CN102132471A

CN102132471A - 用来在电源系统中分配负荷转移的方法和系统

Info

Publication number: CN102132471A
Application number: CN2009801326585A
Authority: CN
Inventors: D·C·科亨; D·A·科卢西; J·S·斯皮塔尔斯; M·R·梅兰桑
Original assignee: American Power Conversion Corp
Current assignee: Schneider Electric IT Corp
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-08-20
Also published as: WO2010022229A1; EP2327134B1; DK2327134T3; US20110169333A1; US7911083B2; US20100045107A1; US8125102B2; EP2327134A1; CN102132471B

Abstract

电源系统包括AC输电线路(402)，不间断电源(UPS)装置(400)是为接受来自AC输电线路(402)的功率而被接入的。UPS(400)包括当可得的AC功率可接受的时候把UPS的电源转换电路与AC输电线路(402)连接起来的控制电路(412)。该电源系统还包括为接受来自AC输电线路的电力而接入的第二UPS装置。第二UPS包括延迟定时器，以致该控制电路配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来。

Description

用来在电源系统中分配负荷转移的方法和系统

发明背景

发明领域

本发明的实施方案通常涉及功率管理，更明确地说，涉及用来避免多个功率负荷同时引起大的瞬间高峰电流造成停电的方法和系统。

背景技术

今天的公司和个人被以前更倚赖电力供应。没有电力供应，公司可能就无法制造商品，或全然无法工作(例如，公司无法在英特网上提供商业信息)。没有电力供应，商店和个人可能完全不能胜任紧急作业，例如，制造货物、提供服务和处理个人财务(例如，申请退税和支付账单)。

在如此倚赖电力供应的情况下，个人和公司往往需要能够迅速纠正停电和/或有备用电源，以便当电源故障的时候他们的事务和/或生意不受显著影响和/或得到通知。纠正停电通常包括呼叫当地的电力公司报告停电和/或检修本地电源/输电系统，例如，对公司或住宅来说已经断电的内部系统。不间断电源(UPS)往往用来在停电的情况下提供备用电力。UPS为电子系统提供过电压保护和备用电池电源。备用电池电源帮助防止在电力中断、电力不足(低电压)、或通过该系统的电流出现尖峰或涌浪期间可能发生的数据丢失。UPS被普遍地用于计算机设备防止数据在保存数据之前由于停电被遗失。与计算机设备一起使用的UPS还帮助防止信息供应商(例如，服务器)在英特网上提供的服务(例如，主页)遗失。UPS也能帮助在停电期间改善家中的网络基础设施的实用性，防止数据在个人计算机上丢失，等等。

发明内容

部署很多UPS的设备将为多个负荷储备电力，而且一些UPS将连接分享的输电线路。在停电期间，所有的UPS将继续把电力提供给它们的负荷。当恢复供电的时候，通常所有的UPS将试图同时连接输电线路，这将在负荷全部同时通电的时候在输入来源上引起阶跃负荷增加。大的阶跃负荷增加可能潜在地引起输入功率再次减弱。通常，有很多UPS装置瞬间与任何电源(例如，备用发电机)连接能产生突然的阶跃负荷增加，也被称为突入电流或输入冲击电流，从而引起电源故障。

本发明的至少一个实施方案提供一种电源系统，该系统包括AC输电线路和众多为接受来自AC输电线路的电力被接入的不间断电源(UPS)装置。第一UPS包括当可得的AC功率可接受的时候把UPS的电源转换电路与AC输电线路连接起来的控制电路。该电源系统还包括为接受来自AC输电线路的电力被接入第二UPS装置。第二UPS包括延迟定时器，以致控制电路被配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来。

附图说明

附图不打算依比例绘制。在附图中，每个在各种不同的附图中举例说明的同一的或几乎同一的组成部分是用相似数字表示的。为了清楚，可能并非每个组成部分在每幅附图中都被标注出来。在附图中：

图1是依照本发明的原则的电源系统的系统图。

图2A是依照本发明的原则可用于图1所示系统的UPS装置的实施方案的方框图。

图2B是依照本发明的原则可用于图1所示系统的UPS装置的另一个实施方案的方框图。

图3是通信网络和与网络连接的UPS的简化图表。

图4是依照本发明的原则可用于图3所示系统的UPS装置的实施方案的方框图。

具体实施方式

这项发明在其应用方面不局限于在下列的描述中陈述的和在附图中举例说明的组成部分的构造和安排的细节。本发明可以有其它的实施方案并且可以以各种不同的方式实践或实施。

图1依照本发明的原则举例说明电源系统。该系统包括与和负荷130连接的第一不间断电源(UPS)装置110一起提供功率的AC输电线路150。第二UPS装置120也把来自AC输电线路150的功率提供给负荷140。UPS装置110和120都包含配置成将来自外部的AC电源110或内部电池组(在图1中未展示)的功率选择性地转换后以每个UPS里面包含的功率电路的控制电路指示的预期的电压特性(例如，电压)供应给它们各自的负荷130、140的控制电路。第二UPS装置120进一步包括延迟定时器120a，该延迟定时器可能用控制电路延迟功率来源的切换。

在停电期间，UPS装置将通过转移来自内部的电池组或其它储能装置(例如，调速轮或电容器组)的储存功率继续把功率提供给它们的负荷。在测知可得的AC功率变得可接受之时，UPS装置的控制电路当可得的AC功率可接受的时候把UPS装置110、120的电源转换电路与AC输电线路150连接起来。当恢复供电的时候，所有的UPS装置通常将试图同时连接输电线路，从而导致在负荷同时全部接通的时候在输入源上阶跃负荷增加。这种阶跃负荷增加(也称为突入电流或输入冲击电流)可能导致输入功率再次减弱。依照本发明的原则，第二UPS包括延迟定时器，以致控制电路被配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来。通过错开UPS装置110、120与AC输电线路150的连接时间，突然的突入电流可能得以避免，因此避免AC电源的过载。

熟悉这项技术的人将理解多个UPS装置可能与一条AC输电线路连接，而且一些脱机的装置可能在不引起过载的情况下同时重新与AC输电线路连接。在UPS装置的数量较大的情况下，UPS装置的群体可能在群体中按不同的时间间隔被重新连接。在本发明的实施方案中，在第一UPS(或UPS装置群体)和第二UPS(或UPS装置群体)与输电线路的连接之间的定时器延迟可能介于8和12秒之间。延迟足够短暂，以便它对系统的使用者来说是功能上无法感知的，但重要的是足以避免同时涌入。在其它的实施方案中，可能使用其它的延迟时间。

UPS装置可能进一步包含其它的电路，例如，监测电池组中电池的电压和温度的电池监测单元和经由控制器区域网(CAN)总线把这个信息提供给控制电路的通信单元。

图2A举例说明可能用于与图1所示系统连接的UPS 200。UPS 200包括AC输入202、转接开关204、输出206、电池208、控制器212和逆变器214。UPS 200可能包括电池充电器210，但是不需要。AC输入202被配置成与AC电源耦合而输出206被配置成与负荷耦合。输入202把从AC电源收到的功率提供给转接开关204和电池充电器210。转接开关204接受来自输入202或逆变器214的AC功率。逆变器214接受来自电池108的DC功率并且将DC功率转换成AC功率而后把AC功率提供给转接开关204。控制器212依照该系统的容许公差决定究竟将由AC输入202还是逆变器214提供功率。控制器212可能进一步包括延迟定时器212a(举例来说，现有软件模块中的子例行程序、独立的可编程的软件模块、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)或独立的硬件装置)，以致该控制电路被配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来。延迟定时器可能是在制造UPS装置的时候编程的，其中若干个预定的延迟时间之一可能是在制造之时选定的。作为替代，UPS装置可能是这样配置的，以致每个UPS装置的延迟定时器可能被人工编程或重新编程到若干个预定的延迟时间之一。

图2B举例说明用可能用于与图1所示系统连接的双重变换拓扑配置的另一种UPS 250。UPS 250包括AC输入252、AC/DC整流器254、开关256、控制器258、电池260、AC/DC逆变器262、静态旁路开关264和输出266。AC输入252被配置成与AC电源耦合，而输出266被配置成与负荷耦合。输入252把从AC电源收到的功率提供给整流器254。整流器把AC功率转换成DC功率。在正常操作时，UPS 250在经由逆变器262把功率供应给输出262的同时给电池260充电。如果AC输入的电源电压跑到任何预先设定的公差外面或者如果它出现故障，UPS能进入储能模式，其中电池260继续经由逆变器262把功率提供给输出262。控制器258依照系统的容许公差决定究竟将由AC输入262还是由电池260提供功率。控制器258可能进一步包括延迟定时器258a，举例来说，现有软件模块中的子例行程序、独立的可编程的软件模块、现场可编程的逻辑门阵列(FPGA)或独立的硬件装置，以致该控制电路被配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来。使用双重变换拓扑的许多UPS系统进一步包括静态旁路开关264，该静态旁路开关允许AC输入在特定的条件(例如，UPS的内部故障或负荷电流瞬变(涌入或故障排除))下把功率直接提供给输出。熟悉这项技术的人将认识到，在一些实施方案中，静态旁路开关依照本发明的原则可能也是用延迟定时器控制的。

关于图2A的UPS 200，图2B中的UPS 250的延迟定时器可能是在制造该UPS装置的时候编程的，其中若干预定的延迟时间之一可能是在制造时选定的。作为替代，UPS装置可能是这样配置的，以致每个UPS装置的延迟定时器都可以被人工编程或重新编程到若干预定的延迟时间之一。

虽然图2A和2B举例说明使用两种不同的功率变换拓扑的UPS装置，但是熟悉这项技术的人将理解本发明的原则不局限于那些拓扑，而且可能适用于其它的UPS变换拓扑或其它的功率变换拓扑。

在另外一个依照本发明的原则的电源系统中，UPS装置可能是联网的，其中联网接口或控制器可以设定测知可得的AC功率和重新连接个别UPS装置的AC功率之间的延迟时间。图3举例说明可以用于这样的系统的控制器320和UPS装置300。

参照图3，不间断电源(UPS)监测和控制系统310包括计算机312、通信网络314、UPS 300和包括调制解调器316和路由器(或开关或毂)318的UPS支持设备。网络314优选分组交换网络，例如，以太(Ethernet)局域网(LAN)，虽然其它网络将是可接受的。UPS 300被配置成经由网络314直接或通过路由器318与计算机312通信。因此，在下面的讨论中，虽然路由器318可能不被明确地提到，但是论及UPS 300和计算机312之间的通信可能通过路由器318。

如图3所示，与外部网络(例如，英特网)数据通信的电缆329(例如，同轴电缆)与调制解调器316(例如，电缆调制解调器)连接。以太网线332把路由器318与调制解调器316连接起来，有可能经过UPS 300的涌浪保护电路。线路333把路由器318和UPS 300连接起来，用来把信息(例如，指令)从路由器318转移到UPS 300。路由器318进一步通过网络314的以太网线与计算机312和UPS 300耦合。UPS 300被配置成把储备电力提供给设备316、318和把关于储备电力的使用的信息经由网络314提供给计算机312。计算机312包括用来显示把关于UPS 300提供的储备电力的使用的信息展示给计算机312的使用者的界面的显示屏320。

参照图4，并且进一步参照图3，可以作为图3中的UPS 300使用的UPS 400包括AC输入402、转接开关404、输出406、电池408、控制器412和逆变器414。UPS 400可能包括电池充电器410，但是不需要。AC输入402被配置成与AC电源耦合，而输出406被配置成与负荷耦合。输入402把从AC源收到的功率提供给转接开关404和电池充电器410。转接开关404接受来自输入402或逆变器414的AC功率。逆变器414接受来自电池408的DC功率并且将DC功率转变成AC功率而后把AC功率提供给转接开关404。控制器412依照系统400的容许公差决定究竟将由AC输入402还是由逆变器414提供功率。依据电池408的容量和负荷的功率需求，UPS 400能在短暂的AC电源“中途退出”期间或在延长的停电期间把功率提供给负荷。UPS 400只是可仿效的并且不作为限制，因为其它的UPS配置能用于本发明的实施方案。

UPS 400进一步包括处理器416和网络接口418。处理器416可能被称为从属处理器或简称从属机，而包括处理器的控制器412可能被称为主处理器或简称主机。主机412被配置成监测与UPS 400的状态参数有关的数据并且实现控制UPS 400的操作的控制指令。从属机416被配置成在网络接口418和主处理器412之间分程传递信息。主机412和从属机416优选在没有软件的情况下工作，改为在固件中执行指令。从属机416优选能以快速地(例如，9600波特)与主机412通信。

类似地，使用结合图2B举例说明的双重变换拓扑或其它的变换拓扑(未展示)的UPS可能配置了网络接口并且用来代替UPS400。

从属处理器416包括植入的以太网能力。使用植入的以太网电路可以帮助控制UPS 400的成本，例如，使UPS 400变成适合家用或小商务用途的。

主微处理器412被配置成独立地或依照从从属机416收到的来自计算机312的指令控制UPS 400的各种不同方面。控制器412被配置成决定何时需要电池电力和控制转接开关404在适当的时候把功率从AC输入402和/或电池408经由逆变器414提供给输出406。控制器412的处理器被配置成通过读和执行储存在存储器中的运行计算机易读的、计算机易执行的软件指令实现其各种不同的功能。主机412能进一步经由网络414、接口418和从属机416接受来自计算机312的命令/指令，而UPS 400的控制部分实现那些指令。举例来说，主机412的延迟定时器412a能通过计算机312经由网络414、接口418和从属机416这样设定，以致延迟时间被编程到若干预先编程的延迟时间之一。

因为UPS装置可能与集中式智能控制器(例如，计算机312)联网，所以该当设定分配的时候，集中式控制器可能掌握联网的电源系统里面每个UPS装置的延迟时间，而且在为系统里面的个别UPS装置设定、分配或重新分配定时器延迟的时候考虑到那些延迟，以致在特定的时间在AC线路上供电的装置被平均地分配。

连同控制器、处理器或延迟定时器一起使用的存储系统可能通常包括计算机易读的和可写入的非易失性记录媒体，在该记录媒体中储存为了实现一项或多项与在此描述的实施方案相关联的功能定义处理器要执行的程序或者要用该程序处理的储存在该媒体之上或之中的信息的信号。该媒体可能是，举例来说，磁盘或闪存器。通常，在运行时，处理器导致把数据从非易失性的记录媒体读到另一个存储器中，后者考虑到处理器存取信息比该媒体快。本发明不局限于特定的存储器系统或储存系统。计算机系统可能包括专门编程的专用硬件，例如，特定用途集成电路(ASIC)。本发明的各个方面可能是在软件、硬件或固件或它们的任何组合中实现的。此外，这样的方法、行为、系统、系统元素及其组成部分可能是作为上述的计算机系统的一部份或作为独立的组成部分实现的。

虽然计算机系统312被作为例子展示为可以在它上面实践本发明的各种不同的方面的一种计算机系统，但是人们应该领会到本发明的各个方面不局限于在图3所示的计算机系统上实现。计算机系统312可能是可以使用高级计算机程序设计语言编程的通用型计算机系统。计算机系统312也可能是使用专门编程的专用硬件实现的。

处理器和操作系统一起定义能用高级程序设计语言编写应用程序的计算机平台。人们应该理解本发明的实施方案不局限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或网络。另外，本发明不局限于特定的程序设计语言或计算机系统，这对于熟悉这项技术的人应该是明显的。此外，人们应该领会到其它适当的程序设计语言和其它适当的计算机系统也可能被使用。

计算机系统的一个或多个部分可能分布在与通信网络耦合的一个或多个计算机系统上。举例来说，决定可用功率的计算机系统可能位于距离系统管理者很远的地方。这些计算机系统也可能是通用型计算机系统。举例来说，本发明的各种不同的方面可能分布在一个或多个配置成为一个或多个客户计算机提供服务的(例如，服务器)或作为分布系统的部分完成全部工作的计算机系统之中。举例来说，本发明的各种不同的方面可能是在客户机-服务器或多层分布式系统上完成的，该系统包括分布在一个或多个服务器系统当中依照本发明的各种不同的实施方案实现各种不同的功能的组成部分。这些组成部分可能是使用通信协议(例如，TCP/IP)在通信网络(例如，英特网)上传送的可执行码、中间码(例如，IL)或解释码(例如，Java)。举例来说，一个或多个数据库服务器可能用来储存装置数据，例如，在设计与本发明的实施方案相关联的布局中使用的预期的功率抽运。

人们应该领会到本发明不局限于在任何特定的系统或系统群体上执行。另外，人们应该领会到本发明不局限于任何特定的分布式体系结构、网络或通信协议。

至此已经描述了这项发明的至少一个实施方案的一些方面，人们将领会到各种不同的变更、修改和改进对于熟悉这项技术的人将很容易发生。这样的变更、修改和改进预计是这份揭示的一部份，而且倾向于落在本发明的精神和范围里面。因此，前面的描述和附图仅仅作为例子。

Claims

1.一种电源系统，其中包括：

AC输电线路；

为接受来自AC输电线路的电力而接入的第一不间断电源(UPS)装置，该第一UPS包括配置成当可得的AC功率可接受的时候把电源转换电路与AC输电线路连接起来的控制电路；

为接受来自AC输电线路的电力而接入的第二UPS装置，该第二UPS包括延迟定时器和配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器延迟期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来的控制电路。

2.根据权利要求1的电源系统，其中第二UPS装置的延迟定时器是可编程的。

3.根据权利要求1的电源系统，其中第二UPS装置的延迟定时器是工厂编程的。

4.根据权利要求1的电源系统，其中第一UPS进一步包括延迟定时器和被进一步配置成在第一UPS的定时器延迟期满之时连接AC输电线路的控制电路。

5.根据权利要求1的电源系统，进一步包括：

众多为接受来自AC输电线路的电力而接入的UPS装置，每个UPS都包括延迟定时器和配置成当可得的AC功率可接受的时候和在定时器延迟期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来的控制电路。

6.根据权利要求5的电源系统，其中众多UPS装置各自的延迟定时器是用至少两个不同的延迟时间设定的。

7.根据权利要求5的电源系统，其中定时器延迟之间的延迟时间被设定为在8秒和10秒之间。

8.根据权利要求5的电源系统，进一步包括与众多UPS装置耦合并且被配置成把众多UPS装置之中每一个的延迟定时器设定为至少两个不同的定时器延迟之一的控制器。

9.根据权利要求1的电源系统，其中第二UPS装置是用双重变换拓扑配置的。

10.一种在电源系统里面分配负荷转移的方法，该方法包括：

检测众多不间断电源(UPS)装置分享的输电线路的可接受的线路功率；

在第一UPS装置，在可用功率可接受之后，在第一时间把电源转换电路与输电线路连接起来；

在第二UPS装置，在分享的可用功率可接受之后，在第二时间把电源转换电路与输电线路连接起来，第二时间与第一时间相差一段延迟时间。

11.一种电源系统，其中包括：

输电线路；

众多为接受来自输电线路的电力被接入的第一不间断电源(UPS)装置，众多第一UPS装置包括第一延迟定时器和配置成当可用功率可接受的时候和在第一定时器延迟期满之时把电源转换电路与输电线路连接起来的控制电路；

众多为接受来自输电线路的电力被接入的第二UPS装置，众多第二UPS装置包括第二延迟定时器和配置成当可用功率可接受的时候和在第二定时器延迟期满之时把电源转换电路与输电线路连接起来的控制电路，其中一段延迟时间存在于第一定时器延迟和第二定时器延迟之间。

12.根据权利要求11的电源系统，其中延迟时间介于8秒和12秒之间。

13.根据权利要求11的电源系统，其中延迟时间是10秒。

14.根据权利要求11的电源系统，进一步包括：

配置成完成第一延迟定时器和第二延迟定时器程序设计的控制器。

15.根据权利要求14的电源系统，其中控制器被进一步配置成平衡以第一延迟定时器编程的UPS装置和以第二延迟定时器编程的UPS装置的分配。

16.一种制造UPS装置的方法，该方法包括：

制造为接受来自AC输电线路的电力被接入的UPS装置，该UPS装置包括延迟定时器和配置成当可得的AC功率可接受的时候和在延迟定时器的延迟时间期满之时把电源转换电路与AC输电线路连接起来的控制电路；以及

以众多截然不同的延迟时间为个别UPS装置的延迟定时器编程。