CN107580739B - 用于多路ups系统中的电力共享的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及具有用于给多个相应的负载供电的多个电源的负载共享系统。电源中的每个电源与负载中的至少一个负载相关联。还设置了电力总线。多个电感器连接至电力总线。电感器中的每个电感器还连接至负载中的至少一个负载并且连接至电源中的至少一个电源，使得每个相邻的电感器对相对于负载中的至少一个负载并联地连接。电感器中的每一个具有足够的电感值，使得如果在电力总线上产生故障，则每个电感器用于将电源与电力总线隔离。电感值还使得：如果任一电源出现故障，则并联地耦接至与故障电源相关联的负载的特定电感器对使得负载能够通过该特定电感器对经过电力总线从电源中的其他电源汲取电力。

Description

用于多路UPS系统中的电力共享的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月10日提交的美国发明专利申请No.15/151,167的优先权，并且还要求于2015年5月13日提交的美国临时申请No.62/160,973的权益。上述申请的整个公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及不间断电源(“UPS”)系统，并且更具体地涉及用于在静态多路UPS系统中共享电力的系统和方法，该系统和方法使得总线故障或UPS之一的故障能够被隔离，同时仍然使得剩余的UPS能够给与已经故障的UPS相关联的负载供电。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开内容相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

现存的现有技术的UPS负载共享系统通常被设计成满足两个重要标准之一，但不能同时满足这两个重要标准。第一个是负载共享系统需要提供在UPS模块之间共享负载使得一个UPS模块上的故障不允许系统中的任何负载掉电(drop)的有效方法。第二个是负载共享系统被设计成使得它能够提供将UPS模块彼此隔离从而确保UPS模块所耦接的配电总线上的故障将不允许任何负载掉电的有效方法。然而，如上所述，当前的负载共享系统不能同时提供这两个特征。

在图1所示的现有技术的负载共享系统中示出了上述限制。在任何负载共享系统中，必然必须存在“公共”电气总线，其提供用于电流在UPS模块与它们相应的负载之间流动的路径。还可以存在连接在UPS模块与公共总线之间的多个无功阻抗部件。无功部件使得电流能够基于UPS模块之间的AC电压相位差来流过该无功部件，所述AC电压相位差由已知且明白的电力负载在AC源之间共享的“频率下垂”方法控制。在现有技术的负载共享系统中，该公共总线是单个电气总线，其中，UPS模块中的每一个与公共总线之间连接有电感器。电感器可以完成两件事情。首先，在公共总线产生故障的情况下，如果电感器阻抗足够大，则它可以在UPS模块之间提供足够的隔离，使得故障电流不会导致UPS超过其电流限制并损失至负载的输出电压。其次，在故障的UPS模块离线的情况下，如果电感器阻抗足够小，则它可以使得足够的电流能够从剩余的UPS模块流向故障的UPS模块总线以支持负载。这个系统的令人遗憾的局限是它不能同时提供这两个特征。如果电感器大到足以提供在公共总线故障期间所需的隔离，则其阻抗将太大而不允许支持故障的UPS模块的负载所需的电流流动。事实上，两个期望的电感值之间存在大约2比1的差异。因此，该系统的用户必须决定哪个特征更重要。具有图1的现有技术的负载共享系统的唯一替选方案是将UPS负载严格地限制到最终可以获得两个特征的点。但是，由于UPS模块必须远低于其额定容量而被使用，因此这种选择会造成很大的成本损失。

因此，提供以下两种能力的新的负载共享系统将在一个负载共享系统中提供上述两个重要特征：在公共总线产生故障的情况下隔离UPS；以及当与负载相关联的UPS中的给定UPS出现故障时，只要不超过从剩余的UPS可获得的总电力容量，仍然使得负载能够被供电。

发明内容

本节提供本公开内容的总体概述，并且不是其全部范围或其全部特征的全面公开。

在一个方面，本公开内容涉及一种负载共享系统，该负载共享系统包括用于给多个相应的负载供电的多个电源。多个电源中的每个电源与负载中的至少一个负载相关联用于给电源相关联的负载供电。该系统还包括电力总线。多个电感器连接至电力总线。多个电感器中的每个电感器还连接至负载中的至少一个负载并且连接至电源中的至少一个电源，使得每个相邻的电感器对相对于负载中的至少一个负载并联地连接。电感器中的每个电感器具有足够的电感值，使得如果在电力总线上产生故障，则每个电感器操作成将电源与电力总线隔离。电感值还使得：如果电源中的任一电源出现故障，则并联地耦接至负载中的与故障电源相关联的一个负载的特定电感器对使得所述一个负载能够通过特定电感器对经过电力总线从电源中的其他电源汲取电力。

在另一方面，本公开内容涉及一种负载共享系统，该负载共享系统包括用于给多个相应的负载供电的多个电源。多个电源中的每个电源与负载中的给定负载相关联用于给电源相关联的负载供电。该系统还包括第一电力总线和第二电力总线。多个电感器连接至第一电力总线和第二电力总线并且连接至负载。多个电感器还成对地被配置，使得每个电感器对耦接至负载中的相关联的负载并且耦接至电源中的相关联的电源。每个电感器对形成相对于其相关联的负载并且相对于其相关联的电源并联耦接的电感器对。电感器中的每个电感器具有如下电感值，该电感值使得如果在电力总线上产生故障，则每个电感器操作成将电源与电力总线隔离。该电感值还使得：如果电源中的任一电源出现故障，则与故障电源的负载相关联的特定电感器对使得与故障电源相关联的负载能够通过特定电感器对从电力总线汲取电力，以给与故障电源相关联的负载供电。

在再一方面，本公开内容涉及一种用于负载共享的方法，该方法包括使用多个电源来给多个相应的负载供电。多个电源中的每个电源与负载中的至少一个负载相关联用于给电源相关联的负载供电。该方法还包括使用电力总线。该方法还包括相对于每个负载并且相对于每个电源并联地配置电感器对，并且还使得每个电感器对与负载中的给定负载和电源中的给定电源相关联。该方法还包括：将电感器对配置成与电力总线连通并且为电感器中的每个电感器选择公共电感值。将公共电感值选择成足以使得：如果在电力总线上产生故障，则每个电感器对中的至少一个电感器操作成将其相关联的电源与电力总线隔离。电感值还使得：如果电源中的任一电源出现故障，则并联地耦接至负载中的与故障电源相关联的一个负载的一个电感器对使得所述一个负载能够通过所述一个电感器对经过电力总线从电源中的其他电源汲取电力。

根据本文提供的描述，另外的适用领域将变得明显。本概要中的描述和特定示例仅旨在出于说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文描述的附图仅出于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。

图1是示出了现有技术的负载共享系统的示意图，其中，多个UPS各自向负载供电，每个UPS连接至公共总线，并且电感器定位于每个UPS与公共总线之间；

图2是根据本公开内容的负载共享系统的一个实施方式的示意图，并且其中，该系统包括双总线，电感器对耦接在总线与每个负载的输入侧之间；以及

图3是根据本公开内容的负载共享系统的另一实施方式的示意图，其中，以“环”配置布置多个电感器，以将单条公共总线分割成多个部分。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开内容、申请或应用。应当理解，遍及附图，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。

参照图2，示出了根据本公开内容的第一实施方式的静态负载共享系统10。在系统10中，存在两个单独的公共总线12和14，其中，UPS模块16a至16d连接至每个公共总线12和14，其中，分离的电感器对18a1,18a2至电感器对18d1-18d2并联地耦接至每个负载的输入侧。正如图1所示的现有技术设计中一样，如果适当地选择电感器18a至18d的值，则公共总线12或14中的任意一条的故障将限制故障电流并且避免UPS负载掉电。此外，由于公共总线12和14是完全分离且独立的总线，因此将不存在流过连接至另一总线12或14的电感器18a至18d的任何额外故障电流。然而，如果单独的UPS模块16a至16d出现故障并且离线，则电流将从剩余的UPS模块通过与该单独的UPS模块16a至16d的负载相关联的两个电感器18流动，从而向故障UPS的负载提供电流。例如，如果UPS模块16b出现故障，则电流将从剩余的UPS模块通过两个总线12和14并且通过两个电感器18b1和18b2流动至与UPS模块16b相关联的负载。有效地，电感器对18a1/18a2、18b1/18b2、18c1/18c2和18d1/18d2中的每一对相对于其相关联的负载并联地配置，因此所得到的电感器对表现得像其电感器对中的任一个电感器的1/2阻抗的电感器一样(例如，在该示例中为18b1或18b2的1/2阻抗)。这补偿现有技术设计(图1)的两个不同的期望电感值之间固有的2比1的差异，并且允许实现与图1所示的现有技术设计的缺点一起讨论的相互排斥的“隔离”和“电力共享”这两个特征。在该示例中，假定未超过剩余UPS模块16a、16c和16d的总容量，则与故障UPS模块16b相关联的负载将保持由剩余的UPS模块16a、16c和16d完全供电。

图3示出了根据本公开内容的另一实施方式的静态负载共享系统100。在系统100中，单个公共总线102被连接至UPS模块104a至104d中的每一个。电感器106a至106d不连接在UPS模块104a至104d中的给定UPS模块与公共总线102之间，而是以“环”配置连接在每个相邻的UPS模块对之间。这与图1的现有技术设计形成对比，图1的现有技术设计替代地具有以“星形”配置连接的电感器。注意，在系统100中，与存在于图1所示的现有技术设计中一样，不存在将向系统的所有UPS模块104a至104d呈现可能的故障事件的公共点。在环中的任意一个节点处(即，沿着总线102)的故障仍然通过电感器106a至106d之一与其他UPS模块104a至104d隔离。此外，如果适当地选择电感值，则这将使其他UPS模块104a至104d与故障有效地隔离，并且避免损失与UPS 104a至104d中的一个或更多个其他UPS相关联的负载。另外，在离线UPS模块事件的情况下，通常存在电感器106a至106d中的两个电感器，其提供用于电流到与故障UPS相关联的负载的路径。并且由于电感器106a至106d中的这两个电感器有效地并联，因此它们呈现仅单个电感器的1/2阻抗。例如，如果UPS 104b出现故障，则电流仍然通过电感器106a和106b被供应至与UPS 104b相关联的负载。由于这两个电感器106a和106b有效地并联(如通过负载所看到的)，因此它们将共同地呈现仅每个电感器本身将以其他方式提供的1/2阻抗。因此，并联耦接的电感器106a/106b的阻抗小到足以允许电流流向与故障UPS 104b相关联的负载。这表明：由于需要仅一半数量的电感器并且此外由于需要仅一条总线，因此系统100的替选“环形总线”配置提供了图2的“分离公共总线”系统10的相同优点，但是以甚至更低的成本提供了该优点。

电力共享的公共频率下垂方法可以在微处理器或基于DSP的控制器中的模拟或数字硬件电路系统或固件中实现。图2和图3所示的公共总线配置以及这些实施方式中使用的电感器部件可以使用标准电气部件和标准配电设备来实现。

与静态多路UPS系统中的电力共享的现有技术方法相比，本公开内容的各种实施方式提供了显著的优点。各个实施方式可以各自同时提供多个UPS模块之间的有效的负载共享，在任意一个UPS模块损毁期间维持所有负载，提供UPS模块之间的隔离使得一个UPS模块上的故障不影响任意其他UPS的正常运行，并且提供UPS模块与公共负载共享总线之间的隔离使得在公共总线产生故障期间不会损失负载。

虽然已经描述了各种实施方式，但是本领域技术人员将认识到可以在不脱离本公开内容的情况下作出的修改或变化。这些示例示出了各种实施方式，并且不旨在限制本公开内容。因此，说明书和权利要求应当自由地理解为仅考虑相关的现有技术中必要的这样的限制。

Claims (5)

1.一种负载共享系统，包括：

多个电源，所述多个电源用于给多个相应的负载供电，所述多个电源中的每个电源与所述负载中的至少一个负载相关联用于给所述电源相关联的所述负载供电；

电力总线；

多个电感器，所述多个电感器中的每个电感器在其第一端处连接至所述电力总线，所述多个电感器中的每个相邻的电感器对还在第二端处彼此连接，并且还在第二端处耦接至所述负载中的至少一个负载和所述电源中的至少一个电源，使得每个相邻的电感器对相对于所述负载中的所述至少一个负载和所述电源中的所述至少一个电源并联连接；以及

所述电感器中的每个电感器具有足够的电感值，使得如果在所述电力总线上产生故障，则每个所述电感器操作成将所述电源与所述电力总线隔离；以及

所述电感值还使得：如果所述电源中的任一电源出现故障，则并联地耦接至所述负载中的与故障电源相关联的一个负载的特定相邻电感器对使得所述一个负载能够通过所述特定相邻电感器对经过所述电力总线从所述电源中的其他电源汲取电力。

2.根据权利要求1所述的负载共享系统，其中，所述电力总线包括第一独立电力总线和第二独立电力总线。

3.根据权利要求2所述的负载共享系统，其中，每个所述相邻电感器对中的所述电感器在其第一端处连接，使得所述相邻对中的第一电感器在该第一电感器的第一端处连接至所述第一独立电力总线，并且所述相邻对中的第二电感器的第一端连接至所述第二独立电力总线。

4.一种负载共享系统，包括：

多个电源，所述多个电源用于给多个相应的负载供电，所述多个电源中的每个电源与所述负载中的给定负载相关联用于给所述电源相关联的所述负载供电；

第一电力总线；

第二电力总线；

多个电感器，所述多个电感器连接至所述第一电力总线和所述第二电力总线并且连接至所述负载；

所述多个电感器还被配置成多个对，使得每个所述电感器对在其第一端处耦接至所述第一电力总线和所述第二电力总线中的一个或另一个，使得每个所述电感器对具有所述对中的第一电感器和所述对中的第二电感器，所述第一电感器在所述第一电感器的第一端处耦接至所述第一电力总线，所述第二电感器在所述第二电感器的第一端处耦接至所述第二电力总线，

并且每个所述电感器对还在其第二端处彼此耦接，并且在其第二端处并联耦接至所述负载中的相关联的负载，并且还在其第二端处并联耦接至所述电源中的相关联的电源；

每个所述电感器对形成相对于其相关联的所述负载并且相对于其相关联的所述电源并联耦接的电感器对；

所述电感器中的每个电感器具有如下电感值，所述电感值使得如果在所述电力总线上产生故障，则每个所述电感器操作成将所述电源与所述电力总线隔离；以及

所述电感值还使得：如果所述电源中的任一电源出现故障，则与故障电源的所述负载相关联的特定电感器对使得与所述故障电源相关联的所述负载能够通过所述特定电感器对从所述电力总线汲取电力，以给与所述故障电源相关联的所述负载供电。

5.一种用于负载共享的方法，包括：

使用多个电源给多个相应的负载供电，所述多个电源中的每个电源与所述负载中的至少一个负载相关联用于给所述电源相关联的所述负载供电；

使用具有第一总线和第二总线的电力总线；

配置电感器对，使得每个所述电感器对在其第一端处与所述第一总线和所述第二总线中的单独的一个总线连通；

相对于每个所述负载并且相对于每个所述电源并联地配置所述电感器对，并且这样的每个所述电感器对还在其第二端处耦接在一起，并且还在其第二端处耦接至所述负载中的给定负载，并且还在其第二端处耦接至所述电源中的给定电源；

为所述电感器中的每个电感器选择公共电感值，所述公共电感值足以使得：如果在所述电力总线上产生故障，则每个所述电感器对中的至少一个所述电感器操作成将其相关联的所述电源与所述电力总线隔离；并且

所述公共电感值还使得：如果所述电源中的任一电源出现故障，则并联地耦接至所述负载中的与故障电源相关联的一个负载的一个电感器对使得所述一个负载能够通过所述一个电感器对经过所述电力总线从所述电源中的其他电源汲取电力。

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