CN107431376A - 电源系统以及该系统中的功率辅助开始点的再设定方法 - Google Patents

电源系统以及该系统中的功率辅助开始点的再设定方法 Download PDF

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Abstract

本发明的电源系统包括对所输入的商用电源进行AC/DC转换来向负载装置提供直流功率的电源控制装置，其中，在所述电源控制装置内预先具备电流值检测部、功率值检测部、时钟部以及存储部，所述电源控制装置将功率辅助的开始点设定为初始值，并经由所述电流值检测部以及所述功率值检测部获取各种测量数据，与来自所述时钟部的时刻信息关联起来储存到所述存储部中。并且，基于来自所述时钟部的时刻信息对从开始功率辅助起的经过期间进行调查，在调查到的所述经过期间超过规定期间的情况下，对与储存在所述存储部中的所述时刻信息相关联的所述规定期间的各种测量数据进行评价从而对功率辅助开始点进行再设定。

Description

电源系统以及该系统中的功率辅助开始点的再设定方法
技术领域
本发明涉及电源系统以及该系统中的功率辅助开始点的再设定方法，该电源系统具有在瞬时的过负载时以不对输入(商用)电源造成影响的方式从电池单元向负载提供能量(功率)的功率辅助功能。
背景技术
通常的电源系统中，只要在负载承受量以内，则直接向输入(商用)电源侧请求负载侧所请求的功率。这样的话，至少会对输入(商用)电源造成影响。
因此，即便最大功率只持续短时间，也需要以最大功率履行电力契约，从而在平时也确保负载不需要的功率。因此，在能提供最大功率的电力契约中，无法实现功率的均衡化。
通常，功率辅助功能理解为在产生超过预先决定的某一阈值的负载功率的情况下，从电池向负载提供能量(功率)，来以尽可能不对输入(商用)电源侧造成较大影响的方式进行峰值偏移，开始被用作实现上述功率均衡化的工具。
以往，功率辅助依赖于负载功率来进行功率辅助的开始和停止。因此，存在以下问题：若开始功率辅助的点(负载功率值)较低，则会频繁发生功率辅助，导致电池能量的大量消耗，而在实际商用电源产生异常(例如停电、顺降等)时，无法提供足够支持(backup)。
另一方面，还存在以下问题：若开始功率辅助的点(负载功率值)较高，则难以进行功率辅助，即使设置功率辅助功能也无法进行功率的均衡化。
图1是表示专利文献1所示的现有的电源系统的结构的框图。图1所示的现有的电源系统由交流电源1、负载2、输入交流电源1来向负载2提供大致恒定电压的电源单元3～5、以及由内置的电池进行供电的电池单元6～8构成。
上述电源系统中，电源单元3～5以及电池单元6～8与和它们相连的公共的直流母线并联连接。
电源单元3～5的结构包含AC/DC转换电路10～12以及DC/DC转换电路13～15。上述DC/DC转换电路13～15通常使用输入输出绝缘型。
电池单元6～8的结构包含电池16～18以及DC/DC转换电路19～21。上述DC/DC转换电路19～21可以是绝缘型也可以是非绝缘型。此外，DC/DC转换电路19～21进行从电池单元侧到直流母线侧的单向功率转换，并另外设置电池的充电单元(未图示)，但也可以采用能进行双向功率转换的类型来兼用作充电电路。
图1所示的现有的电源系统以通常模式、支持(backup)模式、辅助模式的任一种模式进行动作。通常模式是利用电源单元3～5向负载2进行供电的模式。
支持模式是在交流电源1停电时由电池单元6～8向负载2进行供电的模式。
辅助模式是在从电源单元3～5向负载提供的功率不足的情况下由电池单元6～8来提供不足部分的模式。例如，在负载2的功率超过电源单元3～5的额定功率总和的情况、虽然不至于停电但输入电压降低从而无法提供足够功率的情况、或者电源单元3～5的一部分因故障、维护等而停止等情况下，将模式切换为辅助模式来进行动作。
通常，电池的电压因放电而降低。放电电流越大，降低量越大，且具有降低量随着放电的进行而增加的性质。
DC/DC转换电路19～21进行将直流母线电压保持大致恒定而与电池的电压变化无关的动作。
图1所示的电源系统将多台电源单元3～5以及电池单元6～8并联连接来使用。此时，为了达到各单元的电流平衡，对各单元进行基于下垂(droop)特性的控制。
由此，虽然下述专利文献1所公开的电源系统将多个直流电源单元并联连接，在停电时利用电池对其输出线进行支持，并控制电源单元的下垂特性(droop特性)来暂时提供额定电流以上的电流，但开始功率辅助的点(开始点)固定或者预先通过来自服务器等的通知来设定，从而无法在运行过程中变更点(开始点)。
专利文献：WO2015/015570A1(图2)
发明内容
由于如上述那样无法在运行过程中变更开始功率辅助的点(开始点)，因此存在如下问题：由于负载上的环境变化、对负载的功率辅助开始点的设定，会产生不开始功率辅助或者以高频度开始功率辅助这样对电源系统而言不希望产生的情况。
为此，本发明的目的在于提供一种电源系统以及该系统中的功率辅助开始点的再设定方法，该电源系统能在电源系统的运行过程中适当变更开始功率辅助的点(功率辅助开始点)。
为了实现上述目的，本发明的电源系统具备对所输入的商用电源进行AC/DC转换，从而向负载装置提供直流功率的电源控制装置，其特征在于，
所述电源控制装置至少包括：
AC/DC转换部，该AC/DC转换部向所述负载装置提供直流功率；
充放电部，该充放电部接受该AC/DC转换部的输出来对电池进行充电，并将该电池的放电提供给所述负载装置；
控制单元，该控制单元对与所述负载装置相连的DC总线上的电流值、功率值进行检测来获取测量数据，并将该测量数据与时钟信息一起存储在存储部中，并且将功率辅助的开始点通知给功率辅助控制部，从而开始功率辅助；以及
功率辅助控制部，该功率辅助控制部基于来自该控制单元的功率辅助开始点的通知将所述电池的输出提供给所述负载装置，并对所述DC总线上的电流值进行检测从而对功率辅助的开始和停止进行管理，
所述控制单元基于存储在所述存储部中的测量数据对规定期间内的功率辅助的动作进行评价，并对下一个规定期间内的功率辅助的开始点进行再设定。
此外，本发明的电源系统中的功率辅助开始点的再设定方法中，电源系统包括对所输入的商用电源进行AC/DC转换，从而向负载装置提供直流功率的电源控制装置，其特征在于，
所述电源控制装置内预先包括电流值检测部、功率值检测部、时钟部以及存储部，该方法包含以下过程：
将功率辅助的开始点设定为初始值的过程；
经由所述电流值检测部以及所述功率值检测部获取各种测量数据，并与来自所述时钟部的时刻信息关联起来储存到所述存储部中的过程；
基于来自所述时钟部的时刻信息来调查从开始功率辅助起的经过期间的过程；以及
在调查到的所述经过期间超过规定期间的情况下，对与储存在所述存储部中的所述时刻信息相关联的所述各种测量数据进行评价来对功率辅助开始点进行再设定的过程。
根据本发明，能基于负载功率、功率辅助的次数、期间这样的统计数据来适当地对开始功率辅助的点进行再设定，并能使功率辅助有效工作，从而能高效地使所安装的电源系统工作。
此外，即使在负载的额定容量因电源系统的变更等而产生变化的情况下，由于自动对功率辅助的开始点进行再设定，因此能够不需要由维护人员逐一对功率辅助的开始点进行设定的作业。
附图说明
图1是表示专利文献1所示的现有的电源系统的结构的框图。
图2是表示本发明实施方式的电源系统的整体结构的框图。
图3是表示图2所示的电源控制装置的详细结构的图。
图4是表示本发明实施方式的功率辅助动作时的输出分担示意的图。
图5是表示本发明实施方式的功率辅助开始点的再设定示意的图。
图6是说明本发明实施方式的功率辅助开始点的再设定动作的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对用于实施本发明的优选方式进行说明。
图2是表示本发明实施方式的电源系统的整体结构的框图。图2中，本发明实施方式的电源系统由电源控制装置100、负载装置200、以及与两者相连的DC总线(直流母线)构成。
电源控制装置100包括：AC/DC转换部101，该AC/DC转换部101将由未图示的交流电源提供的交流(AC)转换为直流(DC)并向负载装置200和充放电器12提供直流功率；充放电器102，该充放电器102基于从AC/DC转换部101输出的直流功率对电池103进行充电，并按照未图示的控制装置的指示经由DC总线向负载装置200提供直流功率作为“功率辅助”；以及电池(电池单元)103，该电池(电池单元)103对从AC/DC转换部101输出的直流功率进行储存，并基于功率辅助控制(对此在后面进行阐述)将所储存的直流功率经由DC总线提供给负载装置200。
负载装置200包括分别具有与DC总线耦合的DC输入部的负载1～负载3，图示例中，仅对负载1标注附图标记201，未对其它负载2、3标注附图标记。另外，图示例的负载数只是一个例子，并不限于该数量。此外，图示的负载1～负载3中设想有服务器。
在以服务器为负载的电源系统中，耗电量会根据服务器的信息处理量而变化(参照图5的负载功率b的变化)。另外，在最近的服务器中，在设备内具备与功耗控制有关的功能，通过抑制服务器所使用的最大功率来使功耗均衡化，虽然处理时间少许变长，但能抑制峰值时的功耗。
图3是表示图2所示的电源控制装置100的详细结构的图。图3中，本发明实施方式的电源控制装置100的主要结构如利用图2说明的那样，但除此以外还具有控制装置34、功率辅助控制部40、时钟部42、存储器43、电流值检测部35、39、41以及功率值检测部36、38。
由图3所示的结构实现的功能按以下各项来说明。即，
(1)电流值检测部35具有检测AC输入的电流值、并将检测到的电流值传输到控制装置34的功能。由此，控制装置34能够得知AC电源的正常/异常状态。
(2)功率值检测部36具有对从AC/DC转换部31输出的直流功率值进行检测从而将提供给充电器32的直流功率值传输到控制装置34的功能。另外，图示的电池单元33设想为锂离子电池，该电池的充电利用恒电流恒电压充电(CCCV)方式来进行。
(3)功率值检测部38具有对从放电器37输出的直流功率值进行检测并将从放电器37输出的直流功率值传输到控制装置34的功能。另外，图示的电池单元33设想为锂离子电池，该电池的放电电流由构成该电池的单元的容量值事先决定。
(4)电流值检测部39具有对从AC/DC转换部31输出的电流值以及在DC总线上输出的电流值进行检测并传输到后述的功率辅助控制部40的功能。
(5)功率辅助控制部40基于由控制装置34指示的默认的功率辅助的开始点开始功率辅助，并经由功率值检测部36、38、电流值检测部39、41将功率辅助控制所涉及的测量数据通知给控制装置34。控制装置34将所通知测量数据储存到存储器43中，从存储器43读取出规定期间(例如一周)的与功率辅助有关的统计数据，在运算部(未图示)中实施基于规定算法的运算，从而判断是否变更规定期间内的功率辅助的开始点，若需要变更，则对功率辅助的开始点进行再设定，从而对电源控制装置100(参照图2)中的功率辅助的开始点进行再设定，实现对电源系统(参照图2)而言最有效的功率辅助。这将在之后详细说明。
(6)电流值检测部41具有对DC总线上功率辅助开始后的电流值进行检测并作为表示功率辅助开始点处的功率辅助的动作的测量数据提供给控制装置34的功能。
(7)时钟部42具有将控制装置34向功率辅助控制部40指示功率辅助的开始点时的时刻信息、将电流值检测部35、41所检测到的电流值储存到存储器43时的时刻信息、以及将功率值检测部36、38所检测到的功率值储存到存储器43时的时刻信息等传输到控制装置34的功能。
(8)存储器43对传输到控制装置34的电流值、功率值等规定期间(例如一周)内的测量数据、功率辅助开始以及停止的时刻信息等统计数据进行储存，为了供控制装置34利用规定的算法(下文对此进行阐述)对所储存的统计数据进行评价而进行保存，控制装置34利用所保存的统计数据来进行评价，从而对下一规定期间的功率辅助开始点进行再设定。
(9)控制装置34从上述存储器43读取储存在存储器43中的规定期间的功率辅助控制所涉及的统计数据，然后使用规定的算法进行运算，从而对所设定的当前功率辅助开始点进行评价，若需要变更，则对下一规定期间的功率辅助开始点进行再设定，实现对安装的电源系统而言最有效的功率辅助。这将在之后详细说明。
图4是表示本发明实施方式的功率辅助动作时的输出分担示意的图。
图4所示的功率辅助开始点是电源系统运行时以默认值进行初始设定的负载功率上的点，作为一个例子，在图4中设定为开始功率辅助以前的、从图3所示的AC/DC转换部31输出的功率的最大值。
因此，所安装的电源系统中的输出功率的分担示出：在开始功率辅助以前，不考虑从图3的电池单元33输出的功率，是从AC/DC转换部31输出到负载装置200(参照图2)的功率，在负载装置200所需的功率超过功率辅助开始点的情况下，由图3的电池单元33负担供电来对负载装置200进行功率辅助。
另外，图4所例示的功率辅助开始点只是一个例子，并不限于此。即，也可以设定为小于从图3所示的AC/DC转换部31输出的直流功率的最大值、即低于图4的辅助开始点的值。
无论何种情况，本发明实施方式的电源系统在超过所设定的功率辅助开始点的情况下，开始由电池单元33向负载装置提供直流功率，并如后述那样在开始后，获取功率辅助控制所涉及的统计数据，在规定期间内对其进行保存，然而读取所保存的统计数据，利用规定的算法进行评价，以对下一个规定期间内的功率辅助开始点进行再设定，从而实现对电源系统最有效的功率辅助。
图5是表示本发明实施方式的功率辅助开始点的再设定示意的图。即，图示例中，测量作为对开始功率辅助后的规定期间(以下将该期间称为“跨距”)设定的功率辅助开始点所对应的负载功率的动作，由控制装置34(参照图3)利用规定的算法(后述)对测量到的负载功率的动作进行评价，并对下一个规定期间内的功率辅助开始点进行再设定。
图5中，如图所示，示出在跨距1、跨距2、跨距4的结束时刻、即下一个规定期间的开始时刻对功率辅助开始点进行再设定来作为“有变更”的情况。
另外，图5中，功率辅助开始点例如用以默认值初始设定的、在规定期间(跨距1)内用单点划线表示的功率水平a来表示，相对于所设定的功率辅助开始点a如负载功率b那样进行动作，利用规定的算法(后述)对该动作进行评价，并基于该评价结果来变更下一个规定期间内的功率辅助开始点、即下一个规定期间内的功率水平。
具体而言，在跨距1中，对于初始设定的功率辅助开始点a一次也不进行功率辅助，因此在下一个跨距2开始的时刻，功率辅助开始点a为“有变更”并被降低。
在跨距2中，超过以跨距1的评价结果再设定的功率辅助开始点a的负载功率b产生一次从而进行了功率辅助，但该规定期间内的功率辅助开始点a与负载功率b的背离依然存在，因此在下一个跨距3的开始时刻，功率辅助开始点为“有变更”并被降低。
跨距3中，产生超过以跨距2的评价结果再设定的功率辅助开始点a的负载功率b，从而在该规定期间内进行了功率辅助，另一方面，也在规定期间内产生了不超过功率辅助开始点a的负载功率b，因而判断该规定期间内的功率辅助开始点a与负载功率b几乎没有背离，因此在下一个跨距4的开始时刻，功率辅助开始点a维持在“无变更”。
跨距4中，超过在跨距3中维持的功率辅助开始点a的负载功率b产生了两次，并在该规定期间内进行了功率辅助，另一方面，不超过功率辅助开始点a的辅助功率b也产生了两次，即便如此，也认为该规定期间内的功率辅助开始点a与负载功率b产生了背离，因此在下一个跨距5的开始时刻，功率辅助开始点为“有变更”并被提高。
跨距5中，超过以跨距4的评价结果再设定的功率辅助开始点a的负载功率b产生了一次，并进行了功率辅助，但认为该规定期间内的功率辅助开始点a与负载功率b的背离变大，并且认为图5的下部所示的电池剩余量e与满充电水平相比有逐渐变低的趋势，因此考虑在下一个跨距6(未图示)的开始时刻，功率辅助开始点为“有变更”并被提高。这是为了防止图3所示的电池单元33丧失在切断AC输入时(停电时)全面支持负载功率的余力。
另外，图5的中部以和各规定期间内的功率辅助开始点a进行对比的方式一并示出了图3所示的电池单元33交替变为功率辅助c或充电d的状态。
图6是说明本发明实施方式的功率辅助开始点的再设定动作的流程图。图6中，
步骤S1中，将功率辅助的开始点设定为初始值(参照图4)。
步骤S2中，经由图3所示的功率值检测部36、38、电流值检测部39、41获取各种测量数据。
步骤S3中，调查从开始功率辅助起的经过期间。
步骤S4中，若步骤S3中调查到的经过期间不足规定期间(图5所示的跨距)，则返回到步骤S2，另一方面，若步骤S3中调查到的经过期间超过了规定期间，则进入步骤S5。
步骤S5中，利用规定的算法对在规定期间内保存上述各种测量数据而得到的统计数据进行运算，并对所设定的当前功率辅助开始点进行评价。这将在后文中描述。
步骤S6中，基于步骤S5中的评价结果对功率辅助开始点进行再设定。
由此，在本发明的功率辅助开始点的再设定过程中，基于规定期间(图5所示的跨距)内的统计数据并利用规定的算法进行运算，来进行当前功率辅助开始点的评价，并对下一个规定期间内的功率辅助开始点进行再设定。该功率辅助开始点的再设定在每个规定期间内进行数次，从而能实现对所安装的电源系统而言最有效的功率辅助。
下面对上述电源控制装置中功率辅助开始点的再设定的算法进行简要说明。对功率辅助开始点进行再设定的算法因所安装的电源系统的环境而无法一致地决定，因此仅对其基本部分进行简要说明。
参照图2、图3和图5，功率辅助开始点的再设定算法的概要按以下各项来说明。
(1)图3的控制装置34的运算部(未图示)参照利用图3所示的功率值检测部36、38、电流值检测部39、41进行测定并将规定期间的测定结果储存在存储器43中得到的统计数据，分别计算各规定期间(图5所示的各跨距)内的功率辅助次数、平均功率辅助时间、各功率辅助中由电池单元33提供的功率量以及负载装置200(参照图2)所消耗的功率量的最大值、最小值、平均消耗功率量，并将算出的结果储存在存储器43中。
此外，计算经由充电器32进行功率辅助中由电池单元33向负载装置200提供的各规定期间(图5所示的各跨距)内的功率量的充电所需的平均时间，并将算出的结果同样地储存到存储器43中。
(2)图3的控制装置34的运算部(未图示)利用各规定期间(图5所示的各跨距)的结束时刻储存在存储器43中的统计数据，参照功率辅助次数、平均功率辅助时间、各功率辅助中由电池单元33所提供的功率量以及负载装置200所消耗的功率量的最大值、最小值、平均消耗功率量、以及由充电器32进行电池单元33向负载装置200提供的各规定期间的功率量的充电所需的平均时间等，来进行评价，并决定是否需要对下一个规定期间内的功率辅助开始点进行再设定。
以下，参照图5说明基于上述评价结果决定是否需要再设定的例子。
(a)在所设定的当前功率辅助的开始点处开始功率辅助后的规定期间内未进行功率辅助、或者开始功率辅助后的电池单元33的剩余量不低于某一阈值(例如电池容量的90％)的情况下，将所设定的功率辅助开始点再设定为较低的值(例如参照图5的跨距1、2)。另外，设为低到何种程度的值优选通过参照所安装的电源系统的统计数据来决定。
(b)在负载装置200(参照图2)所消耗的功率量的最大值与最小值的差在某一阈值(例如电池容量的10％左右)以内的情况下，将功率辅助的开始点再设定为负载装置200的平均功耗的值(例如参照图3的跨距3)。
(c)在可能无法进行功率辅助所消耗的电池单元33的功率量的充电的情况下(如跨距5的结束时刻所示，认为图5下部示出的电池剩余量e相比满充电水平有急剧降低的趋势的情况下)，图3所示的电池单元33可能无法在停电时全面支持负载功率，从而电源系统无法运作，因此将功率辅助开始点设为较高的值。设为高到何种程度的值优选通过参照所安装的电源系统的统计数据来决定。
工业上的实用性
本发明不限于图示例的服务器，也能应用于大型计算机用电源装置、通信设备用电源装置。

Claims (8)

1.一种电源系统，包括对所输入的商用电源进行AC/DC转换，从而向负载装置提供直流功率的电源控制装置，
其特征在于，
所述电源控制装置至少包括：
AC/DC转换部，该AC/DC转换部向所述负载装置提供直流功率；
充放电部，该充放电部接受该AC/DC转换部的输出来对电池进行充电，并将该电池的放电提供给所述负载装置；
控制单元，该控制单元对与所述负载装置相连的DC总线上的电流值、功率值进行检测来获取测量数据，并将该测量数据与时钟信息一起存储在存储部中，并且将功率辅助的开始点通知给功率辅助控制部，从而开始功率辅助；以及
功率辅助控制部，该功率辅助控制部基于来自该控制单元的功率辅助开始点的通知将所述电池的输出提供给所述负载装置，并对所述DC总线上的电流值进行检测，从而对功率辅助的开始和停止进行管理，
所述控制单元基于存储在所述存储部中的测量数据对规定期间内的功率辅助的动作进行评价，并对下一个规定期间内的功率辅助的开始点进行再设定。
2.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，
所述控制单元包括基于存储在所述存储部中的测量数据对规定期间内的功率辅助的动作进行评价的运算部，
该运算部分别计算各规定期间内的功率辅助次数、平均功率辅助时间、各功率辅助中从所述电池提供的功率量以及所述负载装置所消耗的功率量的最大值、最小值、平均功耗。
3.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，
所述控制单元包括基于存储在所述存储部中的测量数据对规定期间内的功率辅助的动作进行评价的运算部，
所述运算部计算将所述功率辅助中由所述电池提供给所述负载装置的各规定期间内的功率量充电到所述电池所需的平均时间。
4.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，
所述控制单元包括基于存储在所述存储部中的测量数据对规定期间内的功率辅助的动作进行评价的运算部，
通过对所述运算部算出的规定期间内的功率辅助的动作进行评价来决定是否对下一个规定期间内的功率辅助的开始点进行变更，在要变更的情况下，对功率辅助的开始点进行再设定，在不变更的情况下，维持功率辅助的开始点。
5.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，
所述控制单元中，
具有对所输入的商用电源的电流值进行检测的单元，
在未检测到来自所输入的商用电源的电流值的情况下，利用所述电池对向所述负载装置的供电进行支持。
6.一种电源系统中的功率辅助开始点的再设定方法，该电源系统包括对所输入的商用电源进行AC/DC转换，从而向负载装置提供直流功率的电源控制装置，
其特征在于，
所述电源控制装置内预先包括电流值检测部、功率值检测部、时钟部以及存储部，该方法包含以下过程：
将功率辅助的开始点设定为初始值的过程；
经由所述电流值检测部以及所述功率值检测部获取各种测量数据，并与来自所述时钟部的时刻信息关联起来储存到所述存储部中的过程；
基于来自所述时钟部的时刻信息来调查从开始功率辅助起的经过期间的过程；以及
在调查到的所述经过期间超过规定期间的情况下，对与储存在所述存储部中的所述时刻信息相关联的所述各种测量数据进行评价来对功率辅助开始点进行再设定的过程。
7.如权利要求6所述的电源系统中的功率辅助开始点的再设定方法，其特征在于，
在对所述各种测量数据进行评价来对功率辅助开始点进行再设定的过程中，对各规定期间内的功率辅助次数、平均功率辅助时间、各功率辅助中从所述电池提供的功率量以及所述负载装置所消耗的功率量的最大值、最小值、平均功耗进行评价，从而对功率辅助开始点进行再设定。
8.如权利要求6所述的电源系统中的功率辅助开始点的再设定方法，其特征在于，
在对所述各种测量数据进行评价来对功率辅助开始点进行再设定的过程中，对将所述功率辅助中由所述电池提供给所述负载装置的各规定期间内的功率量充电到所述电池所需的平均时间进行评价来对功率辅助开始点进行再设定。
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