[发明专利]模块化不间断电源设备和其操作方法

说明书

本文提供了一种不间断电源系统(100)，包括：多个功能模块(120、130、140、150、160)，所述多个功能模块互连以形成将至少两个电源(10a、10b)耦连至负载(20)的配电网络。每个功能模块具有耦连至所述功能模块的至少另一个和/或至少一个其它外部装置的至少两个端口，并包括控制电路，所述控制电路被配置成自主地控制与在所述至少两个端口之间的电功率传输有关的至少一个功能。所述系统还包括控制器模块(110)，所述控制器模块(110)被配置成与所述功能模块中的每一个通过至少一个数字通信链路通信，以控制在所述至少两个电源(10a、10b)和所述负载(20)之间的功率流。

技术领域

本发明的主题涉及电力系统及其操作方法，更具体地涉及不间断电源系统和其操作方法。

背景技术

在商业应用(诸如数据中心)中使用的常规的电力系统通常包括各种类型的装置，诸如开关柜单元、变压器、配电单元(PDU)和不间断电源(UPS)。这些装置通常是单用途单元，并被选择和互连以适应具体应用。例如，在数据中心电力系统中使用的常规的UPS可以包括具有相对固定拓扑的一个机柜或若干机柜的模块化布置，所述的拓扑例如被设计成从主电源(诸如公用事业源)和辅助电源(诸如电池)提供功率输出的整流器、逆变器和电池变换器电路的特定互连。可以使用通常针对具体应用选择的开关柜和其它网络部件，将主和辅助电源连接至UPS和其它电力网络部件。这些单元可能难以相互地以及与其它装置集成。一些UPS系统可以具有模块化构造，以便促进容量扩展和在故障情况下的更换，但在这些系统中使用的模块通常被配置用在固定布置中。

随着网络服务和云计算的出现，大型数据中心激增。一些较新的大型数据中心占地数百万平方英尺，并容置数十万台服务器。这些中心可能具有变化的功率需求。例如，数据中心可能既驻存容错应用(诸如社交媒体和视频服务)又驻存非容错应用(诸如金融应用)。能量消耗是这些设施主要关心的问题，一些设施正接近100MW级别，其中，即便几个百分点的效率损失也可能转化成非常大的开支。可能希望驻存非容错应用的电力服务器使用高可靠性系统，诸如在线UPS。然而，在具有高可靠性UPS的服务器上运行容错应用可能相对不高效。例如，在Krieger等人的美国专利号7,886,173、Whitted等人的美国专利号7,560,831和Sarti的美国专利号8,344,546中提出，在数据中心中提供具有相对高效率和冗余的电力的各种解决方案。然而，这些解决方案可能相对不灵活，不可以提供足够广度的能力。

发明内容

本发明的主题的一些实施例提供一种不间断电源系统，所述不间断电源系统包括多个功能模块，所述多个功能模块互连以形成将至少两个电源耦连至负载的配电网络。每个功能模块具有耦连至所述功能模块的至少另一个和/或至少一个其它外部装置的至少两个端口，并包括控制电路，所述控制电路被配置成自主地控制与在所述至少两个端口之间的电功率传输有关的至少一个功能。所述系统还包括控制器模块，所述控制器模块被配置成与所述功能模块中的每一个通过至少一个数字通信链路通信，以控制在所述至少两个电源和所述负载之间的功率流。

在一些实施例中，所述功能模块中的每一个包括本地控制器电路，所述本地控制器电路被配置成自主地控制所述至少一个功能，以及与所述控制器模块通信。在另外的实施例中，所述多个功能模块可以包括耦连至至少两个不同电源的至少两个功能模块和耦连至至少一个负载的至少一个功能模块，并且，所述控制器模块可以被配置成与所述多个功能模块通信，以选择性将所述至少两个不同电源耦连至所述至少一个负载。所述控制器模块可以被配置成维护所述系统的模型，并根据所述模型与所述多个功能模块通信。

所述多个功能模块可以包括开关模块，所述开关模块被配置成提供将至少一个输入端口耦连至至少一个输出端口的至少一个开关，其中，所述开关模块的控制电路被配置成自主地监测在所述至少一个输入端口和/或所述至少一个输出端口处的至少一个电参数，并作为响应控制所述至少一个开关。所述开关模块的控制电路还可以被配置成响应于从所述控制器模块经由所述至少一个数字通信链路接收的控制信号控制所述至少一个开关。所述至少一个开关可以包括双极开关或单极开关。