[发明专利]UPS中智能能量存储的系统和方法

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明的实施方式通常涉及功率管理，且更具体地，涉及不间断电源中智能能量存储的系统和方法。

2.相关技术讨论

当主电源或主干线不可用时，不间断电源(UPS)通常用于为电气设备或负载提供备用电力。传统的在线UPS采用功率因数校正电路(PFC)整流由电力公司提供的输入电力，以给DC母线提供DC电压。当电源是可用的时，整流后的DC电压通常用于为电池充电，以及给DC母线提供电力。当主电源不存在时，电池给DC母线提供电力。逆变器从直流母线产生到负载的AC输出电压。由于DC母线总是通过主干线或者电池供电，所以如果主干线发生故障且电池被充分充电，则UPS的输出电力是不间断的。

通常，UPS仅作为备用电源。虽然不间断电源通常用于提供局部级别的电力的连续来源(例如，在数据中心或在办公室或家里)，但由于与UPS结合使用的电池或其他储能设备的有限容量，这些设备主要依赖于公用电力。从历史上看，电力公司服务一直是需求驱动的和低效的，但越来越多地，技术被采用以改善电网的可用性、可靠性和效率。通常，这些改善的电网被称为“智能电网”。

“智能电网”，如由纽约州纽约市的电气与电子工程师协会(IEEE)所描述的，包括“以通信和信息技术在电能的产生、输送和消耗中越来越多的使用为代表的下一代电力系统”。截至2011年，智能电网被认为是总体的和不断发展的概念，它并不限于任何特定的技术特征，并且还可以包括标准、目标、目的和程序，这些共同支持可靠的、负担得起的及可持续的电力服务的开发、实现和有效传输。因此，目前不存在智能电网的标准定义；相反，该术语泛指各种相关的发电、分配和消耗概念。目前，一些现有的电力系统包括可表征为形成智能电网系统的部分而不是全部的一个或多个元素。

在其他目标中，智能电网的一个目标是使发电与耗电智能地匹配，而不是将电力用户视为是严格地被动的。从历史上看，电力公司一直信赖总平均负载，其是相对稳定的而且可被提前计算，以基于用户需求的合理预期预计电力需求。总平均负载被用来确定功率的基本负载或最小量，电力公司需要使该功率的基本负载或最低量可用而没有服务中断的风险。

然而，连接到电网的总负载可以随着时间的推移显著变化；例如，商业用电通常是在白天高于晚上，居民用电是在清晨和傍晚时间最高，且负载也会在加热或制冷需求最大的时期期间增加。因此，通过使用总平均负载，基本负载(和保持应急的任何额外的发电)可能比支持实时波动的负载所需的高。因此，高度可靠的功率输送是以超过需求产生的浪费功率为代价实现的。此外，可能有时负载大幅增加以致高于电力公司的基本负载容量而带有很小警告或没有警告，这引出了额外的可靠性和效率成本。随着额外的电力产生，电力费率与需求成比例上升。

发明内容

根据一个实施方式，一种用于控制具有电池的不间断电源(UPS)的方法包括：使用公用电源给耦合到UPS的负载供电，确定与公用电源相关的能量成本是否超过阈值成本，确定电池的充电水平是否超过阈值充电水平，以及响应于确定能量成本超过阈值成本和电池的充电水平超过阈值充电水平，从电池给负载供电。

在一个实施方式中，该方法可以包括由UPS通过通信网络接收电力费率表(electric utility rate schedule)，并基于电力费率表确定阈值成本。在另一个实施方式中，该方法可以包括确定电池的充电水平是否低于备用(reserve)充电水平，并响应于此，从公用电源给负载供电。在又一个实施方式中，备用充电水平可以对应于负载可由电池供电的所需时间的预定最小量。

在另一个实施方式中，公用电源的能量成本可以是公用电源的第一能量成本，而且阈值成本可以是第一阈值成本。该方法可以包括：基于电力费率表确定公用电源的第二能量成本是否小于第二阈值成本，以及响应于此，使用公用电源给电池供电。在又一个实施方式中，该方法可以包括基于负载被从电池供电的时间量和第一能量成本计算节约成本。

在又一个实施方式中，节约成本可以是第一节约成本以及时间量可以是第一时间量。该方法可以包括基于电池使用公用电源被充电的第二时间量和第一能量成本计算第二节约成本。