CN104685758A - 具有模块化架构的ups系统 - Google Patents

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Abstract

一种UPS系统，包括：配电组件(120)，其具有多个侧面并且包括交流输入端(121)和交流输出端(122)；以及至少两个UPS组件(110)，其具有与所述配电组件(120)的所述侧面中的相应侧面相面对的相应侧面，所述至少两个UPS组件(110)中的每个UPS组件包括多个转换器模块(114)以及互连模块(112)，所述互连模块(112)被配置为通过穿过相面对的侧面的导体(116，118)，将所述转换器模块(114)的交流输入端和交流输出端可切换地耦接到所述配电组件(120)的所述交流输入端(121)和所述交流输出端(122)中的相应交流输入端和交流输出端。所述导体(116，118)可以将所述配电组件(120)耦接到所述至少两个UPS模块(110)，而不需要使用导管和/或电缆桥架。

Description

具有模块化架构的UPS系统
背景技术
本发明涉及不间断电源(UPS)系统，并尤其特殊地，涉及模块化UPS系统。
UPS系统通常在诸如数据中心、医疗中心和工业设施之类的设施中使用。UPS系统可用于此类设施中以在主公用电源故障时提供备用电力，从而维持运行。这些UPS系统通常具有“在线”配置，其包括通过直流链路耦接的整流器和逆变器，该直流链路也耦接到辅助电源，例如电池、燃料电池和其他能量存储设备。其他UPS系统可以使用待机、在线交互或其他电路拓扑。
UPS系统可以包括一个或多个模块化UPS组件。每个组件可以包括多个UPS模块，每个UPS模块可以例如包括用于连接到电池的整流器、逆变器和直流/直流转换器。UPS模块可以与控制和接口电路(例如旁路开关等)一起安装在共同的机箱内。UPS模块通常被设计成并行操作，以提供可伸缩的功率容量，例如，各模块可以被共同耦接到交流电源、直流电源(例如电池)和/或负载。模块化UPS组件的一个实例是http：//powerquality.eaton.com中所描述的Power XPert 9395UPS。
在诸如数据中心的大规模应用中，多个这种UPS组件通常单独地安装，并使用外部导管或布线桥架连接到中央并联系统。这种设置对于安装可能是昂贵和费时的，并且难以扩展。
发明内容
本发明主题的一些实施例提供了一种UPS系统，包括：配电组件，其具有多个侧面并且包括交流输入端和交流输出端；以及至少两个UPS组件，其具有与所述配电组件的所述侧面中的相应侧面相面对的相应侧面，所述至少两个UPS组件中的每个UPS组件包括多个转换器模块以及互连模块，所述互连模块被配置为通过穿过相面对的侧面的导体，将所述转换器模块的交流输入端和交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的所述交流输入端和所述交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。所述导体可以将所述配电组件耦接到所述至少两个UPS模块，而无需使用外部接线，如导管和/或电缆桥架。
在一些实施例中，所述至少两个UPS组件可以从所述配电组件的相对侧垂直地延伸。所述至少两个UPS组件可以包括从所述配电组件的相对侧延伸的至少两对UPS组件。
在一些实施例中，每个转换器模块可以包括分别耦接到所述转换器模块的所述交流输入端和交流输出端的整流器电路和逆变器电路。每个互连模块可以包括相应第一和第二断路器，其配置为将所关联的转换器模块的交流输入端和交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的所述交流输入端和交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。所述互连模块还可以均包括静态旁路开关。
其他实施例提供一种装置，包括：立方形配电组件，其包括交流输入端、交流输出端和至少两个侧面，所述配电组件被配置为与至少两个UPS组件中的相应UPS组件的侧面相面对，并且被配置为通过相面对的面将所述交流输入端和所述交流输出端耦接到所述至少两个UPS模块。所述配电组件可以被配置为使用穿过所述相面对的面的导体将所述交流输入端和所述交流输出端耦接到所述至少两个UPS模块。所述配电组件的所述至少两个侧面可以被配置为使得所述至少两个UPS组件从所述配电组件的相对侧垂直延伸。所述配电组件的所述至少两个侧面可以包括至少两对侧面，所述至少两对侧面被配置为在所述配电组件的相对侧上面对至少两对UPS组件。
其他实施例提供一种UPS系统，包括：配电组件，其包括具有多个侧面的至少一个立方形外壳；以及至少两个UPS组件，每个UPS组件包括至少一个立方形外壳，所述立方形外壳具有配置为面对所述配电组件的侧面的侧面。所述至少两个UPS组件中的每个UPS组件包括多个转换器模块和互连模块，所述互连模块被配置为通过穿过相面对的侧面的导体将所述转换器模块的交流输入端和交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的交流输入端和交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。所述配电组件和所述至少两个UPS组件可以被配置为支持所述配电组件到所述至少两个UPS组件的交流连接，而无需使用外部交流布线，如导管和/或电缆桥架中的布线。
附图说明
图1是示出了根据本发明主题的某些实施例的UPS系统的示意图；
图2是图1所示的UPS系统的俯视图；
图3是图1所示的UPS系统的配电组件的侧视图；
图4是图3所示的配电部分的俯视图；
图5是是图1所示的UPS系统的UPS组件的侧视图；
图6是是图1所示的UPS系统的UPS组件的侧视图；
图7是示出了根据本发明主题的其他实施例的UPS系统的示意图；
图8是图7所示的UPS系统的俯视图；
图9是图7所示的UPS系统的配电组件的侧视图；
图10是是图7所示的UPS系统的UPS组件的侧视图；
图11是是图7所示的UPS系统的UPS组件的侧视图。
具体实施方式
现在，将参照附图说明本发明主题的特定示例性实施例。但是，本发明的主题可以体现为许多不同形式，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例；更确切地说，提供这些实施例使得本公开是彻底的和完整的，并且将本发明主题的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，相同的数字指代相同的元件。应该理解的是，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。如本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和所有组合。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在限制本发明的主题。除非另有说明，如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式。还将进一步理解，术语“包括”、“包含”、“具有”和/或“含有”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加其他一个或多个特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有通常对于此发明的主题所属的普通技术人员所理解的相同的含义。将进一步理解，除非在此明确定义，诸如在常用词典中定义的术语，应被解释为具有在本说明书和相关领域的上下文中一致的含义，并且不会以理想化的或过度形式的意义地被解释。
图1是示出了根据本发明主题的某些实施例的UPS系统的示意图。UPS系统包括一个或多个UPS组件110，其被配置为耦接到配电组件120。配电组件120包括：连接到导体116的交流输入端120，导体116耦接到功率UPS组件110的交流输入端；以及连接到导体118的交流输出端121，导体118耦接到功率UPS组件110的交流输出端。
UPS组件110被配置为耦接到交流电源和直流电源(例如电池)，并选择性地从其产生交流输出。每个UPS组件110包括多个转换器模块114，在这里示出为均具有包括整流器、逆变器和电池接口电路的在线拓扑，由接触器K1、K2、K3控制到所述整流器、逆变器和电池接口电路的的连接。应该理解的是，所示出的用于转换器模块114的转换器配置被提供用于说明的目的，而在一些实施例中可使用其他配置。
一个或多个转换器模块114的交流输入端、交流输出端和直流端口被并联连接到互连模块112。互连模块112被配置为控制转换器模块114到配电组件120的交流输入端121和交流输出端122的连接。在所示出的实施例中，互连模块112包括分别用于交流输入端和交流输出端的相应断路器CB1、CB3。例如，断路器CB1、CB3可用于在转换器模块114故障和/或用于调度维护和/或更换的情况下而断开转换器模块114。
图2是图1所示的UPS系统的物理布置的俯视图。每个UPS组件110和配电组件120都具有大致立方形的形状，并且可以包括一个或多个机柜或类似外壳。配电组件120具有细长的矩形占用空间(rectangularfootprint)，并且多个UPS组件110被相对于配电组件120的侧面布置，并从该处在配电组件120的相对侧上垂直延伸。配电组件120和UPS组件110的侧面被配置为物理上彼此邻近，并且互连导体穿过配电组件120和单独UPS组件110的相面对的侧面。例如，UPS组件110可以使用例如螺栓或其他紧固件被附接到配电组件120。在一些实施例中，UPS组件110和配电组件120可以通过固定的地面固定件或类似装置保持彼此接近。
在图2中所示的配置使能配电组件120和UPS组件110的互连，而无需使用由配电组件和UPS组件110、120限定的体积之外的交流布线，例如互连管道线路、电缆桥架线路等，因为导体可以被保持在由UPS组件110和配电组件120的组合所包围的体积内。穿过配电组件120和UPS组件110之间的导体116、118可以采取例如电缆和/或刚性导体(如母线)的形式。
参照图3和6，配电组件120包括侧面126，其被配置为面对UPS组件110的匹配侧面116，以使得互连导体(例如，电缆和/或汇流条)可以穿过相面对的面，例如，穿过位于UPS组件110的侧面116的开口115、117和位于配电组件120的匹配侧面126的开口128。如图4所示，配电组件120可以包括位于其顶面和/或底面上的一个或多个开口124，并被配置为提供用于输入的通路，和从交流电源(例如，公用设施电源或发电机)的交流导体用于连接到交流输入端121，以及用于负载(例如，配电板)的交流导体连接到配电组件120的交流输出122端的通道。
图5是UPS组件110的侧视图，示出了转换器模块114和互连模块112的示例性布置。在所示出的实施例中，UPS组件110被配置为在接近互连模块112的一侧邻接配电组件120。然而，应该理解的是，在一些实施例中，可以使用互连模块112和转换器模块114的不同布置。还应当理解的是，虽然图1、2和5示出了具有三个转换器模块114的UPS模块110，其他实施例可以使用具有更少或更多数量转换器模块114的UPS组件110。在其他实施例中，UPS组件110可以包括其他类型的模块或部件，例如一个或多个通信模块。
如上所述，在1-4图所示的配电组件120提供了用于UPS组件110的共用交流输入端121和共用交流输出端122。在一些实施例中，配电组件120可以包括其他部件。例如，配电组件120可以包括静态旁路开关和/或维护旁路开关，以使能自动和/或手动旁路UPS组件110。配电组件120还可以包括监测电路、通信电路、显示器等。一些或所有的这些和其他部件可以集成在单个组件和/或配电组件120可以具有模块化结构，其允许根据需要添加这些部件，例如通过添加柜体或其他外壳。
在图2-6中所示出的UPS系统的架构提供了几个潜在的优点。UPS系统具有允许相对容易扩展的物理布置。例如，UPS组件110的数量和/或UPS组件110中的变换器模块114的数量可以变化，以提供所需的容量，而不需要组件之间添加导管或电缆桥架线路和/或修改导管或电缆桥架线路。因为配电组件120中的交流电源和负载的合并互连的能力，安装所述UPS系统的客户可以不需要提供用于UPS组件110的交流连接的额外导管或布线。另外，与传统系统相比，配电组件120的集中连接可以简化UPS系统初始安装的连接。
本发明主题的一些实施例可以对于在UPS系统实施分布式旁路布置是尤其有利的。图7是根据本发明主题的一些实施例的UPS系统的示意图。所述UPS系统包括耦接到配电组件720的一个或多个UPS组件710。UPS组件710和配电组件720均都具有大致立方形的形状，并且可以包括一个或多个机柜或类似外壳。
每个UPS组件710包括转换器模块714，其在此示为均具有包括整流器、逆变器和电池接口的在线拓扑，到整流器、逆变器和电池接口的连接通过接触器K1、K2、K3控制，类似于图1的转换器模块114。一个或多个转换器模块114的交流输入端、交流输出端和直流端口并联耦接。每个UPS组件710还包括互连模块712，其被配置为控制转换器模块714的交流输入端和交流输出端到配电组件720的连接。类似于图1中的互连模块112，互连模块712包括分别用于交流输入端和输出端的断路器CB1、CB3。然而，与互连模块112相比，互连模块712还包括相应的静态旁路开关713，每个静态旁路开关713被配置为旁路相应UPS组件710内的转换器模块714。配电组件720被配置为提供：连接到导体716的交流输入端721，导体716耦接到功率UPS组件710的交流输入端；以及连接到导体718的交流输出端722，导体718耦接到功率UPS组件710的交流输出端。
图8是示出图7所示的UPS系统的物理布置的俯视图。UPS组件710和配电组件720被实现为具有大致立方形形状的组件，并且可以包括例如一个或多个机柜状外壳。配电组件720和UPS组件710的侧面被配置为彼此面对，并且互连导体穿过相面对的侧面，使得配电组件720和UPS组件710的互连不需要使用导管线路、电缆桥架线路等。穿过配电组件720和UPS组件710之间的导体可以采取例如电缆和/或刚性导体(诸如汇流条)的形式。如图8中所示，配电组件720可以具有细长的矩形占用空间，并且多个UPS组件710可以布置成邻接配电组件720，并且从该处在配电组件720的相对侧上垂直延伸。
参照图9和11，配电组件720包括侧面726，其被配置为面对UPS组件710的匹配侧面716，以使得导体电缆或母线穿过相面对的侧面，例如，穿过位于UPS组件710的侧面716的开口715、717和位于配电组件720的匹配侧面726的开口728。参照图8，配电组件720可以包括位于其顶面和/或底面上的一个或多个开口724，并且被配置为提供分别用于交流电源和负载导体连接到交流输入端721和交流输出端722的通道。
图10是UPS组件710的侧视图，示出了转换器模块714和互连模块712的示例性布置。在示出的实施例中，UPS组件710被配置为在靠近互连模块712的一侧邻接配电组件720。然而，可以理解的是，在一些实施例中，可以使用互连模块712和变换器模块714的不同布置。还应当理解的是，虽然图7、8和10示出UPS模块710具有三个转换器模块714，其他实施例可以使用更小或更大数量的转换器模块714。在其他实施例中，UPS组件710可以包括其他模块或部件，例如一个或多个通信模块。
在一些实施例中，配电组件720还可以包括其他组件，例如维护旁路开关，以使能手动旁路UPS组件710中的转换器电路。配电组件720还可以包括监测电路、通信电路、显示器等。一些或所有的这些和其他部件可以集成在单个组件中和/或配电组件120可以具有模块化结构，其允许根据需要添加这些部件。
在图8-11中所示的布置较之使用导管线路和电缆桥架等布线布置的传统布置是特别有利的。特别是，在如图7中所示的分布式旁路电路实施方式中，可能希望到每个UPS组件710的导体线路是大致相同的长度。因为在图8-11中所示的模块化架构的对称性，这个目标可以更容易地实现。
在附图和说明书中，已经公开了本发明主题的示例性实施例。尽管采用了特定术语，它们仅用于一般的和描述的意义，而不用于限制的目的，本发明主题的范围由下述权利要求书限定。

Claims (18)

1.一种UPS系统，包括：
配电组件，其具有多个侧面并且包括交流输入端和交流输出端；以及
至少两个不间断电源(UPS)组件，其具有与所述配电组件的所述侧面中的相应侧面相面对的相应侧面，所述至少两个UPS组件中的每个UPS组件包括多个转换器模块以及互连模块，所述互连模块被配置为通过穿过相面对的侧面的导体，将所述转换器模块的交流输入端和交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的所述交流输入端和所述交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个UPS组件相对于所述配电组件的至少一侧放置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述导体将所述配电组件耦接到所述至少两个UPS模块，而无需使用位于由所述配电组件和所述至少两个UPS组件所限定的体积之外的交流布线。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述配电组件和所述至少两个UPS组件是立方形形状。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述至少两个UPS组件从所述配电组件的相对侧垂直延伸。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少两个UPS组件包括从所述配电组件的相对侧延伸的至少两对UPS组件。
7.根据权利要求1所述的系统，其中每个转换器模块包括分别耦接到所述转换器模块的所述交流输入端和所述交流输出端的整流器电路和逆变器电路。
8.根据权利要求1所述的系统，其中每个互连模块包括相应第一和第二断路器，其被配置为将所关联的转换器模块的所述交流输入端和所述交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的所述交流输入端和所述交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个UPS组件的所述互连模块均包括静态旁路开关。
10.一种装置，包括：
立方形配电组件，其包括交流输入端、交流输出端以及至少两个侧面，所述配电组件被配置为与至少两个UPS组件中的相应UPS组件的侧面相面对，并且被配置为通过相面对的面将所述交流输入端和所述交流输出端耦接到所述至少两个UPS模块。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述配电组件被配置为使用穿过所述相面对的面的导体将所述交流输入端和所述交流输出端耦接到所述至少两个UPS模块。
12.根据权利要求10所述的装置，其中所述配电组件的所述至少两个侧面被配置为使得所述至少两个UPS组件从所述配电组件的相对侧垂直延伸。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述配电组件的所述至少两个侧面包括至少两对侧面，所述至少两对侧面被配置为在所述配电组件的相对侧上面对至少两对UPS组件。
14.一种UPS系统，包括：
配电组件，其包括具有多个侧面的至少一个立方形外壳；以及
至少两个UPS组件，每个UPS组件包括至少一个立方形外壳，所述立方形外壳具有配置为面对所述配电组件的侧面的侧面，所述至少两个UPS组件中的每个UPS组件包括多个转换器模块和互连模块，所述互连模块被配置为通过穿过相面对的侧面的导体将所述转换器模块的交流输入端和交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的交流输入端和交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述配电组件和所述至少两个UPS组件被配置为支持所述配电组件到所述至少两个UPS组件的交流连接，而无需使用位于由所述配电组件和所述至少两个UPS组件的组合所限定的体积之外的布线。
16.根据权利要求14所述的系统，其中每个转换器模块包括整流器电路和逆变器电路。
17.根据权利要求14所述的系统，其中每个互连模块包括相应第一和第二断路器，其被配置为将所关联的转换器模块的所述交流输入端和所述交流输出端可切换地耦接到所述配电组件的所述交流输入端和所述交流输出端中的相应交流输入端和交流输出端。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少两个UPS组件的所述互连模块均包括静态旁路开关。
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