CN115622220A - 供电单元和环路供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种供电单元，其包含第一高频隔离变换器，包含连接到第一电压的第一端、以及第二端和第三端；和第二高频隔离变换器，包含连接到第二电压的第一端、以及第二端和第三端；其中第二高频隔离变换器的第二端和第一高频隔离变换器的第二端并联连接到第一负载的第一端，并且第二高频隔离变换器的第三端和第一高频隔离变换器的第三端并联连接到第一负载的第二端。本发明还提出了一种具有上述供电单元的环路供电系统。

Description

供电单元和环路供电系统
技术领域
本发明涉及冗余供电系统，具体而言，本发明涉及供电单元和具有供电单元的环路供电系统。
背景技术
中国数据中心节能技术委员会的调研数据显示，2016年中国数据中心总耗电量超过1200亿千瓦时。随着由数据中心所支持的服务越来越多，数据中心的运算负荷和规模仍然会保持高增长。数据中心安全可靠、不间断运行离不开高可靠的供电系统。因此，提出了多种冗余供电方案。
如图1所示，图1示出了传统2N冗余供电系统100，在供电系统100中，采用两路10kV交流输入，经过工频变压器101和102对交流输入进行降压，并进一步使用变换器111和121将降压后的交流输入转换成直流输出，以分别连接到负载120的双路输入121和121给负载120供电，实现2N冗余。两路供电之间具备交流母联开关S，可屏蔽交流母线段以上故障对负载的影响。但是，当该段母线及以下线路故障时，负载可能面临单侧供电的情况。
随着对IDC(information data center，数据中心)可靠性要求的不断提高，负载单侧长时间供电的情况逐渐变得不可接受。
现有技术提出了采用移相变压器来替代传统工频变压器的供电方法。图2示出了使用移相变压器的供电系统200。如图2所示，供电系统200具有两个移相变压器201和202，每个移相变压器的输出分为两组，每一组都连接一个交流-直流变换器(A2D)。例如，移相变压器201的输出分为两组，分别连接变换器211和212，移相变压器202的输出分为两组，分别连接变换器213和214。移相变压器201连接的两个变换器与移相变压器202连接的两个变换器交叉互联，交叉互联的两路直流输出分别作为负载的双路输出，形成2N冗余系统。即，变换器211和213共同连接至负载220的输入端221，并且变换器212和214共同连接至负载220的输入端222。因此，通过输出母线交叉互联，可屏蔽直流母线段以上故障对负载的影响。并且，当其中一路供电出现故障时，还可以保证负载的双路输入供电，从而避免负载单侧供电的情况出现。
虽然例如图2示出的供电系统200可以避免出现负载长时间单侧供电的情况。但是，由于移相变变压器本身重量重、尺寸大、绕组多，因此现有供电系统存在如下不足：(1)移相变压器和A2D之间多绕组连接，连线多，(2)移相变压器故障时，很难在现场直接维护、耗时长，(3)移相变压器+A2D架构的供电系统尺寸大、重量重。
因此，需要一种结构简单、连线少、易于维护的冗余供电系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、连线少、易于维护的冗余供电系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种供电单元，包含：第一高频隔离变换器，包含连接到第一电压的第一端、以及第二端和第三端；以及第二高频隔离变换器，包含连接到第二电压的第一端、以及第二端和第三端；其中所述第二高频隔离变换器的所述第二端和所述第一高频隔离变换器的所述第二端并联连接到第一负载的第一端，并且所述第二高频隔离变换器的所述第三端和所述第一高频隔离变换器的所述第三端并联连接到所述第一负载的第二端。
可选的，在上述供电单元中，所述第一高频隔离变换器的所述第二端经由第一连接单元和所述第二高频隔离变换器的所述第二端并联连接，并且所述第一高频隔离变换器的所述第三端经由第二连接单元和所述第二高频隔离变换器的所述第三端并联连接。
可选的，在上述供电单元中，所述连接单元是导线、熔丝、开关或变换器。
可选的，在上述供电单元中，进一步包括第一储能元件和第二储能元件，所述第一储能元件经由连接单元电连接至所述第一负载的所述第一端，所述第二储能元件经由另一连接单元电连接至所述第一负载的所述第二端。
可选的，在上述供电单元中，所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器各自包含：多个模块，所述多个模块的每一个包含：整流电路，包含第一端和第二端；第一高频隔离电路，所述第一高频隔离电路的第一端连接到所述整流电路的所述第二端，所述第一高频隔离电路的第二端连接到所述第一负载的所述第一端；和第二高频隔离电路，所述第二高频隔离电路的第一端和所述第一高频隔离电路的所述第一端并联连接，所述第二高频隔离电路的第二端连接到所述第一负载的所述第二端，其中，所述多个模块的所述整流电路的所述第一端串联连接。
可选的，在上述供电单元中，所述整流电路是全桥整流电路或半桥整流电路。
可选的，在上述供电单元中，在所述多个模块的每一个中：所述第一高频隔离电路与所述第二高频隔离电路共用绝缘板，所述第一高频隔离电路包含第一变压器，所述第二高频隔离电路包含第二变压器，所述第一变压器和所述第二变压器各自包含磁芯、一次侧绕组和二次侧绕组，所述第一变压器和所述第二变压器的部分磁芯和一次侧绕组设置在所述绝缘电路板的第一侧，并且所述第一变压器和所述第二变压器的另一部分磁芯和二次侧绕组设置在所述绝缘板的与所述第一侧相对的第二侧。
可选的，在上述供电单元中，所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器各自包含多个模块，所述多个模块的每一个包含：第一整流电路，包含第一端和第二端；逆变电路，所述逆变电路的第一端连接到所述第一整流电路的第二端；变压器，包含原边绕组和两个副边绕组，所述原边绕组连接到所述逆变电路的第二端；和两个第二整流电路，分别和所述两个副边绕组连接，并分别连接到所述第一负载的所述第一端和所述第二端；其中，所述多个模块的所述第一整流电路的所述第一端串联连接。
可选的，在上述供电单元中，所述第一电压和所述第二电压为10kV交流电压。
可选的，在上述供电单元中，所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器的各自构造为使得能量能够在相应高频隔离变换器的所述第二端和所述第三端之间双向流动。
可选的，在上述供电单元中，进一步包括第一储能元件，所述第一储能元件电连接至所述第一负载的所述第一端、所述第一高频隔离变换器的所述第二端和所述第二高频隔离变换器的所述第二端，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器构造为使得：
来自所述第一储能元件的能量从所述第一高频隔离变换器的所述第二端经由所述第一高频隔离变换器的所述第三端传递至所述第一负载的所述第二端；或
来自所述第一储能元件的能量从所述第二高频隔离变换器的所述第二端经由所述第二高频隔离变换器的所述第三端传递至所述第一负载的所述第二端。
可选的，在上述供电单元中，进一步包括第二储能元件，所述第二储能元件电连接至所述第一负载的所述第二端、所述第一高频隔离变换器的所述第三端和所述第二高频隔离变换器的所述第三端，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器构造为使得：
来自所述第二储能元件的能量从所述第一高频隔离变换器的所述第三端经由所述第一高频隔离变换器的所述第二端传递至所述第一负载的所述第一端；或
来自所述第二储能元件的能量从所述第二高频隔离变换器的所述第三端经由所述第二高频隔离变换器的所述第二端传递至所述第一负载的所述第一端。
可选的，在上述供电单元中，进一步包含：第三高频隔离变换器，包含连接到第三电压的第一端、以及第二端和第三端，所述第一高频隔离变换器的所述第二端经由第三连接单元和所述第三高频隔离变换器的所述第二端并联连接到第二负载的第一端，所述第一高频隔离变换器的所述第三端经由第四连接单元和所述第三高频隔离变换器的所述第三端并联连接到所述第二负载的第二端。
根据本发明的另一个方面，提供了一种供电系统，包含：N个供电单元，N≥2，其中所述N个供电单元的每一个是根据本发明任一实施方式的供电单元；并且所述N个供电单元包含第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元的第二高频隔离变换器的第三端经由连接单元与第二供电单元的第一高频隔离变换器的第二端相连。
可选的，在上述供电系统中，所述N个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述N个供电单元中的第(i-1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接，所述N个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端经由连接单元与所述N个供电单元中的第(i+1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端并联连接，2≤i≤N-1；并且所述N个供电单元中的第1个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述N个供电单元中的第N个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接。
可选的，在上述供电系统中，所述N个供电单元包含M个供电单元，M<N；所述M个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述M个供电单元中的第(i-1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接，所述M个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端经由连接单元与所述M个供电单元中的第(i+1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端并联连接，2≤i≤M-1；以及所述M个供电单元中的第1个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述M个供电单元中的第M个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接。
可选的，在上述供电系统中，进一步包含与所述N个供电单元独立的一个或多个额外的供电单元，所述一个或多个额外的供电单元是根据本发明任一实施方式的供电单元。
可选的，在上述供电系统中，所述N个供电单元的第一高频隔离变换器的第一端并联，并且所述N个供电单元的第二高频隔离变换器的第一端并联。
根据本发明的又一个方面，提供了一种供电系统，包含：多个根据本发明任一实施方式的供电单元，其中，多个所述供电单元的第一高频隔离变换器的第一端并联，多个所述供电单元的第二高频隔离变换器的第一端并联。
本发明所提出的供电单元通过使用高频隔离变换器实现了更加简单、紧凑的结构，从而可使得占地面积减少。此外，高频隔离变换器可允许模块化的设计，因此可以允许故障高频隔离变换器断开中压输入，实现冷插板、快维护，从而可综合提升机房单位面积产出效益。
附图说明
因此，为了能够详细理解本发明描述的上述特征，可以参考实施方式获得以上简要概述的内容的更具体描述。附图涉及本发明的实施方式，并且描述如下：
图1示出了现有技术的供电系统。
图2示出了现有技术的供电系统。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式的供电单元的示意图。
图3B-图3E示出了根据本发明的一个实施方式的供电单元的储能元件的能量流动示意图。
图4示出了图3中的高频隔离变换器的示意图。
图5示出的图4的高频隔离变换器中的两个高频隔离电路的变压器设置。
图6示出了图3中的高频隔离变换器的示意图。
图7示出了根据本发明的另一个实施方式的供电单元的示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施方式的环路供电系统的示意图。
具体实施方式
将详细参考本发明的各种实施方式，所述实施方式的一个或多个示例在附图中示出。在以下附图描述中，相同的附图标记表示相同的部件。在下文中，仅描述了关于各个实施方式的差异。各个示例通过对本发明的解释来提供，并且不意味着对本发明的限制。此外，被作为一个实施方式的一部分而被示出或描述的特征可以在其他实施方式上使用或与其他实施方式结合使用，以产生另一实施方式。本说明书旨在包括此类修改和变化。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式的供电单元300的示意图。如图3A所示，供电单元300包括两套高频隔离变换器，例如SST(solid state transformer，固态变压器)，即第一SST 301和第二SST 302，这两套SST 301和302用于向负载320供电。
第一SST 301具有第一端311、第二端312和第三端313。第一SST 301的第一端311接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)，第二端312和第三端313分别将转换后的低压直流输出提供至负载320的第一端321和第二端322。因此，第一SST 301将单一的中压交流输入转换为分别从第二端312和第三端313输出的两路低压直流输出。类似地，第二SST 302具有第一端314、第二端315和第三端316。第二SST 302的第一端314接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)，第二端315和第三端316分别将转换后的低压直流输出提供至负载320的第一端321和第二端322。因此，第二SST 302单一的中压交流输入转换为分别从第二端315和第三端316输出的两路低压直流输出。
虽然图3A示出的第一SST 301和第二SST 302接收相同大小的中压交流输入(例如都是10KV的交流电压)，可替代地，第一SST 301所接收的中压交流输入的大小可不同于第二SST 302所接收的中压交流输入。例如，第一SST 301可接收10KV的中压交流输入，而第二SST 302可接收20KV的中压交流输入。在第一SST 301和第二SST 302接收不同大小的中压交流输入的情况下，第一SST 301和第二SST 302中的变换电路可被设置不同的参数(例如，具有不同的变压比)使得第一SST 301和第二SST 302仍然输出相同的直流输出(例如，270V的直流电压)。
如图3A所示，第一SST 301和第二SST 302在输出侧交叉互联，使得第一SST 301和第二SST 302的输出侧经交叉互联后的两路直流输出分别通过负载320的第一端321和第二端322给负载供电。具体而言，第一SST 301的第二端312和第二SST 302的第二端315均连接至第一节点N1后，接着连接至负载320的第一端321以为其供电；第一SST 301的第三端313和第二SST 302的第三端316均连接至第二节点N2后，接着连接至负载320的第二端322以为其供电。因此，供电单元300通过使用两路SST实现了负载320的2N冗余供电。即，在供电单元300中，在第一SST 301和第二SST 302中的一个发生故障的情况下，仍然能够保证负载320的双路供电。例如，当第一SST 301发生故障时，由于第一SST 301和第二SST 302在输出侧交叉互联，因此负载320仍然可以由第二SST 302输出的两路直流输出供电，或当第二SST302发生故障时，由于第一SST 301和第二SST 302在输出侧交叉互联，因此负载320仍然可以由第一SST 301输出的两路直流输出供电。
如上文所讨论的，供电单元300中的SST在接收到中压交流输入后，可以将中压交流电转化为低压直流电输出。与上文结合图2所讨论的先使用移相变压器进行变压再使用交流-直流变换器进行变换的供电系统200相比，供电单元300的SST不需要再使用连接移相变压器和交流-直流变换器所需要的至少上百根低压电缆线，因此供电单元300通过使用SST实现了更加简单、紧凑的结构，从而可使得占地面积至少减少50％。此外，SST可允许模块化的设计，因此可以实现故障时时快速维护，从而可综合拉升机房单位面积产出效益至少10％。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，供电单元300可进一步设置有储能元件331和332(例如电池)，以在第一SST 301和第二SST 302均发生故障时、或者第一SST301的第一端311和第二SST 302的第一端314所连接的中压交流输入发生故障时，储能元件331和332能够为负载320临时供电。储能元件331经由连接单元(图中示意为开关)连接至第一SST 301的第二端312、第二SST 302的第二端315以及负载320的第一端321，以向负载320的第一端321提供电能，储能元件332经由另一连接单元(图中示意为另一开关)连接至第一SST 301的第三端313、第二SST 302的第三端316以及负载320的第二端322，以向负载320的第二端322提供电能。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，第一SST 301的第二端312和第二SST 302的第二端315经由连接单元(未示出)连接至第一节点N1，第一SST 301的第三端313和第二SST 302的第三端316经由连接单元(未示出)连接至第二节点N2。该连接单元可以是导线、熔丝、开关或变换器。
例如，在连接单元是熔丝的情况下，当第一SST 301和第二SST 302出现故障(例如短路)而经由输出端输出过大电流时，熔丝被熔断，以避免由于第一SST 301和第二SST 302的故障导致的大电流输出损坏负载320。如上文所讨论的，即使在第一SST 301和第二SST302的一者因熔丝熔断而停止向负载320供电，由于第一SST 301和第二SST 302在输出侧交叉互联，因此负载320仍然可以由正常工作的SST输出的两路直流输出进行双路供电。
例如，在连接单元是可控开关的情况下，该可控开关可以和第一SST 301和第二SST 302中设置的传感器和控制器配合使用。当传感器感测到第一SST 301和第二SST 302中的一者发生故障时，控制器可控制与发生故障的SST相关联的开关断开，以避免发生故障的SST进一步损坏负载320。如上文所讨论的，即使在第一SST 301和第二SST 302的一者因开关断开而停止向负载320供电，由于第一SST 301和第二SST 302在输出侧交叉互联，因此负载320仍然可以由正常工作的SST输出的两路直流输出进行双路供电。
虽然上文针对不同的连接单元的情况进行描述，但这些不同的连接单元也可以组合使用。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，第一SST 301和第二SST 302各自被构造为使得能量能够在相应SST的第二端和第三端之间双向流动。上文已经描述了设置储能元件331和332以在第一SST 301的第一端311和第二SST 302的第一端314连接的中压交流输入发生故障时使用储能元件331和332为负载320临时供电。在设置有储能元件331和332的任一者的情况下，例如当储能元件331与负载320的第一端321之间的电连接发生故障时，能量仍然能够从储能元件331传递至第一SST 301的第二端312，并接着传递至第一SST301的第三端313，并最后传递至负载320的第二端322(如图3B所示)。或者能量仍然能够从储能元件331传递至第二SST 302的第二端315，并接着传递至第二SST 302的第三端316，并最后传递至负载320的第二端322(如图3C所示)。从而储能元件331的电能能够借助第一SST301的第二端和第三端之间的能量双向流动和第二SST 302的第二端和第三端之间的能量双向流动提供至负载320的第二端322。类似地，当储能元件332与负载320的第二端322之间的电连接发生故障时，能量仍然能够从储能元件332传递至第一SST 301的第三端313，并接着传递至第一SST 301的第二端312，并最后传递至负载320的第一端321(如图3D所示)。或者能量仍然能够从储能元件332传递至第二SST 302的第三端316，并接着传递至第二SST302的第二端315，并最后传递至负载320的第一端321(如图3E所示)。从而储能元件332的电能能够借助第一SST 301和第二SST 302的第二端和第三端之间的能量双向流动提供至负载320的第一端321。从而在两路市电停电(即第一SST 301的第一端311和第二SST 302的第一端314连接的中压交流输入发生故障)，并且一侧的储能元件到对应的负载端口的电连接发生故障时，在两侧电池配置减半的情况下也能保证足够的备电时间。
下文将进一步描述SST的具体结构。图4示出了高频隔离变换器(例如SST)400的示意图。图4中的SST 400可以是图3中的第一SST 301和第二SST 302中的任一个。
如图4所示，SST 400由多个具有相同构造的模块M1、M2、…Mn构成。每个模块具有相同的结构，因此将针对模块M1描述每一个模块的构造。模块M1具有一个整流电路410和两个高频隔离电路420和430。高频隔离电路420和430的一次侧并联后与整流电路410的直流输出侧连接。整流电路410接收交流输入，并将交流输入变换为直流电压输出。接着，高频隔离电路420和430分别将整流电路410输出的直流电压转换为低压直流输出(例如，270V的直流输出)。高频隔离电路420输出第一路直流输出(例如，270V的直流输出V1)，高频隔离电路430输出第二路直流输出(例如，270V的直流输出V2)。
在SST 400中，多个模块中的整流电路410的交流输入侧串联连接接收中压交流输出，并且多个模块中的高频隔离电路420的二次侧并联连接，以共同作为第一路直流输出，多个模块中的高频隔离电路430的二次侧并联连接，以共同作为第二路直流输出。因此，SST400极简的多模块两级架构实现了电压变换的高效率，并且多模块使得维护简单。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，为了实现SST的第二端和第三端之间的能量双向流动，SST 400的每一个模块的高频隔离电路420和430均构造为为双向DC/DC变换电路，高频隔离电路420的一侧和高频隔离电路430的一侧并联连接至公共母线Vbus，高频隔离电路420的另一侧连接至第一路直流输出(例如，270V的直流输出V1)并给负载的第一端供电，高频隔离电路430的另一侧连接至第二路直流输出(例如，270V的直流输出V2)并给负载的第二端供电。结合图3B-图3C所示的储能元件的电能依次经由SST的第二端和第三端向负载的第二端供电的情况下，储能元件的能量从第一路直流输出通过作为双向DC/DC变换电路的高频隔离电路420传递至公共母线Vbus，接着能量从公共母线Vbus通过作为双向DC/DC变换电路的高频隔离电路430传递到第二路直流输出并给负载的第二端供电。从而实现了当储能元件到负载的第一端的电连接发生故障时，储能元件仍然可以给负载(的第二端)供电。在图3D-图3E所示的储能元件的电能依次经由SST的第三端和第二端向负载的第一端供电的情况下，高频隔离电路420和430也以类似的方式操作。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，整流电路410可以是全桥整流电路，也可以是半桥整流电路。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，高频隔离电路420和430采用LLC实现高频高效，并且为了追求高频隔离电路420和430的紧凑结构，其变压器可以复用同一个绝缘板。
图5示出了高频隔离电路420和430的变压器的布置。如图5所示，高频隔离电路420和430的变压器设置在绝缘板440上。高频隔离电路420的变压器的部分磁芯和一次侧(原边)绕组421以及高频隔离电路430的变压器的部分磁芯和一次侧绕组431设置在绝缘板440的第一侧441，并且高频隔离电路420的变压器的另一部分磁芯和二次侧(副边)绕组422以及高频隔离电路430的变压器的另一部分磁芯和二次侧绕组432设置在绝缘板440的第二侧442，第一侧441和第二侧442相对。因此，复用绝缘板的高频隔离电路420和430的结构更加紧凑，并进一步减少了占地面积。
图6示出了根据另一个实施方式的高频隔离变换器(例如SST)400’的示意图。图6中的SST 400’可以是图3中的第一SST 301和第二SST 302中的任一个。
如图6所示，SST 400’由多个具有相同构造的模块M1、M2、…Mn构成。每个模块具有相同的结构，因此将针对模块M1描述每一个模块的构造。模块M1具有整流电路410、逆变电路440、变压器450和两个开关电路461和462。整流电路410接收交流输入，并将交流输入变换为直流电压输出。接着，整流电路410输出的直流电压被输入至逆变电路440的输入端，将直流电压重新变换为交流电压后从逆变电路的输出端输出至变压器450的原边绕阻451。变压器450进一步具有两个副边绕组452和453，以将原边绕阻451上的交流电压变压为两路低压交流。副边绕组452连接至开关电路461，以用于将第一路低压交流变换为第一路低压直流(例如，图6中的270V V1)。副边绕组453连接至开关电路462，以用于将第二路低压交流变换为第二路低压直流(例如，图6中的270V V2)。
在SST 400’中，多个模块中的整流电路410的交流输入侧串联连接接收中压交流输入，并且多个模块中的开关电路461的输出侧并联连接，以共同作为第一路直流输出，多个模块中的开关电路462的输出侧并联连接，以共同作为第二路直流输出。因此，SST 400’的多模块两级架构实现了电压变换的高效率，并且多模块使得维护简单。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，为了实现SST的第二端和第三端之间的能量双向流动，在SST 400’的每一个模块的开关电路461和462中，能量能够双向流动。第一路直流输出(例如，图6中的270V V1)给负载的第一端供电。第二路直流输出(例如，图6中的270V V2)给负载的第二端322供电。结合图3B-图3C所示的储能元件的电能依次经由SST的第二端和第三端向负载的第二端供电的情况下，储能元件的能量从第一路直流输出通过开关电路461传递至变压器450的绕组452，然后基于变压器绕组453和452的耦合，能量从绕组452传递至绕组453，最后通过开关电路462传递到第二路直流输出并给负载的第二端供电。从而实现了当储能元件到负载的第一端的电连接发生故障时，储能元件仍然可以给负载(的第二端)供电。在图3D-图3E所示的储能元件的电能依次经由SST的第三端和第二端向负载的第一端供电的情况下，开关电路462和463也以类似的方式操作。
图7示出了根据本发明另一个实施方式的供电单元500的示意图。供电单元500包括三套高频隔离变换器，例如SST，即第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503，这三套SST501-503用于向两个负载520和530供电。
第一SST 501具有第一端511、第二端512和第三端513。第一SST 501的第一端511接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)从第二端512和第三端513输出。类似地，第二SST 502具有第一端514、第二端515和第三端516。第二SST 502的第一端514接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)从第二端515和第三端516输出。类似地，第三SST 503具有第一端517、第二端518和第三端519。第三SST 503的第一端517接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)从第二端518和第三端519输出。
虽然图7示出的SST 501-503接收相同大小的中压交流输入(例如都是10KV的交流电压)，可替代地，第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503所接收的中压交流输入大小可彼此不同。在这种情况下，第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503中的变换电路可被设置不同的参数(例如，具有不同的变压比)使得第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503仍然输出相同的直流输出(例如，270V的直流电压)。
如图7所示，第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503在输出侧交叉互联后形成两组双路直流输出，其中一组为负载520的第一端521和第二端522供电，另外一组为负载530的第一端531和第二端532供电。具体而言，第一SST 501的第二端512和第二SST 502的第二端515均连接至第一节点N1后，接着连接至负载520的第一端521以为其供电；第一SST501的第三端513和第二SST 502的第三端516均连接至第二节点N2后，接着连接至负载520的第二端522以为其供电。第一SST 501的第二端512进一步和第三SST 503的第二端518连接至第三节点N3后，接着连接至负载530的第一端531以为其供电；第一SST 501的第三端513进一步和第三SST 503的第三端519连接至第四节点N4后，接着连接至负载530的第二端532以为其供电。因此，供电单元500通过使用三路SST实现了两个负载520和530的冗余供电。
在供电单元500中，在第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503中的一个发生故障的情况下，仍然能够保证两个负载520和530的双路供电。例如，当第一SST 501发生故障时，由于第一SST 501、第二SST 502和第三SST 503在输出侧交叉互联，因此负载520仍然可以由第二SST 502输出的两路直流输出供电，并且负载530仍然可以由第三SST 503输出的两路直流输出供电。当第二SST 502或第三SST 503发生故障时，也是如此。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，虽然没有示出，但是与图3讨论的供电单元300类似，供电单元500也可进一步设置有储能元件，以在第一SST 501、第二SST502和第三SST 503中的两个或三个均发生故障时能够为负载520和530临时供电。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，与图3讨论的供电单元300类似，如图6所示，第一SST 501的第二端512经由连接单元541连接至第二SST 502的第二端515，第一SST 501的第三端513经由连接单元543连接至第二SST 502的第三端516，第一SST 501的第二端512经由连接单元542连接至第三SST 503的第二端518，并且第一SST 501的第三端513经由连接单元544连接至第三SST 503的第三端519。这些连接单元可以是导线、熔丝、开关或变换器，并且和参考图3讨论的供电单元300中的连接单元作用相同，在次不再赘述。
图8示出了根据本发明的一个实施方式的供电系统600的示意图。供电系统包括有N个供电单元，其中N大于等于2。例如，图7示出的供电系统包括了4个供电单元。每一个供电单元的构造和上文图3讨论的供电单元300相同。例如，在供电单元P1中，包括两套高频隔离变换器，例如SST，即第一SST 601和第二SST 602，这两套SST 601和602用于向负载620供电。第一SST 601具有第一端611、第二端612和第三端613。第一SST 601的第一端611接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)，第二端612和第三端613分别将转换后的低压直流输出提供至负载620的第一端621和第二端622。因此，第一SST 601将单一的中压交流输入转换为分别从第二端612和第三端613输出的两路低压直流输出。类似地，第二SST 602具有第一端614、第二端615和第三端616。第二SST 602的第一端614接收中压交流输入(例如10KV的交流电压)，并经过交流-直流变换，将中压交流输入转换为低压直流输出(例如270V的直流电压)，第二端615和第三端616分别将转换后的低压直流输出提供至负载620的第一端621和第二端622。因此，第一SST 602将单一的中压交流输入转换为分别从第二端615和第三端616输出的两路低压直流输出。此外，供电单元P1也可具有图3讨论的供电单元300中的相同的连接单元和储能元件。供电单元P2、P3和P4和供电单元P1具有相同的构造。
在供电系统600中，至少存在两个供电单元之间通过连接单元连接。例如，对于供电单元P1和P2，供电单元P1中的第二SST 602的第三端616与供电单元P2中的第一SST 601的第二端612经由连接单元631并联连接；又例如，对于供电单元P2和P3，供电单元P2中的第二SST 602的第三端616与供电单元P3中的第一SST 601的第二端612经由连接单元632并联连接。又例如，对于供电单元P3和P4，供电单元P3中的第二SST 602的第三端616与供电单元P4中的第一SST 601的第二端612经由连接单元633并联连接。
在供电系统600中，额外地或替代地，至少存在三个供电单元之间通过连接单元连接。例如，对于供电单元P1、P2和P3，供电单元P1中的第二SST 602的第三端616与供电单元P2中的第一SST 601的第二端612经由连接单元631相连，并且供电单元P2中的第二SST 602的第三端616与供电单元P3中的第一SST 601的第二端612经由连接单元632相连。又例如，对于供电单元P2、P3和P4，供电单元P2中的第二SST 602的第三端616与供电单元P3中的第一SST 601的第二端612经由连接单元632相连，并且供电单元P3中的第二SST 602的第三端616与供电单元P4中的第一SST 601的第二端612经由连接单元633相连。
在供电系统600中，额外地或替代地，N个供电单元中的第一个供电单元P1和最后一个供电单元P4之间可通过连接单元连接，例如，供电单元P4中的第二SST 602的第三端616与供电单元P1中的第一SST 601的第二端612经由连接单元634相连，使得N个供电单元具有实质环形的连接架构。
在供电系统600中，额外地或替代地，N个供电单元P1、P2、P3和P4中的每一个供电单元的第一SST 601的第一端611可并联连接以接收中压交流输入，并且N个供电单元P1、P2、P3和P4中的每一个供电单元的第二SST 602的第一端614可并联连接以接收另一中压交流输入。
如此连接的环路供电系统600形成了为每个供电单元的负载供电的冗余供电系统，并且只要不是连续的3个SST故障，环路供电系统600均可以保证所有的负载的双路输出。例如，在供电单元P2的两个SST均出现故障的情况下，供电单元P1的第二SST 602的第三端616可以继续为供电单元P2的负载620的第一端621供电，而供电单元P3的第一SST 601的第二端612可以继续为供电单元P2的负载620的第二端622供电。即，即使在某一供电单元的两个SST全部故障的情况下，故障供电单元的负载可以由与故障供电单元相连的其他供电单元中的SST进行双路供电。
在可与上文的实施方式结合的一些实施方式中，环路供电系统600还可设置有与形成环形的N个供电单元相独立(即，无电性连接)的一个或多个另外的供电单元。例如，供电系统600还可进一步设置有供电单元P5，其独立于形成环形的供电单元P1、P2、P3和P4。如图8所示的那样，供电单元P5的构造可以和图3讨论的供电单元300类似。供电单元P5的构造也可以和图7讨论的供电单元500类似。
在图8所示的供电系统中，也可以使第一SST 301和第二SST 302各自被构造为使得能量能够在相应SST的第二端和第三端之间双向流动。如果供电单元P1中电池641到负载620的第一端621的路径发生故障，通过使能量在同一个SST的第二端和第三端之间双向流动，电池641可以通过负载620的第二端给负载供电，供电单元P4中的电池642也可以通过负载620的第二端给负载供电。从而实现在两路市电停电，一侧电池到对应的负载端口的路径发生故障时，在两侧电池配置减半的情况下也能保证足够的备电时间。
以上实施例中，均以能量从中压交流端流向直流负载端为例进行说明。在另外一些实施例中，能量也可以从直流负载端流向中压交流端。
综上，本发明所提出的供电单元通过使用高频隔离变换器实现了更加简单、紧凑的结构，从而可使得占地面积减少。此外，高频隔离变换器可允许模块化的设计，因此可以允许故障高频隔离变换器断开中压输入，实现冷插板、快维护，从而可综合提升机房单位面积产出效益。通过使用连接单元将供电单元连接成环形，即使在某一供电单元的两个高频隔离变换器全部故障的情况下，故障供电单元的负载可以由与故障供电单元相邻的其他供电单元中的高频隔离变换器进行双路供电，提高了供电系统的可靠性。
尽管上述内容针对本发明内容的实施方式，但是也可在不脱离本发明内容的基本范围的情况下设计出本发明内容的其他和进一步的实施方式，并且本发明内容的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (19)

1.一种供电单元，包含：
第一高频隔离变换器，包含连接到第一电压的第一端、以及第二端和第三端；以及
第二高频隔离变换器，包含连接到第二电压的第一端、以及第二端和第三端；其中
所述第二高频隔离变换器的所述第二端和所述第一高频隔离变换器的所述第二端并联连接到第一负载的第一端，并且所述第二高频隔离变换器的所述第三端和所述第一高频隔离变换器的所述第三端并联连接到所述第一负载的第二端。
2.根据权利要求1所述的供电单元，其中所述第一高频隔离变换器的所述第二端经由第一连接单元和所述第二高频隔离变换器的所述第二端并联连接，并且所述第一高频隔离变换器的所述第三端经由第二连接单元和所述第二高频隔离变换器的所述第三端并联连接。
3.根据权利要求2所述的供电单元，所述连接单元是导线、熔丝、开关或变换器。
4.根据权利要求1所述的供电单元，进一步包括第一储能元件和第二储能元件，所述第一储能元件经由连接单元电连接至所述第一负载的所述第一端，所述第二储能元件经由另一连接单元电连接至所述第一负载的所述第二端。
5.根据权利要求1所述的供电单元，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器各自包含：
多个模块，所述多个模块的每一个包含：
整流电路，包含第一端和第二端；
第一高频隔离电路，所述第一高频隔离电路的第一端连接到所述整流电路的所述第二端，所述第一高频隔离电路的第二端连接到所述第一负载的所述第一端；和
第二高频隔离电路，所述第二高频隔离电路的第一端和所述第一高频隔离电路的所述第一端并联连接，所述第二高频隔离电路的第二端连接到所述第一负载的所述第二端，
其中，所述多个模块的所述整流电路的所述第一端串联连接。
6.根据权利要求5所述的供电单元，其中所述整流电路是全桥整流电路或半桥整流电路。
7.根据权利要求5所述的供电单元，其中，在所述多个模块的每一个中：
所述第一高频隔离电路与所述第二高频隔离电路共用绝缘板，
所述第一高频隔离电路包含第一变压器，所述第二高频隔离电路包含第二变压器，
所述第一变压器和所述第二变压器各自包含磁芯、一次侧绕组和二次侧绕组，
所述第一变压器和所述第二变压器的部分磁芯和一次侧绕组设置在所述绝缘电路板的第一侧，并且
所述第一变压器和所述第二变压器的另一部分磁芯和二次侧绕组设置在所述绝缘板的与所述第一侧相对的第二侧。
8.根据权利要求1所述的供电单元，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器各自包含多个模块，所述多个模块的每一个包含：
第一整流电路，包含第一端和第二端；
逆变电路，所述逆变电路的第一端连接到所述第一整流电路的第二端；
变压器，包含原边绕组和两个副边绕组，所述原边绕组连接到所述逆变电路的第二端；和
两个第二开关电路，分别和所述两个副边绕组连接，并分别连接到所述第一负载的所述第一端和所述第二端，
其中，所述多个模块的所述第一整流电路的所述第一端串联连接。
9.根据权利要求1所述的供电单元，其中所述第一电压和所述第二电压为10kV交流电压。
10.根据权利要求1所述的供电单元，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器各自构造为使得能量能够在相应高频隔离变换器的所述第二端和所述第三端之间双向流动。
11.根据权利要求10所述的供电单元，进一步包括第一储能元件，所述第一储能元件电连接至所述第一负载的所述第一端、所述第一高频隔离变换器的所述第二端和所述第二高频隔离变换器的所述第二端，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器构造为使得：
来自所述第一储能元件的能量从所述第一高频隔离变换器的所述第二端经由所述第一高频隔离变换器的所述第三端传递至所述第一负载的所述第二端；或
来自所述第一储能元件的能量从所述第二高频隔离变换器的所述第二端经由所述第二高频隔离变换器的所述第三端传递至所述第一负载的所述第二端。
12.根据权利要求10所述的供电单元，进一步包括第二储能元件，所述第二储能元件电连接至所述第一负载的所述第二端、所述第一高频隔离变换器的所述第三端和所述第二高频隔离变换器的所述第三端，其中所述第一高频隔离变换器和所述第二高频隔离变换器构造为使得：
来自所述第二储能元件的能量从所述第一高频隔离变换器的所述第三端经由所述第一高频隔离变换器的所述第二端传递至所述第一负载的所述第一端；或
来自所述第二储能元件的能量从所述第二高频隔离变换器的所述第三端经由所述第二高频隔离变换器的所述第二端传递至所述第一负载的所述第一端。
13.根据权利要求2所述的供电单元，进一步包含：
第三高频隔离变换器，包含连接到第三电压的第一端、以及第二端和第三端，
所述第一高频隔离变换器的所述第二端经由第三连接单元和所述第三高频隔离变换器的所述第二端并联连接到第二负载的第一端，所述第一高频隔离变换器的所述第三端经由第四连接单元和所述第三高频隔离变换器的所述第三端并联连接到所述第二负载的第二端。
14.一种供电系统，包含：
N个供电单元，N≥2，其中
所述N个供电单元的每一个是根据权利要求1-12任一项所述的供电单元；并且
所述N个供电单元包含第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元的第二高频隔离变换器的第三端经由连接单元与第二供电单元的第一高频隔离变换器的第二端相连。
15.根据权利要求14所述的供电系统，其中
所述N个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述N个供电单元中的第(i-1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接，所述N个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端经由连接单元与所述N个供电单元中的第(i+1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端并联连接，2≤i≤N-1；并且
所述N个供电单元中的第1个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述N个供电单元中的第N个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接。
16.根据权利要求14所述的供电系统，其中，
所述N个供电单元包含M个供电单元，M<N；
所述M个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述M个供电单元中的第(i-1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接，所述M个供电单元中的第i个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端经由连接单元与所述M个供电单元中的第(i+1)个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端并联连接，2≤i≤M-1；以及
所述M个供电单元中的第1个供电单元的第一高频隔离变换器的第二端经由连接单元与所述M个供电单元中的第M个供电单元的第一高频隔离变换器的第三端并联连接。
17.根据权利要求14或15所述的供电系统，进一步包含与所述N个供电单元独立的一个或多个额外的供电单元，所述一个或多个额外的供电单元是根据权利要求1-10任一项所述的供电单元。
18.根据权利要求14-16任一项所述的供电系统，其中所述N个供电单元的第一高频隔离变换器的第一端并联，并且所述N个供电单元的第二高频隔离变换器的第一端并联。
19.一种供电系统，包含：
多个根据权利要求1-12任一项所述的供电单元，其中，多个所述供电单元的第一高频隔离变换器的第一端并联，多个所述供电单元的第二高频隔离变换器的第一端并联。
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