CN102447299A - 用于向装置提供冗余功率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为“用于向装置提供冗余功率的系统和方法”。一种用于向装置提供功率的系统(100)，包括：第一供电单元(104)，其具有提供交流功率且可选择性地连接到输入线路的第一功率模块(108)和第一通信模块(110)。该系统还包括：第二供电单元(106)，其具有可选择性地连接到输入线路且提供交流功率的第二功率模块(112)以及耦合到第一通信模块的第二通信模块(114)。在给定时间处，仅将第一供电单元或第二供电单元之一耦合到输入线路。

Description

用于向装置提供冗余功率的系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及提供功率，并且具体来说涉及向装置提供冗余功率。
背景技术
若干类型的装置需要功率的冗余电源以确保适当操作。例如，考虑使用线性可变差动变压器(LVDT)来测量目标的线性位移的情况。LVDT典型地包括绕磁芯端对端放置的三个线圈。中央线圈是初级绕组，而其他两个线圈作为次级绕组。磁芯典型地是圆柱形铁磁芯，并且附接到其位置待测的目标。
操作中，通过初级绕组驱动交流电，从而使每个次级绕组中感生的电压与它同初级的互感成比例。随着磁芯的移动，这些互感会改变，引起次级绕组中感生的电压改变。基于这些绕组中感生的电压的差，能够确定杆的位置，并因此确定目标的位置。
在未向LVDT供给功率的情况下，LVDT将给出指示目标处于其可能端位置之一的读数。这种指示可例如引起目标所在的系统中的其他元件关机作为保护措施。对于小操作，这种关机可能不太有问题。另一方面，考虑LVDT测量涡轮中目标的位置的情况。如果失去对LVDT功率，则可能导致涡轮的关机。这种关机可能意味着在给定时间发电厂无法满足其输出要求。
虽然描述的是LVDT，但是应理解，任何类型的传感器均可能遇到上述的问题。此外，传感器以外的装置也容易在到它们的功率中断时提供无效信息或误导信息。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种用于对装置提供冗余功率的系统。此方面的系统包括第一供电单元，其具有提供交流功率的第一功率模块和第一通信模块。第一功率模块可选择性地连接到输入线路。此方面的系统还包括第二供电单元，其包括可选择性地连接到输入线路且提供交流功率的第二功率模块，并且还具有耦合到第一通信模块的第二通信模块。在此方面中，在给定时间处仅将第一供电单元或第二供电单元之一耦合到输入线路。
根据另一方面，公开了一种为系统中的第一供电单元选择有关通电的操作状态的方法，该系统配置成仅从多个供电单元之一接收功率。此实施例的方法包括：为第一电源通电；等待预设时间以接收来自其他供电单元的通信；在第一电源处确定所述通信指示没有其他供电单元是主单元；以及进入优先级竞争解决过程。
根据结合附图的下面的描述，这些和其他优点和特征将变得更为显而易见。
附图说明
具体指出视为本发明的主题，并在本说明书结论部分的权利要求中对其明确地要求专利保护。根据结合附图的的下面的详细描述，本发明的前述和其他特征、以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是包括耦合到监视装置的两个供电单元的系统的框图；
图2是更详细地示出两个供电单元的功率模块的框图；
图3是更详细地示出两个供电单元的通信模块的框图；
图4示出耦合到监视装置的多个供电单元；以及
图5是示出根据一个实施例的方法的流程图。
本详细描述通过举例的方式、参考附图解释了本发明的实施例、连同优点和特征。
具体实施方式
图1是示出根据一个实施例的系统100的实施例的框图。此实施例的系统100包括向监视装置103提供功率的电源102。在一个实施例中，监视装置103是传感器。应理解传感器以外的元件可以从电源102接收功率。在一个实施例中，传感器103是LVDT。在另一个实施例中，该传感器配置成基于位置提供不同的磁阻值，且本文中应将其称为LVDR。
图1中示出的电源102包括第一供电单元104和第二供电单元106。第一供电单元104和第二供电单元106都能够提供功率以操作监视装置103。具体来说，第一供电单元104包括第一功率模块108，而第二供电单元106包括产生功率的第二功率模块112。在一个实施例中，第一功率模块108和第二功率模块112均在正输入线路130与负输入线路132之间提供交流电压。
应理解，由于供电单元104、106向监视装置103提供交流功率，所以在给定瞬间处，仅它们之一向监视装置103提供功率。否则，供电单元104、106之间的相位变化可能导致提供到监视装置103的电压在时间上变化。因此，在一个实施例中，在任何具体时间处，仅第一供电单元104和第二供电单元106之一向监视装置103提供功率。为此，在一个实施例中，第一供电单元104和第二供电单元106包括：用于确定在任何给定时间处第一供电单元104和第二供电单元106中的哪个向监视装置103供给功率的控制单元或其他装置。下文更详细地描述用于确定第一供电单元104和第二供电单元106中的哪个提供功率的判定过程。
为了做出在给定瞬间处第一供电单元104和第二供电单元106中的哪个要供给功率的判定，第一供电单元104和第二供电单元106分别包括第一通信模块110和第二通信模块114。第一通信模块110和第二通信模块114允许第一供电单元104和第二供电单元106彼此通信。在一个实施例中，该通信是双向的。当然，还可以将该通信限制到从第一供电单元104向第二供电单元106或反之。第一供电单元104和第二供电单元106之间的通信包括例如有关这些单元中的哪个是主单元以及这些单元的操作状况的信息。
在图1中，仅示出了两个供电单元104、106。应理解在一个实施例中，电源102可以包括多于两个的供电单元。例如，根据一个实施例，电源102包括耦合到监视装置103的三个或更多个供电单元。
图2示出图1的第一供电单元104和第二供电单元106的更详细描绘。具体来说，第一供电单元104包括第一功率模块108。第一功率模块108包括第一交流电源202。在一个实施例中，第一交流电源202可提交流电流，而在另一个实施例中可提供交流电压。在一个实施例中，第一交流电源202是逆变器。
第一功率模块108还包括第一电流监视器204和第一电压监视器206，它们分别测量第一组输入电力线213上的电流和电压。第一组输入电力线213耦合到交流电源202。将测量的电流值和电压值提供到第一控制单元208。
第一控制单元208一般地控制第一功率模块108的操作。第一控制单元208还从第一通信模块110接收信息以及向第一通信模块110提供信息。由第一控制单元208向第一通信模块110提供的信息包括有关第一功率模块108的操作状态信息。该操作状态信息包括第一功率模块108是否正在向监视装置103提供功率以及其他操作信息。从第一通信模块110接收的信息包括有关其他供电单元(例如，第二供电单元106)的操作状态信息。此信息包括例如其他供电单元是否正在向监视装置103提供功率。
基于从第一通信模块110接收的信息、并且可能是由第一电流监视器204测量的电流以及由第一电压监视器206测量的电压，第一控制单元208确定第一功率模块108是否要向监视装置103提供功率。如果情况如此，则将第一开关控制器210提供为使第一开关单元211闭合一个或多个单独开关(211a、211b)，以将交流电源202电耦合或以其他方式耦合到输入线路130和132。在这种情况中，第一通信模块110向其他供电单元传送第一供电单元104正在向监视装置103供给功率的指示。如果一供电单元正在提供功率，则将其称为“主供电单元”或简称为“主单元”。否则，该供电单元是备用单元。
与第一供电单元104相似，第二供电单元106包括第二功率模块112。第二功率模块112包括第二交流电源212。第二交流电源212提供与第一交流电源202基本相同类型和相同量的功率。当然，第一交流电源202和第二交流电源212可以具有相对彼此不同的相位。在一个实施例中，第二交流电源212是逆变器。
第二功率模块112还包括第二电流监视器214和第二电压监视器216，它们分别测量在第二组输入电力线215上的电流和电压。将测量的电流值和电压值提供到第二控制单元218。
第二控制单元218一般地控制第二功率模块112的操作。第二控制单元208还从第二通信模块114接收信息以及向第二通信模块114提供信息。由第二控制单元218向第二通信模块114提供的信息包括：有关第二功率模块112的操作状态信息。该操作状态信息包括第二功率模块112是否正在向监视装置103提供功率以及其他操作信息。从第二通信模块114接收的信息包括有关其他供电单元(例如，第一供电单元104)的操作状态信息。此信息包括例如其他供电单元是否正在向监视装置103提供功率(即，其他供电单元是否是“主单元”)。在一个实施例中，第一控制单元208和第二控制单元218由现场可编程门阵列(FPGA)形成。
基于从第二通信模块114接收的信息、以及可能是由第二电流监视器214测量的电流以及由第二电压监视器206测量的电压，第二控制单元218确定第二功率模块108是否要向监视装置103提供功率。如果情况如此，则将第二开关控制器220提供为使第二开关单元221闭合一个或多个单独开关(221a、211b)，以将第二交流电源212电耦合或以其他方式耦合到输入线路130和132。
图3示出图1的第一供电单元104和第二供电单元106的更详细描绘。与先前一样，第一供电单元104和第二供电单元106分别包括第一功率模块108和第二功率模块112。在此图示中，比图1更详细地示出第一通信模块110和第二通信模块114。
第一通信模块110包括第一通信控制器302。第一通信控制器302从第一功率模块108接收信息以及向第一功率模块108提供信息。此外，第一通信控制器302经一个或多个第一传送器304向外部位置传送信息，并经第一接收器从外部位置接收信息。
如图所示，第一传送器304分别包括第一第一传送器304a和第二第一传送器304b。这提供冗余传送能力。此外，如图所示，第一接收器306分别包括第一第一接收器和第二第一接收器。这提供冗余接收能力。
第二通信模块114包括第二通信控制器312。第二通信控制器312从第二功率模块112接收信息以及向第二功率模块112提供信息。此外，第一通信控制器312经一个或多个第二传送器316向外部位置传送信息，以及经第二接收器314从外部位置接收信息。
如图所示，第二传送器316耦合到第一接收器306，而第二接收器314耦合到第一传送器304。以此方式，提供从第一通信模块110到第二通信模块114的两个传送链路，并且提供从第二通信模块114到第一通信模块110的两个接收链路。以此方式，提供第一通信模块110与第二通信模块114之间的冗余通信布置。
图4示出系统100的框图，系统100包括耦合到监视装置103的多个供电单元402、404、406。当然，应理解，可以提供任何数量的供电单元。如图所示，每个供电单元402、404、406与每个其他供电单元402、404、406互相通信。具体来说，第一通信链路408将供电单元402耦合到供电单元404，第二通信链路410将供电单元404耦合到供电单元406，以及第三通信链路412将供电单元402耦合到供电单元406。如所指出的，供电单元的数量不限于三个。此外，应理解通信链路408、410、412各可以支持双向冗余通信。
在一个实施例中，为每个供电单元402、404、406赋予三种不同等级之一。为了方便，本文将这些等级称为R、S和T。在优先顺序中，R大于S，而S大于T。在一个实施例中，在操作期间，每个供电单元402、404、406以固定速率向所有其他供电单元传送数据消息分组。在一个实施例中，该固定速率是每毫秒一次，但是也可以使用其他时间周期。在一个实施例中，每个数据分组包含供电单元的等级、激励转换标记以及传送供电单元是否是主单元的指示。
如上文论述的，在任何给定时间处，仅一个供电单元向监视装置103提供功率。因此，本发明的实施例旨在确定在给定瞬间哪个供电单元要向监视装置103提供功率。一般地，目前提供功率的供电单元将继续提供功率，直到它不再能够提供功率或它未能与其他电源通信为止。在主单元未能继续提供功率的情况下，将其传送的激励转换标志设定为指示此情况。在两种失效情况的任一种中，为其他供电单元提供评级，下一个最高评级的供电单元则成为主单元并提供功率。以此方式，提供冗余电源。
图5是示出当供电单元通电时实现的方法的流程图。一般地，图5中示出的方法确定被置于在线的电源是否为主单元，并且如果是这样的话，则它能够提供功率。否则，它至少最初不向监视装置提供功率。
在框502处，将该供电单元置于在线。在框504处，该供电单元等待预设时间周期，并从任何其他活跃供电单元接收通信。在一个实施例中，在认为该供电单元是可操作的之后，预设时间是1.5毫秒。此时间周期确保该供电单元已有机会从所有其他活跃供电单元接收消息。
在框506处，该供电单元确定是否有任何接收的消息指示另一个供电单元是主单元。如果是这样的话，则该供电单元进入备用状态，如框508所示。即，该供电单元不是主单元，并且因此未向监视装置提供功率。
否则，处理进行到框510。在框510处，确定该供电单元是否是R供电单元。如果是这样的话，因为已经确定没有其他供电单元是主单元，所以在框512处，该供电单元被指定为主单元。否则，在框514处，确定该供电单元是否是S供电单元。如果是的话，则在框516处，(基于框504中接收的通信)确定R供电单元是否连接到它。如果没有R供电单元连接到该供电单元，则在框512处，指定该S供电单元为主单元。否则，供电单元进入备用状态，如框508所指示的。如果供电单元不是S供电单元，则它必定是T供电单元。因此，在框518处，如果确定S或R供电单元存在，则该供电单元进入备用状态，如框508所指示的。否则，在框512处，将该供电单元指定为主单元。应理解，可以将框510、514、516和518的处理通称为优先级竞争解决过程。
当然，以及如上所述，供电单元将保持在框508或512任何之一中，直到某种因素改变使之转移出这两个框中的任一个。例如，如果该供电单元是主单元且变得不可操作，则它可以通过设定其激励转换标志来指示此情况。在一个实施例中，这使得其他供电单元进入竞争解决过程。
虽然本发明仅结合数量有限的实施例来进行详细描述，但是应该容易地理解，本发明并不限于此类公开的实施例。相反，本发明能够修改为并入前文未描述、但与本发明的精神和范围匹配的任何数量的变化、替换、替代或等效布置。此外，虽然描述了本发明的多种实施例，但是要理解，本发明的方面可包括描述的实施例的仅其中一些。因此，本发明不应视为由前面的描述限定，而是仅由所附权利要求的范围来限定。
部件列表
  100   系统
  102   电源
  103   监视装置
  104   第一供电单元
  106   第二供电单元
  108   第一功率模块
  110   第一通信模块
  112   第二功率模块
  114   第二通信模块
  130   正输入线路
  132   负输入线路
  202   第一交流电源
  204   第一电流监视器
  206   第一电压监视器
  208   第一控制单元
  210   第一开关控制器
  211   第一开关单元
  211a   单独开关
  211b   单独开关
  212   第二交流电源
  213   第一组输入电力线
  214   第二电流监视器
  215   第二组输入电力线
  216   第二电压监视器
  218   第二控制单元
  220   第二开关控制器
  221   第二开关单元
  221a   单独开关
  221b   单独开关
  302   第一通信控制器
  304   第一传送器
  304a   第一第一传送器
  304b   第二第一传送器
  306   第一接收器
  312   第二通信控制器
  314   第二接收器
  316   第二传送器
  402   供电单元
  404   供电单元
  406   供电单元
  408   第一通信链路
  410   第二通信链路
  412   第三通信链路
  502   框
  504   框
  506   框
  508   框
  510   框
  512   框
  514   框
  516   框
  518   框

Claims (10)

1.一种用于向装置提供冗余功率的系统(100)，所述系统(100)包括：
第一供电单元(104)，所述第一供电单元(104)包括提供交流功率的第一功率模块(108)和第一通信模块(110)，其中，所述第一功率模块(108)可选择性地连接到输入线路；以及
第二供电单元(106)，所述第二供电单元(106)包括可选择性地连接到所述输入线路且提供交流功率的第二功率模块(112)和耦合到所述第一通信模块(110)的第二通信模块(114)；
其中，在给定时间处，仅将所述第一供电单元或所述第二供电单元(104、106)之一耦合到所述输入线路。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述第一功率模块(108)和所述第二功率模块(112)都包括可选择性地将它们耦合到所述输入线路的开关单元(211、221)。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，将所述第一供电单元(104)和所述第二供电单元(106)的其中之一指定为主供电单元，并且所述主供电单元的所述开关单元将所述主供电单元电耦合到所述输入线路。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，其中，所述第一供电单元(100)和所述第二供电单元(106)的另一个及其开关单元阻止其电耦合到所述输入线路。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述第一功率模块(108)还包括：
交流电源；
耦合到所述输入线路的第一开关单元(211)；以及
耦合在所述交流电源与所述第一开关单元(211)之间的第一组输入电力线(213)。
6.根据权利要求5所述的系统(100)，其中，所述第一功率模块(108)还包括：
第一控制单元(208)，其配置成基于所述第一供电单元(104)的操作状况，使所述第一开关单元(211)将所述交流电源电耦合到所述输入线路或与之去耦合。
7.一种为系统(100)中的第一供电单元(104)选择有关通电的操作状态的方法，所述系统(100)配置成仅从多个供电单元之一接收功率，所述方法包括：
为所述第一供电单元(104)通电；
等待预设时间以接收来自其他供电单元的通信；
在所述第一供电单元(104)处确定所述通信指示没有其他供电单元是主单元；以及
进入优先级竞争解决过程。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述优先级竞争解决过程包括：
确定所述第一供电单元(104)具有最高优先级，并将所述第一供电单元(104)指定为主电源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述优先级竞争解决过程包括：
确定所述第一供电单元(104)不具有最高优先级；以及
确定所述第一供电单元(104)具有次最高优先级，并在所述通信未指示另一个供电单元具有最高优先级的情况下，将所述第一供电单元(104)指定为主电源。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述优先级竞争解决过程包括：
确定所述第一供电单元(104)不具有最高优先级或次最高优先级；以及
确定所述第一供电单元(104)具有第三最高优先级，并在所述通信未指示另一个供电单元具有最高优先级或次最高优先级的情况下，将所述第一供电单元(104)指定为主电源。
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