明某些实施例的设备机架和电源系统部件的多种布置。
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，且不应认为限制于这里给出的实施例；相反，提供这些实施例，使得本公开完整且彻底，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中，相同的号码指相同的元件。将会明了，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可直接连接或耦合到另一元件，或者，可存在中间元件。这里所用的术语“和/或”包括一个或一个以上相关联的所列项目的任何以及全部组合。
这里所用的术语仅仅是为了介绍特定的实施例，不是为了对本发明进行限制。这里所用的单数形式“一”、“一个”、“该”也包括复数形式，除非明确地另有说明。还将明了，当在说明书中使用术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”时，表示存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除一个或一个以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
除非明确地另有限定，这里使用的所有术语(包括技术与科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的同样的含义。还将明了，术语——例如常用词典中定义的那些——应当解释为具有与其在本说明书上下文以及相关技术中的含义一致的含义，不以理想化地或过于拘泥字面的地解释，除非这里明确地这样限定。
本领域技术人员将会明了，本发明可以被实现为系统和方法。本发明的实施例可包括硬件和/或软件。本发明的实施例包括被配置为提供这里介绍的功能的电路。将会明了，这样的电路可包含模拟电路、数字电路以及模拟与数字电路的组合。
本发明的某些实施例来自这样的认识：可缩放的(scaleable)不间断电源系统可通过在多个设备机架的相应各个中提供相应的配电单元(PDU)来提供，机架例如为包含例如服务器或其他数据中心设备等设备的机架。互补的模块化UPS布置可被提供，其中，安装在一个或一个以上的UPS机架中的相应的模块化UPS被直接连接到PDU中相应的各个。当附加的设备机架被添加到设备时，通过将附加的模块化UPS添加到UPS机架并在新UPS与新设备机架的PDU之间连接电力电缆，不间断电源系统可得到扩展。此方法可以以节省成本且灵活的方式提供增加的扩展。
根据本发明进一步的实施例，连接器化的母线组件可被包含在UPS机架中，并用于UPS的输出并联。这种布置可支持有利的维护以及替换操作。例如，在某些实施例中，UPS可包含一个或一个以上的可移除模块，例如转换器或电池模块。通过使用连接器化的母线组件在UPS机架中对UPS进行输出并联，可将模块从UPS移除以便进行维护或替换，同时，从UPS机架中的其他UPS继续对该UPS服务。
图1示出了根据本发明某些实施例包含电源系统的数据中心底层结构。多个设备机架10——例如，标准的19英寸或23英寸机架——包含安装在其中的设备，这里被示为服务器模块20。相应的配电单元(PDU)110被安装在设备机架10的相应各个之中。PDU 110被配置为经由多个支路输出112向服务器模块20分配电力，如虚线所示。相应的电力电缆120将PDU 110中相应的各个连接到安装在UPS机架30中的相应的UPS 130。响应于经由电力输入40从市电网或其他源提供的电力，UPS 130向PDU提供不间断电力。如图所示，UPS 130可被输出并联，使得例如如果UPS 130中的一个发生故障或解除致动，UPS 130中其他的可向直接连接到故障或解除致动的UPS 130的PDU 110提供电力。
将会明了，本发明的实施例可对于除上面介绍的数据中心应用的应用实现。例如，将会明了，多种其他类型的计算机或电信设备——例如路由器、数据存储装置等——可被安装在设备机架中，例如图1的机架10，并可以以与上面对于服务器模块20介绍的方式类似的方式接收电力。还将明了，机架10、30可以以多种不同方式中的任意一种相对布置，其中的某些实例在下面参照图5-8介绍。UPS 130可具有多种不同构造中的任意一种，包括但不限于在线、备用以及线路交互构造，并可具有相同或不同的容量。
图2示出了根据本发明某些实施例的UPS机架30的实现方式。多个模块化UPS 210安装在UPS机架30中。连接器化母线组件220也安装在UPS机架30中。连接器化母线组件220包含：UPS输入母线222，其由外部AC源经由输入40供电；UPS输出母线224。连接器化母线组件220还包含多个连接器226，其中相应的各个对于UPS 210中相应的各个向UPS输入与输出母线222、224提供电力输入与输出连接。连接器化母线组件220可包含例如电力互连组件，例如2006年3月17提交的美国专利申请No.11/378,139、No.11/378,140中所介绍的，这些申请整体并入此处作为参考，如同其文本物理存在的那样。
如图所示，UPS 210包含第一与第二连接器212、214。第一连接器212被配置为耦合到连接器化母线组件220的连接器226中相应的各个，并包含用于到连接器化母线组件220的UPS输入与输出母线222、224的输入与输出电力连接的导体。第二连接器214被配置为经由相应的电力电缆210被连接到相应的设备机架10中的PDU 110，以便将UPS 210的电力输出连接到PDU 110。
参照图3与4，其示出了根据本发明某些实施例的模块化UPS 210的细节，第一连接器212的至少一个第一导体被耦合到转换器模块215的输入211。转换器模块215包含在线UPS电力转换电路，其包含整流器216、逆变器217以及电池转换器218。整流器216被配置为对经由第一连接器212接收的AC输入电力进行整流，产生被提供给逆变器217的DC输出。电池转换器218支持在电池模块219和整流器216与逆变器217之间的DC链路之间的电力流动。转换器模块215的输出213被耦合到第二连接器214的至少一个导体以及第一连接器212的至少一个第二导体。逆变器217由从整流器216和/或从电池转换器218供给的DC电力在转换器模块输出213上产生AC电力。
参照图2-4，电池模块219和/或转换器模块215可以是可移除的，例如用于维修或更换。由于UPS 210中的内部输出连接，UPS 210的解除致动以及转换器模块215和/或电池模块219的移除不会中断第一与第二连接器212、214之间的并联输出连接。相应地，在UPS 210不活动以及具有从中移除的模块时，连接到连接器化母线组件220的其他UPS 210可向不活动的UPS 210经由其第二连接器214直接连接到的PDU 110提供电力。
图5示出了根据本发明某些实施例的PDU 110的示例性实施方式。PDU 110包含外壳510，其被配置为安装在机架中。多个断路器520被安装在外壳510中，并被配置为将PDU 110的电力输入530连接到相应的支路输出112以及从之断开。如图5所示，相应的电力出口组件(例如出口条(outlet strip))540可被耦合到支路输出112中相应的各个。在图5所示的PDU 110中，支路负载指示显示器550也在PDU 110的前表面提供。
图6-10示出了根据本发明多个实施例的设备机架和电源设备的多种不同布置。参照图6，在“行中心”配置中，UPS机架30可被定位在行中，设备机架10在其相应的侧面陈列。图7示出了另一种“行末端”配置。
本发明的某些实施例可支持冗余电源。如本领域技术人员所知，某些数据中心设备——例如服务器——可包含双电力输入，以便允许设备从冗余电源被供电。参照图8，根据本发明某些实施例，由第一与第二电源在电路输入40a、40b上馈送的第一与第二UPS机架30a、30b可对于一组设备机架10提供，其中的每一个包含第一与第二PDU 110a、110b。PDU的110a、110b可被连接到例如具有双电力输入的服务器模块20等机架中的设备的双电力输入。在所示出的实施例中，第一PDU 110被相应的电力电缆120a连接到第一UPS机架30a中的相应的UPS 130，第二PDU 110b被相应的电力电缆120b连接到第二UPS机架30b中相应的UPS 130。
图9示出了设备机架10各自包含第一与第二PDU 110a、110b的冗余布置。第一PDU 110a被连接到安装在UPS机架30中的UPS的相应各个，其在电力输入40a上由第一电源馈送。经由电力输入40b由第二电源馈送的相应的UPS 130也被安装在设备机架10上，并被连接到第二PDU 110b中相应的各个。第一与第二PDU 110a、110b可向设备机架10中的双输入服务器模块20提供电力。
图10示出了根据本发明某些实施例的另一冗余配置，其中，相应的UPS 130被安装在相应的设备机架10中，并从第一或第二电源40a、40b被馈送。UPS 130向安装在具有UPS 130的机架10上的相应的PDU 110提供电力。如图所示，各个机架中的PDU 110可向安装在机架中的双输入服务器模块20以及安装在邻近机架中的服务器模块20提供电力。通过这种方式，冗余电力可被提供给服务器模块20。
在附图和说明书中已经公开了本发明的示例性实施例。尽管使用了具体的术语，它们仅仅以一般性和说明性的方式使用，不是为了进行限制。本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (31)

1.一种电力系统，其包含：
多个配电单元(PDU)，其被配置为安装在多个设备机架的相应各个中，并经由多个支路输出分配电力；以及
多个不间断电源(UPS)，其被配置为安装在UPS机架中，并经由相应的电力电缆直接连接到PDU的相应各个的输入。
2.根据权利要求1的系统，其中，UPS被配置为在UPS机架上输出并联。
3.根据权利要求2的系统，其中，各个UPS包含：第一输出连接器，其被配置为经由电力电缆直接连接到PDU；第二输出连接器，其被配置为耦合到另一UPS的第二连接器，以便提供输出并联。
4.根据权利要求2的系统，其还包含被配置为安装在UPS机架中的连接器化母线组件，连接器化母线组件包含UPS输出母线和多个连接器，连接器的相应各个被配置为将UPS输出母线耦合到UPS的相应各个的输出。
5.根据权利要求4的系统，其中，UPS被配置为在UPS机架上输入并联，其中，连接器化母线组件还包含UPS输入母线，且其中，所述多个连接器的相应各个被进一步配置为将UPS输入母线耦合到UPS的相应各个的输入。
6.根据权利要求4的系统，其中，各个UPS包含：第一输出连接器，其被配置为与连接器化母线组件的连接器匹配；第二输出连接器，其被配置为与电力电缆中的一个的连接器匹配。
7.根据权利要求1的系统，其还包含被配置为安装在设备机架中的多个出口组件，出口组件的相应各个被配置为耦合到设备机架中的PDU的支路输出的相应各个。
8.根据权利要求1的系统，其中，各个PDU包含被耦合在PDU的输入与其支路输出之间的相应的电路中断装置。
9.根据权利要求1的系统，其中，所述多个UPS的相应各个包含相应的电池。
10.根据权利要求1的系统，其中，所述多个UPS的相应各个包含相应的旁路。
11.根据权利要求1的系统，其中，各个UPS包含至少一个可移除模块，且其中，UPS的输出被配置为在UPS机架上输出并联，使得到耦合到UPS的PDU的电力供给在该UPS的所述至少一个可移除模块缺席的同时得到保持。
12.根据权利要求11的系统，其中，所述至少一个可移除模块包含电池模块和/或电力转换器模块。
13.一种系统，其包含：
多个设备机架；
多个PDU，其安装在所述多个设备机架的相应各个中，并被配置为经由多个支路输出分配电力；
UPS机架；
多个UPS，其被安装在UPS机架上；以及
多个电力电缆，其将UPS的相应各个的输出直接耦合到PDU的相应各个的输入。
14.根据权利要求13的系统，其中，UPS在UPS机架上输出并联。
15.根据权利要求14的系统，其还包含安装在UPS机架上的连接器化母线组件，连接器化母线组件包含UPS输出母线和多个连接器，连接器的相应各个将UPS输出母线耦合到UPS的相应各个的输出。
16.根据权利要求15的系统，其中，UPS在UPS机架上输入并联，其中，连接器化母线组件还包含UPS输入母线，且其中，所述多个连接器的相应各个将UPS输入母线耦合到UPS的相应各个的输入。
17.根据权利要求15的系统，其中，各个UPS包含：第一输出连接器，其与连接器化母线组件的连接器匹配；第二输出连接器，其与电力电缆中的一个的连接器匹配。
18.根据权利要求13的系统，其还包含安装在设备机架中的多个出口组件，出口组件中相应的各个被耦合到设备机架中的PDU的支路输出的相应各个。
19.根据权利要求13的系统：
其中，所述多个PDU包含安装在设备机架的相应各个中的第一与第二PDU的相应对，第一与第二PDU被配置为经由相应的第一与第二多个支路输出向设备分配电力；
其中，UPS机架包含第一与第二UPS机架；
其中，所述多个UPS包含安装在第一UPS机架中的第一多个UPS以及安装在第二UPS机架中的第二多个UPS；且
其中，所述多个电力电缆包含：第一多个电力电缆，其将所述第一多个UPS的相应各个的输出耦合到第一PDU的相应各个的输入；第二多个电力电缆，其将第二多个UPS的相应各个的输出耦合到第二PDU的相应各个的输入。
20.根据权利要求13的系统，其中，所述多个PDU包含第一PDU和第二PDU的多个对，第一与第二PDU对中的相应各个被安装在设备机架的相应各个中，其中，所述多个UPS包含安装在UPS机架中的第一多个UPS，且其中，系统还包含第二多个UPS，其中的相应各个被安装在设备机架的相应各个之中，其中，第二多个UPS的相应各个的输出被连接到第二PDU的相应各个的输入。
21.根据权利要求13的系统，其中，所述多个UPS的相应各个包含相应的电池。
22.根据权利要求13的系统，其中，所述多个UPS的相应各个包含相应的旁路。
23.根据权利要求13的系统，其中，各个UPS包含至少一个可移除模块，且其中，UPS的输出在UPS机架上输出并联，使得到被耦合到UPS的PDU的电力供给在该UPS的所述至少一个可移除模块缺席的同时得到保持。
24.根据权利要求23的系统，其中，所述至少一个可移除模块包含电池模块和/或电力转换器模块。
25.根据权利要求13的系统，其中，各个UPS具有与设备机架中单独一个的负载对应的负载额定值。
26.一种制造用于设备的底层结构的方法，该方法包含：
在多个设备机架的相应各个中安装相应的PDU，PDU被配置为经由其多个支路输出分配电力；
在UPS机架中安装多个UPS；以及
在UPS的相应各个的输出与PDU的相应各个的输入之间连接相应的电力电缆。
27.根据权利要求26的方法，其还包含在UPS机架上对UPS进行输出并联。
28.根据权利要求27的方法，其还包含：
对安装在UPS机架中的连接器化母线组件进行安装，连接器化母线组件包含UPS输出母线和耦合到UPS输出母线的多个连接器；以及
将连接器的相应各个耦合到UPS的相应各个的输出。
29.根据权利要求26的方法，其还包含在设备机架中安装多个出口组件并将出口组件的相应各个耦合到设备机架中的PDU的支路输出的相应各个。
30.根据权利要求26的方法：
其中，在多个设备机架的相应各个中安装相应的PDU且其中PDU被配置为经由其多个支路输出分配电力包含：对在设备机架的相应各个中安装的第一与第二PDU的相应对进行安装，第一与第二PDU被配置为经由相应的第一与第二多个支路输出向设备分配电力；
其中，在UPS机架中安装多个UPS包含：在第一UPS机架中安装第一多个UPS，在第二UPS机架中安装第二多个UPS；且
其中，在UPS的相应各个的输出与PDU的相应各个的输入之间连接相应的电力电缆包含：在第一多个UPS的相应各个的输出与第一PDU的相应各个的输入之间连接相应的电力电缆，在第二多个UPS的相应各个的输出与第二PDU的相应各个的输入之间连接相应的电力电缆。
31.根据权利要求26的方法，其中，在多个设备机架的相应各个中安装相应的PDU且其中PDU被配置为经由其多个支路输出分配电力包含：对在设备机架的相应各个中安装的第一与第二PDU的相应对进行安装，第一与第二PDU被配置为经由相应的第一与第二多个支路输出向设备分配电力，且其中，在UPS的相应各个的输出到PDU的相应各个的输入之间连接相应的电力电缆包含：在UPS的相应各个的输出到第一PDU的相应各个的输入之间连接相应的电力电缆，且其中，该方法还包含：
在设备机架的相应各个中安装相应的UPS；以及
将安装在设备机架中的UPS的相应各个的输出耦合到第二PDU的相应各个的输入。
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