DE102021121927A1 - Leistungsquellen für eine Brennstoffzelle und für den Netzausfallschutz in Stromversorgungssystemen - Google Patents

Leistungsquellen für eine Brennstoffzelle und für den Netzausfallschutz in Stromversorgungssystemen Download PDF

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Abstract

Ein unterbrechungsfreies Stromversorgungs- (USV) System (100) oder ein anderes Stromversorgungssystem beinhaltet eine primäre Stromquelle (102) und eine Brennstoffzelle (104) und ein Batteriesystem (106) als eine Reservestromquelle. Die Brennstoffzelle (104) und das/die Batteriereservesystem(e) (106) sind in die primäre Stromquelle (102) integriert, um die erforderlichen Stromkomponenten zu reduzieren und eine hochwertige Stromkonditionierung für das USV-System (100) bereitzustellen. Ein Steuersystem (202) empfängt und analysiert Daten von der primären Stromquelle (102) sowie von der Brennstoffzelle (104) und den Batteriereservesystemen (106), um eine fortschrittliche Stromverwaltung und eine gemeinsame Nutzung des Stroms durchzuführen, Übergänge zu verwalten, Strom in das Versorgungsnetz zu exportieren und Boil-Off-Verluste in der Brennstoffzelle (104) zu verwalten.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf unterbrechungsfreie Stromversorgungs-(USV) Systeme und andere Reservestromversorgungssysteme, die bei stromsensiblen Anwendungen verwendet werden. Genauer gesagt werden in dieser Offenbarung USVs und Reservestromversorgungssysteme beschrieben, die Brennstoffzellen, Batteriesysteme und Stromverwaltungssteuerungssysteme beinhalten, die derart konfiguriert sind, dass sie USV-Funktionalität, gemeinsame Nutzung von Strom und hochwertige Stromaufbereitung bereitstellen.
  • Stand der Technik
  • USV-Systeme und andere Reservestromversorgungssysteme werden verwendet, um kritische und stromsensible Umgebungen bei einem Stromausfall an einer primären Stromquelle zu schützen. In Umgebungen wie Krankenhäusern, Datenzentren, Bergwerken und kritischen Informationstechnologie- (IT) Anwendungen werden USVs verwendet, um Computer und andere Geräte bei Stromausfällen und erheblichen Verlusten sicher und funktionsfähig zu halten. USV-Systemen beinhalten häufig Generatorsätze und/oder andere Netzausfallschutzsysteme, die derart konfiguriert sind, dass sie Stromausfälle von einer primären Stromquelle, wie dem öffentlichen Stromnetz, erkennen und als Reaktion automatisch einen hochwertigen Reservestrom bereitstellen, damit die Computer und die anderen Geräte in der Umgebung ununterbrochen weiterarbeiten können. In solchen Systemen reichen Batterien allein jedoch nicht aus, um den Reservestrom bereitzustellen, der in der Regel bei mehrstündigen Ausfällen (z. B. 48 Stunden) erforderlich ist, sodass die Kosten und der Platzbedarf für Batterien nicht tragbar sind, um sie durch Generatorsätze als Reserve zu ersetzen oder zu vermeiden.
  • Brennstoffzellen, die Wasserstoff und Sauerstoff oder andere chemische Kombinationen verwenden, um über elektrochemische Reaktionen Elektrizität zu erzeugen, stellen als Stromquellen erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Diesel- oder Gasgeneratorsätzen bereit. Beispielsweise stellen Brennstoffzellen eine saubere Energiequelle mit einem geringeren Kohlenstoff-Fußabdruck bereit. Außerdem sind Brennstoffzellen als eine Reserveenergiequelle langlebiger, leiser und zuverlässiger als vergleichbare Generatorsätze. Zusätzlich können Brennstoffzellen im Gegensatz zu Batterien bei Bedarf über längere Zeiträume (z. B. 24 bis 48 Jahre) als Reservestromquellen dienen. Wenn jedoch Brennstoffzellen als Reservestrom verwendet werden und Generatorsätze ersetzen, ist zusätzliche Leistungselektronik erforderlich, um den Gleichstromeingang der Brennstoffzelle in Wechselstromleistung umzuwandeln, sowie ein Umschalter für die Überbrückung des Stroms. Andererseits haben viele Brennstoffzellen Eigenschaften, die sie für die direkte Verwendung in USV-Systemen als Ersatz für Batteriesysteme unpraktisch machen. Wird beispielsweise ein Brennstoffzellensystem aktiviert, dauert es oft mehrere Minuten, bis die Stromausgabe der Brennstoffzelle angestiegen ist, bevor sie ausreichend Strom bereitstellen kann, um als primäre Stromquelle zu übernehmen. Während dieses Anstiegszeitraums wird eine separate Batterie oder ein anderes Energiespeichersystem verwendet, um als Teil des USV-Systems Strom bereitzustellen. Zusätzlich, wenn erwartet wird, dass die Brennstoffzelle als sekundärer Strom zusätzlich zu dem Stromversorgungsnetz für den Spitzenausgleich wirkt, sowie Wirk- und Blindleistung an das Versorgungsnetz bereitzustellen, würde der Reservestrom innerhalb einer herkömmlichen USV zusätzliche Stromrichter benötigen, die für die Leistungselektronik innerhalb des USV-Systems überflüssig sind. Die Integration von Brennstoffzellensystemen sowohl als Reserve- als auch als sekundärem Strom in herkömmlichen Architekturen würde eine übermäßige und überflüssige Leistungselektronik erfordern, was zusätzliche Kosten verursacht und sich negativ auf den Platzbedarf auswirkt.
  • Das US-Patent Nr. 7.244.524 („das '524-Patent“) beschreibt beispielsweise ein Stromversorgungssystem mit einer primären Stromquelle und einer Brennstoffzelle als eine sekundäre Stromquelle. Das in dem '524-Patent beschriebene System beinhaltet ein Steuerungsverfahren zum Übergehen von der primären Stromquelle zu der Brennstoffzelle. Das '524-Patent beschreibt ebenso die Verwendung der Brennstoffzelle für die Ergänzung der primären Stromquelle, wenn die Last die Möglichkeiten der primären Stromquelle übersteigt. Das in dem '524-Patent beschriebene System führt jedoch keine Stromaufbereitungstechniken durch und wäre daher für die Verwendung in hochwertigen USV-Systemen ungeeignet. Darüber hinaus beschreibt das '524-Patent keine Stromverwaltungstechniken für die Brennstoffzelle (z. B. Boil-Off), keine Stromfaktorumwandlung und keine überwachte Steuerung der Übergangsvorgänge, der gemeinsamen Nutzung von Strom und des Exports von Strom zurück in das öffentliche Versorgungsnetz. Dementsprechend kann das in dem '524 beschriebene System ebenso nicht die potenziellen Vorteile von Brennstoffzellensystemen in USV-Umgebungen nutzen.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zielen darauf ab, die vorstehend beschriebenen Mängel zu überwinden.
  • Kurzdarstellung
  • In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Stromversorgungssystem eine primäre Stromquelle, die derart angeordnet ist, dass sie einer Ziellast über einen Gleichstrombus Spannung bereitstellt, wobei der Gleichstrombus elektrisch mit der Ziellast verbunden ist und über eine erste Verbindung elektrisch mit der primären Stromquelle verbunden ist. Das Stromversorgungssystem beinhaltet ferner eine erste Reservestromquelle, die eine elektrochemische Brennstoffzelle beinhaltet, wobei die erste Reservestromquelle derart angeordnet ist, dass sie der Ziellast über den Gleichstrombus eine Spannung von der elektrochemischen Brennstoffzelle bereitstellt, wobei der Gleichstrombus über eine zweite Verbindung elektrisch mit der ersten Reservestromquelle verbunden ist. Darüber hinaus beinhaltet das Stromversorgungssystem eine zweite Reservestromquelle, die eine Energiespeichervorrichtung beinhaltet, wobei die zweite Reservestromquelle derart angeordnet ist, dass sie der Ziellast über den Gleichstrombus Spannung von der Stromspeichervorrichtung bereitstellt, wobei der Gleichstrombus über eine dritte Verbindung elektrisch mit der zweiten Reservestromquelle verbunden ist.
  • In einem anderen Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren das Empfangen eines ersten Datensignals von einer primären Stromquelle eines Stromversorgungssystems durch ein Steuersystem, wobei die primäre Stromquelle derart angeordnet ist, dass sie einer Ziellast über einen Gleichstrombus, der elektrisch zwischen der primären Stromquelle und der Ziellast angeordnet ist, Spannung bereitstellt. Das Verfahren beinhaltet ferner das Empfangen eines zweiten Datensignals von einer Reservestromquelle des Stromversorgungssystems durch das Steuersystem, wobei die Reservestromquelle eine elektrochemische Brennstoffzelle umfasst, wobei die Reservestromquelle separat mit dem Gleichstrombus gekoppelt und derart angeordnet ist, dass sie der Ziellast über den Gleichstrombus Spannung von der elektrochemischen Brennstoffzelle bereitstellt. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren das Bestimmen einer ersten Ausgabespannung, die der primären Stromquelle zugeordnet ist, durch das Steuersystem und wenigstens teilweise auf der Grundlage des ersten Datensignals und des zweiten Datensignals, und das Bestimmen einer zweiten Ausgabespannung, die der Reservestromquelle zugeordnet ist, durch das Steuersystem und wenigstens teilweise auf der Grundlage des ersten Datensignals und des zweiten Datensignals. Das Verfahren beinhaltet ferner das Übertragen einer ersten Steueranweisung, die Daten beinhaltet, die die erste Ausgabespannung darstellen, durch das Steuersystem an eine Steuervorrichtung der primären Stromquelle über eine erste Datenverbindung, und das Übertragen einer zweiten Steueranweisung, die Daten beinhaltet, die die zweite Ausgabespannung darstellen, durch das Steuersystem an eine Steuervorrichtung der Reservestromquelle über eine zweite Datenverbindung. Zusätzlich bewirkt in solchen Beispielen die erste Steueranweisung, dass die primäre Stromquelle die erste Ausgabespannung ausgibt, und wobei die zweite Steueranweisung bewirkt, dass die Reservestromquelle die zweite Ausgabespannung ausgibt.
  • In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein USV-System eine primäre Stromquelle, die derart angeordnet ist, dass sie einer Ziellast Strom bereitstellt, wobei die primäre Stromquelle eine erste Steuervorrichtung beinhaltet, die derart konfiguriert ist, dass sie eine erste Stromausgabe von der primären Stromquelle an die Ziellast steuert. Das USV-System beinhaltet ferner eine erste Reservestromquelle, die eine elektrochemische Brennstoffzelle umfasst, wobei die erste Reservestromquelle eine zweite Steuervorrichtung beinhaltet, die derart konfiguriert ist, dass sie eine zweite Stromausgabe von der ersten Reservestromquelle an die Ziellast steuert. Darüber hinaus beinhaltet das USV-System eine zweite Reservestromquelle, die eine Energiespeichervorrichtung umfasst, wobei die zweite Reservestromquelle eine dritte Steuervorrichtung umfasst, die derart konfiguriert ist, dass sie eine dritte Stromausgabe von der zweiten Reservestromquelle an die Ziellast steuert. Darüber hinaus beinhaltet das USV-System ein Steuersystem mit einer oder mehreren Zentraleinheiten (CPUs) und einem Speicher, der ausführbare Anweisungen speichert, die, wenn sie von der einen oder den mehreren CPUs ausgeführt werden, das Steuersystem veranlassen, verschiedene Vorgänge durchzuführen. In solchen Beispielen beinhalten die von dem Steuersystem durchgeführten Vorgänge das Empfangen eines Datensignals über eine oder mehrere Datenverbindungen von der primären Stromquelle, der ersten Reservestromquelle oder der zweiten Reservestromquelle. Die Anweisungen beinhalten ferner, wenigstens teilweise auf der Grundlage des Datensignals, das Bestimmen einer Ausgabespannung, die wenigstens einer der primären Stromquelle, der ersten Reservestromquelle oder der zweiten Reservestromquelle zugeordnet ist. Darüber hinaus beinhalten die Anweisungen das Übertragen einer Steueranweisung einschließlich Daten, die die bestimmte Ausgabespannung darstellen, über die eine oder mehrere Datenverbindungen an wenigstens eine der primären Stromquelle, der ersten Reservestromquelle und der zweiten Reservestromquelle.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Beispiel für ein Stromversorgungssystem für eine UVS einschließlich einer primären Stromquelle, einer integrierten Brennstoffzelle und einer Energiespeichervorrichtung gemäß einem oder mehreren Beispielen der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 zeigt ein Beispiel für ein einer USV zugeordnetes Steuersystem, einschließlich Datenverbindungen, die der primären Stromquelle und Reservestromquellen der integrierten Brennstoffzelle und der Energiespeichervorrichtung zugeordnet sind, gemäß einem oder mehreren Beispielen der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Vorgang zum Verwalten der gemeinsamen Nutzung von Strom in einem Stromversorgungssystem einschließlich mehrerer Stromquellen gemäß einem oder mehreren Beispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Vorgang zum Verwalten des Erkennens von Stromstörungen und des Durchführens von Stromübergangen in einem Stromversorgungssystem einschließlich einer primären Stromquelle und Reservestromquelle(n) gemäß einem oder mehreren Beispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Vorgang zum Verwalten eines Stromversorgungssystems einschließlich einer primären Stromquelle und Reservestromquelle(n) und zum Exportieren von Strom an ein elektrisches Versorgungsnetz gemäß einem oder mehreren Beispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 zeigt ein Beispiel für ein Stromversorgungssystem 100 der vorliegenden Offenbarung. Wie im Folgenden beschrieben, beziehen sich die hierin beschriebenen Techniken und Systeme auf USV-Systeme und/oder andere Stromversorgungssysteme einschließlich Reservestromquellen für die integrierten Brennstoffzellen und/oder die Energiespeichervorrichtung. In diesem Beispiel beinhaltet das Stromversorgungssystem 100 eine primäre Stromquelle 102, eine Brennstoffzelle 104, die als Reservestromquelle angeordnet ist, und eine Energiespeichervorrichtung 106, die als weitere Reservestromquelle angeordnet ist. Das Stromversorgungssystem 100 ist mit verschiedenen elektrischen Komponenten angeordnet, die im Folgenden näher beschrieben werden, um Strom (z. B. Wechselspannung) von der primären Stromquelle 102, der Brennstoffzelle 104, der Energiespeichervorrichtung 106 oder einer Kombination dieser Stromquellen einer Ziellast bereitzustellen (über einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter mit einem Transformator, falls erforderlich). In verschiedenen Beispielen beinhaltet die Ziellast jede Einrichtung oder Ausrüstung, die für den Betrieb Strom benötigt. Ein USV-System ist ein Stromversorgungssystem, das wenigstens eine Reservestromquelle umfasst, die derart konfiguriert ist, dass sie einer Ziellast in dem Falle eines Stromausfalls oder einer Störung bei einer primären Stromquelle Strom bereitstellt. Wie bereits erwähnt, werden USV-Systeme häufig für den Stromschutz wertvoller Ausrüstung und kritischer Einrichtungen bereitgestellt, die eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Elektrizität benötigen. In verschiedenen Implementierungen ist das Stromversorgungssystem 100 derart konfiguriert, dass es verschiedene Arten von Ziellasten Strom bereitstellt, wie Krankenhäusern und medizinischen Zentren, Banken, Datenzentren, Telekommunikationseinrichtungen, Versorgungsunternehmen, elektronischen oder produktionsbasierten Fertigungseinrichtungen, Rundfunkausrüstung und kritische Informationstechnologie- (IT) Infrastrukturen. In jedem der hierin beschriebenen Beispiele kann das Stromversorgungssystem 100 und/oder andere Stromversorgungssysteme der vorliegenden Offenbarung ein USV-System umfassen.
  • Bestimmte hierin beschriebene Techniken und Systeme beinhalten ein Stromversorgungssystem 100 mit einer kompakten Architektur und einem Steuersystem 202, das es einer Brennstoffzelle 104 ermöglicht, als Reservestrom bei Versorgungsnetzausfall, als sekundärer Strom für die Ergänzung des Versorgungsnetzes, als eine USV-Stromversorgung mit einer Energiespeichervorrichtung 106 (z. B. Batteriesystem, Ultrakondensator usw.) zu wirken und eine Konditionierung des Versorgungsstroms bereitzustellen, der Ziellast und/oder dem Versorgungsnetz konditionierten Strom zuzuführen, Übergänge zu verwalten und die gemeinsame Nutzung von Strom zwischen der primären Stromquelle 102 (z. B. dem Versorgungsnetz), der Brennstoffzelle 104 und der Energiespeichervorrichtung 106 zu verwalten.
  • Während des Betriebs des Stromversorgungssystems 100 wird Strom von der primären Stromquelle 102 an einen vorgeschalteten Stromtransformator 108, über einen aktiven Front-End- (AFE) und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 (oder Gleichrichter) an einen Gleichstrombus 112 bereitgestellt. In einigen Beispielen ist die primäre Stromquelle 102 ein elektrisches Versorgungsnetz, wie das elektrische Versorgungsnetz eines öffentlichen Versorgungsbetriebs. Der Stromtransformator 108 ist in das Stromversorgungssystem 100 integriert und mit der primären Stromquelle 102 verbunden, um vorgelagerte Spannungsstörungen und/oder elektrische Verschmutzung durch das elektrische Versorgungsnetz zu vermeiden und ein niedriges Niveau vorgelagerter Verzerrungen aufrechtzuerhalten. Der Stromtransformator 108 stellt somit einen gleichmäßigen und zuverlässigen Elektrizitätsfluss zu dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 bereit. Der AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 beinhaltet elektrische Schaltungen, die derart konfiguriert sind, dass sie die von dem Stromtransformator 108 empfangene Wechselstromeingabe in eine Gleichstromausgabe umwandeln. In einigen Beispielen sind der AFE- und der Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 derart konfiguriert, dass sie eine bestimmte Gleichstromspannung ausgeben, die auf den Stromanforderungen der Ziellast basiert. Der AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 ist in einigen Fällen derart konfiguriert, dass er die Anforderungen an die Versorgungsnetzbindung erfüllt und/oder alle erforderlichen Blindleistungs- und Stromfaktorkorrekturen für das Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 bereitstellt. Die aktiven Front-End-Komponenten des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110 überwachen und formen die Stromwellenform derart, dass sie sinusförmig ist, wodurch die harmonische Verzerrung des von dem Stromtransformator 108 empfangenen Stroms reduziert wird. Wie weiter unten erläutert, ermöglicht die aktive Front-End-Gestaltung des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110 den Rückexport von Strom aus der Brennstoffzelle 104 in die primäre Stromquelle 102 (z. B. das elektrische Versorgungsnetz) für die Wiederverwendung.
  • Der von der primären Stromquelle 102 bereitgestellte Strom fließt von dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 in den Gleichstrombus und dann zu dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114 beinhaltet elektrische Schaltungen, die derart konfiguriert sind, dass sie die von dem Gleichstrombus 112 empfangene Gleichstromeingabe in eine Wechselstromausgabe umwandeln, der dem nachgeschalteten Stromtransformator 116 bereitgestellt wird. Der Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114 wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, um die für die Ziellast benötigte Wechselspannung zu erzeugen, und wird ebenso verwendet, um die Stromqualität von sauberer Wechselstromleistung mit geringer Verzerrung aufrechtzuerhalten. Der Stromtransformator 116, der in einigen Fällen verwendet werden kann, stellt der Ausrüstung und/oder den Vorrichtungen der Ziellast Wechselstromleistung bereit, während er diese Ausrüstung und/oder diese Vorrichtungen aus Sicherheitsgründen von der Wechselstromleistungsquelle isoliert. Wenn also Strom von der primären Stromquelle 102 zu der/den Ziellast(en) fließt, ist das Stromversorgungssystem 100 ein spannungs- und frequenzunabhängiges (VFI) System, das eine doppelte Umwandlung durch den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 und den Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114 verwendet, um vor Spannungs- und Frequenzschwankungen an der primären Stromquelle 102 zu schützen.
  • In diesem Beispiel beinhaltet das Stromversorgungssystem einen statischen Bypass-Schalter 118, der es der primären Stromquelle 102 (z. B. dem öffentlichen elektrischen Versorgungsnetz) ermöglicht, Strom direkt an die Ziellast(en) zuzuführen. In einigen Fällen wird der statische Bypass-Schalter 118 als Reaktion auf ein Versagen in dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 und/oder in dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114 automatisch in Eingriff genommen. Zusätzlich oder alternativ wird der statische Bypass-Schalter 118 bei normalem Betrieb und ohne Versagen in der Leistungselektronik des Stromversorgungssystems in Eingriff genommen, beispielsweise, wenn das Stromversorgungssystem 100 erkennt, dass die Spannung und die Frequenz der primären Stromquelle 102 ausreichend stabil sind. Wenn der statische Bypass-Schalter 118 in Eingriff genommen wird, wird die Doppelwandlung des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110 sowie des Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichters 114 überbrückt, was den Wirkungsgrad des Stromversorgungssystems 100 erhöht, jedoch die Spannungssteuerung einschränkt. In einigen Beispielen veranlasst jeder Stromausfall oder jede Störung oder eine erkannte Spannung, die außerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, das Stromversorgungssystem 100, den Bypass-Schalter 118 zu lösen und die Doppelwandlung des Stromflusses von der primären Stromquelle 102 wieder aufzunehmen.
  • Die Brennstoffzelle 104 besteht aus einer Polymer-Elektrolyt-Membran- (PEM-) Brennstoffzelle, die gasförmigen Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 als Brennstoff verwendet. Die einzelnen Teile und Komponenten der PEM-Brennstoffzelle 104 sind in dem Beispiel nicht dargestellt, um die anderen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 nicht zu verdecken; es versteht sich jedoch, dass alle bekannten Brennstoffzellenmerkmale und -technologien in der Brennstoffzelle 104 beinhaltet sein können. In einigen Fällen beinhaltet die Brennstoffzelle 104 beispielsweise eine Membran-Elektroden-Baugruppe zusammen mit Dichtungen und/oder bipolaren Platten, um die Membran-Elektroden-Baugruppe als einen Stapel in die Brennstoffzelle 104 einzubauen. Obwohl die Brennstoffzelle 104 in diesem Beispiel als eine PEM-Brennstoffzelle beschrieben wird, werden in anderen Beispielen ebenso andere bekannte Brennstoffzellentypen verwendet, einschließlich alkalischer Brennstoffzellen, phosphorsaurer Brennstoffzellen, Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen und/oder Festoxid-Brennstoffzellen.
  • Die Energiespeichervorrichtung 106 beinhaltet jede Energiespeichervorrichtung (oder Kombination von Energiespeichervorrichtungen) mit einer elektrischen Ausgabe. In einigen Beispielen beinhaltet die Energiespeichervorrichtung 106 ein Batteriesystem mit einer oder mehreren Batterien, Ultrakondensatoren und/oder anderen Energiespeichervorrichtungen, einschließlich Schwungradtypen mit einem Konverter für die Gleichstromausgabe. In einigen Fällen beinhaltet die Energiespeichervorrichtung 106 ein Batteriesystem mit einer Reihe von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Batterien und/oder Bleibatterien. Wie im Folgenden näher erläutert, werden entweder die Brennstoffzelle 104, die Energiespeichervorrichtung 106 und/oder eine Kombination aus zwei verwendet, um die Ziellast in dem Falle eines Ausfalls oder einer Störung des Stroms, der von der primären Stromquelle 102 fließt, mit Strom zu versorgen. In einigen Beispielen bilden die Brennstoffzelle 104 und die Energiespeichervorrichtung 106 eine hybride Reservestromquelle, die die technischen Vorteile der Brennstoffzelle 104, wie eine höhere Energiedichte, und die verschiedenen technischen Vorteile der Energiespeichervorrichtung 106 (z. B. Batteriesystem), wie eine höhere Stromdichte mit schnellerer Reaktion auf Lastwechsel, nutzt. In solchen Beispielen stellt die Brennstoffzelle 104 während eines Ausfalls oder einer Störung den größten Teil des Reservestroms für das Stromversorgungssystem 100 bereit, und die Energiespeichervorrichtung 106 fungiert als eine sekundäre Reservestromquelle, die zusätzliche Strom liefert, um Schwankungen auszugleichen. In einigen Fällen ist die Brennstoffzelle 104 ebenso derart konfiguriert, dass sie die Energiespeichervorrichtung 106 nach Bedarf auflädt.
  • In diesem Beispiel ist ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 zwischen der Brennstoffzelle 104 und dem Gleichstrombus 112 angeordnet (oder elektrisch gekoppelt), während ein zweiter Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 zwischen der Energiespeichervorrichtung 106 und dem Gleichstrombus 112 angeordnet ist. In anderen Beispielen sind die Brennstoffzelle 104 und/oder die Energiespeichervorrichtung 106 direkt mit dem Gleichstrombus 112 gekoppelt. So sind in diesem Beispiel die primäre Stromquelle 102, die Brennstoffzelle 104 und die Energiespeichervorrichtung 106 getrennt und unabhängig voneinander (entweder direkt oder über ihre separaten Zwischenkomponenten) mit demselben Gleichstrombus 112 gekoppelt. Dieses Beispiel veranschaulicht eine integrierte Gestaltung einer Brennstoffzelle 106 als eine Reservestromquelle innerhalb eines USV-Systems, was Vorteile bei der Vereinfachung der Gestaltung und der Reduzierung der Anzahl der Stromkomponenten in dem Stromversorgungssystem 100 bereitstellt. Darüber hinaus stellt die in diesem Beispiel dargestellte integrierte Gestaltung Vorteile für die Funktion des Stromversorgungssystems 100 bereit, da es Stromübergänge automatisch abwickelt und eine hochwertige Stromkonditionierung bereitstellt, die für viele USV-Systeme erforderlich ist.
  • Wenn während des Betriebs ein Stromausfall oder eine Stromstörung (z. B. eine Spannungsschwankung von ausreichender Größe und/oder Dauer) innerhalb des von der primären Stromquelle 102 bereitgestellten Stroms erkannt wird, sind die elektrischen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 derart konfiguriert, dass sie den Ausfall/die Störung automatisch erkennen und in die Verwendung von Strom aus der Brennstoffzelle 104 und/oder der Energiespeichervorrichtung 106 übergehen. In einigen Beispielen enthalten der AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 Schaltungen, die derart konfiguriert sind, dass sie Spannungseingabe- und -ausgaberückkopplungsdaten empfangen und die dem Gleichstrombus 112 bereitgestellte Spannung auf der Grundlage der Rückkopplung anpassen. In einem solchen Beispiel sind die Steuerschaltungen in dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, in dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und in dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart konfiguriert, dass sie eine Reihe von Zustandsvariablen überwachen, einschließlich der an der Komponente (Vein) empfangenen Eingabespannung, der an den Gleichstrombus 112 ausgegebenen Ausgabespannung (Vaus) und/oder des Ausgabestroms (Iaus). Auf der Grundlage dieser Zustandsvariablen sind die Schaltungen in dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, in dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und in dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart konfiguriert, dass sie die dem Gleichstrombus 112 bereitgestellte Spannung anpassen.
  • In diesem Beispiel erkennt sowohl der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 als auch der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 bei einem Stromausfall oder einer Störung der primären Stromquelle 102 den Ausfall oder die Störung auf der Grundlage der Änderungen seines eigenen Stromverbrauchs (z. B. unter Verwendung der Rückmeldesignale Vaus und Iaus). Als Reaktion darauf erhöhen der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und/oder der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 sofort ihre Stromausgabe, um den Übergang zu der/den Reservestromquelle(n) automatisch zu bewältigen. In manchen Fällen ist die Brennstoffzelle 104 gestaltungsbedingt nicht in der Lage, sofort die volle Stromausgabe bereitzustellen, sondern steigt erst nach einem gewissen Zeitraum aus dem Ruhezustand für den vollen Strom an. In solchen Fällen kompensiert die Energiespeichervorrichtung 106 die Anstiegsphase der Brennstoffzelle 104, indem sie sofort einen größeren Teil des Reservestroms bereitstellt und dann den bereitgestellten Strom reduziert, wenn der Strom der Brennstoffzelle 104 ansteigt. Insbesondere erkennt der der Energiespeichervorrichtung 106 zugeordnete Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 auf der Grundlage seiner Vaus- und Iaus-Rückkopplungssignale sowohl, dass die primäre Stromquelle 102 ausgefallen/gestört ist, als auch, dass die Brennstoffzelle 104 noch nicht mit vollem Reservestrom versorgt wird. Als Reaktion darauf ist der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart konfiguriert, dass er nach dem Ausfall/der Störung zunächst einen größeren Teil (oder den gesamten) des für den Antrieb der Ziellast(en) erforderlichen Reservestroms bereitstellt und dann den Ausgabestrom (z. B. den Batteriestrom) während eines Übergangszeitraums reduziert, während die Brennstoffzelle 104 auf den vollen Strom ansteigt. In diesem Beispiel beinhaltet das Stromversorgungssystem 100 ebenso einen zusätzlichen Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 124, der derart konfiguriert ist, dass er Strom von der Energiespeichervorrichtung 106 der Brennstoffzelle 104 erneut bereitstellt.
  • Auf ähnliche Weise erkennen der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und/oder der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 bei Wiederherstellung des Stroms an der primären Stromquelle 102 automatisch die Wiederherstellung auf der Grundlage von Spannungs- und Stromrückkopplungssignalen und wickeln den Stromübergang von den Reservestromquellen, der Brennstoffzelle 104 und der Energiespeichervorrichtung 106, zu der primären Stromquelle 102 ab. Wie bei den Stromübergängen, die durch Stromausfälle verursacht werden, erfolgen die Stromübergänge nach der Wiederherstellung der primären Stromquelle 102 in einigen Fällen schrittweise, indem die Stromausgabe der Brennstoffzelle 104 absteigt und die Stromausgabe der primären Stromquelle 102 mit einer entsprechenden Rate ansteigt.
  • Wie diese Beispiele zeigen, stellt das Stromversorgungssystem 100 die Möglichkeit bereit, Stromübergänge in dem Falle von Stromausfällen/-störungen und anschließenden Stromwiederherstellungen an der primären Stromquelle 102 zu bewältigen. Diese Stromübergänge werden während des Betriebs des Stromversorgungssystems 100 augenblicklich durchgeführt und erfolgen automatisch, ohne jegliches zentrales Steuersystem, auf der Grundlage der Anordnung und der individuellen Konfiguration der Stromelektronik. In diesem Beispiel werden die Stromübergänge des Stromversorgungssystems 100 durch den unabhängigen Betrieb des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110, des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 120 und des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 122 verwaltet, ohne direkte Verbindungen oder Kommunikation zwischen diesen Komponenten und ohne jegliche Datenverbindungen in dem Stromversorgungssystem 100 (z. B. nur Stromverbindungen). Obwohl sich die vorstehenden Beispiele auf die Verwaltung von Stromübergängen als Reaktion auf Änderungen des Stroms der primären Stromquelle 102 beziehen, werden ähnliche oder identische Techniken von dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 verwendet, um Übergänge auf der Grundlage von Änderungen (z. B. Fehlern oder Ausfällen) zu verwalten, die an der Brennstoffzelle 104 oder der Energiespeichervorrichtung 106 auftreten.
  • Wie bereits erwähnt, wird in einigen Beispielen ein Steuersystem für die Steuerung der Spannung einiger oder aller Wechselrichtervorrichtungen und/oder der Wandlervorrichtung innerhalb des Stromversorgungssystems 100 verwendet. Aufgrund der Verwendung eines gemeinsamen Gleichstrombusses 112 wird die Stromsteuerung zwischen den einzelnen an den Gleichstrombus 112 gekoppelten Vorrichtungen implementiert, um den Gleichstrombus 112 aufrechtzuerhalten, im Allgemeinen unter Verwendung von auf Abfall basierenden Steuerungen. In einigen Fällen ist der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 der Energiespeichervorrichtung 106 (z. B. des Batteriesystems) bidirektional, d. h. er kann Strom von der Energiespeichervorrichtung 106 aufnehmen oder dieser Strom bereitstellen. Die Brennstoffzelle 104 ist in einigen Fällen unidirektional, sodass der Ausgabestrom der Brennstoffzelle 104 erhöht und/oder reduziert wird, jedoch nie unter null fällt. Wie nachstehend beschrieben, stellt das aktive Front-End des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110 für die primäre Stromquelle 102 (z. B. ein Versorgungsnetz) dem Gleichstrombus 112 Strom bereit, kann jedoch ebenso bidirektional Strom in das Versorgungsnetz aufnehmen oder exportieren. Die Wandler und Wechselrichter innerhalb des Stromversorgungssystems 100 sind derart konfiguriert, dass sie den Gleichstrombus 112 stabil halten. In einigen Beispielen beinhalten beispielsweise ein oder mehrere der AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 untergeordnete Wechselrichtersteuerungen, die in den Gleichstrombus 112 einspeisen, um den Gleichstrombus 112 stabil zu halten.
  • Der Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114, von dem der Ziellast Strom bereitgestellt wird, ist derart konfiguriert, dass er sauberen Wechselstrom mit minimaler Verzerrung bereitstellt. Die aktiven Front-End-Steuerungen innerhalb des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110 werden in einigen Fällen für die Blindleistungs- und/oder Stromfaktorkorrektur verwendet. Zusätzlich gibt es in einigen Fällen eine separate Verbindung von der primären Stromquelle 102 zu der Ziellast über einen statischen Bypass-Schalter 118, der automatisch aktiviert wird, um der Ziellast über den Bypass-Pfad Strom bereitzustellen, falls der Wechselrichter in dem primären Pfad ausfällt.
  • 2 zeigt eine Computerumgebung 200 einschließlich eines Steuerungssystem 202, das dem Stromversorgungssystem 100 zugeordnet ist. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erläutert, müssen die hierin beschriebenen USV-Systeme, wie das Stromversorgungssystem 100, kein Steuerungssystem 202 beinhalten und können stattdessen auf der Grundlage der Funktion der einzelnen elektrischen Komponenten und der Stromverbindungen zwischen den elektrisch gekoppelten Komponenten arbeiten. 2 stellt dagegen eine Implementierung des Stromversorgungssystems 100 einschließlich eines Steuerungssystems 202 mit Datenverbindungen zu verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 dar. Wie im Folgenden beschrieben, empfängt und analysiert das Steuersystem 202 Daten von verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 und führt softwarebasierte Funktionen aus, um die Stromkonditionierung und die Verwaltung für das Stromversorgungssystem durchzuführen, einschließlich der gemeinsamen Nutzung von Strom, der Übergangsverwaltung, des Stromexports zurück in das öffentliche Stromversorgungsnetz und der Verwaltung von Boil-Off-Verlusten an der Brennstoffzelle.
  • In diesem Beispiel ist das Steuerungssystem 202 mit der primären Stromquelle 102, der Brennstoffzelle 104 und der Energiespeichervorrichtung 106 verbunden. Das Steuersystem 202 ist ebenso mit einzelnen Steuervorrichtungen 204-208 innerhalb des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110, des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 120 beziehungsweise des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 122 verbunden. In bestimmten Ausführungsformen entsprechen die Pfeile in 2 den Datenverbindungen zwischen den Komponenten des Stromsystems 100, während die Pfeile in 1 den Stromverbindungen zwischen den Komponenten entsprechen. Außerdem, obwohl 2 sechs Datenverbindungen des Steuersystems 202 zeigt, kann das Steuersystem 202 in verschiedenen anderen Beispielen Datenverbindungen zu jeder Komponente oder Kombination von Komponenten des Stromversorgungssystems 100 oder anderer hierin beschriebener USV-Systeme beinhalten. Darüber hinaus ist das Steuersystem 202 in diesem Beispiel als ein lokales Steuersystem dargestellt, das physisch innerhalb des Stromversorgungssystems 100 mit Kurzstrecken-Kabelverbindungen zu den Komponenten des Stromversorgungssystems installiert ist. In anderen Beispielen ist das Steuersystem 202 jedoch als ein entferntes Computersystem (z. B. Computerserver oder -dienst) implementiert, und die Datenübertragungen zwischen dem Steuersystem 202 und den Komponenten des Stromversorgungssystems werden über ein oder mehrere Kommunikationsnetzwerke durchgeführt (z. B. das Internet, WLAN-Netzwerke, Mobilfunknetze, satellitengestützte Netzwerke usw.).
  • Wie in 2 gezeigt, beinhaltet das Steuersystem 202 einen oder mehrere Prozessoren 210 und einen mit den Prozessoren 210 kommunikativ gekoppelten Speicher 212. In dem gezeigten Beispiel speichern der Speicher 212 und die Prozessoren 210 des Steuerungssystems 202 eine Stromverwaltungskomponente 214, eine Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216, eine Batterieverwaltungskomponente 218 und eine Versorgungsnetzverwaltungskomponente 220, die jeweils im Folgenden näher erläutert werden, und führen diese aus. In verschiedenen Implementierungen ist das Steuersystem 202 auf einem oder mehreren Servern oder anderen Rechenvorrichtungen implementiert, von denen jeder/jede einen oder mehrere Prozessoren 210 und einen Speicher 212 beinhaltet, der computerausführbare Anweisungen speichert, die in der Lage sind, die Komponenten 214-220 auszuführen und/oder die verschiedenen hierin beschriebenen zusätzlichen Funktionen des Steuersystems 202 zu implementieren. In einigen Beispielen beinhaltet das Steuerungssystem 202 ebenso Netzwerkschnittstellen und Komponenten (nicht gezeigt), um die Kommunikation mit einem oder mehreren Client-Systemen und/oder verschiedenen anderen externen Systemen oder Datenquellen zu unterstützen. Beispielsweise beinhaltet das Steuersystem 202 in einigen Fällen Benutzerschnittstellenkomponenten, die derart konfiguriert sind, dass sie den Benutzern über lokale oder entfernte Client-Systeme Funktionen für die Überwachung, Steuerung und Konfiguration des Stromsystems bereitstellen.
  • In verschiedenen Beispielen werden die Datenübertragungen zwischen dem Steuersystem 202 und verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 über ein Kommunikationsnetzwerk(e) durchgeführt, einschließlich Wi-Fi-basierter Kommunikationsnetzwerke, wie über Frequenzen, die durch die IEEE 802.11-Standards definiert sind, drahtloser Kurzstreckenfrequenzen wie BLUETOOTH®, anderer Funkübertragungen oder jedes geeigneten drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsprotokolls, das es den jeweiligen Stromversorgungssystemkomponenten ermöglicht, mit dem Steuersystem 202 zu kommunizieren.
  • Der/die Prozessor(en) 210 des Steuersystems 202 beinhaltet/beinhalten jeden geeigneten Prozessor, der in der Lage ist, Anweisungen auszuführen, um Daten zu empfangen, Daten zu verarbeiten und Vorgänge durchzuführen, wie hierin beschrieben. Der/die Prozessor(en) 210 kann/können beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPUs), Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs) oder eine andere Vorrichtung oder einen Teil einer Vorrichtung ohne Eingrenzung umfassen, die elektronische Daten verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten umzuwandeln, die in Registern und/oder in dem Speicher gespeichert werden können. In einigen Beispielen werden ebenso integrierte Schaltkreise (z. B. ASICs usw.), Gate-Arrays (z. B. FPGAs usw.) und andere Hardwarevorrichtungen als Prozessoren betrachtet, sofern sie für die Umsetzung kodierter Anweisungen konfiguriert sind.
  • Der Speicher 212 beinhaltet eine oder mehrere Speichervorrichtungen einschließlich nichtflüchtiger computerlesbarer Medien. Der Speicher 212 speichert ein Betriebssystem und/oder eine oder mehrere Softwareanwendungen, Anweisungen, Programme und/oder Daten, um die hierin beschriebenen Verfahren und Techniken zu implementieren und die verschiedenen diesen Systemen zugeordneten Funktionen durchzuführen. Der Speicher 212 wird in verschiedenen Beispielen unter Verwendung jeder geeigneten Speichertechnologie implementiert, wie statischer Direktzugriffsspeicher (SRAM), synchroner dynamischer RAM (SDRAM), Speicher des Typs nichtflüchtig/Flash oder jeder andere Speichertyp, der Informationen speichern kann. Die hierin beschriebenen Architekturen, Systeme und Einzelelemente beinhalten viele andere logische, programmatische und physikalische Komponenten, von denen die in den beigefügten Figuren gezeigten lediglich Beispiele sind, die mit der hierin geführten Erläuterung in Zusammenhang stehen.
  • Die Komponenten 214-220 werden in diesem Beispiel als verschiedene Komponenten dargestellt, die als separate softwarebasierte Module oder Dienste implementiert sind und jeweils derart programmiert oder konfiguriert sind, dass sie verschiedene der hierin beschriebenen Vorgänge durchführen. In anderen Beispielen werden bestimmte Vorgänge oder Funktionen, die in Bezug auf eine Komponente beschrieben werden, von anderen Komponenten und/oder von einer Kombination von Komponenten, die zusammenarbeiten, durchgeführt. In einigen Fällen werden einige oder alle der nachstehend beschriebenen Funktionen in Verbindung mit den Komponenten 214-220 von Softwareanwendungen oder -diensten durchgeführt, die auf einem entfernten, cloudbasierten Server oder in einem von dem lokalen Stromversorgungssystem 100 getrennten Datenzentrum betrieben werden.
  • Bestimmte Vorgänge, die von den Komponenten 214-220 durchgeführt werden, beinhalten beispielsweise Bestimmungen und/oder Vorhersagen in Bezug auf die Stromkonditionierung, die gemeinsame Nutzung von Strom, die Stromverwaltung und die Konfiguration der Stromquellen 102-106 des Stromversorgungssystems 100. In verschiedenen Implementierungen führen die Komponenten 214-220 regelbasierte Heuristiken und/oder trainierte maschinell erlernte Modelle und Algorithmen für maschinelles Lernen aus, um solche Bestimmungen und Vorhersagen durchzuführen. In einigen Beispielen werden Algorithmen des maschinellen Lernens und trainierte Modelle verwendet, um die bevorstehende Stromabnahme (oder Last) von der Ziellast, die Stromspitzenzeiten/-verbräuche bei der Ziellast und/oder in dem öffentlichen elektrischen Stromversorgungsnetz, bevorstehende Ausfälle oder Störungen der primären Stromquelle 102, die Rate der Stromanstiegs- oder -abstiegsvorgänge der Brennstoffzelle 104, die Preisschwankungen des von dem öffentlichen elektrischen Versorgungsnetz empfangenen oder dorthin zurück exportierten Strom usw. vorherzusagen. In einigen Beispielen beinhaltet das Steuerungssystem 202 Algorithmen (z. B. für die Steuerung der Vorgänge) für die Durchführung von Vorgängen wie die gemeinsame Nutzung von Strom, Boil-Off-Verwaltung, Spitzenausgleich zwischen Versorgungsnetz und Brennstoffzelle sind regelbasiert sind und/oder schließen eine Echtzeitoptimierung (z. B. unter Verwendung von Techniken wie gemischte ganzzahlige lineare Programmierung, modellprädiktive Regelung, Partikelschwarm-Optimierung usw.) auf der Grundlage von Last, Versorgungspreisen, einschließlich Informationen über Preise am nächsten Tag, und/oder unter Einschluss von Lernschemata für die Lastprognose sowie Preisprognosen ein. In einigen Fällen schließen die Lernschemata/-techniken beispielsweise maschinelles Lernen für Lastprognose ein.
  • Die Stromverwaltungskomponente 214 ist derart konfiguriert, dass sie Stromkonditionierungs- und/oder Stromverwaltungsaufgaben innerhalb des Stromversorgungssystems 100 durchführt. In einigen Beispielen führt die Stromverwaltungskomponente 214 eine Stromkonditionierung durch, indem sie Datensignale von dem AFE- und dem Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 empfängt. Die Stromverwaltungskomponente 214 überwacht die Datensignale, um das an die Ziellast gelieferte Spannungsniveau und/oder verschiedene andere Stromqualitätsmetriken (z. B. Spannungs- oder Wellenformschwankungen usw.) zu bewerten. Zusätzlich oder alternativ empfängt die Stromverwaltungskomponente 214 Daten von den elektrischen Komponenten, die dem Gleichstrombus 112 nachgeschaltet sind, wie dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114. Auf der Grundlage der empfangenen Daten bestimmt die Stromverwaltungskomponente 214 die Qualität der der Ziellast bereitgestellten Elektrizität in Bezug auf die vorstehend genannten Qualitätsmetriken und bestimmt Steueranweisungen für den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122, um die von dem Stromversorgungssystem 100 an die Ziellast gelieferte Stromqualität zu verbessern/zu optimieren.
  • Zusätzlich zu der Stromkonditionierung führt die Stromverwaltungskomponente 214 ebenso verschiedene erweiterte Stromverwaltungsfunktionen für das Stromversorgungssystem 100 aus. Wie im Folgenden näher beschrieben, empfängt die Stromverwaltungskomponente 214 Daten von verschiedenen elektrischen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 (und/oder zusätzlichen externen Systemen) und analysiert die Daten, um Stromübergänge als Reaktion auf Stromausfälle und -störungen zu erkennen und zu verwalten, eine gemeinsame Nutzung von Strom zwischen den Stromquellen auf der Grundlage der aktuellen und vorhergesagten Zustände der Stromquellen und der Ziellast(en) zu implementieren, Instanzen für den Export von Strom aus den Reservestromquellen zurück in das elektrische Versorgungsnetz zu bestimmen usw. Die Stromverwaltungskomponente 214 vervollständigt die Stromverwaltungsfunktionalität in diesen Beispielen, indem sie Steueranweisungen für den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 bestimmt und die Steueranweisungen an die jeweiligen Steuervorrichtungen 204-208 überträgt.
  • Die Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216 überwacht und steuert den Betrieb der Brennstoffzelle 104. In einigen Beispielen empfängt die Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216 Status- und Betriebsdaten von der Brennstoffzelle 104, wie den aktuellen Betriebsstatus und die Stromausgabe, die Menge der Chemikalien in der Brennstoffzelle 104 und den aktuellen Druck, die Temperatur, die Qualität und den Durchfluss der verschiedenen Chemikalien und anderer Substanzen (z. B. H2, Wasser, Stickstoff, Luft, Wasser usw.) innerhalb der Brennstoffzelle 104. In einigen Fällen überträgt die Brennstoffzelle 104 ebenso verschiedene Betriebsdaten an die Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216, wie die aktuellen Betriebsstatuseinstellungen für die aktuelle/angeforderte Stromausgabe, den aktuellen/angeforderten Stromfaktor, frühere Stopp-/Start-Befehle und alle an der Brennstoffzelle 104 auftretenden Störungen oder Fehler usw. Zusätzlich oder alternativ empfängt und verwendet die Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216 Daten von den Steuervorrichtungen 204-208, zusätzlichen Stromquellen 102 und 106 und/oder anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100. Auf der Grundlage der von der Brennstoffzelle 104 und anderen Datenquellen empfangenen Daten bestimmt die Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216 Betriebsbefehle und überträgt sie an die Brennstoffzelle 104. Solche Betriebsbefehle beinhalten Befehle, um die Brennstoffzelle 104 online oder offline zu schalten, die Stromausgabe oder den Stromfaktor der Brennstoffzelle 104 anzupassen, ein chemisches Boil-Off einzuleiten, die Eigenschaften der Chemikalienlagerung und -verwendung (z. B. Qualität, Druck, Temperatur, Fluss) zu aktualisieren, um die in der Brennstoffzelle 104 stattfindenden chemischen Reaktionen zu beeinflussen oder zu optimieren. Die Brennstoffzellenverwaltungskomponente 216 überträgt dann die Betriebsbefehle an die Brennstoffzelle 104 für die Ausführung durch eine separate Steuervorrichtung der Brennstoffzelle 104.
  • Die Batterieverwaltungskomponente 218 überwacht und steuert den Betrieb der Energiespeichervorrichtung 106. In verschiedenen Beispielen empfängt die Batterieverwaltungskomponente 218 Status- und Betriebsdaten von der Energiespeichervorrichtung 106 (z. B. aktuelle Stromausgabe, aktueller Ladezustand, Batteriealter, Temperatur, Störungen und Fehler usw.) und/oder Daten von den Steuervorrichtungen 204-208, zusätzlichen Stromquellen 102 und 104 und/oder anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100. Auf der Grundlage der von der Energiespeichervorrichtung 106 und anderen Datenquellen empfangenen Daten bestimmt die Batterieverwaltungskomponente 218 Betriebsbefehle und überträgt diese an die Energiespeichervorrichtung 106. Solche Betriebsbefehle beinhalten Befehle, um die Energiespeichervorrichtung 106 online oder offline zu schalten, die Stromausgabe oder andere Betriebseinstellungen der Energiespeichervorrichtung 106 anzupassen, Fehler oder Störungen zu beheben, die Wartung der Energiespeichervorrichtung 106 zu veranlassen usw. Die Batterieverwaltungskomponente 218 überträgt dann die Betriebsbefehle an die Energiespeichervorrichtung 106 für die Ausführung durch eine separate Steuervorrichtung der Energiespeichervorrichtung 106.
  • Die Versorgungsnetzverwaltungskomponente 220 überwacht und steuert den Betrieb der primären Stromquelle 102 in Fällen, in denen die primäre Stromquelle 102 ein elektrisches Versorgungsnetz ist (z. B. ein öffentliches elektrisches Versorgungsnetz). In verschiedenen Beispielen empfängt die Netzverwaltungskomponente 220 Daten von einem dem Versorgungsnetz zugeordneten Steuersystem, einschließlich Daten wie den Betriebsstatus des Versorgungsnetzes, die aktuelle Stromausgabe und -verfügbarkeit aus dem Versorgungsnetz, Fehler und Störungen, Daten über den Spitzenstromverbrauch, Rückverkaufspreise für Elektrizität usw. Die Versorgungsnetzverwaltungskomponente 220 empfängt ebenso Daten von den Steuervorrichtungen 204-208, zusätzlichen Stromquellen 104 und 106 und/oder anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100. Auf der Grundlage der von der primären Stromquelle 102 und anderen Datenquellen empfangenen Daten bestimmt die Versorgungsnetzverwaltungskomponente 220 Betriebsbefehle und überträgt sie an die Steuervorrichtung 204 und/oder an eine separate Steuervorrichtung, die der primären Stromquelle 102 zugeordnet ist. Diese Betriebsbefehle enthalten Befehle zum Eingreifen oder Lösen des statischen Bypass-Schalters 118, für den Export von Strom aus der Brennstoffzelle 104 oder der Energiespeichervorrichtung 106 zurück in das elektrische Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 usw. Die Versorgungsnetzverwaltungskomponente 220 überträgt dann die Betriebsbefehle an die Steuervorrichtung 204 und/oder an eine separate Steuervorrichtung, die der primären Stromquelle 102 zugeordnet ist.
  • Obwohl das in 2 gezeigte Beispiel drei separate Stromquellen 102-106 darstellt, beinhaltet das Stromversorgungssystem 100 in anderen Beispielen weniger Stromquellen (z. B. eine primäre Stromquelle und eine Reservestromquelle) oder mehr Stromquellen (z. B. mehrere primäre Stromquellen und/oder zwei oder mehr Reservestromquellen). Außerdem werden in anderen Beispielen verschiedene Arten von Stromquellen verwendet. In manchen Fällen ist eine primäre oder Reservestromquelle einschließlich Photovoltaik- (PV) Paneelen in das Stromversorgungssystem 100 integriert. In solchen Fällen sind die PV-Paneele elektrisch mit einem zusätzlichen Gleichstrom/Gleichstrom-Stromrichter gekoppelt, der wiederum mit dem Gleichstrombus 112 elektrisch gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ ist ein Diesel-, Gas- oder Propangasgeneratorsatz in dem Stromversorgungssystem 100 beinhaltet, wobei der Generatorsatz elektrisch mit einem zusätzlichen Gleichstrom/Gleichstrom-Stromrichter gekoppelt ist, der wiederum elektrisch mit dem Gleichstrombus 112 gekoppelt ist. In diesen zusätzlichen Beispielen werden dieselben und/oder ähnliche hierin beschriebene Techniken für die Verwaltung von Stromübergängen, die gemeinsame Nutzung von Strom, die Stromkonditionierung, den Stromexport und Ähnliches verwendet, einschließlich der vorstehend beschriebenen Techniken für Stromübergänge und Stromverwaltung, die automatisch (ohne ein Steuersystem) auf der Grundlage der Anordnung und Konfiguration der einzelnen elektronischen Komponenten gehandhabt werden, und Techniken, die unter Verwendung eines Steuersystems 202 durchgeführt werden.
  • 3-5 sind Flussdiagramme, die beispielhafte Stromverwaltungsvorgänge darstellen, die für und/oder innerhalb eines Stromversorgungssystems 100 ausgeführt werden. Genauer gesagt, stellt 3 ein Beispiel für einen Vorgang 300 für die gemeinsame Nutzung von Strom dar, bei dem das Steuersystem 202 die Stromquellen 102-106 überwacht und bestimmt, welche Stromquelle(n) der Ziellast Strom bereitstellen soll(en). 4 zeigt einen beispielhaften Übergangsvorgang 400, bei dem das Steuersystem 202 eine Stromstörung an der primären Stromquelle 102 erkennt und bestimmt, welche Reservestromquellen 104-106 der Ziellast während des Übergangs zu dem Reservestrom in welchem Verhältnis Strom bereitstellen sollen. Außerdem stellt 5 ein Beispiel für einen Stromexportvorgang 500 dar, bei dem das Steuersystem 202 das Stromversorgungssystem 100 und die Stromquellen 102-106 überwacht und bestimmt, wann Strom von der Brennstoffzelle 104 oder einer anderen Reservestromquelle/Reservestromquelle(n) an ein elektrisches Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 exportiert werden soll. Wie im Folgenden beschrieben, wird jeder der Vorgänge 300, 400 und 500 als Stromverwaltungsvorgänge eines Steuersystems 202 innerhalb des Stromversorgungssystems 100 durchgeführt. In diesen Beispielen werden die Vorgänge 300, 400 und 500 von der Stromverwaltungskomponente 214 allein oder in Kombination mit einer der zusätzlichen Stromversorgungssystemkomponenten, Stromquellen und/oder externen Systemen durchgeführt, die vorstehend in 1 und 2 beschrieben. Darüber hinaus stellen die Vorgänge 300, 400 und 500 drei verschiedene Beispiele für die von dem Steuerungssystem 202 ausgeführten Stromverwaltungsvorgänge dar. Ähnliche oder identische Techniken (z. B. die Überwachung von Signalen von den Stromquellen 102-106 und den Wandlersteuervorrichtungen 204-208, die Bestimmung oder Vorhersage von Stromverbrauch, Verhalten oder Anomalien unter Verwendung von Heuristiken oder maschinellen Lerntechniken und die Steuerung der Stromquellen 102-106 oder zugeordneter Komponenten mit Steuersignalen usw.) werden jedoch in anderen Beispielen verwendet, um eine der hierin beschriebenen zusätzlichen Stromverwaltungstechniken, Stromkonditionierungstechniken und Stromquellenverwaltungstechniken durchzuführen.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang 300 für die Verwaltung der gemeinsamen Nutzung von Strom in einem Stromversorgungssystem 100 einschließlich mehrerer Stromquellen darstellt. Wie in diesem Beispiel beschrieben, empfängt das dem Stromversorgungssystem 100 zugeordnete Steuersystem 202 Daten von den Stromquellen 102-106, der zusätzlichen Stromelektronik des Stromversorgungssystems 100 und/oder externen Datenquellen und überwacht diese, um ein Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom zwischen den Stromquellen 102-106 zu implementieren und der Ziellast Strom bereitzustellen. Das Steuerungssystem 202 analysiert die verschiedenen Daten, um eine ganzheitliche Stromverwaltungsanalyse durchzuführen und das Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom auf der Grundlage von Berechnungen und/oder Vorhersagen in Bezug auf die Systemlast, den Stromstatus und die Verfügbarkeit der Stromquellen und Ähnliches zu implementieren.
  • Bei Vorgang 302 empfängt das Steuersystem 202 Betriebsdaten von den Stromrichtern, die jeder der Stromquellen 102-106 in dem Stromversorgungssystem 100 zugeordnet sind. In diesem Beispiel empfängt das Steuerungssystem 202 Stromdaten von den jeweiligen Steuervorrichtungen 204-208 des AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 110, des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 120 und des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 122. In einigen Fällen empfängt das Steuersystem 202 Datensignale, die Vein, Vaus und/oder laus von jeder der Steuervorrichtungen 204-208 identifizieren und die Menge, Verfügbarkeit, Qualität und/oder Konsistenz des von der zugeordneten Stromquelle 102-106 an den Gleichstrombus 112 und weiter an die Ziellast bereitgestellten Strom angeben.
  • Bei Vorgang 304 empfängt das Steuersystem 202 Betriebs- und Statusdaten von den Stromquellen 102-106. Im Gegensatz zu den bei Vorgang 302 empfangenen Daten, die den derzeit von der primären Stromquelle 102 der Ziellast bereitgestellten Strom darstellen, beinhalten die bei Vorgang 304 von den Stromquellen 102-106 empfangenen Daten den aktuellen Betriebsstatus der Stromquellen 102-106 und der zugehörigen Systeme, Daten für die Stromqualität, Spitzenstrommengen und Stromverfügbarkeit und Fehler und Störungen, verbleibende Strommengen an jeder Stromquelle 102-106. In einigen Fällen empfängt das Steuersystem 202 die in der Brennstoffzelle 104 verbleibende Menge an chemischem Brennstoff oder den Ladezustand oder die verbleibende Batterielebensdauer der Energiespeichervorrichtung 106. In einigen Fällen empfängt das Steuersystem 202 zusätzlich den/die aktuellen Versorgungsnetzpreis(e) (z. B. Standard-, Spitzen- und Schwachlastpreise usw.), wenn die primäre Stromquelle 102 ein öffentliches elektrisches Versorgungsnetz beinhaltet. In einigen Beispielen empfängt das Steuersystem 202 ebenso Daten, die aktuelle oder potenzielle Fehler, Wartungsprobleme oder geplante Störungen/Ausfälle in dem Zusammenhang mit einer der Stromquellen 102-106 identifizieren.
  • Bei Vorgang 306 empfängt das Steuersystem 202 zusätzliche Daten von einer oder mehreren anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100 und/oder verschiedenen externen Datenquellen. In einigen Fällen empfängt das Steuersystem 202 Stromlast-/Elektrizitätsverbrauchsdaten von den elektrischen Komponenten, die dem Gleichstrombus 112 nachgeschaltet sind (z. B. dem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter 114) und/oder von der Ziellastausrüstung selbst. In anderen Beispielen empfängt das Steuersystem 202 verschiedene Daten, die aktuelle und/oder vorhergesagte zukünftige Daten für die Stromverfügbarkeit, Strompreisdaten, Lastdaten, Daten zu Ausfällen/Störungen usw. anzeigen.
  • Bei Vorgang 308 bestimmt das Steuersystem 202 auf der Grundlage der verschiedenen bei den Vorgängen 302-306 empfangenen Daten ein Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom für das Stromversorgungssystem 100. In verschiedenen Beispielen bezieht sich das bei Vorgang 308 bestimmte Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom auf die Strommengen (z. B. Spannungspegel) und/oder Prozentsätze der Gesamtlast, die von jeder der verfügbaren Stromquellen 102-106 bereitgestellt werden. In einem ersten Beispiel bestimmt das Steuersystem 202 beispielsweise, dass 100 % des Stroms von der primären Stromquelle 102 bereitgestellt werden sollen, während in einem zweiten Beispiel das Steuersystem 202 bestimmt, dass 80 % des Stroms von der primären Stromquelle 102 und 20 % von der Brennstoffzelle 104 bereitgestellt werden sollen, usw. In verschiedenen Beispielen bestimmt das Steuersystem 202 Schemata für die gemeinsame Nutzung von Strom, die sofort innerhalb des Stromversorgungssystems implementiert werden sollen, oder Schemata, die zu einem zukünftigen Zeitpunkt implementiert werden sollen, und/oder Schemata für den Übergang des Stroms von einer Stromquelle zu einer anderen über einen bestimmten Zeitraum.
  • In verschiedenen Beispielen verwendet das Steuersystem 202 eine Kombination aus Heuristiken und/oder trainierten maschinellen Lernmodellen, um das Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom bei Vorgang 308 zu bestimmen. In solchen Beispielen bestimmt das Steuersystem 202 das Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom auf der Grundlage von Faktoren wie der aktuellen Stromqualität und -verfügbarkeit von jeder der Stromquellen 102-106, den aktuellen Versorgungsnetzstrompreisen, die der primären Stromquelle 102 zugeordnet sind, dem aktuellen Status der Brennstoffzelle 104 und beliebigen vorhergesagten Boil-Off-Verlusten, den aktuellen und vorhergesagten Lasten, die von der/den Ziellast(en) benötigt werden, der Menge an chemischem Brennstoff, die in der Brennstoffzelle 104 verbleibt, und der aktuellen Ladung in der Energiespeichervorrichtung 106 und/oder beliebigen vorhergesagten Stromausfällen oder -störungen von einer der Stromquellen 102-106.
  • In einem Beispiel vergleicht das Steuersystem 202 bei der Verwendung der Brennstoffzelle 104 als eine sekundäre Stromquelle die Last mit den Strompreisen des Versorgungsunternehmens und berücksichtigt dabei die Notwendigkeit des Boil-Offs der Brennstoffzelle 104, um die gemeinsame Nutzung von Strom durchzuführen. Wenn die aktuellen Strompreise des Versorgungsunternehmens kleiner oder gleich einem vorbestimmten Preisschwellenwert sind, wählt das Steuersystem 202 den Strom aus der primären Stromquelle 102 aus, um die Last zu versorgen. In diesem Beispiel bezieht das Steuersystem 202 einen Teil oder den gesamten Strom für die Last aus der Brennstoffzelle 104, wenn die aktuellen Strompreise des Versorgungsunternehmens größer sind als der vorgegebene Schwellenwert für den Strompreis oder wenn ein Boil-Off-Bedarf/Zeitplan der Brennstoffzelle 104 die Verwendung der Brennstoffzelle 104 vorschreibt. Das Steuersystem 202 kann ebenso einen möglichen Export von Strom von der Brennstoffzelle 104 zurück in das Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 bestimmen, beispielsweise auf der Grundlage, dass die Last unter einem Schwellenwert liegt, dass die aktuellen Strompreise des Versorgungsunternehmens über einem Schwellenwert liegen, einer Bestimmung eines Boil-Offs der Brennstoffzelle und/oder einer beliebigen Kombination dieser Faktoren.
  • Bei Vorgang 310 erzeugt und überträgt das Steuersystem 202 Steueranweisungen, um das bei Vorgang 308 bestimmte Schema für die gemeinsame Nutzung von Strom zu implementieren. In einigen Beispielen überträgt das Steuersystem 202 Anweisungen an jede der Steuervorrichtungen 204-208, um jeweils den AFE- und den Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart zu konfigurieren, dass sie die bestimmte Menge oder den bestimmten Prozentsatz der Leistung der Ziellast(en) bereitstellen. In einigen Fällen weisen die bei Vorgang 310 übertragenen Steueranweisungen den Empfängerwandler an, seine Ausgabespannung (z. B. die Zwischenkreisspannung) auf einen festen Pegel und/oder auf einen relativen Pegel in Bezug auf die anderen an den Gleichstrombus 112 gekoppelten Wandler einzustellen. Nach Empfang der Steueranweisungen konfigurieren die Steuervorrichtungen 204-208 den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 beziehungsweise den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart, dass sie gemäß den Ausgabespannungsparametern und/oder den Steuerparametern in den Anweisungen arbeiten.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang 400 für die Erkennung von Stromausfällen und anderen Störungen und für die Verwaltung von Übergängen für den Reservestrom in einem Stromversorgungssystem 100 einschließlich mehrerer Stromquellen darstellt. Wie in diesem Beispiel beschrieben, empfängt das dem Stromversorgungssystem 100 zugeordnete Steuersystem 202 Daten von den Stromquellen 102-106 und überwacht diese, um Stromstörungen, wie Ausfälle, Überspannungen, Spannungsspitzen, Rauschen, Schwankungen der Stromqualität und Ähnliches, sowie die Wiederherstellung des Stroms nach solchen Störungen zu erkennen. Das Steuersystem 202 verwendet dann Daten von verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 (und/oder externen Datenquellen), um auf der Grundlage von Berechnungen und/oder Vorhersagen in Bezug auf die Systemlast, den Stromstatus und die Verfügbarkeit der Stromquellen usw. Übergänge zu und von den Reservestromquellen zu bestimmen.
  • Bei Vorgang 402 empfängt das Steuersystem 202 Daten von verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 und/oder externen Datenquellen. In einigen Beispielen ist der Vorgang 402 ähnlich oder identisch mit den vorstehend beschriebenen Vorgängen 302-306 und beinhaltet den Empfang von Daten von beliebigen Stromquellen 102-106, Stromrichtersteuervorrichtungen 204-208 und/oder anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100 oder externen Systemen.
  • Bei Vorgang 404 erkennt das Steuersystem 202 eine Störung an der primären Stromquelle 102. Bei Vorgang 404 erkannte Störungen beinhalten Stromausfälle der primären Stromquelle 102, wie Ausfälle des öffentlichen elektrischen Versorgungsnetzes. Solche Ausfälle werden von dem Steuerungssystem 202 auf der Grundlage der von dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 empfangenen Datensignale (z. B. der aktuellen Vein, Vaus und/oder laus oder Änderungen dieser Parameter) oder der von der primären Stromquelle 102 selbst empfangenen Daten erkannt. In einigen Fällen schließt das Steuersystem 202 ebenso auf Ausfälle, die auf Datensignalen von den anderen Stromrichtern 206-208 und/oder anderen Komponenten in dem Stromversorgungssystem 100 basieren. Zusätzlich oder alternativ können die bei Vorgang 404 erkannten Störungen Änderungen der Stromqualität, vorübergehende Stromstöße oder -spitzen, Spannungsschwankungen, Rauschen und Ähnliches beinhalten, die der primären Stromquelle 102 zugeordnet sind. In verschiedenen Beispielen empfängt das Steuersystem 202 periodische Datensignale von den Steuervorrichtungen 204-208 und anderen elektronischen Komponenten und verwendet die Datensignale, um Änderungen in den Eigenschaften des von der primären Stromquelle 102 bereitgestellten Stroms zu erkennen. In diesen Beispielen werden Stromstörungen durch den Vergleich der Stromeigenschaften und/oder Änderungen der Stromeigenschaften mit vorgegebenen Schwellenwerten innerhalb des Steuerungssystems 202 bestimmt.
  • Wenn das Steuersystem 202 in diesem Beispiel keine aktuelle Störung des von der primären Stromquelle 102 bereitgestellten Stroms bestimmt (404: Nein), kehrt der Vorgang zu dem Vorgang 402 zurück und das Steuersystem 202 empfängt zusätzliche Daten für die periodische oder kontinuierliche Überwachung des Stromversorgungssystems 100. Wenn das Steuersystem 202 dagegen eine aktuelle Stromstörung an der primären Stromquelle 102 bestimmt (404: Ja), bestimmt das Steuersystem 202 in Vorgang 406 die Stromausgaberaten für die Reservestromquellen 104 und 106. In manchen Fällen benötigt die Brennstoffzelle 104 eine gewisse Zeit, um auf einen Status der vollständigen Stromausgabe anzusteigen, währenddessen sich mehr auf die Energiespeichervorrichtung 106 als eine Reservestromquelle gestützt wird. In solchen Beispielen bestimmt das Steuersystem 202 bei Vorgang 406 einen Stromübergang, währenddessen die Energiespeichervorrichtung 106 zunächst einen größeren Prozentsatz des Reservestroms bereitstellt und dann ihre Stromausgabe reduziert, wenn die Kapazität der Brennstoffzelle 104 ansteigt. Wie vorstehend erwähnt, verwendet das Steuersystem 202 in verschiedenen Fällen Heuristiken und/oder trainierte maschinell erlernte Modelle, um die Stromübergangsstrategie bei Vorgang 406 zu bestimmen, aus der die Stromausgaberaten für die Reservestromquellen für die Brennstoffzelle 104 und die Energiespeichervorrichtung 106 bestimmt werden. In verschiedenen Beispielen bestimmt das Steuersystem 202 die Ausgaberaten für den Stromübergang bei Vorgang 406 auf der Grundlage einer oder einer beliebigen Kombination von Eingangsdaten, die bei Vorgang 402 empfangen wurden, wie dem Ladezustand und dem Wirkungsgrad der Reservestromquellen 104 und 106, der Menge des in der Brennstoffzelle 104 verbleibenden chemischen Brennstoffs, der aktuellen und vorhergesagten Kapazität und/oder Stromqualität der Reservestromquellen 104 und 106, der aktuellen und vorhergesagten Last der Ziellast(en) und/oder der vorhergesagten Dauer des Ausfalls oder einer anderen Störung der primären Stromquelle 102. In verschiedenen Beispielen, in denen die Brennstoffzelle 104 eine Reservestromquelle ist, verwaltet das Steuersystem den Übergang von der Energiespeichervorrichtung 106 (z. B. Batteriesystem) zu der Brennstoffzelle 104 während eines Stromausfalls und verwaltet das Laden der Energiespeichervorrichtung 106, sowohl wenn die primäre Stromquelle 102 aktiv ist als auch bei Bedarf während des Reservebetriebs.
  • Bei Vorgang 408 erzeugt und überträgt das Steuersystem 202 Steueranweisungen, um den Stromübergang unter Verwendung der bei Vorgang 406 bestimmten Stromausgaberaten zu steuern. In einigen Beispielen überträgt das Steuersystem 202 Anweisungen an jede der Steuervorrichtungen 204-208, um jeweils den AFE- und den Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart zu konfigurieren, dass sie die bestimmte Menge oder den bestimmten Prozentsatz der Leistung der Ziellast(en) im Verlauf der Zeit bereitstellen, um den Stromübergang von primären zu Reservestromquellen zu verwalten.
  • Bei Vorgang 410 empfängt das Steuersystem 202 weiterhin Daten von verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 und/oder externen Datenquellen. Vorgang 410 ist ähnlich oder identisch mit Vorgang 402 in diesem Beispiel, währenddessen das Steuersystem 202 periodisch oder kontinuierlich Status- und Betriebsdaten von den Stromquellen 102-106, den Stromrichtersteuervorrichtungen 204-208 und/oder anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100 oder externen Systemen empfängt. Die bei Vorgang 410 empfangenen Daten werden während oder nach dem Übergang zu dem Reservestrom verwendet, um beispielsweise den Stromübergang zu überwachen und dynamisch zu steuern und/oder um zu erkennen, wann die Stromstörung der primären Stromquelle 102 beendet ist.
  • Bei Vorgang 412 erkennt das Steuersystem 202 eine Wiederherstellung des von der primären Stromquelle 102 bereitgestellten Stroms. In einigen Fällen beinhaltet die Erkennung der Wiederherstellung des Stroms ähnliche und/oder umgekehrte Techniken wie die Erkennung der Stromstörung bei Vorgang 404. Beispielsweise wird die Erkennung einer Wiederherstellung, nachdem ein Stromausfall von dem Steuersystem 202 erkannt wurde, auf der Grundlage der von dem AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 empfangenen Datensignale und/oder der von der primären Stromquelle 102 selbst empfangenen Daten erkannt. In anderen Beispielen werden Wiederherstellungen nach Stromstörungen auf der Grundlage von Änderungen der Stromqualität, Stromstößen oder -spitzen, Spannungsschwankungen, Rauschen und dergleichen von dem Steuersystem 202 durch Überwachung und Messung der Stromeigenschaften und/oder Änderungen der Stromeigenschaften der primären Stromquelle 102 bestimmt.
  • Wenn das Steuersystem 202 keine Wiederherstellung des von der primären Stromquelle 102 bereitgestellten Stroms bestimmt (412: Nein), kehrt der Vorgang zu dem Vorgang 410 zurück und das Steuersystem 202 empfängt zusätzliche Daten für die periodische oder kontinuierliche Überwachung des Stromversorgungssystems 100. Wenn das Steuersystem 202 dagegen erkennt, dass die bereitgestellte primäre Stromquelle wiederhergestellt wurde (412: Ja), bestimmt das Steuersystem 202 bei Vorgang 414 aktualisierte Stromausgaberaten sowohl für die primäre Stromquelle 102 als auch für die Reservestromquellen 104 und 106. In einigen Beispielen werden für die Bestimmung der aktualisierten Stromausgaberaten für die Stromquellen 102-106 ähnliche oder identische Techniken verwendet wie die, die unter Bezugnahme auf Vorgang 406 erörtert wurden. In verschiedenen Fällen verwendet das Steuersystem 202 Heuristiken und/oder trainierte maschinell erlernte Modelle, um eine Strategie für den Übergang zum erneuten Verlassen auf die primäre Stromquelle 102 zu bestimmen, und bestimmt die entsprechenden Ausgabestromraten für jede der Stromquellen 102-106, um den Übergang von dem Reservestrom zu dem primären Strom zu implementieren.
  • Bei Vorgang 416 erzeugt und überträgt das Steuersystem 202 Steueranweisungen, um den Stromübergang unter Verwendung der bei Vorgang 414 bestimmten aktualisierten Stromausgaberaten zu steuern. Bei Vorgang 416 werden ähnliche oder identische Techniken verwendet wie jene, die in Bezug auf Vorgang 408 erläutert wurden. In einigen Beispielen überträgt das Steuersystem 202 Anweisungen an jede der Steuervorrichtungen 204-208, um jeweils den AFE- und den Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart zu konfigurieren, dass sie die bestimmte Menge oder den bestimmten Prozentsatz der Leistung der Ziellast(en) im Verlauf der Zeit bereitstellen, um den Stromübergang von den Reservestromquellen 104-106 auf ein teilweises oder vollständiges Verlassen auf die primäre Stromquelle 102 zu verwalten.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang 500 des Exports von Strom aus dem Stromversorgungssystem 100 in ein elektrisches Versorgungsnetz darstellt, wie in ein öffentliches elektrisches Versorgungsnetz, das der primären Stromquelle 102 zugeordnet ist. Wie in diesem Beispiel beschrieben, empfängt und analysiert das Steuerungssystem 202 Daten von verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 (und/oder externen Datenquellen), um die Zeiten zu bestimmen, zu denen Strom von der Brennstoffzelle 104 zurück in das elektrische Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 exportiert werden soll. Wie bereits erwähnt, treten bei einigen Beispielen in der Brennstoffzelle 104 Boil-Off-Verluste auf, wenn die Brennstoffzelle nicht oft genug verwendet wird oder keine ausreichende Menge an Strom bereitstellt. Um die Boil-Off-Verluste an der Brennstoffzelle 104 zu vermeiden und die Kosten für den aus dem elektrischen Versorgungsnetz bezogenen Strom auszugleichen, bestimmt und implementiert das Steuersystem 202 in diesem Beispiel einen Stromexportvorgang, währenddessen der Strom durch das Stromversorgungssystem 100 zurück in das elektrische Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 geleitet wird.
  • Bei Vorgang 502 empfängt das Steuersystem 202 Daten von verschiedenen Komponenten des Stromversorgungssystems 100 und/oder externen Datenquellen. In einigen Beispielen ist der Vorgang 502 ähnlich oder identisch mit den vorstehend beschriebenen Vorgängen 302-306 und beinhaltet den Empfang von Daten von beliebigen Stromquellen 102-106, Stromrichtersteuervorrichtungen 204-208 und/oder anderen Komponenten innerhalb des Stromversorgungssystems 100 oder externen Systemen.
  • Bei Vorgang 504 bestimmt und/oder sagt das Steuersystem 202 die Stromverfügbarkeit und/oder die Belastung des Stromversorgungssystems 100 auf der Grundlage der bei Vorgang 502 empfangenen Daten vorher. In verschiedenen Beispielen bestimmt und analysiert das Steuersystem 202 die aktuelle Stromausgabe und den Systemstatus der Stromquellen 102-106, einschließlich der Menge des chemischen Brennstoffs in der Brennstoffzelle 104 und des aktuellen Ladezustands der Energiespeichervorrichtung 106. Zusätzlich oder alternativ bestimmt das Steuersystem 202 die aktuelle Last des Stromversorgungssystems 100 und/oder sagt die zukünftige Last des Stromversorgungssystems 100 anhand der Ziellast(en) vorher. In einigen Beispielen führt das Steuersystem 202 Heuristiken und/oder trainierte, maschinell erlernte Modelle aus, die derart konfiguriert sind, dass sie die künftige Stromverfügbarkeit von den Stromquellen 102-106 vorhersagen und/oder die künftige Last von der/den Ziellast(en) vorhersagen, auf der Grundlage von früheren Lastmustern, die von dem Stromversorgungssystem 100 und/oder ähnlichen Stromversorgungssystemen beobachtet wurden.
  • Bei Vorgang 506 bestimmt das Steuersystem 202, ob Strom exportiert werden soll oder nicht, beispielsweise an das öffentliche Versorgungsnetz, das der primären Stromquelle 102 zugeordnet ist. In einigen Beispielen bestimmt das Steuersystem 202, dass Strom exportiert werden soll, wenn die aktuelle (und/oder vorausgesagte zukünftige) Stromverfügbarkeit aus den Reservestromquellen um mehr als einen Schwellenwert größer ist als die aktuelle (und/oder vorausgesagte zukünftige) Last aus der/den Ziellast(en). Zusätzlich oder alternativ verwendet das Steuersystem 202 die aktuellen und vorhergesagten zukünftigen Preise für die aus dem elektrischen Versorgungsnetz bezogene und wieder eingespeiste Elektrizität zu verschiedenen Zeitpunkten. In einigen Fällen sagt das Steuersystem 202 ebenso Boil-Off-Verluste, die der Brennstoffzelle 104 über einen bestimmten Zeitraum entstehen, vorher, wenn die Brennstoffzelle 104 nicht aktiviert wird, um wenigstens eine bestimmte Menge an Strom entweder der/den Ziellast(en) oder für den Export bereitzustellen.
  • Wenn das Steuersystem 202 in diesem Beispiel bestimmt, dass zu dem aktuellen Zeitpunkt (506: Nein) kein Strom zurück in das elektrische Versorgungsnetz exportiert werden soll, kehrt der Vorgang zu Vorgang 502 zurück und das Steuersystem 202 empfängt zusätzliche Daten für die periodische oder kontinuierliche Überwachung des Stromversorgungsnetzes 100. Wenn das Steuersystem 202 hingegen bestimmt, dass Strom in das elektrische Versorgungsnetz exportiert werden soll (506: Ja), erzeugt und überträgt das Steuersystem 202 Steueranweisungen, um den Stromexport in Vorgang 508 zu implementieren. In einigen Beispielen überträgt das Steuersystem 202 Anweisungen an jede der Steuervorrichtungen 204-208, um jeweils den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 derart zu konfigurieren, dass Strom von der Brennstoffzelle 104 (und/oder der Energiespeichervorrichtung 106) zurück in das elektrische Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 exportiert wird. Der AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 kann beispielsweise derart konfiguriert werden, dass er sowohl Strom von der primären Stromquelle 102 importiert als auch Strom zurück zu der primären Stromquelle 102 exportiert. In diesem Beispiel überträgt das Steuersystem 202 einen Befehl an die Steuervorrichtung 204, der Stromeigenschaften beinhaltet (z. B. Spannungsniveau, Stromfaktor, Zeitdauer usw.), um den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 derart zu konfigurieren, dass er Strom zurück in das elektrische Versorgungsnetz exportiert. Das Steuersystem 202 überträgt beispielsweise Befehle an den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110, um erforderliche Blindleistung und/oder Stromfaktorkorrekturen für das Versorgungsnetz der primären Stromquelle 102 bereitzustellen. Darüber hinaus überträgt das Steuersystem 202 Steueranweisungen an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 120 und/oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 122 (und/oder andere Komponenten des Stromversorgungssystems 100), um die Brennstoffzelle 104 und/oder die Energiespeichervorrichtung 106 derart zu konfigurieren, dass sie über den Gleichstrombus 112 zusätzlichen Strom bereitstellt, der ausreicht, um die Last der Ziellast(en) zu befriedigen und ebenso den Strom für den AFE- und Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 110 bereitzustellen, der zurück in das elektrische Versorgungsnetz exportiert wird.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie bereits erwähnt, bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf USV-Systeme und/oder andere Stromversorgungssysteme, die Brennstoffzellen und Energiespeichervorrichtung (z. B. Batteriesysteme) als Reservestromquellen beinhalten. Die verschiedenen hierin beschriebenen Systeme und Techniken stellen somit eine Verbesserung gegenüber konventionellen Stromversorgungssystemen dar, die mit Diesel-, Propan- oder Benzinverbrennungsmotoren betriebene Reservegeneratoren verwenden. So arbeiten beispielsweise USV-Systeme, die Reservestromquellen für Brennstoffzellen beinhalten, leiser und weisen geringere Emissionen auf als vergleichbare Gas- oder Dieselgeneratorsysteme. Brennstoffzellen stellen ebenso eine zuverlässigere und länger laufende Reservestromquelle als Gas-, Diesel- oder Batteriereservesysteme bereit. Dementsprechend stellt die Integration einer Reservestromquelle für eine Brennstoffzelle in ein USV-System entscheidende Leistungsvorteile und Verbesserungen für USV-Systeme bereit, die in kritischen und stromssensiblen Umgebungen wie Datenzentren und Krankenhäusern betrieben werden.
  • Zusätzliche Verbesserungen für USV-Systeme ergeben sich aus der integrierten Gestaltung und den Stromanschlüssen der USV mit dem hierin beschriebenen Reservesystem aus Brennstoffzelle und Energiespeichervorrichtung. Die integrierte Gestaltung der primären Stromquelle mit der/den Reservestromquelle(n) für die Brennstoffzelle und Energiespeichervorrichtung vereinfacht das USV-System und reduziert die Anzahl der benötigten Stromelektronik und Batterien im Vergleich zu konventionellen Systemen. In einigen Beispielen sind die primäre Stromquelle, die Brennstoffzelle und die Energiespeichervorrichtung separat und unabhängig voneinander an einen Gleichstrombus gekoppelt, wobei dadurch das USV-System vereinfacht wird und ein automatischer Stromübergang Reaktion auf Stromausfälle, -reduzierungen und -wiederherstellungen der primären Stromquelle bereitgestellt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, beinhalten bestimmte Systeme und Techniken ferner ein Steuersystem, das mit Datenverbindungen zu der primären Stromquelle, der Brennstoffzelle und der Energiequelle der Energiespeichervorrichtung konfiguriert ist. In diesen Beispielen empfängt und analysiert das Steuersystem Datensignale von den separaten Stromquellen, um eine hochwertige Stromkonditionierung und -verwaltung für die USV bereitzustellen. Das Steuersystem analysiert Daten und überträgt Steueranweisungen an die verschiedenen Stromquellen, die mehrere fortschrittliche Stromverwaltungsaufgaben, die durch die USV durchgeführt werden, koordinieren und verbessern, einschließlich der gemeinsamen Nutzung von Strom zwischen der primären und der Reservequelle, der Verwaltung von Stromübergängen, der Export von Strom zurück in das öffentliche Versorgungsnetz und der Verwaltung von Boil-Off-Verlusten in der Brennstoffzelle. Im Gegensatz zu konventionellen USV-Systemen beinhalten die hierin beschriebenen Techniken den Empfang und die Analyse von Daten aus der primären Stromquelle und den Stromquellen für die Brennstoffzelle und für die Energiespeichervorrichtung, um eine ganzheitlichere Analyse und Stromverwaltung des USV-Systems durchzuführen.
  • In einigen Fällen können eine oder mehrere Komponenten hierin als „konfiguriert für“, „konfigurierbar für“, „betriebsfähig/betriebsfähig für“, „angepasst/anpassbar für“, „fähig zu“, „übereinstimmbar/übergestimmt zu“ usw. bezeichnet werden. Fachleute erkennen, dass solche Begriffe (z. B. „konfiguriert für“) im Allgemeinen Komponenten in dem aktiven Zustand und/oder Komponenten in dem inaktiven Zustand und/oder Komponenten in dem Standby-Zustand einschließen können, sofern der Kontext nichts anderes erfordert.
  • Der hierin verwendete Begriff „auf der Grundlage von“ kann synonym mit „auf der Grundlage, wenigstens teilweise auf und „auf der Grundlage wenigstens teilweise von“ verwendet werden.
  • Die hierin verwendeten Begriffe „umfasst/umfassend/besteht“ und „beinhaltet/beinhaltend/beinhaltet“ und ihre Äquivalente können austauschbar verwendet werden. Eine Einrichtung, ein System oder ein Verfahren, das „A, B und C umfasst“, beinhaltet A, B und C, kann jedoch ebenso andere Komponenten (z. B. D) beinhalten. Das heißt, die Einrichtung, das System oder das Verfahren ist nicht auf die Komponenten A, B und C beschränkt.
  • Während Aspekte der vorliegenden Offenbarung insbesondere unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, verstehen Fachmänner, dass verschiedene zusätzliche Ausführungsformen durch die Modifikation der offenbarten Maschinen, Systeme und Verfahren in Betracht gezogen werden können, ohne von dem Geist und dem Umfang dessen, was offenbart wird, abzuweichen. Solche Ausführungsformen sollten derart verstanden werden, dass sie in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie er auf der Grundlage der Ansprüche und jeglicher Äquivalente davon bestimmt wird.
  • Obwohl in der Anmeldung Ausführungsformen mit spezifischen strukturellen Merkmalen und/oder methodischen Handlungen beschrieben werden, wird verstanden, dass die Ansprüche nicht unbedingt auf die beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt sind. Vielmehr sind die spezifischen Merkmale und Handlungen lediglich eine Veranschaulichung einiger Ausführungsformen, die in den Umfang der Ansprüche der Anmeldung fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7244524 [0004]

Claims (15)

  1. Stromversorgungssystem (100), umfassend: eine primäre Stromquelle (102), die derart angeordnet ist, dass sie einer Ziellast über einen Gleichstrombus (112) Spannung bereitstellt, wobei der Gleichstrombus (112) elektrisch mit der Ziellast verbunden ist und über eine erste Verbindung elektrisch mit der primären Stromquelle (102) verbunden ist; eine erste Reservestromquelle, die eine elektrochemische Brennstoffzelle (104) umfasst, wobei die erste Reservestromquelle derart angeordnet ist, dass sie der Ziellast über den Gleichstrombus (112) eine Spannung von der elektrochemischen Brennstoffzelle (104) bereitstellt, wobei der Gleichstrombus (112) über eine zweite Verbindung elektrisch mit der ersten Reservestromquelle verbunden ist; und eine zweite Reservestromquelle, die eine Energiespeichervorrichtung (106) umfasst, wobei die zweite Reservestromquelle derart angeordnet ist, dass sie der Ziellast über den Gleichstrombus (112) Spannung von der Energiespeichervorrichtung (106) bereitstellt, wobei der Gleichstrombus (112) über eine dritte Verbindung elektrisch mit der zweiten Reservestromquelle verbunden ist.
  2. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die primäre Stromquelle eine aktive Front-End-Vorrichtung (110) beinhaltet, die elektrisch mit dem Gleichstrombus (112) an der ersten Verbindung gekoppelt ist, wobei die aktive Front-End-Vorrichtung (110) einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler beinhaltet, der derart angeordnet ist, dass er Wechselstrom aus einem elektrischen Versorgungsnetz in Gleichstrom umwandelt.
  3. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 2, wobei die erste Reservestromquelle einen ersten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (120) beinhaltet, der an der zweiten Verbindung elektrisch mit dem Gleichstrombus (112) gekoppelt ist, und wobei die zweite Reservestromquelle einen zweiten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (122) beinhaltet, der an der dritten Verbindung elektrisch mit dem Gleichstrombus (112) gekoppelt ist.
  4. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der primären Stromquelle (102), der ersten Reservestromquelle oder der zweiten Reservestromquelle eine Steuervorrichtung (202) umfasst, die konfiguriert ist, zum: Empfangen von Signalen, die eine dem Gleichstrombus (112) bereitgestellte Spannung anzeigen; Erkennen eines Unterschieds zwischen der dem Gleichstrom(112)bus bereitgestellte Spannung und einer Bezugsspannung; und Modifizieren einer Stromausgabe, die auf dem Unterschied basiert.
  5. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung (202) derart konfiguriert ist, dass sie eine Stromausgabe modifiziert, ohne ein Datensignal über eine Datenverbindung von einer Steuervorrichtung (202) zu empfangen.
  6. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Steuersystem (202), wobei das Steuersystem (202) beinhaltet: eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs) (210); und einen Speicher (212), der ausführbare Anweisungen speichert, die, wenn sie von der einen oder den mehreren CPUs (210) ausgeführt werden, das Steuersystem (202) veranlassen, Vorgänge durchzuführen, die umfassen: Empfangen von Datensignalen über eine oder mehrere Datenverbindungen von der primären Stromquelle (102), der ersten Reservestromquelle oder der zweiten Reservestromquelle; und Übertragen von Steueranweisungen über die eine oder die mehreren Datenverbindungen an wenigstens eine der primären Stromquelle (102), der ersten Reservestromquelle und der zweiten Reservestromquelle.
  7. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 6, wobei die Anweisungen das Steuersystem (202) veranlassen, Vorgänge durchzuführen, die ferner umfassen: Bestimmen, dass ein Ausfall bei der primären Stromquelle (202) aufgetreten ist, auf der Grundlage der Datensignalen, die von wenigstens einer der primären Stromquelle (102), der ersten Reservestromquelle oder der zweiten Reservestromquelle empfangen wurden; und Übertragen von Steueranweisungen an wenigstens eine der ersten Reservestromquelle (102) oder der zweiten Reservestromquelle, wobei die Steueranweisungen derart konfiguriert sind, dass sie einen Stromübergang von der Energiespeichervorrichtung (106) zu der elektrochemischen Brennstoffzelle (104) verwalten.
  8. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 6, wobei die Anweisungen das Steuersystem (202) veranlassen, Vorgänge durchzuführen, die ferner umfassen: Bestimmen eines ersten Anteils des der Ziellast bereitgestellten Stroms, der von der primären Stromquelle (102) bereitgestellt werden soll, und eines zweiten Anteils des der Ziellast bereitgestellten Stroms, der von der elektrochemischen Brennstoffzelle (104) bereitgestellt werden soll; und Übertragen von Steueranweisungen an wenigstens eine der primären Stromquelle (102) oder der ersten Reservestromquelle auf der Grundlage des bestimmten ersten Anteils und des bestimmten zweiten Anteils.
  9. Stromversorgungssystem (100) nach Anspruch 6, wobei die primäre Stromquelle (102) eine aktive Front-End-Vorrichtung (110) beinhaltet, die derart angeordnet ist, dass sie Strom von einem elektrischen Versorgungsnetz empfängt, und wobei die Anweisungen das Steuersystem (202) veranlassen, Vorgänge durchzuführen, die ferner umfassen: Bestimmen einer in das elektrische Versorgungsnetz zu exportierenden Strommenge auf der Grundlage der Datensignale, die von wenigstens einer der primären Stromquelle (102), der ersten Reservestromquelle oder der zweiten Reservestromquelle empfangen werden; und Übertragen von Steueranweisungen an die aktive Front-End-Vorrichtung (110), um die bestimmte Strommenge in das elektrische Versorgungsnetz zu exportieren.
  10. Verfahren, umfassend: Empfangen eines ersten Datensignals von einer primären Stromquelle (102) eines Stromversorgungssystems (100) durch ein Steuersystem (202), wobei die primäre Stromquelle (102) derart angeordnet ist, dass sie einer Ziellast über einen Gleichstrombus (112), der elektrisch zwischen der primären Stromquelle (102) und der Ziellast angeordnet ist, Spannung bereitstellt, Empfangen eines zweiten Datensignals von einer Reservestromquelle des Stromversorgungssystems (100) durch das Steuersystem (202), wobei die Reservestromquelle eine elektrochemische Brennstoffzelle (104) umfasst, wobei die Reservestromquelle separat mit dem Gleichstrombus (112) gekoppelt und derart angeordnet ist, dass sie der Ziellast über den Gleichstrombus (112) Spannung von der elektrochemischen Brennstoffzelle (104) bereitstellt; Bestimmen einer ersten Ausgabespannung, die der primären Stromquelle (102) zugeordnet ist, durch das Steuersystem (202) und wenigstens teilweise auf der Grundlage des ersten Datensignal und des zweiten Datensignals; Bestimmen einer zweiten Ausgabespannung, die der Reservestromquelle zugeordnet ist, durch das Steuersystem (202) und wenigstens teilweise auf der Grundlage des ersten Datensignal und des zweiten Datensignals; Übertragen einer ersten Steueranweisung, einschließlich Daten, die die erste Ausgabespannung darstellen, durch das Steuersystem (202) an eine Steuervorrichtung (204) der primären Stromquelle (102) über eine erste Datenverbindung; und Übertragen einer zweiten Steueranweisung, einschließlich Daten, die die zweite Ausgabespannung darstellen, durch das Steuersystem (202) an eine Steuervorrichtung (206) der Reservestromquelle über eine zweite Datenverbindung, wobei die erste Steueranweisung veranlasst, dass die primäre Stromquelle (102) die erste Ausgabespannung ausgibt, und wobei die zweite Steueranweisung bewirkt, dass die Reservestromquelle die zweite Ausgabespannung ausgibt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Empfangen eines dritten Datensignals von einer zweiten Reservestromquelle des Stromversorgungssystems (100), wobei die zweite Reservestromquelle eine Energiespeichervorrichtung (106) beinhaltet, wobei die zweite Reservestromquelle separat mit dem Gleichstrombus (112) gekoppelt und derart angeordnet ist, dass sie Spannung von der Energiespeichervorrichtung (106) über den Gleichstrombus (112) der Ziellast bereitstellt; Bestimmen einer dritten Ausgabespannung, die der zweiten Reservestromquelle zugeordnet ist, für die Ziellast wenigstens teilweise auf der Grundlage des dritten Datensignals; und Übertragen einer dritten Steueranweisung, einschließlich Daten, die die dritte Ausgabespannung darstellen, durch das Steuersystem (202) an eine Steuervorrichtung (208) der zweiten Reservestromquelle über eine dritte Datenverbindung, wobei die dritte Steueranweisung die zweite Reservestromquelle veranlasst, die dritte Ausgabespannung auszugeben.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Bestimmen auf der Grundlage wenigstens eines des ersten Datensignals, des zweiten Datensignals und des dritten Datensignals, dass ein Ausfall bei der primären Stromquelle (102) aufgetreten ist, und Bestimmen eines Stromübergangsvorgangs, um einen Stromübergang von der Energiespeichervorrichtung (106) zu der elektrochemischen Brennstoffzelle (104) während des Ausfalls zu verwalten, wobei die zweite Steueranweisung und die dritte Steueranweisung auf der Grundlage des Stromübergangsvorgangs bestimmt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Bestimmen eines ersten Anteils des der Ziellast bereitgestellten Stroms, der von der primären Stromquelle (102) bereitgestellt werden soll, und eines zweiten Anteils des der Ziellast bereitgestellten Stroms, der von der elektrochemischen Brennstoffzelle (104) bereitgestellt werden soll, wobei wenigstens eine der ersten Steueranweisung oder der zweiten Steueranweisung wenigstens teilweise auf dem bestimmten ersten Anteil und dem bestimmten zweiten Anteil basiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die primäre Stromquelle (102) eine aktive Front-End-Vorrichtung (110) beinhaltet, die derart angeordnet ist, dass sie Strom von einem elektrischen Versorgungsnetz empfängt, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen einer in das elektrische Versorgungsnetz zu exportierenden Strommenge, wenigstens teilweise auf der Grundlage des ersten Datensignals und des zweiten Datensignals, und wobei die erste Steueranweisung eine Anweisung an die aktive Front-End-Vorrichtung (110) beinhaltet, die bestimmte Strommenge in das elektrische Versorgungsnetz zu exportieren.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die in das elektrische Versorgungsnetz zu exportierende Strommenge durch das Steuersystem (202) auf der Grundlage bestimmt wird von wenigstens einem/einer von: einem von der aktiven Front-End-Vorrichtung (110) empfangenen Versorgungsnetzstrompreis; einer der Ziellast zugeordneten Stromlast; oder Boil-off-Verlustdaten, die der Brennstoffzelle (104) zugeordnet sind und von der Reservestromquelle empfangen werden.
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