CN104917277B - 冗余不间断电源系统 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种系统。所述系统包括：公用电网；多个不间断电源UPS；环形母线；至少一个负载，所述至少一个负载电耦连到所述多个UPS和所述环形母线；以及控制器，所述控制器通信耦连到所述多个UPS，所述控制器被配置成：确定在所述公用电网从所述多个UPS中的至少一个UPS断开时的公共参考角；计算所述多个UPS山每一个UPS的相位角，其中，每个UPS的相位角是相对于所述公共参考角计算的；以及基于相应计算的相位角控制每个UPS的操作。

Description

冗余不间断电源系统
相关申请交叉引用
本申请是非临时申请，要求于2014年3月11日申请的名称为“REDUNDANTUNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEMS”的美国临时专利申请序号61/951,281的优先权，其通过引用被全部并入本文中。
技术领域
本发明的领域一般涉及不间断电源，并且更具体地涉及在环形母线(ring bus)架构中实现不间断电源。
背景技术
健康的功率系统能够将功率供应到一个或多个负载。这些功率系统可以包括功率的产生、传输、整流、逆变和变换的组合以供应用于电子、光、机械和/或核应用和负载的能量。当实现功率系统和架构时，实际的考虑因素包括成本、大小、可靠性和实施容易度。
在至少一些已知的功率系统中，一个或多个不间断电源(UPS)便于将功率供应到负载。UPS便于确保即使在功率系统的一个或多个组件故障时，功率也被连续地供应到一个或多个重要负载。因此，UPS提供冗余电源。UPS可以用在许多应用中(例如，公用电网变电站、工厂、海上系统、高安全性系统、医院、数据通讯和远程通讯中心、半导体制造基地、核电厂等)。进一步地，UPS可以用在高、中或低功率的应用中。例如，UPS可以用在相对小的功率系统(例如娱乐或消费系统)或微型系统(例如基于芯片的系统)中。
在至少一些已知的功率系统中，不同的电源(诸如单独的UPS)可能相互干扰。如果电源相互之间不同步，则他们可能开始相互覆盖，引起振荡或其它不期望的效应，影响传送到一个或多个负载的功率。进一步地，如果单独的UPS都相对于公共参考角(commonreference angle)操作并且公用电网(utility)变成从单独的UPS中的至少一个断开，则用于一个UPS的公共参考角可能漂移，变成与另一UPS的公共参考角不同，这可能影响功率系统的负载分配和稳定性。
发明内容
在一个方面，提供了一种系统。所述系统包括：公用电网；多个不间断电源UPS；环形母线；至少一个负载，所述负载电耦连到所述多个UPS和所述环形母线；以及控制器，所述控制器通信耦连到所述多个UPS，所述控制器被配置成：确定在所述公用电网从所述多个UPS中的至少一个UPS断开时的公共参考角；计算所述多个UPS中每一个UPS的相位角，其中，每个UPS的相位角是相对于所述公共参考角计算的；以及基于相应计算的相位角控制每个UPS的操作。
在另一方面，提供了一种用于控制电源系统的控制器，所述电源系统包括公用电网、多个不间断电源UPS、环形母线和电耦连到所述多个UPS和所述环形母线的至少一个负载。所述控制器包括：处理器；以及存储装置，所述存储装置通信耦连到所述处理器，所述存储装置存储可执行指令，所述可执行指令被配置成使所述处理器：确定在所述公用电网从所述多个UPS中的至少一个UPS断开时的公共参考角；计算所述多个UPS中每一个UPS的相位角，其中，每个UPS的相位角是相对于所述公共参考角计算的；以及基于相应计算的相位角控制每个UPS的操作。
优选的，为了确定所述公共参考角，所述可执行指令被配置成使所述处理器确定当所述公用电网变成从小于所有的所述多个UPS上断开时的公共参考角。
优选的，为了确定所述公共参考角，所述可执行指令被配置成使所述处理器确定所述公共参考角为所述环形母线上的电压的相位角。
优选的，为了确定所述公共参考角，所述控制器被配置成基于所述环形母线上的电压是否近似等于所述多个UPS中的一个UPS的输出电压确定公共参考角。
优选的，该控制器还被配置成：当所述环形母线上的电压近似等于所述一个UPS的输出电压时，确定公共参考角为所述环形母线上的电压的相位角；以及当所述环形母线上的电压不等于所述一个UPS的输出电压时，确定公共参考角为所述公用电网的输出电压的相位角。
优选的，为了确定所述公共参考角，该控制器被配置成：改变所述多个UPS中一个UPS的初始相位角；以及基于所述一个UPS的输出功率是否等于耦连到所述一个UPS的关联负载的接收功率，确定公共参考角。当所述输出功率不等于所接收的功率时，确定公共参考角为所述环形母线上的电压的相位角；以及当所述输出功率等于所接收的功率时，确定公共参考角为所述公用电网上的输出电压的相位角。在又一方面，提供了一种控制电源系统的方法。所述电源系统包括公用电网、多个不间断电源UPS、环形母线和电耦连到所述多个UPS和所述环形母线的至少一个负载。所述方法包括：确定在所述公用电网从所述多个UPS中的至少一个UPS断开时的公共参考角；使用通信耦连到所述多个UPS的控制器计算所述多个UPS中每一个UPS的相位角，其中，每个UPS的相位角是相对于所述公共参考角计算的；以及基于相应计算的相位角控制每个UPS的操作。
优选的，确定公共参考角包括确定当所述公用电网变成从所有的所述多个UPS上断开时的公共参考角。
优选的，确定所述公共参考角包括确定当所述公用电网变成从小于所有的所述多个UPS上断开时的公共参考角。
优选的，确定所述公共参考角包括确定所述公共参考角为所述环形母线上的电压的相位角。
附图说明
图1是示意性电源系统的示意图。
图2是图1中所示的系统的简化图。
图3是图示可以用在图1和2中所示的系统的示例性负载分配算法的图。
图4是可以用在图1和2中所示的系统的示例性负载分配算法的逻辑图。
图5是可以用在图1和2中所示的系统的示例性负载分配算法的逻辑图。
图6是图示将不间断电源(UPS)热切入到电源系统中的示意图。
图7是在如图6所示将UPS热切入到电源系统中的时候可以使用的示例性负载分配算法的逻辑图。
图8是图示从电源系统热切出UPS的示意图。
图9是示例性电源系统的示意图。
图10是示例性电源系统的示意图。
图11是示例性电源系统的示意图。
图12是示例性电源系统的示意图。
图13是用于确定公共参考角的示例性方法的流程图。
具体实施方式
这里描述不间断电源系统的示例性实施例。公用电网电耦连到多个不间断电源。多个不间断电源排列成环形母线布置，并被配置成将功率供应到至少一个负载。控制装置通信耦连到多个不间断电源。控制装置被配置成在公用电网从多个不间断电源中的至少一个断开的情况下确定公共参考角。
图1是示例性冗余隔离-并联(IP)不间断电源(UPS)系统100的示意图。在示例性实施例中，系统100包括排列成如本文中描述的环形架构或并联架构的多个UPS 102。具体地，在示例性实施例中，系统100包括第一UPS 104、第二UPS 106、第三UPS 108和第四UPS 110。替代性地，系统100可以包括能够使系统100如本文中描述的起作用的任何数目的UPS 102。在示例性实施例中，系统100是三线制系统。替代性地，系统100可以是四线制系统(即包括到达每个负载的中性线的系统)。
在示例性实施例中，UPS 102是静态双变换UPS(即真正的在线系统的系统)。静态和旋转UPS可能需要用于电压和频率的下垂控制技术。在一些情况下，单独用于频率的下垂控制可能是足够的。在一些实施例中，下垂控制技术根据负载是线性的或非线性的被适应性修改。
系统100便于将功率提供给一个或多个负载120。在正常运行下，一个或多个公用电网122用作电源，将功率提供给负载120。公用电网122可以向系统100提供交流(AC)或直流(DC)电。在来自公用电网122的功率未能到达负载120(例如由于公用电网122和/或公用电网122和负载120之间的装置故障)的情况下，系统100利用UPS 102保持将功率流向负载120，正如本文中描述的那样。在示例性实施例中，系统100包括第一负载124、第二负载126、第三负载128和第四负载130。替代性地，系统100可以包括能够使系统100如本文中描述的起使用的任何数目的负载120。
每个负载120电耦连于关联的UPS 102和环形母线132之间。具体地，在示例性实施例中，每个负载120通过关联的负载断路器134耦连到环形母线132。进一步地，环形母线132包括多个环形母线断路器136。在环形母线132的任何区段故障或关断的情况下，系统100的架构确保功率仍然能够到达负载120。值得注意的是，图1中所示的架构只是示例性的。例如，在一些实施例中，负载120可以直接耦连到环形母线132或者可以耦连于UPS 102之间。进一步地，系统100可以包括直接耦连到环形母线132的另外的UPS 138。
在示例性实施例中，每个UPS 102电耦连于输入开关装置140和输出开关装置142之间。输入开关装置140电耦连到并联开关装置144，并联开关装置144又通过关联的变压器146电耦连到公用电网122。在示例性实施例中，每个并联开关装置144还电耦连到一个或多个地148。开关装置140、142和144可以包括本地电路、远程同步电路和/或便于衰减环形母线132上的扰动、干扰和/或串扰以向负载120提供清洁电力的软件。在示例性实施例中，每个输出开关装置142直接电耦连到关联负载120，并通过关联的扼流线圈150(例如电感器)耦连到环形母线132。
在系统100中，在没有适当同步情况下，UPS 102可能干扰另一个和/或开始覆盖另一个，引起振荡或其它不期望的效应。因此，在示例性实施例中，控制器(图1中未显示)控制UPS 102的工作。更具体地，如本文中描述的，控制器控制每个UPS 102的输出电压的相位角δ。相位角δ相对于公共参考角θ计算。此公共参考可以来自不同的来源。例如，公共参考可以是来自公用电网122的公共公用电网输入电压或者来自环形母线132的公共IP母线电压。
图2是系统100的简化图。如图2中所示，控制器200通信耦连到第一UPS 104、第二UPS 106、第三UPS 108和第四UPS 110中的每一个。尽管图2中示出了单个控制器200，但替代性地，单独的控制器可以控制每个UPS 102的工作。控制器200可以包括其自己的电源系统(未显示)，诸如专用能源(例如电池)。在一些实施例中，控制器200耦连到替代控制器(未显示)，该替代控制器可以在控制器200故障时使用。控制器200可以控制系统100在相当大的地理区域上的配电和管理。
在示例性实施例中，控制器200是通过通信耦连到存储器装置204以用于执行指令的处理器202实现的。在一些实施例中，可执行指令存储在存储装置204中。替代性地，控制器200可以使用能够使控制器200如本文中描述的控制UPS 102的工作的任何电路来实现。例如，在一些实施例中，控制器200可以包括状态机，其学习或预编程以确定关于哪些负载120需要功率的信息。例如，控制器200可以动态地确定需要哪些电源以及那些电源需要以什么性能水平和环境条件(例如，温度、湿度、时间等)工作。控制器200可以执行动态监控以确定给定负载120是否满意所传送的功率，以及所传送的功率是否没有谐波、瞬变等等。在一些实施例中，动态监控可以包括跟踪资源使用以确定应当传送多大的电流或电压。控制器200还可以监控和/或控制速度(即带宽)和逆变器容量(例如过载、无功、有功)，以便于确保系统100的可靠性，最小化UPS 102的性能退化。
控制器200还可以包括状态机调度器，其被配置成选择性激活或停用电源，设置电压和电流水平和/或采取节省功率的措施(例如降低电流传送)。控制器200还可以跟踪系统100的特征(例如静态功率分配)以确定系统100的一个或多个组件是否应当投入备用或是否应当转移功率。
在示例性实施例中，控制器200通过对处理器202编程执行本文中描述的一个或多个工作。例如，处理器202可以通过将工作编码为一个或多个可执行指令并通过在存储装置204中提供可执行指令来被编程。处理器202可以包括一个或多个处理单元(例如在多核配置中)。进一步地，处理器202可以使用一个或多个不同的处理器系统来实现，在这些处理器系统中，主处理器与二级处理器存在于单个芯片上。举另一个示意性示例，处理器202可以是包含相同类型的多个处理器的对称的多处理器系统。进一步地，处理器202可以使用任何适当的可编程电路实现，包括一个或多个系统和微控制器、微处理器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)和能够执行本文中描述的功能的任何其它电路。在示例性实施例中，处理器202使控制器200如本文中描述的操作UPS 102。
在示例性实施例中，存储装置204是能够使信息(诸如可执行指令和/或其它数据)被存储和检索的一个或多个装置。存储装置204可以包括一个或多个计算机可读介质，诸如但不限于动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态硬盘和/或硬盘。存储装置204可以被配置成存储但不限于应用源代码、应用目标代码、有兴趣的源代码部分、有兴趣的目标代码部分、配置数据、执行事件和/或任何其它类型的数据。
如图2中所示，UPS 102和负载120通过扼流线圈150和环形母线132电耦连到另一UPS和负载。在示例性实施例中，每个UPS102包括整流器206、逆变器208和DC电容器210。进一步地，在示例性实施例中，每个负载120与输出电容器(未显示)并联电耦连，每个UPS 102与电感器(未显示)串联电耦连。每个电感器和关联的输出电容器形成LC滤波器，相位角δ是在输出电容器的两端测量的UPS 102的输出电压的相位角。进一步地，旁路开关212与每个扼流线圈150并联耦连。闭合旁路开关212使功率流动，绕过关联的扼流线圈150。
负载120可以从本地UPS 102以及通过扼流线圈150从其它UPS102接收功率(例如，第一负载124从第一UPS 104接收功率)。因此，在本地UPS 102故障的情况下，负载120可以从其它UPS102接收功率。
在示例性实施例中，控制器200，更具体地是处理器202，计算每个UPS 102的输出电压相位角δ，控制器在计算的相位角δ操作每个UPS 102。具体地，给定的UPS 102的输出电压可以表示为其中，Vnominal是UPS 102的电压，ω是由UPS102传送的AC功率的频率(例如，2π*60赫兹)，t是时间。
为了在UPS 102之间通过扼流线圈150分享功率，每个UPS 102的相位角δ可以使用本文中描述的各种负载分配算法计算。在示例性实施例中，负载分配算法被设计成便于由UPS 102相同地分享功率。进一步地，使用本文中描述的负载分配算法，只使用本地负载信息计算每个UPS 102的相位角δ(例如使用第一负载124的负载信息计算第一UPS 104的相位角δ)。
尽管本文中描述了几个示例性负载分配算法，但本领域技术人员会认识到本文中未特别描述的负载分配算法也在本申请的精神和范围内。在一个示例中，从给定的负载分配算法的存储值的查询表(例如在存储装置204上)中恢复相位角δ。为了降低存储值的量，同时仍提供足够的粒度，存储装置204可以包括具有进程值(course values)(例如每20度)和精细值的细分(例如每20度范围内的分度)的只读存储器(ROM)电路。
图3是图解说明用于计算相位角δ的一个示例性负载分配算法的图300。算法可以使用例如控制器200来执行。在图3的图300中，对于给定的UPS 102，x-轴代表传送给与UPS102关联的本地负载120的功率，y-轴是UPS 102的输出电压的相应的相位角δ。因此，如果UPS 102不包括关联负载120，则它会试图将最大功率供应给环形母线132，这样将相位角δ控制到+9°。
从特定的UPS 102到环形母线132的功率的方向和幅值由以下等式1控制：
等式1
其中，P_UPS是从特定的UPS 102到环形母线132的功率，V1是特定的UPS 102的电压，V2是环形母线132的电压，δ是V1和V2之间的相位角，x是与特定的UPS 102关联的扼流线圈150的有效感抗。此等式同样适用于三相系统。
因此，在图3中所示的实施例中，相位角δ随P_Local_Load线性变化(即，ω、L和V基本上是恒定的)。进一步地，在此实施例中，δ局限于+或-9°。即，在示例性实施例中，特定的UPS 102的δ可能不能设置成大于+9°或小于-9°。这便于有高分辨率和灵敏度的逆变器控制，同时避免当负载120旁路到环形母线132时相对大的相位角变化。替代性地，δ可以局限于使系统100能够如本文中描述的起作用的其它值(例如正或负10°)。使用图300获得的相位角δ的值可以存储在(例如存储装置204上的)查询表中。
在替代性示例性实施例中，根据以下等式2计算每个UPS 102的相位角δ：
等式2
其中，ω是由UPS 102传送的AC功率的频率，ω是扼流线圈150的电感，P_Local_Load是传送给与UPS 102关联的本地负载120的功率，V是通过UPS 102输出的AC电压的均方根(RMS)，P_Full_Load是可以由UPS 102供应的最大功率，ASIN是反正弦函数。相位角δ可以通过等式2例如使用控制器200来计算。
图4是慢(slow)功率传递算法400的逻辑图，其可以利用基于图300或等式2的查询表来计算相位角δ。慢功率传递算法400可以例如使用控制器200来执行。慢功率传递算法400促进降低系统100中的振荡。具体地，如果控制器200只计算相位角δ并基本上立即控制UPS 102来以计算的相位角δ操作，则UPS 102可以在相对短的时段中快速地改变相位角δ，这可以向系统100引入暂态振荡。因此，慢功率传递算法400缓慢地改变相位角δ，以便于平滑过渡到计算的相位角δ。
在慢功率传递算法400中，P_Local_Load提供给相位角计算模块402。使用P_Local_Load，相位角计算模块402计算相位角δ(使用例如基于图300或等式2的查询表)。限制模块404限制相位角δ，以避免极值。例如，限制模块404可以将相位角δ限制到不大于9°和不小于-9°。
第一乘积模块406用除法因子408去乘相位角δ。在示例性实施例中，除法因子408是0.1。替代性地，除法因子408可以是能够使慢功率传递算法400如本文中描述的起作用的任何值。零阶保持模块409将来自第一乘积模块406的值保持一预定的保持时间(例如1毫秒(ms))。移动平均模块410则计算预定的时段(例如10ms)上的移动平均值。
第二乘积模块412用乘法因子414去乘来自移动平均模块410的值。在示例性实施例中，乘法因子414是10(即除法因子408的倒数)。替代性地，乘法因子414可以是使慢功率传递算法400如本文中描述的起作用的任何值。由第二乘积模块412生成的最后值是相位角δ，关联的UPS 102最终设置为该值。因此，慢功率传递算法400在计算的相位角δ之间逐渐过渡UPS 102。
图5是替代性负载分配算法500的逻辑图，其可以利用基于图300或等式2的查询表来计算相位角δ。除非另外指出否则，负载分配算法500基本上类似于慢功率传递算法400(图4中所示)。负载分配算法500可以例如使用控制器200(图2中所示)来执行。负载分配算法500考虑这种一种情形，对于特定的UPS 102没有出现负载120，当没有出现负载120时，遵循无负载逻辑路径502。例如，负载120可能突然和/或没有预料地从UPS 102上移走。因此，负载分配算法500可以称作无负载算法。
当所有的或大量的负载120被突然移去时，逆变器的DC输入电容器的DC电压增大。因此，负载分配算法500向软件重置设置(SR)触发器模块504提供DC电压的值DC_Link1。如果DC电压低于预定的阈值电压，触发器模块504在0°复位。当触发器模块504输出0°，开关模块506选择慢功率传递逻辑路径508，逻辑同样前进到慢功率传递算法400。
如果DC电压超过预定的阈值电压，触发器模块504被设置成1°。当触发器模块504输出1°，开关模块506选择无负载逻辑路径502，排除慢功率传递逻辑路径508。对于无负载逻辑路径502，求和模块510将触发器模块504的1°输出与限制模块404的输出求和。由第二求和模块510生成的最终值是关联的UPS 102最终被设置成的相位角δ。
系统100还便于将一个或多个UPS 102热切入和/或切出系统100。即，系统100便于在系统100工作期间将UPS 102切入和切出系统100。图6是图解说明热切入第三UPS 108的系统600的示意图。即，系统600一开始包括第一UPS 104和第二UPS 106，而不包括第三UPS108。除非另外指出，系统600基本上与系统100相似(图1和2中所示)。
为了切入第三UPS 108，开关或接触器602闭合以将第三UPS108电耦连到环形母线132。在开关闭合的时刻，期望没有功率流过与第三UPS 108关联的扼流线圈150。为了防止功率流动，与第三UPS 108关联的扼流线圈150的任一侧上的电压应当在相位和频率上相等。
图7是替代性负载分配算法700的逻辑图，其可以利用基于图300或等式2的查询表来计算相位角δ。除非另外指出，否则负载分配算法700基本上与负载分配算法500(图5中所示)相似。负载分配算法700可以例如使用控制器200(图2中所示)执行。
负载分配算法700便于切入UPS，诸如第三UPS 108。因此，负载分配算法700还可以称作切入算法。具体地，当UPS被切入时，不使用相位角计算模块402计算相位角δ。而是，对于预定的时段，相位角δ被设置成预定角。具体地，当通过闭合开关602切入UPS时，预定义角模块702向开关模块704提供预定义的相位角c，第一乘积模块406从开关模块704获取预定义相位角c。在示例性实施例中，预定义相位角c设置成等于环形母线132上的电压的相位角。因此，当切入UPS时，在关联的扼流线圈150两端没有电压，没有功率流过扼流线圈150。
定时器模块706控制开关模块704何时在将预定义相位角c供应到第一乘积模块406和将通过限制模块404输出的相位角δ供应到第一乘积模块406之间切换。具体地，在预定的时段之后，开关模块704从将预定义相位角c供应到第一积模块406切换到将通过限制模块404输出的相位角δ供应到第一积模块406。因此，在预定的时段结束之后，使用相位角计算模块402计算切入的UPS的相位角δ。
图8是图解说明根据切出算法热切出第一UPS 104的系统800的示意图。除非另外指出否则，系统800基本上与系统100(图1和2中所示)相似。系统800一开始包括第一UPS104和第二UPS 106。为了便于切出第一UPS 104，系统800包括维修开关802(与图2中所示的旁路开关212相同)、状态开关模块(SSM)804和接触器806，维修开关802与和第一UPS 104关联的扼流线圈150并联电耦连，状态开关模块804电耦连于第一UPS 104和关联的扼流线圈150之间，接触器806与SSM 804并联电耦连。在示例性实施例中，SSM 804是双向闸流晶体管模块，能够在任何方向上流过电流，并且能够比接触器806明显更快地切换。替代性地，SSM804可以是能够使系统800如本文中描述的起使用的任何开关装置。
在切出第一UPS 104之前，维修开关802打开，SSM 804打开(即不被激活)，接触器806闭合。为了开始切出过程，默认负载分配算法(诸如负载分配算法(如图5中所示))被禁止。由于负载分配算法被禁止，测量环形母线132上的电压的相位角，使第一UPS104在相位和频率上与环形母线132上的电压同步。由于第一UPS104工作在与环形母线132上的电压相同的相位角和幅值，没有功率流过关联的扼流线圈150。
此时(即没有功率流过关联的扼流线圈150)，维修开关802闭合。这将第一负载124连接到环形母线132，绕过关联的扼流线圈150。为了移去第一UPS 104，执行以下顺序：(i)闭合SSM 804(即激活)，(ii)打开接触器806，和(iii)去激活(即打开)SSM 804。因为SSM804能够比接触器806更快速地切换，利用SSM 804能够将第一UPS 104相对快速地从系统800上断开。
如上文解释的，计算每个UPS 102相对于公共参考角θ的相位角δ。图9是在正常工作下工作的系统900的示意图。除非另外指出否则，系统900基本上与系统100相似，用相同的附图标记指示相同的组件。
系统900包括分别连接到公共的公用电网122的第一UPS 104、第二UPS 106和第三UPS 108。第一负载124耦连于第一UPS 104和环形母线132之间。进一步地，附加负载(图9中没有显示)可以耦连于第二和第三UPS 106和108以及环形母线132之间，诸如负载126和130(图2中所示)。
第一锁相环902、第二锁相环904和第三锁相环906分别向第一UPS 104、第二UPS106和第三UPS 108提供相位角δ。第一锁相环902、第二锁相环904和第三锁相环906可以由例如控制器200(图2中所示)来实现。
如上文描述的，计算相对于公共参考角θ的相位角δ。在正常工作下，如图9中所示，公用电网122连接到第一UPS 104、第二UPS106和第三UPS 108。因此，在正常工作下，在示例性实施例中，公共参考角θ是公用电网122的电压的相位角。
如果一个或多个UPS 102失去公用电网122(即公用电网122断开)，则断开的UPS102可能不能使用公用电网122的电压的相位角作为公共参考角θ。然而，为了实现相等的负载分配和系统的总体稳定性，应当全部计算相对于相同的公共参考角θ的相位角δ。因此，本文中描述的技术便于在公用电网122从一个或多个UPS 102上断开时确定公共参考角θ。
图10是图解说明确定当公用电网122从每个UPS 102上断开时的公共参考角θ的系统1000的示意图。除非另外指出否则，系统1000基本上与系统900相似，相同的附图标记指示相同的组件。
如图10中所示，公用电网122从第一UPS 104、第二UPS 106和第三UPS 108上断开(由打开的开关1002指示)。在示例性实施例中，在这种情形下，环形母线132的电压相位角用作公共参考角θ。即锁相环902、904和906计算他们相对于环形母线132的电压相位角的各自的相位角δ，便于系统1000相等的负载分配和总体的稳定性。
图11是图解说明确定在公用电网122只从一些UPS 102上断开时的公共参考角θ的系统1100的示意图。除非另外指出否则，系统1100基本上与系统900相似，相同的附图标记指示相同的组件。
如图11中所示，公用电网122从第一UPS 104上断开，但仍连接到第二UPS 106和第三UPS 108。然而，如果第一UPS 104使用环形母线132的电压相位角作为公共参考角θ，第二和第三UPS 106和108使用公用电网122的电压相位角作为公共参考角θ，则负载分配中可能出现不稳定和/或故障，原因是UPS 102并非全部使用相同的公共参考角θ。
因此，在示例性实施例中，在此情形下，在系统1100启动周期中，所有UPS 102产生相同角度并与公用电网122同相的额定电压。一旦环形母线132上的电压相对稳定，即使第二和第三UPS 106和108连接到公用电网122，第一锁相环902、第二锁相环904和第三锁相环906都使用环形母线132的电压相位角作为公共参考角θ。
因此，每个UPS 102以相对于环形母线132的电压相位角相同的相位角δ产生输出电压。一旦所有的UPS 102在相同的输出电压相位角同步，则每个UPS 102的相位角δ可以变化(例如使用上文描述的负载分配算法)，以实现系统1100中的负载分配。进一步地，为了保持每个UPS 102的输出电压的频率与公用电网122的输入电压频率相似，在输出电压频率的递增增量修正被执行。
特别地，当至少两个UPS 102连接到环形母线132时，UPS 102可以只使用环形母线132的电压相位角作为公共参考角θ。图12是图解说明确定当第一UPS 102连接到环形母线132时的公共参考角θ的系统1200的示意图。除非另外指出否则，系统1100基本上与系统900相似，相同的附图标记指示相同的组件。如图12中所示，一开始，第一UPS 104、第二UPS 106和第三UPS 108都不连接到环形母线132。为了图示目的，假设第一UPS 104将要通过闭合第一UPS104和环形母线132之间的开关220来连接到环形母线132。
为了确定是否使用环形母线132的电压相位角或公用电网122的电压相位角作为给定的UPS 102(例如第一UPS 104)的公共参考角θ，在示例性实施例中，执行图13中所示的方法1300。方法1300可以例如使用控制器200(图2中所示)来执行。
一开始，UPS 102和环形母线132之间的开关220打开，测量环形母线132上的电压(例如使用电压传感器(未显示))，确定(1302)环形母线的电压是否近似等于UPS 102的额定均方根(RMS)输出电压(例如在+或-5％内)。如果环形母线电压近似等于UPS输出电压，则开关220闭合(1303)，环形母线132的电压相位角设置(1304)为公共参考角θ。如果环形母线电压不近似等于UPS输出电压(例如，如果环形母线电压实质上为0)，则开关220闭合(1305)，公用电网122的电压相位角设置(1306)为公共参考角θ。
一旦开关220闭合，相位角δ变化(1308)相对小的量。例如，相位角δ可以变化0.1到0.5角度的量。在改变(1308)相位角δ之后，确定(1310)由本地负载120接收的功率是否等于UPS 102的输出功率。如果负载功率不等于UPS输出功率，则非常可能的情况是另一UPS 102连接到环形母线132。因此，在此条件下，环形母线132的电压相位角设置(1312)为公共参考角θ。然而，如果负载功率等于UPS输出功率，则公用电网122的电压相位角设置(1314)为公共参考角θ。此子例程(例如步骤1308-1314)可以周期性执行，直到至少一个附加UPS 102连接到环形母线132。特别地，在向系统1200增加UPS 102时，上文讨论的热切换技术适用。
与至少一些已知的功率系统相比，本文中描述的系统和方法便于同步多个UPS，使得多个UPS不相互干扰或覆盖。使用负载分配算法，控制装置计算每个UPS的相位角。相对于公共参考角计算相位角，本文中描述的系统和方法便于确定不同的情况(例如当至少一个UPS变成从公用电网断开时)下的公共参考角。
在上文详细地描述了不间断电源的系统和方法的示例性实施例。系统和方法不局限于本文中描述的特定实施例，而是，系统的组件和/或方法的操作可以与本文中描述的其它组件和/或操作独立、分别地使用。进一步地，所描述的组件和/或操作还可以在其它系统、方法和/或装置中定义或与他们结合使用，不局限于只用本文中描述的系统来实践。
本文中描述的系统和方法的至少一个技术效果包括：(a)在公用电网从多个UPS中的至少一个UPS断开时确定公共参考角；(b)计算多个UPS中的每个UPS的相位角，其中，相对于公共参考角计算每个UPS的相位角；以及(c)基于相应计算的相位角控制每个UPS的工作。
在本文中图示和描述的本发明的实施例中的操作的执行顺序或性能不是必要的，除非另外指定。即，除非另外指定，这些操作可以以任何顺序执行，本发明的实施例可以包括比本文中公开的那些实施例更多的或更少的操作。例如，要考虑到，在另一操作之前、与之同时或在其之后执行或实现特定操作在本发明的各方面的范围中。
尽管本发明的各个实施例的具体特征可能在一些附图中示出，在其它附图中没有示出，但这只是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或被要求保护。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，还使得任意本领域技术人员可实践本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种电源系统，包括：
公用电网；
多个不间断电源UPS；
环形母线；
至少一个负载，所述至少一个负载电耦连到所述多个UPS和所述环形母线；以及
控制器，所述控制器通信耦连到所述多个UPS，所述控制器被配置成：
基于所述环形母线的电压确定在所述公用电网从所述多个UPS中的至少一个UPS断开时的公共参考角；
计算所述多个UPS中每一个UPS的相位角，其中，每个UPS的相位角是相对于所述公共参考角计算的；以及
基于相应计算的相位角控制每个UPS的操作。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，为了确定所述公共参考角，所述控制器被配置成确定当所述公用电网变成从所有的所述多个UPS上断开时的公共参考角。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，为了确定所述公共参考角，所述控制器被配置成确定当所述公用电网变成从小于所有的所述多个UPS上断开时的公共参考角。
4.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，为了确定所述公共参考角，所述控制器被配置成确定所述公共参考角为所述环形母线上的所述电压的相位角。
5.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，为了确定所述公共参考角，所述控制器被配置成基于所述环形母线上的所述电压是否近似等于所述多个UPS中的一个UPS的输出电压确定公共参考角。
6.根据权利要求5所述的电源系统，其特征在于，所述控制器被配置成：
当所述环形母线上的所述电压近似等于所述一个UPS的输出电压时，确定所述公共参考角为所述环形母线上的电压的相位角；以及
当所述环形母线上的所述电压不近似等于所述一个UPS的输出电压时，确定所述公共参考角为所述公用电网的输出电压的相位角。
7.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，为了确定所述公共参考角，所述控制器被配置成：
改变所述多个UPS中一个UPS的初始相位角；以及
基于所述一个UPS的输出功率是否等于耦连到所述一个UPS的关联负载的接收功率，确定公共参考角。
8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述控制器被配置成：
当所述输出功率不等于所接收的功率时，确定所述公共参考角为所述环形母线上的所述电压的相位角；以及
当所述输出功率等于所接收的功率时，确定所述公共参考角为所述公用电网上的输出电压的相位角。
9.一种用于控制电源系统的控制器，所述电源系统包括公用电网、多个不间断电源UPS、环形母线和电耦连到所述多个UPS和所述环形母线的至少一个负载，所述控制器包括：
处理器；以及
存储装置，所述存储装置通信耦连到所述处理器，所述存储装置存储可执行指令，所述可执行指令被配置成使所述处理器：
基于所述环形母线的电压确定在所述公用电网从所述多个UPS中的至少一个UPS断开时的公共参考角；
计算所述多个UPS中每一个UPS的相位角，其中，每个UPS的相位角是相对于所述公共参考角计算的；以及
基于相应计算的相位角控制每个UPS的操作。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，为了确定所述公共参考角，所述可执行指令被配置成使所述处理器确定当所述公用电网变成从所有的所述多个UPS上断开时的公共参考角。
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