CN110323734A - 用于具有多个电源的电力系统的优先级负载分担 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于具有多个电源的电力系统的优先级负载分担。示例性电力系统包括用于向负载提供DC输出电压的输出端、与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力的第一电源、以及与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力的第二电源。所述电力系统被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，并且所述第二电源被配置为在仅所述第一电源向所述负载提供DC电力时保持启用的接通状态。还公开了另外的电力系统和方法。

Description

用于具有多个电源的电力系统的优先级负载分担

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月29日递交的美国临时申请No.62/650,025的权益及优先权，上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于具有多个电源的电力系统的优先级负载分担。

背景技术

本部分提供与本发明相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

一些具有多个电源的电力系统通过根据优先级序列按需打开和关闭不同的电源(例如，通过使用启用/禁用命令等)来实现优先级负载分担。例如，当负载的需求低时，具有较高优先级的电源可以向负载供电，并且当负载的需求增大时，可以使具有较低优先级的附加电源向负载提供额外的电力。

其它电力系统通过根据优先级序列按需将负载与不同的电源连接和断开来实现优先级负载分担(例如，通过控制将电源与输出总线连接/断开的开关，等)。

发明内容

本部分提供了本发明的概括性总结，且不是本发明的全部范围或本发明的所有特征的全面公开。

根据本发明的一个方面，电力系统包括用于向负载提供DC输出电压的输出端、与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力的第一电源、以及与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力的第二电源。所述电力系统被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，并且所述第二电源被配置为在仅所述第一电源向所述负载提供DC电力时保持启用的接通状态。

根据本发明的另一方面，电力系统包括用于向负载提供DC输出电压的输出端、与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力的第一电源、以及与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力的第二电源。所述电力系统被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，并且所述第一电源和所述第二电源分别被配置为选择性地向所述负载提供DC电力，而不需要从所述负载接收命令，并且不需要将所述输出端与所述电源中的一者断开。

根据本发明的另一方面，公开了一种为电力系统中的负载分担确定优先级的方法。所述电力系统包括用于向负载提供DC输出电压的输出端、与所述输出端连接的第一电源以及与所述输出端连接的第二电源，所述方法包括在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时，仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，以及在所述负载的需求大于所述第一电源的输出容量时，使用所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力。所述方法还包括在仅所述第一电源向所述负载提供DC电力时，将所述第二电源保持在启用的接通状态。

概述1、一种电力系统，包括：

输出端，所述输出端用于向负载提供DC输出电压；

第一电源，所述第一电源与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力；以及

第二电源，所述第二电源与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力；

其中，所述电力系统被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，并且所述第二电源被配置为在仅所述第一电源向所述负载提供DC电力时保持启用的接通状态。

概述2、根据概述1所述的电力系统，其中，

所述第一电源被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压并且在所述负载的需求超过所述第一电源的输出容量时进入恒定电流模式或恒定功率模式；以及

所述第二电源被配置为在所述第一电源以所述恒定电流模式或所述恒定功率模式操作的同时，在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压。

概述3、根据概述1或2所述的电力系统，其中，

所述第二电源被配置为响应于所述负载的需求从小于所述第一电源的输出容量的值增大到大于所述第一电源的输出容量的值，而开始向所述负载提供DC电力；以及

所述第二电源被配置为响应于所述负载的需求从大于所述第一电源的输出容量的值减小到小于所述第一电源的输出容量的值，而停止向所述负载提供DC电力。

概述4、根据概述1-3中任一项所述的电力系统，其中，

所述第一电源被配置为响应于所述负载的需求从小于所述第一电源的输出容量的值增大到大于所述第一电源的输出容量的值，而从所述恒定电压调节模式切换到所述恒定电流模式或所述恒定功率模式；以及

所述第一电源被配置为响应于所述负载的需求从大于所述第一电源的输出容量的值减小到小于所述第一电源的输出容量的值，而从所述恒定电流模式或所述恒定功率模式切换到所述恒定电压调节模式。

概述5、根据概述1-4中任一项所述的电力系统，还包括与所述输出端连接的第三电源以向所述负载提供DC电力，其中，

所述电力系统被配置为在所述负载的需求大于所述第一电源的输出容量且小于所述第一电源和所述第二电源的组合输出容量时，仅使用所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力；以及

所述第三电源被配置为在仅所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力时，保持启用的接通状态。

概述6、根据概述1-5中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源的下降负载线的下阈值等于所述第二电源的下降负载线的上阈值。

概述7、根据概述6所述的电力系统，其中，所述第一电源的所述下降负载线包括365V的上阈值和359V的下阈值，并且所述第二电源的所述下降负载线包括359V的上阈值和356V的下阈值。

概述8、根据概述1-5中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源的下降负载线的下阈值小于所述第二电源的下降负载线的上阈值。

概述9、根据概述1-5中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源的下降负载线的下阈值大于所述第二电源的下降负载线的上阈值。

概述10、根据概述1-9中任一项所述的电力系统，其中：

所述第一电源包括与第一负载分担总线连接的多个电源设备；

所述第二电源包括与第二负载分担总线连接的多个其它电源设备；以及

所述第一电源的输出电压调节设置大于所述第二电源的输出电压调节设置。

概述11、根据概述10所述的电力系统，其中，所述第一电源的所述输出电压调节设置为12.6V并且所述第二电源的所述输出电压调节设置为12.4V。

概述12、根据概述10或11所述的电力系统，其中，所述第一电源的所述输出电压调节设置与所述第二电源的所述输出电压调节设置相差至少指定的保护带值，以抑制所述第一负载分担总线的有效电流分配控制与所述第二负载分担总线的有效电流分配控制的交互。

概述13、根据概述1-12中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源和所述第二电源分别包括如下项中的至少一者：DC-DC开关模式电源、AC-DC开关模式电源、公用电网电源、发电机、太阳能发电电源、风力发电电源和电池。

概述14、根据概述1-13中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源包括开关模式电源，并且所述第二电源包括备用电池单元。

概述15、根据概述14所述的电力系统，其中，所述第一电源包括并联连接的六个开关模式电源，并且所述第二电源包括并联连接的六个备用电池单元。

概述16、根据概述1-15中任一项所述的电力系统，其中，所述电力系统被配置为在所述电力系统运行期间将所述第一电源切换到次优先级设置并且将所述第二电源切换到主优先级设置。

概述17、根据概述1-16中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源和所述第二电源分别被配置为选择性地向所述负载提供DC电力，而不需要从所述负载接收命令，并且不需要将所述输出端与所述电源中的一者断开。

概述18、一种电力系统，包括：

输出端，所述输出端用于向负载提供DC输出电压；

第一电源，所述第一电源与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力；以及

第二电源，所述第二电源与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力；

其中，所述电力系统被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，并且所述第一电源和所述第二电源分别被配置为选择性地向所述负载提供DC电力，而不需要从所述负载接收命令，并且不需要将所述输出端与所述电源中的一者断开。

概述19、一种为电力系统中的负载分担确定优先级的方法，所述电力系统包括用于向负载提供DC输出电压的输出端、与所述输出端连接的第一电源以及与所述输出端连接的第二电源，所述方法包括：

在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时，仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力；

在所述负载的需求大于所述第一电源的输出容量时，使用所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力；以及

在仅所述第一电源向所述负载提供DC电力时，将所述第二电源保持在启用的接通状态。

概述20、根据概述19所述的方法，其中，

仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力包括操作所述第一电源以在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压；以及

使用所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力包括以恒定电流模式或恒定功率模式操作所述第一电源，并且操作所述第二电源以在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压。

概述21、根据概述18所述的电力系统，其中，

所述第一电源被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压并且在所述负载的需求超过所述第一电源的输出容量时进入恒定电流模式或恒定功率模式；以及

所述第二电源被配置为在所述第一电源以所述恒定电流模式或所述恒定功率模式操作同时，在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压。

概述22、根据概述18或21所述的电力系统，其中，

所述第二电源被配置为响应于所述负载的需求从小于所述第一电源的输出容量的值增大到大于所述第一电源的输出容量的值，而开始向所述负载提供DC电力；以及

所述第二电源被配置为响应于所述负载的需求从大于所述第一电源的输出容量的值减小到小于所述第一电源的输出容量的值，而停止向所述负载提供DC电力。

概述23、根据概述18、21或22所述的电力系统，其中，

所述第一电源被配置为响应于所述负载的需求从小于所述第一电源的输出容量的值增大到大于所述第一电源的输出容量的值，而从所述恒定电压调节模式切换到所述恒定电流模式或所述恒定功率模式；以及

所述第一电源被配置为响应于所述负载的需求从大于所述第一电源的输出容量的值减小到小于所述第一电源的输出容量的值，而从所述恒定电流模式或所述恒定功率模式切换到所述恒定电压调节模式。

概述24、根据概述18以及概述21-23中任一项所述的电力系统，还包括与所述输出端连接的第三电源以向所述负载提供DC电力，其中，

所述电力系统被配置为在所述负载的需求大于所述第一电源的输出容量且小于所述第一电源和所述第二电源的组合输出容量时，仅使用所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力；以及

所述第三电源被配置为在仅所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力时，保持启用的接通状态。

从本文提供的描述中，应用的其它方面和领域将变得明显。应当理解，本发明的各个方面和特征可以单独实施或者与一个或多个其它方面和特征组合实施。还应当理解，本文的描述和具体示例仅仅用于说明性目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅用于所选实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，且不意图限制本发明的范围。

图1为根据本发明的一个示例性实施方式的电力系统的框图。

图2为根据本发明的另一示例性实施方式的具有三个电源的电力系统的框图。

图3为图2的电源的下降V-I特性的条形图。

图4为根据本发明的另一示例性实施方式的使用有效电流分配控制的包括三个电源的电力系统的框图。

图5为图4的电源的有效电流控制V-I特性的条形图。

图6为根据本发明的另一示例性实施方式的使用下降电流分配控制的包括电源单元和备用电池单元的电力系统的框图。

图7为根据本发明的另一示例性实施方式的使用有效电流分配控制的包括电源单元和备用电池单元的电力系统的框图。

图8为图6的电力系统的示例性优先级电源分配V-I特性的线图。

图9为根据本发明的另一示例性实施方式的包括可机架安装单元的电力系统的前视图。

贯穿附图中的多个视图，对应的附图标记指示对应的特征。

具体实施方式

提供示例性实施方式，使得本发明将是透彻的且将向本领域的技术人员全面传达范围。提出多个具体细节，诸如具体部件、设备和方法的示例，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方式可以以许多不同形式来体现，以及具体细节和示例性实施方式二者均不应当被理解为限制本发明的范围。在一些示例性实施方式中，没有详细地描述公知的过程、公知的设备结构、和公知的技术。

本文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的且不意图进行限制。如本文中所使用，单数形式“一”和“该”也可以意图包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们以所讨论或所示出的特定次序来执行，除非具体被认定为执行次序。也将理解，可以采用附加或替选步骤。

尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示顺序或次序，除非上下文有明确指示。因此，下文讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离示例性实施方式的教导。

为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，来便于描述如图中所示的一个元件或特征与其它的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的取向之外，空间相对术语可以意图涵盖设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在该其它元件或特征的“上方”。因而，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该设备可以被另外地取向(旋转90度或以其它取向旋转)且本文中所使用的空间相对描述符被相应地理解。

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。

根据本发明的一个示例性实施方式的电力系统在图1中示出，且总体上用附图标记100表示。如图1所示，电力系统100包括用于向负载104提供DC输出电压的输出端102、与输出端102连接以向负载104提供DC电力的第一电源106、以及包括与输出端102连接以向负载104提供DC电力的第二电源108。

电力系统100被配置为当负载的需求小于第一电源106的输出容量时仅使用第一电源106向负载104提供DC电力，并且第二电源108被配置为仅在第一电源106向负载104提供DC电力时才保持启用的接通状态。

例如，第一电源106可以具有主优先级设置，其使得在负载的需求小于第一电源106的输出容量时，仅使第一电源106向负载104提供DC电力。第一电源106可以被配置为在负载104的需求小于第一电源106的输出容量时在恒定电压调节模式下调节DC输出电压，并且在负载104的需求超过第一电源106的输出容量时进入恒定电流或恒定功率模式。

第二电源108可以包括次优先级设置，其使得仅当负载104的需求超过第一电源106的输出容量时，才使第二电源108向负载104提供DC电力。第二电源108可以被配置为在第一电源106以恒定电流模式或恒定功率模式操作的同时在恒定电压调节模式下调节DC输出电压。

如上所述，系统100在第一电源106和第二电源108之间提供负载分担方案，其中，电源106和108中的每个电源具有不同的优先级(即，第一电源106具有比第二电源108更高的优先级)。

在负载104的需求低于第一电源106的输出容量(例如，最大输出容量等)时，第一电源106在恒定电压调节模式下操作。一旦负载104的需求超过第一电源106的输出容量，第一电源106就进入恒定电流模式或恒定功率模式(例如，恒定功率保护模式)。

例如，恒定电压调节模式可以包括闭合控制回路，以将输出端102的DC输出电压保持在指定值(例如，预设值)。在一些情况下，第一电源106的电源转换器(例如，开关模式电源(SMPS)等)可以感测DC输出电压并调整电源转换器的占空比、频率等以将DC输出电压保持在指定值。

如果负载104的需求增大到超过电源转换器的输出容量(例如，额定输出电流)，则电源转换器可以进入如上所述的恒定功率模式。在恒定功率模式下，第一电源106的电源转换器可以控制其占空比、频率等以随着输出电流需求的增大来降低输出电压，从而保持恒定的输出功率。恒定输出功率可以用输出电压和输出电流相乘来表示，并且可以等于额定输出功率。

当负载104的需求超过单个电源容量时(例如，当多个电源转换器并联操作时)，恒定电流模式可以抑制电源超过其额定电流。当负载104的需求增大以达到电源转换器的最大电流容量时，电源转换器可以进入恒定电流模式。此时，可以控制电源转换器的占空比、频率等以保持恒定的输出电流，该输出电流可以等于电源转换器的最大允许操作电流限值。

一旦负载104的需求超过第一电源106的输出容量并且第一电源106进入恒定电流模式或恒定功率模式，第二电源108开始与第一电源106一起以优先级负载分担配置向负载104输送电力。第一电源106和第二电源108之间的优先级负载分担可以包括下降电流分配控制、有效电流分配控制等。

例如，第二电源108可以被配置为响应于负载104的需求从小于第一电源106的输出容量的值增大到大于第一电源106的输出容量的值，开始向负载104提供DC电力。第二电源108可以被配置为响应于负载104的需求从大于第一电源106的输出容量的值减小到小于第一电源106的输出容量的值，停止向负载104提供DC电力。

附加地或可替选地，第一电源106可以被配置为响应于负载104的需求从小于第一电源106的输出容量的值增大到大于第一电源106的输出容量的值，从恒定电压调节模式切换到恒定电流或恒定功率模式。第一电源106可以被配置为响应于负载104的需求从大于第一电源106的输出容量的值减小到小于第一电源106的输出容量的值，从恒定电流或恒定功率模式切换到恒定电压调节模式。

图2示出了根据本发明的另一示例性实施方式的电力系统200。电力系统200类似于图1的电力系统100，但是电力系统200包括第三电源210。

具体地，电力系统200包括用于向负载204提供DC输出电压的输出端202、与输出端202连接的第一电源206、与输出端连接的第二电源208以及与输出端202连接的第三电源210。

第三电源210可以具有第三优先级设置，其中，仅当负载204的需求超过第一电源206的输出容量和第二电源208的输出容量(例如，第一电源206和第二电源208的组合输出容量)时，第三电源210才向负载204提供DC电力。

第三电源210被配置为在恒定电压调节模式下调节DC输出电压，同时第一电源206以恒定电流模式或恒定功率模式操作并且第二电源208以恒定电流模式或恒定功率模式操作。第三电源210被配置为仅在第一电源206向负载204提供DC电力或者仅在第一电源206和第二电源208向负载204提供DC电力的时段期间才保持启用的接通状态。

例如，第一电源206具有最高的负载优先级(优先级1)。第一电源206可以在负载需求开始时向负载204提供DC电力。随着负载需求增大而达到并超过第一电源206的输出容量(例如，最大输出容量)，第一电源206将进入恒定电流(CC)或恒定功率(CP)模式。在该模式下，第一电源可以连续地向负载204提供第一电源206的全额定电流/功率容量。

随着负载需求增大而超过第一电源206的输出容量，第二电源208开始提供并分担负载204所需的DC电力。此时，第一电源206和第二电源208都向公共负载204提供DC电力。第一电源206在CC/CP保护模式下操作，同时第二电源208确定供应到负载204的DC输出电压。在此阶段，第二电源208以恒定电压(CV)调节模式操作。

随着负载需求进一步增大而达到并超过第二电源208的输出容量，第二电源208将进入恒定电流(CC)或恒定功率(CP)保护模式。其中，第二电源208可以继续向负载204提供第二电源208的全额定电流/功率容量。此时，第一电源208和第二电源208都在CC/CP保护模式下操作，并且向负载提供它们的全部的组合电流/功率容量。

随着负载需求进一步增大而超过第一电源206和第二电源208的组合容量，第三电源将开始提供并分担负载204所需的电力。此时，第一电源206和第二电源208都在CC/CP保护模式下操作，同时第三电源210通过以恒定电压(CV)调节模式操作来确定供应到负载204的DC输出电压，并且所有三个电源206、208和210分担负载并向负载204输送电力。

随着负载需求进一步增大而超过三个电源206、208和210的总组合容量，第三电源210将进入CC/CP保护模式，使得所有三个电源206、208和210都在CC/CP保护模式下操作，并且输出电压可以由负载阻抗确定。

相反，随着负载需求减小(例如，减小到低于所有三个电源206、208和210的组合输出容量)，第三电源210将退出CC/CP保护模式并且将通过在CV模式下操作确定DC输出电压。随着负载需求进一步减小(例如，减小到低于第一电源206和第二电源208的组合输出容量)，第三电源210可以完全空载(例如，停止向负载204提供DC电力)。在这种情况下，第二电源208将退出CC/CP保护模式并且将通过在CV模式下操作确定DC输出电压。

随着负载需求进一步减小(例如，减小到低于第一电源206的输出容量)，第二电源210可以完全空载(例如，停止向负载204提供电力)。在这种情况下，第一电源206将退出CC/CP保护模式并且将通过在CV模式下操作确定DC输出电压。

如上所述，三个电源206、208和210的负载分担顺序可以由三个电源206、208和210的不同的优先级(例如，优先级设置)确定。例如，三个电源206、208和210可以实现如图3所示的下降电流分配控制。

图3示出了各个电源206、208和210的各个下降V-I特性(例如，下降负载线)。具体地，区域207是第一电源206的下降V-I特性，区域209是第二电源208的下降V-I特性，并且区域211是第三电源210的下降V-I特性。

如图3所示，三个电源206、208和210的下降V-I特性可以彼此重合。例如，第一电源206的下部下降负载线阈值与第二电源208的上部下降负载线阈值相同。类似地，第二电源208的下部下降负载线阈值与第三电源210的上部下降负载线阈值相同。因此，三个电源206、208和210的组合下降负载线表示没有间隙或重叠的连续直线。

在其它实施方式中，三个电源206、208和210的组合下降负载线可以与连续的直负载线不同。例如，相邻电源的上阈值和下阈值可以彼此重叠，相邻电源的上阈值和下阈值可以通过间隙彼此间隔开等。在一些情况下，组合下降负载线的斜率可以与图3中示出的斜率不同。

在一个具体的示例中，第一电源206可以包括365V的上阈值和359V的下阈值，第二电源208的下降负载线可以包括359V的上阈值和356V的下阈值，以及第三电源210的下降负载线可以从356V的上阈值向下延伸。

由于不同的电源206、208和210具有不同的电压调节设置，所以每个电源206、208和210都可以在电源不向负载204提供电力的时段期间保持启用的接通状态。例如，仅在第一电源206向负载204提供DC电力的时段期间，电源208和电源210可以保持启用的接通状态。其发生的原因是，第一电源206正在调节第一电源的下降负载线电压设置(例如，365V到359V)处的电压，该电压设置高于第二电源208的下降负载线电压设置(例如，359V到356V)并且高于第三电源210的下降负载线电压设置(例如，低于356V)。

一旦输出端202处的电压下降到第二电源208的下降负载线电压设置范围(例如，359V到356V)，由于负载204的需求已经超过第一电源206的容量以将输出电压保持在第一电源206的较高下降负载线电压设置范围(例如，365V到359V)，所以第二电源208可以开始向负载204提供DC电力，而不需要从负载204接收命令、不启用或禁用电源206、208和210中的一者、也不需要从输出端202连接或断开电源206、208和210中的一者等。

类似地，仅在第一电源206和第二电源208向负载204提供电力的时段期间，第三电源210可以保持启用的接通状态。其发生原因是，第二电源正在将DC输出电压调节在第二电源的下降负载线电压设置范围(例如，359V到356V)中，该电压设置范围高于第三电源210的下降负载线电压设置范围(例如，低于356V)。

一旦输出端202处的电压下降到第三电源210的下降负载线电压设置范围(例如，低于356V)，因为负载204的需求已经超过组合的第一电源206和第二电源208的容量以将DC输出电压保持在第二电源208的较高下降负载线电压设置范围(例如，359V到356V)，所以第三电源210可以开始向负载204提供DC电力，而不需要从负载204接收命令、不启用或禁用电源206、208和210中的一者、也不需要从输出端202连接或断开电源206、208和210中的一者等。

图4示出了根据本发明的另一示例性实施方式的电力系统400。电力系统400类似于图2的电力系统200，但是电力系统400根据有效电流分配控制进行操作。

具体地，电力系统400包括用于向负载404提供DC输出电压的输出端402、与输出端402连接的第一电源406、与输出端连接的第二电源408、以及与输出端402连接的第三电源410。

第一电源406包括第一负载分担总线413，第二电源408包括第二负载分担总线415，以及第三电源410包括第三负载分担总线417。负载分担总线413、415和417彼此独立且不连接在一起(例如，彼此连接等)。

具有不同优先级的负载分担总线优选地不连接在一起以避免违背优先级负载分担方案。然而，处于相同优先级的电源可以将它们的负载分担总线连接在一起，以在相同优先级的电源之间提供有效电流分配。例如，如果六个不同的电源单元(power supply unit，PSU)具有相同的优先级，则可以将六个不同PSU中的每个PSU的负载分担总线连接在一起作为单个公共负载分担总线。

图5示出了各个电源406、408和410的各个有效电流控制V-I特性(例如，负载线)。具体地，区域407是第一电源406的V-I特性，区域409是第二电源408的V-I特性，并且区域411是第三电源410的V-I特性。

如图5所示，第一电源406的输出电压调节设置大于第二电源408的输出电压调节设置。第一电源406的输出电压调节设置与第二电源408的输出电压调节设置相差至少指定的保护带值，以抑制第一电源406和第二电源408的交互(例如，第一负载分担总线413和第二负载分担总线415的交互)。在一个具体示例中，第一电源406的输出电压调节设置为12.6V并且第二电源408的输出电压调节设置为12.4V。

在该示例的使用有效电流控制的优先级负载分担方案下，每个电源406、408和410可以具有单独的负载分担总线和输出电压调节设置。如在上述示例中所描述的，与较低优先级的电源408和电源410相比，较高优先级的第一电源406(即，优先级1)可以将输出端调节到较高的DC电压(例如，12.6V)。

第二电源408(即，优先级2)可以将输出端调节到DC电压(例如，12.4V)，该DC电压低于第一电源406的输出电压调节设置但高于第三电源410的输出电压调节设置。第三电源410(即，优先级3)可以将输出端调节到低于较高优先级的电源406和电源408的DC电压(例如，12.0V)。

由于不同的电源406、408和410具有不同的输出电压调节设置，所以每个电源406、408和410都可以在电源不向负载404提供电力的时段期间保持启用的接通状态。例如，仅在第一电源406向负载404提供DC电力的时段期间，电源408和电源410可以保持启用的接通状态。其发生原因是，第一电源406正在将电压调节为第一电源的输出电压调节设置(例如，12.6V)，该输出电压调节设置高于第二电源408的输出电压调节设置(例如，12.4V)并且高于第三电源410的输出电压调节设置(例如，12.0V)。

一旦输出端402处的电压下降到第二电源408的输出电压调节设置(例如，12.4V)，由于负载404的需求已经超过第一电源406的容量以将DC输出电压保持在第一电源406的较高输出电压调节设置(例如，12.6V)，所以第二电源408可以开始向负载404提供DC电力，而不需要从负载404接收命令、不启用或禁用电源406、408和410中的一者、也不需要从输出端402连接或断开电源406、408和410中的一者等。

类似地，仅在第一电源406和第二电源408向负载404提供DC电力的时段期间，第三电源410可以保持启用的接通状态。其发生原因是，组合的第一电源406和第二电源408正在将DC输出电压调节为第二电源的输出电压调节设置(例如，12.4V)，该输出电压调节设置高于第三电源410的输出电压调节设置(例如，12.0V)。

一旦输出端402处的电压下降到第三电源410的输出电压调节设置(例如，12.0V)，由于负载404的需求已经超过组合的第一电源406和第二电源408的容量以将DC输出电压保持在第二电源408的较高输出电压调节设置(例如，12.4V)，所以第三电源410可以开始向负载404提供DC电力，而不需要从负载404接收命令、不启用或禁用电源406、408和410中的一者、也不需要从输出端402连接或断开电源406、408和410中的一者等。

在一些实施方式中，每个电源406、408和410上的负载分担总线电压可以具有相同的负载分担总线电压限定(例如，在电源的全额定电流下为8V)。然而，每个电源406、408和410的负载分担总线可以仅与相同电源(例如，具有相同的优先级)内的供电设备(一个或多个)连接。不同优先级电源的负载分担总线可以不连接在一起。

可以将优先级分配给电源406、408和410作为系统配电计划的一部分。例如，AC-DC整流器可以被定义为优先级1电源(即，主优先级)，而备用电池电源(BBU)可以被定义为优先级2电源(即，次优先级)。

在一些情况下，系统400可以基于负载404的需求执行负载调度，并且可以启用和禁用支持峰值功率负载条件的电源，而不超过来自主(例如，优先级1)电源的效用的输入额定功率。

图6示出了根据本发明的另一示例性实施方式的电力系统600。电力系统600类似于图2的电力系统200，但是电力系统600的第一电源606包括六个电源单元PSU1、PSU2、PSU3、PSU4、PSU5和PSU6。第二电源608包括六个备用电池单元BBU1、BBU2、BBU3、BBU4、BBU5和BBU6。

如图6所示，第一电源606的六个电源单元的正极输出端子和第二电源608的六个备用电池单元的正极输出端子连接在一起(例如，彼此连接)以向公共负载604提供DC电力。同理，第一电源606的六个电源单元的负极输出端子和第二电源608的六个备用电池单元的负极输出端子连接在一起。

在一个示例中，第一电源606的六个电源单元的下降负载线从大约365V延伸到大约359V，并且第二电源608(第二电源608具有比第一电源606低的优先级)的六个备用电池单元的下降负载线从大约359V延伸到大约356V。

在这种情况下，第一电源606的六个电源单元将通过下降电流分配方法沿着从365V到359V的下降负载线分担负载需求。在359V处，第一电源606的输出容量被耗尽，并且第一电源606在继续输送第一电源606的全部输出容量的同时进入CC/CP的保护模式。

随着负载需求的增大，除了从第一电源606向负载604输送电力之外，第二电源608(具有较低优先级)的六个备用电池单元将开始向公共负载604输送DC电力。此时，第二电源608的六个备用电池单元指示DC输出电压，并且所有的电源单元和备用电池单元分担负载并向负载输送电力。

在356V处，第一电源606和第二电源608的总组合输出容量被耗尽，并且第一电源和第二电源都将处于保护操作模式。相反，随着负载需求减小，DC输出电压将从356V恢复到365V，直到两个电源606和608的保护模式被禁用并且负载需求降低。

图7示出了根据本发明的另一示例性实施方式的电力系统700。电力系统700类似于图6的电力系统600，但是电力系统700根据有效电流分配控制进行操作。

电力系统700的第一电源706包括六个电源单元PSU1、PSU2、PSU3、PSU4、PSU5和PSU6以及包括第一负载分担总线713。第二电源708包括六个备用电池单元BBU1、BBU2、BBU3、BBU4、BBU5和BBU6以及包括第二负载分担总线715。

在一个示例中，第一电源706具有主优先级电压设置(例如，12.6V)，并且第二电源708具有次优先级电压设置(例如，12.4V)。如图7所示，第一电源706的六个电源单元的正极输出端子和第二电源708的六个备用电池单元的正极输出端子连接在一起(例如，彼此连接)以向公共负载704提供电力。类似地，第一电源706的六个电源单元的负极输出端子和第二电源708的六个备用电池单元的负极输出端子连接在一起。

在该示例中，第一电源706的所有六个电源单元将通过具有主优先级电压设置(例如，12.6V)的第一负载分担总线713以有效电流分配方法分担负载需求。在第一负载分担总线713上的峰值负载分担电压(例如，8V)处，第一电源706的输出容量被耗尽。

负载分担总线713和负载分担总线715中的每个负载分担总线的负载分担电压可以与输出电压无关，因为负载分担电压表示负载电流。在一个示例中，满载电流可以由8V的峰值(例如，最大)负载分担电压表示。在这种情况下，半负载电流将由4V表示。

由于负载分担总线713和负载分担总线715没有连接在一起，所以它们可以使用相同的负载分担电压阈值(例如，在满载电流下为8V)。可替选地，负载分担总线713和负载分担总线715可以使用不同的负载分担电压阈值(例如，总线713上的峰值负载分担电压可以为8V，而总线715上的峰值负载分担电压可以为6V)。

一旦在第一负载分担总线713上达到峰值负载分担电压，第一电源706就进入恒定功率或恒定电流的保护操作模式，同时输送第一电源706的全部输出容量。

随着负载需求的增大，除了第一电源706之外，第二电源708(具有较低优先级)也将开始向公共负载704输送DC电力。此时，第二电源708的六个备用电池单元基于第二电源708的电压设置指示12.4V的DC输出电压。第一电源706的所有六个电源单元和第二电源708的所有六个备用电池单元现在向分担负载并向负载提供DC电力。

在第二负载分担总线715的电压峰值(例如，8V)处，第一电源706和第二电源708的总组合输出容量被耗尽，并且第一电源706和第二电源708都将操作在保护模式。相反，随着负载需求减小，DC输出电压将恢复到第一电源706的电压设置(例如，12.6V)，直到两个电源706和708的保护模式被禁用并且负载需求降低。

图8示出了根据下降电流分配方法操作的另一示例性优先级负载分担架构的线图800。在正常操作模式820中，一个或多个电源单元(PSU)具有主优先级设置并共用从365V下降到359V的下降负载线。随着负载需求的增大，PUS进入恒定功率保护模式。

此时，一个或多个备用电池单元在峰值功率操作模式822中接管总线电压，并且(一个或多个)备用电池单元将总线电压从359V降到356V。在峰值功率操作模式822中，组合的PSU和备用电池单元向负载输送DC电力。当负载需求斜降时，DC输出电压将从356V恢复到365V。

图9示出了根据另一示例性实施方式的电力系统900。电力系统900包括包含六个电源单元PSU1、PSU2、PSU3、PSU4、PSU5和PSU6的第一电源906。电力系统还包括包含六个备用电池单元BBU1、BBU2、BBU3、BBU4、BBU5和BBU6的第二电源908。电源906和电源908可以类似于图6中示出的电源606、电源608以及图7中示出的电源706、电源708。

如图9所示，每个电源906和908都包括安装支架920。因此，每个电源906和908可机架安装在设备机架中(诸如配电架等)。尽管图9示出了每个电源906和908各自包括两个安装支架920，但是其它实施方式可以包括更多或更少的安装支架920，安装支架可以放置在电源906和电源908的其它位置上，安装支架包括多于或者少于两个孔等。

本文描述的示例性电源可以包括用于向负载供电的任何合适的电源，诸如DC-DC开关模式电源、AC-DC开关模式电源(例如，整流器)、公用电网电源、发电机、太阳能发电电源、风力发电电源和电池等。

在一些情况下，电源可以包括多个部件(诸如与公用电网电源连接的AC-DC转换器、联接到电池的DC-DC转换器(例如，备用电池单元(BBU))、联接到太阳能或风力发电电源的DC-DC转换器等)。电力系统可以包括不同类型的电源、相同类型的电源等。

电源可以被配置为使用硬件和软件的任何组合来执行操作。例如，电源可以包括任一合适的电路、逻辑门、(一个或多个)微处理器、存储在存储器中的计算机可执行指令等，其可操作使得电源能够执行本文描述的动作(例如，以恒定电压模式、恒定电流模式向负载供电等)。

如上所述，在较低优先级的电源当前不向负载输送DC电力时，较低优先级的电源可以继续保持启用的接通状态(例如，热状态)。因此，在负载需求增大超过较高优先级电源的负载容量的任何时间，较低优先级的电源可以准备好向负载输送电力。

电源可以不需要从负载接收任何命令，即可开始向负载提供DC电力(或停止向负载提供电力)。电源可以独立于负载或其它电源进行响应。例如，每个电源可以遵循用于下降电流分配的预定义的下降负载线电压以及可以遵循用于有效电流分配的预定的负载分担电压。由于负载分担决定可以独立且同时发生，所以本文描述的示例性实施方式中的电源可以比需要控制命令来启用和禁用不同电源的电源系统更快地响应并且适于快速负载瞬变。

在一些实施方式，电源可以提供自动优先级负载分担，而不需要从负载接收命令、不需要禁用多个电源中的一个电源、也不需要从电源系统的输出端断开多个电源中的一个电源等。例如，所有优先级的电源可以连接(例如，连接在一起)并且连续供电，而不需要监控电源需求或负载需求、不需要打开和关闭不同的电源、也不需要从输出总线断开不同的电源等。因此，一些电源可以提供自动(例如，自动化的)优先级负载分担。

在一些实施方式，可以简单地通过优先级电压设置(例如，下降电流分配方法中不同的下降负载线、有效电流分配方法中不同的负载分担总线电压设置等)来定义电源优先级。可以将电源优先级设置为初始优先级顺序，并且可以在电力系统的运行期间改变电源的优先级顺序。

在一些情况下，电源的优先级是在电力系统运行之前预先定义的并且不需要在运行中更新。例如，电力系统可以包括电源单元(PSU)和备用电池单元(BBU)，其中，PSU始终是主电源并且BBU始终是次电源，因为BBU可以具有有限且有时限的容量。

另一示例是需要峰值功率的电力系统，其中，PSU在正常负载需求期间提供电力并且BBU在峰值负载需求期间提供峰值功率。该系统可以提供充分利用PSU电力系统和基础设施的优势，同时将过剩的电力容量传输到BBU以满足峰值电力需求。

在主电源和次电源为相似电源或相同电源(例如，两者都为PSU)的情况下，电力系统可以控制不同的电源改变优先级。当系统控制主PSU成为次PSU时，主PSU可以将其指定的输出电压调节设置降为次PSU的指定输出电压调节设置(例如，从12.6V降低到12.4V)。类似地，次PSU可以将其指定的输出电压调节设置增大到主PSU的指定的输出电压调节设置(例如，从12.4V增大到12.6V)。

在一些实施方式，可以改变电源的优先级，以用于在主电源仍然能够输送有限电源的情况下对主电源进行防护检修。在这种情况下，可以将主电源设置为次电源，同时电源处于防护检修中。该方法还适用于BBU的防护检修。

作为另一示例，为了可靠性，可以改变电源的优先级，以解决降解等问题。始终向负载输送电力的主电源比次电源具有更高的使用率。为了平衡不同电源的不均匀使用，可以轮换不同电源的优先级。

本文描述的示例性电力系统可以用于任一合适的应用中，该应用包括超大规模应用，在超大规模应用中，电网供电的PSU与BBU分担负载，多个BBU处于轮换/交替/变化的负载分担优先级，电力系统中的多个BBU向公共负载输送DC电力等。例如，每个BBU可以具有不同的优先级，以平衡每个BBU的多个放电周期，以在与旧BBU分担负载时操作新BBU等。

本文描述的示例性实施方式可以对具有不同优先级的所有电源使用公共负载分担控制方法，这可以增大开发和测试影响(例如，PSU和BBU可以具有相同的接口和控制等)。公共保护方案可适用于具有不同优先级的电源(例如，用于PSU和BSU两者的同一恒定功率或恒定电流方案等)。

根据本发明的另一方面，公开了一种为电力系统中的负载分担确定优先级的方法。所述电力系统包括用于向负载提供DC输出电压的输出端、与所述输出端连接的第一电源以及包括与所述输出端连接的第二电源。

所述方法包括在负载的需求小于第一电源的输出容量时，仅使用第一电源向负载提供DC电力，以及在负载的需求大于第一电源的输出容量时，使用第一电源和第二电源两者向负载提供DC电力。所述方法还包括在只有第一电源向负载提供DC电力时将第二电源保持在启用的接通状态。

在一些实施方式，仅使用第一电源向负载提供DC电力可以包括操作第一电源以在恒定电压调节模式下调节DC输出电压。使用第一电源和第二电源两者向负载提供DC电力可以包括以恒定电流模式或恒定功率模式操作第一电源并且在恒定电压调节模式下操作第二电源以调节DC输出电压。

出于说明和描述的目的，已经提供了前述实施方式的描述。这并不旨在穷举或限制本发明。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在可适用时，可以互换并且可以在所选定的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式变化。这些变化不应当视为背离本发明，并且这些修改旨在包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种电力系统，包括：

输出端，所述输出端用于向负载提供DC输出电压；

第一电源，所述第一电源与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力；以及

第二电源，所述第二电源与所述输出端连接以向所述负载提供DC电力；

其中，所述电力系统被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时仅使用所述第一电源向所述负载提供DC电力，并且所述第二电源被配置为在仅所述第一电源向所述负载提供DC电力时保持启用的接通状态。

2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，

所述第一电源被配置为在所述负载的需求小于所述第一电源的输出容量时在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压并且在所述负载的需求超过所述第一电源的输出容量时进入恒定电流模式或恒定功率模式；以及

所述第二电源被配置为在所述第一电源以所述恒定电流模式或所述恒定功率模式操作的同时，在恒定电压调节模式下调节所述DC输出电压。

3.根据权利要求1或2所述的电力系统，其中，

所述第二电源被配置为响应于所述负载的需求从小于所述第一电源的输出容量的值增大到大于所述第一电源的输出容量的值，而开始向所述负载提供DC电力；以及

所述第二电源被配置为响应于所述负载的需求从大于所述第一电源的输出容量的值减小到小于所述第一电源的输出容量的值，而停止向所述负载提供DC电力。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电力系统，其中，

所述第一电源被配置为响应于所述负载的需求从小于所述第一电源的输出容量的值增大到大于所述第一电源的输出容量的值，而从恒定电压调节模式切换到恒定电流模式或恒定功率模式；以及

所述第一电源被配置为响应于所述负载的需求从大于所述第一电源的输出容量的值减小到小于所述第一电源的输出容量的值，而从所述恒定电流模式或所述恒定功率模式切换到所述恒定电压调节模式。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电力系统，还包括与所述输出端连接的第三电源以向所述负载提供DC电力，其中，

所述电力系统被配置为在所述负载的需求大于所述第一电源的输出容量且小于所述第一电源和所述第二电源的组合输出容量时，仅使用所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力；以及

所述第三电源被配置为在仅所述第一电源和所述第二电源向所述负载提供DC电力时，保持启用的接通状态。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源的下降负载线的下阈值等于所述第二电源的下降负载线的上阈值。

7.根据权利要求6所述的电力系统，其中，所述第一电源的所述下降负载线包括365V的上阈值和359V的下阈值，并且所述第二电源的所述下降负载线包括359V的上阈值和356V的下阈值。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源的下降负载线的下阈值小于所述第二电源的下降负载线的上阈值。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的电力系统，其中，所述第一电源的下降负载线的下阈值大于所述第二电源的下降负载线的上阈值。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的电力系统，其中：

所述第一电源包括与第一负载分担总线连接的多个电源设备；

所述第二电源包括与第二负载分担总线连接的多个其它电源设备；以及

所述第一电源的输出电压调节设置大于所述第二电源的输出电压调节设置。