[发明专利]具有飞轮系统/电池组合的不间断电源系统中的飞轮的快速重启

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月29日提交的美国发明申请第15/142,570号的优先权，并且还要求于2015年6月5日提交的美国临时申请第62/171,660号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及具有飞轮系统/电池组合的不间断电源系统。

背景技术

本部分提供与本公开内容有关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

许多不间断电源系统具有用于提供备用直流电力的电池组和飞轮系统两者。“直流”在本文中有时被称为“DC”。电池组和飞轮系统在AC输入电力损失(例如来自电业公司的AC电力损失)期间为UPS系统提供备用DC电力。飞轮系统用于短时供电中断，所以电池组的寿命不会由于短暂的重复放电/再充电循环而减少。在短时供电中断期间，飞轮系统供给备用DC电力而不是电池组供给。

图1是具有用于提供备用DC电力的飞轮系统/电池组合的典型的现有技术不间断电源系统100的简化框图。不间断电源系统100在本文中有时将被称为UPS系统100，其中“UPS”表示“不间断电源”。UPS系统100的基本元件是整流器102、逆变器104、飞轮系统/电池组合106、控制器108以及静态转换开关110。整流器102直接或经由中间输入变压器(未示出)耦接至交流电力源(未示出)例如公用变电站，并且将AC电力转换为DC电力，整流器102将该DC电力提供给DC总线112。“交流”在本文中有时被称为“AC”。逆变器104直接地或通过中间输出变压器(未示出)将DC总线112上的DC电力转换为AC电力，逆变器104将该AC电力提供给UPS系统100的输出端114。静态转换开关耦接在AC电力源例如公用变电站(未示出)与UPS系统100的输出端114之间。飞轮系统/电池组合106耦接至DC总线112，并且在与整流器102耦接的AC电源发生电力故障的情况下，向DC总线112并且因此向逆变器104提供备用DC电力。飞轮系统/电池组合106具有电池组116和飞轮系统118，电池组116耦接至DC总线112，飞轮系统118也耦接至DC总线112。飞轮系统118包括DC/DC转换器120、电动机/发电机122和飞轮124。DC/DC转换器将电动机/发电机122的电动机/发电机绕组(未示出)耦接至DC总线112，并且飞轮124被耦接至电动机/发电机122的转子(未示出)。

控制器108被配置成通过以下方式来控制包括整流器102和逆变器104的UPS系统100：改变整流器102中的电力开关器件的占空比使得整流器102向DC总线112提供期望的DC输出电压，并且还改变逆变器104中的电力开关器件的占空比使得逆变器104提供期望的AC输出电压。控制器108还控制静态转换开关110，以使其在闭合和断开之间切换。控制器108可以是以下电路或器件、以下电路或器件的一部分或包括以下电路或器件：专用电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；和/或处理器例如数字信号处理器(DSP)、微控制器等。应当理解，控制器108可以包括前述中的一个或多于一个例如基于DSP的数字控制器，其通过产生适当的切换信号来切换电力开关器件例如IGBT和晶闸管从而控制UPS系统100的功能块中的每一个。

在正常操作期间，电动机/发电机122作为电动机工作，并由UPS系统100的DC 112总线供电，以使飞轮124旋转到全速。当存在电力故障时，电动机/发电机122作为发电机工作，并且飞轮124使电动机/发电机122的转子125旋转，使得电动机/发电机122产生DC电力，该DC电力经由DC/DC转换器120提供给DC总线112。

典型地，在电力中断之后从公用AC恢复电力时，UPS的整流器供给电流以使DC总线升压从而对电池组充电并且也对飞轮系统充电。DC总线通过向电动机/发电机供电来对飞轮系统进行“充电”，以使飞轮回到全速。由于整流器正在对电池组和飞轮系统两者进行充电，因此飞轮系统需要更长时间来实现完全的再充电。此外，可从整流器获得的能量是有限量。整流器必须供给用于UPS的负载电力并且还供给用于飞轮系统和电池组的充电系统电力。系统负载越多，该问题越严重。

发明内容

本部分提供对本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。