CN102104263A - 具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统 - Google Patents

具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高压直流不断电供电系统，其与多个输入电源连接，该高压直流不断电供电系统至少包括多个电源模块、控制模块及配电单元。多个电源模块分别连接至输入电源，用以自所连接的输入电源接收输入电力以及转换输入电力为直流输出电力。控制模块提供通信线路与电源模块连接，用以监控电源模块的操作状态，及控制电源模块的电力输出。而配电单元与直流电压总线连接，用以传送直流输出电力至多个电器负载。本发明具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统可达到节能、降低成本、提高效率及提高可靠度的功效。

Description

具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统
技术领域
本发明涉及一种不断电供电系统，尤其涉及一种具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统。
背景技术
对于全球暖化及气候变迁首当其冲影响的就是环境的变化及人类的生活。由于温室效应导致全球暖化，使得世界各地的温度变化越来越明显，为了致力于环境维护及节能减碳的目标，制造商于生产例如开关式电源供应器或不断电电源供应器等供电性电子产品时，会以减少功率损耗及提高效率为目的，因此，便发展出高压直流不断电供电系统(High Voltage Direct CurrentUninterruptible Power Supply System，HVDC UPS System，以下称为HVDCUPS系统)，以达到节能、高效率、高可靠性、高电源品质及高成本效益的需求。
请参阅图1A及图1B，其中图1A为公知不断电供电系统的方框示意图，图1B为应用于数据中心的公知HVDC UPS系统的方框示意图。如图所示，公知不断电供电系统1采用两阶段的电源转换电路，其中包含AC/DC电源转换器11，即整流器，及DC/AC电源转换器12，即逆变器，以提供所需的AC电源至负载。此外，HVDC UPS系统2省略DC/AC电源转换器(即逆变器)，并使用单阶段的AC/DC电源转换器21来直接提供所需的DC电源至负载。由于缺乏DC/AC电源转换器(即逆变器)，使得因DC/AC电源转换器产生的功率损失减少，因此，供电系统的效率将会提高。然而，无论是公知不断电供电系统1或是HVDC UPS系统2，都只能接收单一的交流电源，例如市电，而不能利用自然能源或再生电源，也无法有效率地管理电源系统的电源输入。
有鉴于此，如何发展一种具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统，以达到节能、降低成本、提高效率及提高可靠性的目的，并解决公知技术的缺陷，实为相关技术领域目前所迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统，利用配置多个输入电源，包括自然能源及再生能源，并配合市电使用以应付不同的日照量及气候变化，以达到节能环保、降低成本、提高效率及提高可靠性的目的。
为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种高压直流不断电供电系统，其与多个输入电源连接，该高压直流不断电供电系统至少包括：多个电源模块，其分别连接至一输入电源，用以自所连接的该输入电源接收一输入电力以及转换该输入电力为一直流输出电力；一控制模块，其提供通信线路与该电源模块连接，用以监控该电源模块的操作状态，及控制该电源模块的电力输出；以及一配电单元，其与一直流电压总线连接，用以传送该直流输出电力至多个电器负载。
为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种高压直流不断电供电系统，至少包括：多个电源模块，包括至少一初级电源模块及至少一次级电源模块，其中，该初级电源模块与一自然能源发电机或一再生能源发电机连接，用以由该自然能源发电机或该再生能源发电机接收一输入电力，并转换该输入电力为一直流输出电力，而该次级电源模块与一市电交流输入电源连接，用以由该市电交流输入电源接收一输入电力，并转换该输入电力为一直流输出电力；一直流电压总线，其与该电源模块的多个输出端连接，以接收该直流输出电力；以及一控制模块，其提供通信线路与该电源模块连接，用以监控该电源模块的运行状态及控制该电源模块的电力输出。
本发明具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统可达到节能、降低成本、提高效率及提高可靠度的功效。
附图说明
图1A：其为公知不断电供电系统的方框示意图。
图1B：其为应用于数据中心的公知HVDC UPS系统的方框示意图。
图2：其为本发明较佳实施例的具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统的方框示意图。
图3：其为图2所示HVDC UPS系统的结构示意图。
上述附图中的附图标记说明如下：
不断电供电系统：1
AC/DC电源转换器：11、21
DC/AC电源转换器：12
HVDC UPS系统：2、3
机柜：30
电源模块：31
第一初级电源模块：311a
第二初级电源模块：311b
第三初级电源模块：311c
第一次级电源模块：312
控制模块：32
直流电压总线：33
电池模块：34
配电单元：35
二极管：361、362、363、364
数据中心：4
机架：40
太阳能发电机：5
燃料电池发电机：6
风力发电机：7
市电交流输入电源：8
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图2，其为本发明较佳实施例的具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统的方框示意图。如图所示，HVDC UPS系统3应用于数据中心4，该数据中心4包含多个机架或服务器40，但不以此为限。HVDC UPS系统3包括一机柜30(如图3所示)、多个电源模块31、一控制模块32、一直流电压总线33以及至少一电池模块34。电源模块31的输出端为并联连接且与总线33连接，电池模块34则与总线33耦接，用以储存或调节电力，电源模块31可热插拔且能分别地通过通信线路与控制模块32进行双向沟通。于本实施例中，每一个电源模块31的输出端分别与相对应的电流方向限制元件耦接，例如二极管361、362、363、364。一配电单元(Power DistributionUnit，PDU)35与总线33耦接并具有多个开关电路，以分别与一对应的机架40耦接。因此，HVDC UPS系统3可通过配电单元35提供及传递所需电力至数据处理设备或机架40的供电单元(Power Supply Unit，PSU)。
本发明的HVDC UPS系统3具有多重输入电源5、6、7、8，于本实施例中，HVDC UPS系统3具有一个或多个自然能源或是再生能源的输入电源5、6、7，和/或一市电交流输入电源8，例如发电厂。自然能源或是再生能源的输入电源5、6、7包括直流输入电源和/或交流输入电源，其中直流输入电源可为一太阳能发电机5及燃料电池发电机6，而交流输入电源则可为一风力发电机7。
自然能源或再生电源的输入电源5、6、7为HVDC UPS系统3的主要电力供应来源，而市电交流输入电源8则是为HVDC UPS系统3的辅助电力供应来源。于本实施例中，太阳能发电机5(即第一直流输入电源)与第一初级电源模块311a的输入端耦接，第一初级电源模块311a包含一DC/DC电源转换器(未图示)，用以接收由太阳能发电机5产生的直流电源以及转换该直流电源为高压直流电(例如380伏特)，再输出到直流电压总线33。燃料电池发电机6(即第二直流输入电源)与第二初级电源模块311b的输入端耦接，第二初级电源模块311b包含一DC/DC电源转换器(未图示)，用以接收燃料电池发电机6产生的直流电源以及转换该直流电源为高压直流电(例如380伏特)，再输出到直流电压总线33。至于风力发电机7(即第一交流输入电源)与第三初级电源模块311c的输入端耦接，而第三初级电源模块311c包括一AC/DC电源转换器(未图示)，用以接收由风力发电机7产生的交流电源以及将该交流电源转换成高压直流电(例如380伏特)后再输出至直流电压总线33。
市电交流输入电源8则与第一次级电源模块312的输入端耦接，且第一次级电源模块312包括一AC/DC电源转换器(未图示)，用以接收发电厂的市电交流输入电源并将其转换成高压直流电(例如380伏特)后再输出至直流电压总线33。
请参阅图3，其为图2所示HVDC UPS系统的结构示意图。如图所示，电源模块31为被模块化的电源模块以及可热插拔地设置于机柜30的容置空间内。初级电源模块311a、311b、311c用来耦接自然能源或再生能源的输入电源5、6、7，以及次级电源模块312用来耦接市电交流输入电源8。所有的电源模块31均用来转换输入电源为高压直流电(例如380伏特)以及经由二极管361、362、363、364而提供高压直流电至直流电压总线33。而输入至直流电压总线33的高压直流电可更进一步地传递至配电单元35，再提供配电单元35来分配所需的电力给机架40内的供电单元。电池模块34耦接至直流电压总线33，而当电源模块31无法由多重输入电源接收电力时，电池模块34会释出其储存的电力至直流电压总线33以供应电器负载所需的电力，因此，电池模块34能够维持连续的电力供应给电器负载，以增加HVDCUPS系统3的可靠度。此外，电源模块31能够监控由多重输入电源5、6、7、8所传递的输入电流。控制模块32用以与电源模块31通信，并监控及控制电源模块31的运行状态以及管理电源模块31的电力输出。控制模块32也与配电单元35耦接以监控电器负载的运行状态，以使控制模块32可根据电器负载的运行状态来控制电源模块31的运行状态以及管理电源模块31的电力输出。
根据本发明的构想，HVDC UPS系统3的初级电源模块311a、311b、311c能够将源自自然能源或再生能源的输入电源5、6、7进行电源转换并整合所有的电力至供电系统，使得本发明的HVDC UPS系统3能够于不同的光照量(例如于白天或夜晚)及不同的气候状态下有效地管理、控制及分配自然能源或再生能源的输入电源5、6、7及市电交流输入电源8之间的电力输入。举例来说，在白天日照充足的情况下，控制模块32将控制使太阳能发电机5作为HVDC UPS系统3的主要电力来源，而市电交流输入电源8则作为辅助的电力来源，当HVDC UPS系统3由太阳能发电机5所接收到的电力不充足时(例如接收到所需总电力的90％)，此时市电交流输入电源8即可用来支援太阳能发电机5以提供所不足的电量(例如所需总电力的10％)给HVDCUPS系统3。于一些实施例中，当气候转变及风力很强的时候，HVDC UPS系统3配置来接收源自风力发电机7的主要电力输入，而当HVDC UPS系统3由风力发电机7所接收的电力不充足时(例如接收到所需总电力的80％)，此时市电交流输入电源8则可支援风力发电机7以提供所不足的电力(例如所需总电力的20％)给HVDC UPS系统3。
综上所述，本发明的HVDC UPS系统的多重输入电源可包括自然能源或再生能源及市电，且分别通过不同的电源模块，将输入电源转换成为高压直流电输出，再经由配电单元来分配所需电力至机架内的供电单元。本发明的HVDC UPS系统以自然能源或再生能源(例如太阳能、风力或燃料电池)作为主要电源，并以市电作为辅助电源，当自然能源或再生能源所提供的电力不足时，再以市电电力补足，故可提供对不同的电力来源做有效的供给分配，达到环保与节能的目的。因此，本发明具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统可达到节能、降低成本、提高效率及提高可靠度的功效。
故本发明的具有多重输入电源的高压直流不断电供电系统极具产业价值依法提出申请。本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims (9)

1.一种高压直流不断电供电系统，其与多个输入电源连接，该高压直流不断电供电系统至少包括：
多个电源模块，其分别连接至一输入电源，用以自所连接的该输入电源接收一输入电力以及转换该输入电力为一直流输出电力；
一控制模块，其提供通信线路与该电源模块连接，用以监控该电源模块的操作状态，及控制该电源模块的电力输出；以及
一配电单元，其与一直流电压总线连接，用以传送该直流输出电力至多个电器负载。
2.如权利要求1所述的高压直流不断电供电系统，其中该输入电源包括自然能源发电机或再生能源发电机。
3.如权利要求1所述的高压直流不断电供电系统，其中该输入电源包括一太阳能发电机、一燃料电池发电机、一风力发电机或一市电交流输入电源。
4.如权利要求1所述的高压直流不断电供电系统，其中该电源模块包括一DC/DC电源转换器或一AC/DC电源转换器，用以转换该输入电力为该直流输出电力。
5.如权利要求1所述的高压直流不断电供电系统，其中该控制模块更与该配电单元连接，用以监控该电器负载的运行状态，借此使该控制模块根据该电器负载的运行状态来监控电源模块的运行状态及管理该电源模块的电力输出。
6.如权利要求1所述的高压直流不断电供电系统，还包含一电池模块，其与该直流电压总线连接以储存电力，并于该电源模块无法由该输入电源接收电力时，该电池模块会释出电力至该直流电压总线。
7.如权利要求1所述的高压直流不断电供电系统，其中该电器负载包括一数据中心，该数据中心包括多个服务器。
8.一种高压直流不断电供电系统，至少包括：
多个电源模块，包括至少一初级电源模块及至少一次级电源模块，其中，该初级电源模块与一自然能源发电机或一再生能源发电机连接，用以由该自然能源发电机或该再生能源发电机接收一输入电力，并转换该输入电力为一直流输出电力，而该次级电源模块与一市电交流输入电源连接，用以由该市电交流输入电源接收一输入电力，并转换该输入电力为一直流输出电力；
一直流电压总线，其与该电源模块的多个输出端连接，以接收该直流输出电力；以及
一控制模块，其提供通信线路与该电源模块连接，用以监控该电源模块的运行状态及控制该电源模块的电力输出。
9.如权利要求8所述的高压直流不断电供电系统，其中该控制模块控制使该自然能源发电机或该再生能源发电机作为一主要电源，而该市电交流输入电源则作为一辅助电源。
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