CN108233525B - 用于组件的备用电力系统和其组装方法 - Google Patents

用于组件的备用电力系统和其组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于AC供电式组件的备用电力控制系统和其组装方法。所述系统包括连接到AC总线的旁路起动器、和连接到DC总线的变频驱动器(VFD)。所述VFD可选择性地以如下模式中的每一个操作：(i)活动模式，使得所述VFD将由所述DC总线提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号，和(ii)备用低功率模式。

Description

用于组件的备用电力系统和其组装方法
技术领域
本发明大体上涉及用于组件的备用电力系统，且更具体地说，涉及使用变频驱动器(“VFD”)以在电力运转中断期间提供备用电力。
背景技术
至少一些已知系统需要用于指定交流电(“AC”)供电式组件的备用电力。举例来说，一些此类组件需要在电力运转中断期间继续操作，且所述组件有时被称为“重要”组件。举例来说而非限制，至少一些已知燃气涡轮包括可操作以将其中定位燃气涡轮的罩壳维持为低于阈值温度的排风机，以便确保罩壳内设计成低于阈值温度而操作的传感器能继续准确地操作。此外，虽然至少一些此类系统包括用于在电力运转中断期间使用的备用AC发电机，但在至少一些情况下，有必要在备用AC发电机联机时为组件提供桥接备用电力。
为此，至少一些已知系统包括直流电(“DC”)备用系统。举例来说，至少一些已知系统包括备用DC“辅助”电动机，其在电力运转中断期间替换组件的AC供电式电动机。然而，每一AC供电式组件包括单独的DC电动机会增加初始成本、维护成本和/或系统的占用面积。对于另一实例，至少一些已知系统包括不间断电源(UPS)系统，其在正常操作期间将经调节的AC线路电压路由到选定组件，且在检测到AC线路电力运转中断时切换到由DC电池提供的经调节电力。然而，此类已知UPS系统在正常和运转中断条件期间都依赖于有源电力电子元件。有源电力电子元件甚至会在正常操作期间产生大量的额外热量，这又使得必须在设计中增加空气调节能力以偏移增加的热负载。增加空气调节会降低系统的效率，并增加系统的初始成本和/或操作成本。另外或另一选择为，至少一些此类系统需要将带有逆变器的电动机和电缆用于重要或其它选定组件，而非使用较便宜的通用AC电动机和电力电缆。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种用于AC供电式组件的备用电力控制系统。所述系统包括连接到AC总线(AC bus)的旁路起动器(bypass starter)、和连接到DC总线的变频驱动器(variable frequency drive，VFD)。所述VFD可选择性地以如下模式中的每一个操作：(i)活动模式，使得所述VFD将由所述DC总线提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号，和(ii)备用低功率模式(stand-by low-power mode)。所述系统还包括控制器，其操作性连接到所述旁路起动器和所述VFD，且被编程成：(a)当所述AC总线处于正常操作条件时，命令所述VFD到所述低功率模式，并操作性地将所述旁路起动器连接到所述AC供电式组件，以及(b)当所述AC总线处于运转中断条件(in an outage condition)时，命令所述VFD到所述活动模式(active mode)，并操作性地将所述VFD连接到所述AC供电式组件。
其中，进一步包括互锁器，所述互锁器操作性连接到所述旁路起动器和所述VFD，使得阻止所述旁路起动器和所述VFD同时驱动所述AC供电式组件。
其中，与所述AC供电式组件相关联的电动机具有额定速度，且所述控制器被进一步编程成命令所述VFD产生所述AC电力信号，来以慢于所述额定速度的速度驱动所述电动机。
其中，所述VFD可操作以在处于所述低功率模式时输出健康状态，且所述控制器被进一步编程成监视所述健康状态。
在另一实施例中，本发明提供一种组装用于AC供电式组件的备用电力控制系统的方法。所述方法包括将旁路起动器连接到AC总线，以及将变频驱动器(VFD)连接到DC总线。所述VFD可选择性地以如下模式中的每一个操作：(i)活动模式(active mode)，使得所述VFD将由所述DC总线提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号，和(ii)备用低功率模式(stand-by low-power mode)。所述方法还包括将控制器连接到所述旁路起动器和所述VFD。所述控制器被编程成：(a)当所述AC总线处于正常操作条件时，命令所述VFD到所述低功率模式，并操作性地将所述旁路起动器连接到所述AC供电式组件，以及(b)当所述AC总线处于运转中断条件时，命令所述VFD到所述活动模式，并操作性地将所述VFD连接到所述AC供电式组件。
其中，进一步包括将所述控制器连接到所述AC供电式组件的组件传感器，其中所述控制器被进一步编程成在于所述旁路起动器与所述VFD之间选择性地切换所述AC供电式组件时实施延迟，且其中所述延迟延伸到直到所述组件传感器检测到与所述AC供电式组件相关联的电动机为零速为止。
其中，进一步包括操作性地将互锁器连接到所述旁路起动器和所述VFD，其中所述互锁器阻止所述旁路起动器和所述VFD同时驱动所述AC供电式组件。
在另一实施例中，本发明提供至少一个载有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储媒体。在由控制器的至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述控制器：(a)当AC总线处于正常操作条件时，命令变频驱动器(VFD)到备用低功率模式，并操作性地将旁路起动器连接到AC供电式组件。所述旁路起动器连接到所述AC总线。所述计算机可执行指令进一步使所述控制器：(b)当所述AC总线处于运转中断条件时，命令所述VFD到活动模式，并操作性地将所述VFD连接到所述AC供电式组件。处于所述活动模式的所述VFD将由DC总线提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号。
其中，与所述AC供电式组件相关联的电动机具有额定速度，且其中所述计算机可执行指令进一步使所述控制器命令所述VFD产生所述AC电力信号，来以慢于所述额定速度的速度驱动所述电动机。
其中，所述计算机可执行指令进一步使所述控制器监视所述VFD在处于所述低功率模式时输出的健康状态。
附图说明
图1是回转式机器的示范性实施例的示意性说明；
图2是备用电力控制系统的示范性实施例的示意性说明，所述系统操作性连接到至少一个AC供电式组件，例如与图1中示出的回转式机器相关联的组件；
图3是用于与图2中示出的备用电力控制系统一起使用的控制器的示范性实施例的框图；以及
图4是例如图2中示出的备用电力控制系统的备用电力控制系统的组装方法的示范性实施例的流程图，所述系统用于AC供电式组件，例如与图1中示出的回转式机器相关联的组件。
具体实施方式
本发明的实施例包括直接连接到DC电源的变频驱动器(“VFD”)，和直接连接到AC线路的并联旁路起动器。所述实施例还包括可操作以检测AC线路是处于正常操作条件，还是另一选择为处于运转中断条件的控制器。控制器被编程以在正常操作期间命令VFD到备用低功率模式，并将AC供电式组件连接到旁路起动器，并且在AC线路的运转中断期间命令启动VFD电力电子元件，并将组件连接到VFD。
除非另外指示，否则本说明书中所使用的估计性措辞，例如“一般来说”、“大体上”和“约”，指示如此修饰的术语可能仅适用于所属领域的一般技术人员所能认可的某一近似程度，而非适用于某一绝对或完美程度。估计性措辞可适用于修饰可能在允许范围内变化的任何定量表示，而不改变其相关的基本功能。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”的术语修饰的值不限于指定的确切值。在至少一些情况下，估计性措辞可对应于用于测量所述值的仪器的精度。在此处以及贯穿本说明书和权利要求，可识别出范围限制。除非上下文或措辞另外指示，否则此类范围可进行组合和/或互换，且包括其中含有的所有子范围。
图1是示范性回转式机器100的示意性说明。尽管下文在回转式机器100的上下文中描述本发明的实施例，但应理解，本发明的实施例预期用于其中希望提供用于AC供电式组件的备用电力的任何合适系统中。
在示范性实施例中，回转式机器100是燃气涡轮发动机100，其包括压缩机102、在压缩机102下游连接的燃烧室104、和在燃烧室104下游连接的涡轮108。涡轮108经由转子轴110连接到压缩机102。请注意，如本说明书中所使用，术语“连接”不限于组件之间的直接机械连接、电连接和/或通信连接，而是还可包括多个组件之间的间接机械连接、电连接和/或通信连接。罩壳112至少部分地围封压缩机102、燃烧室104、涡轮108和转子轴110中的一个或多个。
在操作期间，空气流过压缩机102，并且压缩空气被供应到燃烧室104。燃料被用通道输送到燃烧室104内所界定的燃烧区，其中燃料与压缩空气混合并点火混合物。生成的燃烧气体被用通道输送到涡轮108，其将气流热能转换成转子轴110的机械旋转能。转子轴110驱动压缩机102进行旋转，且另外驱动负载，例如但不限于发电机(未示出)。在替代实施例中，回转式机器100是任何其它合适的回转式机器。
至少一个AC供电式组件114与回转式机器100相关联。在一些实施例中，至少一个AC供电式组件114是重要组件。术语“重要(critical)”在此上下文中是指要求甚至在通常将电力供应到至少一个重要AC供电式组件114的AC线路的运转中断期间进行操作。在替代实施例中，至少一个AC供电式组件114并非重要组件。
在示范性实施例中，至少一个AC供电式组件114包括定位于罩壳112内以有助于控制罩壳112内的温度的多个AC供电式排风机(AC-powered exhaust blowers)116。举例来说，可操作以监视燃气涡轮发动机100的至少一个传感器118定位于罩壳112内，且在高于罩壳112内的阈值温度的情况下，传感器118的准确性和/或可操作性受限。因此，要求排风机116进行操作以将罩壳112内的温度维持为低于与传感器118相关联的阈值温度。在替代实施例中，至少一个AC供电式组件114包括与任何合适系统相关联的任何合适AC供电式组件。
图2是操作性连接到至少一个AC供电式组件114的示范性备用电力控制系统120的示意性说明。备用电力控制系统120连接到由合适的初级AC电源142供电的AC总线140，所述电源例如但不限于与定位回转式机器100处的发电厂相关联的必要AC线路设施。在示范性实施例中，AC总线140被配置成在初级AC电源142运转中断的情况下从次级AC电源144接收备用电力，且桥接时间(bridge time)与次级AC电源144相关联。桥接时间是在初级AC电源142发生运转中断之后联机次级AC电源144需要的时间。举例来说，在示范性实施例中，次级AC电源142是柴油发电机，且相关联桥接时间是八个小时。在替代实施例中，次级AC电源144是任何合适的AC电源，且/或桥接时间是任何合适的桥接时间。在其它替代实施例中，AC总线140并不被配置成从任何次级源144接收电力。
备用电力控制系统120还连接到由合适的DC电源152供电的DC总线150，所述电源例如但不限于电池。备用电力控制系统120可操作以在初级AC电源142的正常操作条件期间直接从AC总线140供应电力到至少一个AC供电式组件114，且在初级AC电源142运转中断期间，例如在如上文所描述的与次级AC电源144相关联的桥接时间期间，从DC总线150供应电力到至少一个AC供电式组件114。
备用电力控制系统120包括旁路起动器122、VFD 124、操作性连接到旁路起动器122和VFD 124的互锁器126、以及控制器200。控制器200经由至少一个旁路信号线222操作性连接到旁路起动器122，经由至少一个VFD信号线224操作性连接到VFD 124，且经由至少一个互锁信号线226操作性连接到互锁器126。信号线222、224和226中的每一个被合适地配置成将控制信号从控制器200传输到旁路起动器122、VFD 124和互锁器126中的相关联一个，和/或将反馈信号从旁路起动器122、VFD 124和互锁器126中的相关联一个传输回到控制器200。
控制器200还被编程成确定AC总线140的状态或条件。更确切地说，控制器200被编程成确定AC总线140处于正常操作条件和运转中断条件中的一个中，在所述正常操作条件中，AC总线140提供足以操作至少一个AC供电式组件114的AC电力，在所述运转中断条件中，AC总线140提供并不足以操作至少一个AC供电式组件114的AC电力。举例来说，在示范性实施例中，控制器200经由至少一个AC检测信号线246从连接到AC总线140的AC检测传感器146接收关于AC总线140的状态的输入。在替代实施例中，控制器200被编程成以使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适方式来确定AC总线140的状态是正常操作条件和运转中断条件中的一个。
在某些实施例中，控制器200还被编程成确定至少一个AC供电式组件114的状态。举例来说，至少一个AC供电式组件114包括至少一个组件传感器118，且控制器200经由操作性连接到组件传感器118的至少一个组件信号线218接收关于至少一个AC供电式组件114的状态的输入。在示范性实施例中，至少一个组件传感器118是可操作以检测与至少一个AC供电式组件114相关联的电动机的转速的编码器。在替代实施例中，控制器200被编程成以使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适方式来确定至少一个AC供电式组件114的状态。在其它替代实施例中，控制器200并不被编程成确定至少一个AC供电式组件114的状态。
旁路起动器122连接到AC总线140和至少一个AC供电式组件114。更确切地说，旁路起动器122可操作以选择性地将AC总线140上存在的AC电力路由到至少一个AC供电式组件114。在某些实施例中，旁路起动器122包括有限个电力电子元件或并不包括电力电子元件。因此，虽然旁路起动器122操作性地将至少一个AC供电式组件114连接到AC总线140，但相比于处于活动模式的VFD 124，旁路起动器122生成少量热量。在一些此类实施例中，在正常操作条件期间使用旁路起动器122有助于减少用于罩壳112的空气调节能力设计，这与在正常操作条件期间使用处于活动模式的VFD 124相反。
在一些实施例中，至少一个AC供电式组件114包括商用现有(commercial off-the-shelf)通用AC电动机，且旁路起动器122是被配置成与通用电动机一起操作的商用现有(commercial off-the-shelf)AC起动器。举例来说，在一个实施例中，AC总线140是480伏特AC总线，至少一个AC供电式组件114是包括480伏特AC、三相、60赫兹、1200rpm通用电动机的排风机(exhaust blower)116，且旁路起动器122可操作以选择性地将电动机直接连接到AC总线140。在替代实施例中，旁路起动器122包括使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适结构。
VFD 124连接到DC总线150和至少一个AC供电式组件114。更确切地说，VFD 124可选择性地以活动模式操作，以将由DC总线150提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号，并将经转换的AC电力路由到至少一个AC供电式组件114。举例来说，VFD 124包括电力电子元件，其可操作以将来自DC总线150的输入DC电压转换成适于驱动至少一个AC供电式组件114的选定准正弦(quasi-sinusoidal)AC输出电压，电力电子元件包括有源开关元件。此外，在某些实施例中，VFD 124可进一步选择性地以备用低功率模式操作，在所述模式中并不生成准正弦AC输出电压，使得相对于处于活动模式的VFD 124，VFD 124生成少量热量。在替代实施例中，VFD124包括使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适结构。
在一些实施例中，备用电力控制系统120被配置成在VFD 124处于低功率模式时，监视VFD 124在收到请求之后以活动模式执行的就绪程度(readiness)。举例来说，在示范性实施例中，处于低功率模式的VFD 124被配置成经由至少一个VFD信号线224输出“健康”或“不健康”中的一个的健康状态，并以合适间隔更新所述状态。由VFD 124输出的“健康”状态指示VFD 124可用以在收到请求之后由控制器200以活动模式进行操作，且由VFD 124输出的“不健康”状态指示VFD 124不可用以在收到请求之后由控制器200以活动模式进行操作。在至少一个VFD信号线224上输出所述状态仅需要相对少量的电力，使得相对于处于活动模式的VFD 124，处于低功率模式的VFD 124生成少量热量，如上文所描述。此外，在示范性实施例中，控制器200被编程成以合适间隔监视VFD 124的状态，并在处于低功率模式的VFD 124的状态指示“不健康”的情况下触发用于由回转式机器100的操作员审核的警报条件。在替代实施例中，备用电力控制系统120被配置成以使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适方式来监视VFD 124的就绪程度。
在操作中，控制器200以合适间隔监视AC总线140的条件。举例来说，控制器200大体上连续地监视AC总线140的条件。当AC总线140处于正常操作条件时，控制器200命令VFD124到低功率模式，并操作性地将旁路起动器122连接到至少一个AC供电式组件114，使得至少一个AC供电式组件114从AC总线140接收电力。因此，在正常操作条件期间，VFD 124输出“健康/不健康”状态、仅生成少量热量，且并不操作性连接到至少一个AC供电式组件114。当AC总线140处于运转中断条件时，控制器200命令VFD 124到活动模式，并操作性地将VFD124连接到至少一个AC供电式组件114。更确切地说，当控制器200检测到AC总线140处于运转中断条件时，控制器200操作性地从至少一个AC供电式组件114断开旁路起动器122，命令VFD 124到活动模式，并操作性地将VFD 124连接到至少一个AC供电式组件114，使得在运转中断条件期间能维持至少一个AC供电式组件114的操作。随后，当控制器200检测到AC总线140已从运转中断条件返回到正常操作条件时，控制器200操作性地从至少一个AC供电式组件114断开VFD 124，命令VFD 124到低功率模式，并操作性地将旁路起动器122连接到至少一个AC供电式组件114，使得至少一个AC供电式组件114再次从AC总线140接收电力。
在某些实施例中，当AC总线140处于运转中断条件且VFD 124处于活动模式时，至少一个AC供电式组件114以部分速度操作以减少对DC总线150的需求，以便增加DC电源152的可用操作持续时间(available operating duration)。举例来说，至少一个AC供电式组件114是包括480伏特AC、三相、60赫兹、1200rpm通用电动机的排风机116，且以全速操作的排风机116将产生远超出罩壳112在运转中断条件期间的冷却要求的风扇流动速率。控制器200被编程成命令VFD 124产生准正弦AC输出电压，来以慢于额定速度(rated speed)的速度驱动电动机，所述速度例如但不限于大约600rpm，使得能在无需不必要地需求DC电源152的情况下满足罩壳112在运转中断条件期间的冷却要求。在替代实施例中，当AC总线140处于运转中断条件且VFD 124处于活动模式时，以任何合适速度操作至少一个AC供电式组件114，所述速度包括但不限于全速。
另外或另一选择为，以部分速度操作至少一个AC供电式组件114来满足运转中断条件期间的要求的能力使得VFD 124能够针对与DC电源152直接兼容而非与至少一个AC供电式组件114的标称规格(the nominal rating)兼容来设定大小。举例来说，DC电源152被配置成提供240伏特DC，至少一个AC供电式组件114是包括通用460伏特AC、三相、60赫兹、60马力、1185rpm电动机的排风机116，且以全速操作的排风机116将再次产生远超出罩壳112在运转中断条件期间的冷却要求的风扇流动速率。并非将VFD 124实施为额定为460伏特AC的现有VFD单元，如常规地将与额定460伏特AC的电动机配对，VFD 124被实施为额定为208伏特AC和15马力的现有VFD单元(off-the-shelf VFD unit)。因为额定为208伏特AC的VFD124被配置成以在约147伏特DC到约280伏特DC的范围内的DC电压操作以产生准正弦信号，所以额定电为208伏特AC的VFD 124当直接连接到240伏特DC电源152时具有充分功能性。相反地，额定为460伏特AC的VFD单元被配置成以在约400伏特DC到约670伏特DC的范围内的DC电压操作以产生准正弦信号，且当其直接连接到240伏特DC电源152时将不具有充分功能性。此外，额定为15马力的VFD 124能够以满足罩壳112在运转中断条件期间的冷却要求所需要的部分速度来驱动排风机116。在替代实施例中，VFD 124以使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适方式大小设定并与DC电源152介接。
在一些实施例中，包括通用AC电动机和电力电缆的至少一个AC供电式组件114仅在AC总线140的运转中断条件期间以非额定速度操作，所述运转中断条件比较罕见且相对于正常操作条件具有比较短的持续时间，使得通用电动机并不引发显著的操作周期减少。因此，能在并不要求使用用于至少一个AC供电式组件114的较昂贵的带有逆变器的电动机和相关联电缆的情况下实施备用电力控制系统120。在替代实施例中，使用任何合适的电动机和/或电缆来实施至少一个AC供电式组件114。
在某些实施例中，因为备用电力控制系统120并不要求带有逆变器的AC电动机(inverter-ready AC motors)或单独的DC驱动式辅助电动机，所以备用电力控制系统120适于翻新安装，例如作为回转式机器100的预先存在的备用电力系统的替换，而不需要增加占用面积以容纳备用电力控制系统120或替换现有的通用组件电动机。在替代实施例中，回转式机器100最初设计成包括备用电力控制系统120。
在示范性实施例中，互锁器126操作性连接到旁路起动器122和VFD 124，使得能阻止旁路起动器122和VFD 124同时驱动至少一个AC供电式组件114。因此，互锁器126有助于防止至少一个AC供电式组件114过载，和/或从旁路起动器122和VFD 124中的一个反向馈送到旁路起动器122和VFD 124中的另一个。举例来说，互锁器126被实施为合适的机械互锁器，使得旁路起动器122和VFD 124在物理上不可能同时切换成与至少一个AC供电式组件114对接。另外或另一选择为，互锁器126被实施为控制器200中的合适软件互锁器。在替代实施例中，互锁器126以任何合适方式来阻止旁路起动器122和124同时驱动至少一个AC供电式组件114。
此外，在示范性实施例中，控制器200被编程成当在旁路起动器122与VFD 124之间选择性地切换至少一个AC供电式组件114时实施延迟。更确切地说，紧接在旁路起动器122或VFD 124操作性地从至少一个AC供电式组件114断开之后，至少一个AC供电式组件114中残留有残余磁场(residual magnetic field)。将旁路起动器122和VFD124中的另一个连接到与残余磁场不同相的至少一个AC供电式组件114可能会损害至少一个AC供电式组件114。因此，在旁路起动器122或VFD 124操作性地从至少一个AC供电式组件114断开之后，控制器200被编程成在操作性地将旁路起动器122和VFD 124中的另一个连接到至少一个AC供电式组件114之前实施有助于残余磁场衰减的延迟。
对于一个实例，当控制器200检测到AC总线140已从正常操作条件改变为运转中断条件时，控制器200操作性地从至少一个AC供电式组件114断开旁路起动器122，命令VFD124到活动模式，并在操作性地将VFD 124连接到至少一个AC供电式组件114之前将延迟实施为预选定的时间周期，例如但不限于20秒。对于另一实例，至少一个组件传感器118是可操作以检测与至少一个AC供电式组件114相关联的电动机的转速的编码器，且当控制器200检测到AC总线140已从正常操作条件改变为运转中断条件时，控制器200操作性地从至少一个AC供电式组件114断开旁路起动器122，命令VFD 124到活动模式，并在操作性地将VFD124连接到至少一个AC供电式组件114之前实施延迟，直到组件传感器118检测到电动机为零速为止。
在替代实施例中，控制器200并不被编程成当在旁路起动器122与VFD 124之间选择性地切换至少一个AC供电式组件114之前实施延迟。
图3是控制器200的示范性实施例的框图。在示范性实施例中，控制器200包括存储器装置368、和操作性连接到存储器装置368以用于执行指令的处理器366。处理器366为例如但不限于微处理器、微控制器，或能够执行计算机可读数据的命令或用于执行控制算法的程序的其它等效处理装置。在一些实施例中，处理器366包括例如但不限于以多核心配置连接的多个处理单元。在一些实施例中，可执行指令存储于存储器装置368中。控制器200可被配置成通过编程处理器366来执行本说明书中所描述的一个或多个操作。举例来说，通过将操作编码为一个或多个可执行指令并提供存储器装置368中的可执行指令来编程处理器366。
在示范性实施例中，存储器装置368包括实现对例如可执行指令和/或其它数据的信息的存储和检索的一个或多个装置。存储器装置368包括一个或多个计算机可读媒体，例如但不限于随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态磁盘、硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)和/或非易失性RAM(NVRAM)存储器。上文的存储器类型仅是示范性的，且因此并不限制可用于存储计算机程序的存储器类型。存储器装置368被配置成存储但不限于应用程序源代码、应用程序目标代码、所关注的源代码部分、所关注的目标代码部分、配置数据、执行事件和/或任何其它类型的数据。举例来说，存储器装置368包括但不限于充分数据、算法和命令，以有助于如上文所描述的备用电力控制系统120进行操作。此外，存储器装置368被配置成存储与旁路起动器122、VFD 124、互锁器126、至少一个组件传感器118、AC检测传感器146和与备用电力控制系统120和/或回转式机器100相关联的任何其它合适装置中的每一个相关联的配置参数和操作测量结果。另外或另一选择为，存储器装置368被配置成存储任何其它类型的数据。
控制器200还包括至少一个装置接口354，其连接到处理器366且被合适地配置成将指令从处理器366传输到外部装置，和/或将从外部装置接收的反馈信号传输到处理器366。更确切地说，在示范性实施例中，装置接口354经由上文所描述的相应信号线222、224、226、218和246操作性地将处理器366连接到旁路起动器122、VFD124、互锁器126、至少一个组件传感器118和AC检测传感器146中的每一个。另外或另一选择为，至少一个装置接口354被配置成有助于处理器366与相关联于备用电力控制系统120和/或回转式机器100的任何其它合适装置之间的通信。
在一些实施例中，控制器200包括连接到处理器366的显示装置372。显示装置372向回转式机器100(图1中示出)的操作员呈现信息，例如用户接口和/或警报。在一个实施例中，显示装置372包括连接到例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机LED(OLED)显示器和/或“电子墨水”显示器的显示装置(未示出)的显示适配器(未示出)。在一些实施例中，显示装置372包括一个或多个显示装置。
在一些实施例中，控制器200包括用户输入接口370。在示范性实施例中，用户输入接口370连接到处理器366，并从回转式机器100的操作员接收输入。用户输入接口370包括例如键盘、指标装置、鼠标、触控笔、触敏式面板，和/或音频输入接口，例如但不限于麦克风，触敏式面板例如但不限于触摸垫或触摸屏。例如触摸屏的单个组件能够充当显示装置372和用户输入接口370。
在一些实施例中，通信接口362连接到处理器366，且被配置成与例如但不限于网络服务器的一个或多个远程装置通信连接，并执行关于此类装置的输入和输出操作。举例来说，通信接口362包括但不限于有线网络适配器、无线网络适配器、移动电信适配器、串行通信适配器和/或并行通信适配器。通信接口362从一个或多个远程装置接收数据和/或将数据传输到一个或多个远程装置。举例来说，一个控制器200的通信接口362将警报传输到另一控制器200的通信接口362。
显示装置372和/或通信接口362都能够提供适合与本说明书中所描述的方法一起使用的信息，例如提供到回转式机器100的操作员和/或另一装置。因此，显示装置372和通信接口362各自被称为输出装置。类似地，用户输入接口370和通信接口362能够接收适合与本说明书中所描述的方法一起使用的信息，且各自被称为输入装置。
在替代实施例中，以使得备用电力控制系统120能如本说明书中所描述般起作用的任何合适方式来实施控制器200。
图4是例如备用电力控制系统120的备用电力控制系统的组装方法400的示范性实施例的流程图，所述系统用于AC供电式组件，例如至少一个AC供电式组件114。同样参考图2和3，在示范性实施例中，方法400包括将例如旁路起动器122的旁路起动器连接402到例如AC总线140的AC总线。方法400还包括将例如VFD 124的变频驱动器连接404到例如DC总线150的DC总线。VFD可选择性地以如下模式中的每一个操作：(i)活动模式，使得VFD将由DC总线提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号，和(ii)备用低功率模式，例如上文针对VFD124所描述的模式。方法400进一步包括将例如控制器200的控制器连接406到旁路起动器和VFD。控制器被编程成：(a)当AC总线处于正常操作条件时，命令VFD到低功率模式，并操作性地将旁路起动器连接到AC供电式组件，以及(b)当AC总线处于运转中断条件时，命令VFD到活动模式，并操作性地将VFD连接到AC供电式组件，例如上文针对VFD 124所描述。在替代实施例中，方法400根据上文所描述的备用电力控制系统120的实施例包括额外和/或替代步骤。
相比用于将备用电力提供到组件的至少一些已知系统，上文所描述的备用电力控制系统和方法的实施例能提供优势。所述实施例尤其在如下情况中有用：在联机备用AC发电机时有必要将桥接备用电力提供到重要组件的情况，但不仅所述情况。具体来说，因为VFD的电力电子元件仅在运转中断条件期间处于活跃状态，所以当在正常操作条件下建立用于其中定位VFD的罩壳的空气调节能力设计时，无需考虑处于活动模式的VFD所生成的大量热量。并且具体来说，因为VFD仅用于在运转中断条件期间驱动组件，所以在一些实施例中，通用电动机和标准电缆可用于所述组件，而非使用较昂贵的带有逆变器的电动机和相关联电缆。并且具体来说，因为并不需要替代DC辅助电动机以实现将DC备用电源用于组件，所以能减少备用电力系统的占用面积(footprint)。并且具体来说，VFD使得能以小于电动机的额定速度的选定速度来驱动组件，这有助于以从DC电源耗用较少电力的方式来操作组件，借此在一些实施例中免除对DC电源的不必要耗用。并且具体来说，以部分速度操作组件来满足运转中断条件期间的要求的能力使得VFD能大小设定成与DC电源设施直接兼容，而非与组件的电动机的标称规格兼容。
本说明书中所描述的方法、系统和设备的示范性技术效果包括以下各种效果中的至少一种：(a)减少由与组件相关联的信号调节设备所生成的热量；(b)减少备用电力系统的占用面积；(c)降低与组件相关联的电动机的购买和维护成本；以及(d)增加备用DC电源的可用持续时间。
上文详细描述了备用电力控制系统的示范性实施例。备用电力控制系统与使用此类备用电力控制系统的方法和系统不限于本说明书中所描述的具体实施例，而是系统的组件和/或方法的步骤可相对于本说明书中所描述的其它组件和/或步骤独立且单独地利用。举例来说，可结合需要用于AC供电式组件的备用电力的许多其它应用来实施和利用示范性实施例。
尽管可能在一些附图中示出本发明的各种实施例的具体特征而在其它附图中未示出，但这仅是为方便起见。根据本发明的原理，可结合任何其它附图的任何特征来引用和/或要求保护某一附图的任何特征。
本说明书使用实例来公开包括最佳模式的实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践所述实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么此类其它实例意图在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于额定在第一电压下操作的与AC供电式组件相关联的电动机的备用电力控制系统，所述系统包括：
旁路起动器，其连接到AC总线；
变频驱动器(VFD)，其经由外部DC总线连接到外部DC电源，其中所述外部DC电源与所述AC总线隔离，并且其中仅所述外部DC总线被配置成在所述AC总线的电力运转中断条件期间供应DC电力，所述VFD额定与所述外部DC电源相对应并且可选择性地以如下模式中的每一个操作：(i)活动模式，使得所述VFD将由所述外部DC总线提供的DC电力转换成具有第二电压的可选择频率AC电力信号，所述第二电压小于所述第一电压，和(ii)备用低功率模式；以及
控制器，其操作性连接到所述旁路起动器和所述VFD，所述控制器被编程成：
当所述AC总线处于正常操作条件时，命令所述VFD到所述低功率模式，并操作性地将所述旁路起动器连接到与所述AC供电式组件相关联的电动机以将所述第一电压传输到与所述AC供电式组件相关联的电动机，所述第一电压使得与所述AC供电式组件相关联的电动机在第一速度下操作；
检测到所述AC总线处于所述电力运转中断条件；以及
响应于检测到所述AC总线处于所述电力运转中断条件，命令所述VFD到所述活动模式，并操作性地将所述VFD连接到与所述AC供电式组件相关联的电动机以将所述第二电压传输到与所述AC供电式组件相关联的电动机，所述第二电压使得与所述AC供电式组件相关联的电动机在小于所述第一速度的第二速度下操作。
2.根据权利要求1所述的备用电力控制系统，其中，在所述旁路起动器操作性地将所述AC供电式组件连接到所述AC总线时，相比于处于所述活动模式的所述VFD，所述旁路起动器生成少量热量。
3.根据权利要求1所述的备用电力控制系统，其中，相比于处于所述活动模式的所述VFD，处于所述低功率模式的所述VFD生成少量热量。
4.根据权利要求1所述的备用电力控制系统，其中，所述控制器被进一步编程成在于所述旁路起动器与所述VFD之间选择性地切换所述AC供电式组件时实施延迟。
5.根据权利要求4所述的备用电力控制系统，其中，所述控制器被进一步编程成将所述延迟实施为预选定的时间周期。
6.根据权利要求4所述的备用电力控制系统，其中，组件传感器连接到所述AC供电式组件，且所述控制器被进一步编程成实施所述延迟，直到所述组件传感器检测到与所述AC供电式组件相关联的电动机为零速为止。
7.根据权利要求1所述的备用电力控制系统，其中，进一步包括互锁器，所述互锁器操作性连接到所述旁路起动器和所述VFD，使得阻止所述旁路起动器和所述VFD同时驱动所述AC供电式组件。
8.根据权利要求1所述的备用电力控制系统，其中，与所述AC供电式组件相关联的电动机具有额定速度，且所述控制器被进一步编程成命令所述VFD产生所述AC电力信号，来以慢于所述额定速度的速度驱动所述电动机。
9.根据权利要求1所述的备用电力控制系统，其中，所述VFD可操作以在处于所述低功率模式时输出健康状态，且所述控制器被进一步编程成监视所述健康状态。
10.一种组装用于额定在第一电压下操作的与AC供电式组件相关联的电动机的备用电力控制系统的方法，所述方法包括：
将旁路起动器连接到AC总线；
将变频驱动器(VFD)经由外部DC总线连接到外部DC电源，其中所述外部DC电源与所述AC总线隔离且仅所述外部DC总线被配置成在所述AC总线的电力运转中断条件期间供应DC电力，其中所述VFD额定与所述外部DC电源相对应并且可选择性地以如下模式中的每一个操作：(i)活动模式，使得所述VFD将由所述外部DC总线提供的DC电力转换成具有第二电压的可选择频率AC电力信号，所述第二电压小于所述第一电压，和(ii)备用低功率模式；以及
将控制器连接到所述旁路起动器和所述VFD，其中所述控制器被编程成：
当所述AC总线处于正常操作条件时，命令所述VFD到所述低功率模式，并操作性地将所述旁路起动器连接到与所述AC供电式组件相关联的电动机以将所述第一电压传输到与所述AC供电式组件相关联的电动机，所述第一电压使得与所述AC供电式组件相关联的电动机在第一速度下操作；
检测到所述AC总线处于所述电力运转中断条件；以及
响应于检测到所述AC总线处于所述电力运转中断条件，命令所述VFD到所述活动模式，并操作性地将所述VFD连接到与所述AC供电式组件相关联的电动机以将所述第二电压传输到与所述AC供电式组件相关联的电动机，所述第二电压使得与所述AC供电式组件相关联的电动机在小于所述第一速度的第二速度下操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述VFD连接到所述AC供电式组件包括将所述VFD连接到与所述AC供电式组件相关联的通用电动机。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，连接所述旁路起动器包括连接相比于处于所述活动模式的所述VFD，在所述旁路起动器操作性地将所述AC供电式组件连接到所述AC总线时生成少量热量的所述旁路起动器。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，连接所述VFD包括连接相比于处于所述活动模式的所述VFD，在所述低功率模式中生成少量热量的所述VFD。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，进一步包括将所述控制器连接到连接到所述AC供电式组件的组件传感器，其中所述控制器被进一步编程成在于所述旁路起动器与所述VFD之间选择性地切换所述AC供电式组件时实施延迟，且其中所述延迟延伸到直到所述组件传感器检测到与所述AC供电式组件相关联的电动机为零速为止。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，进一步包括操作性地将互锁器连接到所述旁路起动器和所述VFD，其中所述互锁器阻止所述旁路起动器和所述VFD同时驱动所述AC供电式组件。
16.至少一个非暂时性计算机可读存储媒体，所述至少一个非暂时性计算机可读存储媒体具有体现于其上的计算机可执行指令，其中在由控制器的至少一个处理器执行时，所述计算机可执行指令使所述控制器：
当AC总线处于正常操作条件时，命令变频驱动器(VFD)到备用低功率模式，并操作性地将旁路起动器连接到与AC供电式组件相关联的电动机以将第一电压传输到与所述AC供电式组件相关联的电动机，与所述AC供电式组件相关联的电动机额定在所述第一电压下操作并且所述第一电压使得与所述AC供电式组件相关联的电动机在第一速度下操作，其中所述旁路起动器连接到所述AC总线，并且其中所述VFD经由DC总线连接到外部DC电源，所述外部DC电源与所述AC总线隔离，并且其中所述VFD额定与所述外部DC电源相对应；
检测到所述AC总线处于电力运转中断条件；以及
响应于检测到所述AC总线处于所述电力运转中断条件，命令所述VFD到活动模式，并操作性地将所述VFD连接到与所述AC供电式组件相关联的电动机以将第二电压传输到与所述AC供电式组件相关联的电动机，所述第二电压小于所述第一电压并且使得与所述AC供电式组件相关联的电动机在小于所述第一速度的第二速度下操作，其中处于所述活动模式的所述VFD将仅由外部DC总线提供的DC电力转换成可选择频率AC电力信号。
17.根据权利要求16所述的计算机可读存储媒体，其中，所述计算机可执行指令进一步使所述控制器在于所述旁路起动器与所述VFD之间选择性地切换所述AC供电式组件时实施延迟。
18.根据权利要求17所述的计算机可读存储媒体，其中，所述计算机可执行指令进一步使所述控制器实施所述延迟，直到组件传感器检测到与所述AC供电式组件相关联的电动机为零速为止。
19.根据权利要求16所述的计算机可读存储媒体，其中，与所述AC供电式组件相关联的电动机具有额定速度，且其中所述计算机可执行指令进一步使所述控制器命令所述VFD产生所述AC电力信号，来以慢于所述额定速度的速度驱动所述电动机。
20.根据权利要求16所述的计算机可读存储媒体，其中，所述计算机可执行指令进一步使所述控制器监视所述VFD在处于所述低功率模式时输出的健康状态。
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