用于捕集器不间断电力供应系统的静态转换开关负载转换的技术

本申请案主张2019年1月28日申请的第16/258,825号美国专利申请案的权益及优先权，所述美国专利申请案的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及捕集器不间断电力供应系统，且更特定来说，涉及用于捕集器不间断电力供应系统的静态转换开关负载转换的技术。

背景技术

不间断电力供应器(UPS)在电力故障事件期间(例如当输入电源发生故障时)将应急电力提供到负载。电力系统可包含用于确保电力被连续供应到一或多个临界负载的UPS。事实上，UPS可经部署于各种应用中，例如经部署于公用变电站、工业厂房、数据中心、船舶系统及类似物中。

此外，UPS系统的一些配置提供冗余，使得如果一个UPS发生故障，那么另一UPS可在其位置提供应急电力。一种实例配置是捕集器UPS系统。捕集器UPS系统是一种分布式冗余配置，其中指定UPS经连接到电力系统以在另一UPS发生故障的情况下从所述另一UPS“捕集”负载。为此，捕集器UPS系统提供一或多个静态转换开关(STS)。当给定UPS发生故障时，相关联STS将负载从那个UPS转换到捕集器UPS。有利地，捕集器UPS系统比提供冗余(例如N+1UPS配置)的其它UPS方法相对廉价一些。

然而，捕集器UPS系统的一个问题涉及其中多个STS可潜在地使捕集器UPS过载(例如，在多个UPS中发生故障的情况下)的例子。解决此问题的当前方法包含实施可编程逻辑控制器，其允许手动锁定给定STS以防止STS转换负载。然而，此方法可能难以在不同故障模式中维持。

发明内容

本文中呈现的一个实施例公开一种系统。所述系统包含：多个不间断电力供应器(UPS)；捕集器UPS；及多个静态转换开关(STS)，其中每一STS与相关联UPS且与所述捕集器UPS连接。每一STS包含控制单元。所述控制单元通常用于监测所述捕集器UPS的可用电力。每一STS中的所述控制单元通常还用于响应于所述相关联UPS的电力故障事件而确定供应到连接到所述STS的负载的实时电力是否超过所述捕集器UPS的可用电力及所述STS是否具有高于每一其它STS的优先级。所述控制单元通常还用于响应于确定供应到所述负载的所述实时电力未超过所述捕集器UPS的所述可用电力且所述STS具有高于每一其它STS的优先级而将所述负载从所述相关联UPS转换到所述捕集器UPS。

本文中呈现的另一实施例公开一种方法。所述方法通常包含经由多个静态转换开关(STS)的STS监测捕集器不间断电力供应器(UPS)的可用电力，其中每一STS与多个UPS中的相关联者且与所述捕集器UPS连接。所述方法通常还包含作为响应确定所述相关联UPS的电力故障事件：(i)供应到连接到所述STS的负载的实时电力是否超过所述捕集器UPS的所述可用电力；及(ii)所述STS是否优具有高于所述多个STS中的每一其它STS的优先级。所述方法通常还包含响应于确定(i)供应到所述负载的所述实时电力未超过所述捕集器UPS的所述可用电力及(ii)所述STS具有高于所述多个STS中的每一其它STS的优先级而将所述负载从所述相关联UPS转换到所述捕集器UPS。

附图说明

本文中描述的概念通过实例且并非通过限制在附图中说明。为了说明的简单及清楚起见，图式中说明的元件不一定是按比例绘制。在认为合适的情况下，在图中重复了参考标记以指示对应或类似元件。

图1是提供捕集器不间断电力供应(UPS)架构的系统的至少一个实施例的简化框图；

图2是图1的静态转换开关(STS)中的一者的至少一个实施例的简化框图；

图3是可由图1的每一STS维持的资源电力表的至少一个实施例的简化概念图；

图4是用于通过图1的STS中的一者转换负载的方法的至少一个实施例的简化流程图；及

图5是用于确定STS相对于图1的每一其它STS的优先级的至少一个实施例的简化流程图。

具体实施方式

虽然本公开的概念易受各种修改及替代形式影响，但其特定实施例已在图中通过实例展示且将在本文中进行详细描述。然而，应理解，不希望将本公开的概念限于公开的特定形式，恰恰相反，希望涵盖与本公开及所附权利要求书一致的所有修改、等效物及替代例。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等的引用指示所描述的实施例可包含特定特征、结构或特性，但每个实施例可一定或可不一定包含那个特定特征、结构或特性。此外，此类短语不一定指代同一实施例。此外，当特定特征、结构或特性是关于实施例进行描述时，提出所属领域的技术人员知晓结合无论是否明确描述的其它实施例实行此特征、结构或特性。另外，应了解，包含于呈“至少一个A、B及C”的形式的列表中的项可意味着(A)；(B)；(C)：(A及B)；(B及C)；(A及C)；或(A、B及C)。类似地，以“A、B及C中的至少一者”的形式列出的项可意味着(A)；(B)；(C)：(A及B)；(B及C)；(A或C)；或(A、B及C)。

在一些情况中，所公开的实施例可经实施于硬件、固件、软件或其任何组合中。所公开的实施例还可经实施为由一或多个暂时性或非暂时性机器可读(例如计算机可读)存储媒体载送或存储在其上的指令，所述指令可由一或多个处理器读取及执行。机器可读存储媒体可经体现为用于存储或传输呈可由机器(例如易失性或非易失性存储器、媒体光盘或其它媒体装置)读取的形式的信息的任何存储装置、机构或其它物理结构。

在图中，可以特定布置及/或顺序展示一些结构或方法特征。然而，应了解，此类特定布置及/或顺序可能不是必需的。确切来说，在一些实施例中，可按与说明性图中展示的不同的方式及/或顺序来布置此类特征。另外，在特定图中包含结构或方法特征并不意在暗示此特征在所有实施例中都是需要的，且在一些实施例中，可以不包含此特征或此特征可与其它特征组合。

本文中呈现的实施例公开用于通过静态转换开关(STS)将负载从给定不间断电力供应器(UPS)转换到捕集器(UPS)以防止其中由多个STS转换的负载使捕集器UPS过载的情况。如本文中进一步描述，每一STS经由通信链路与另一者连接且经由通信链路实时广播与STS相关联的实时电力数据。在于与给定UPS耦合的UPS中发生电力故障事件的情况下，STS基于其它STS的实时电力数据及捕集器UPS的可用电力评估各个特性以确定是否将负载转换到捕集器UPS。特性可包含STS相对于其它STS的优先级(例如，供应到STS的实时电力是否大于供应到其它STS的实时电力)。有利地，本文中公开的实施例允许经配置用于捕集器UPS架构的电力系统保存并最大化转换到捕集器UPS的电力量而在不会致使捕集器UPS过载。实施例公开一种可由安装者或用户相对容易地配置的自动方法。

现在参考图1，用于将负载转换到捕集器不间断电力供应器的系统100包含UPS 1到N 102、捕集器UPS 104及一或多个STS 1到N 106。说明性系统100可代表捕集器UPS架构，例如数据中心电力系统架构，其中捕集器UPS馈送主要UPS系统的内部自动旁通。当然，本文中公开的系统100可适于各种设置，例如工业厂房、公用变电站、高安全性系统、电信中心等等。系统100可包含额外、更少或替代组件，包含本文中在其它地方描述的组件。在正常操作下，一或多个公共设施可用作电压源且将交流(AC)电力提供到一或多个负载。

UPS 1到N 102及捕集器UPS 104可经体现为能够响应于电力故障事件(例如掉电、过电压、过电流、电力质量下降及类似物)而将应急电力供应到给定负载的任何类型的UPS或其它装置。在源发生故障的情况下，给定UPS 102可使用能量存储系统(例如具有转换器的电池、飞轮等)来维持到负载的电力流。此外，如果给定UPS 102发生故障，那么经由捕集器UPS 104向负载馈送电力。在一些实施例中，每一UPS 1到N 102可将辅助电力提供到给定负载以维持连续且预定的电力质量。此外，通过在系统100中包含多个UPS 1到N 102，UPS 1到N提供冗余电源。

STS 1到N 106可经体现为能够在两个独立的电源之间转换电负载的任何类型的STS或其它装置。说明性地，每一STS 1到N 106与相关联UPS 1到N 102及捕集器UPS 104连接。特定来说，UPS 1到N 102在主电源线107处与UPS 1到N 102连接，且捕集器UPS 104在备用电源线108处与STS 1到N 106连接。在系统100正常操作期间(例如，在没有发生电力故障事件的情况下)，STS 1到N 106在线107处是断开的。在相关联UPS 102发生电力故障事件期间，对应STS 1到N 106在线107处是闭合的且在线108处是断开的。系统100中的每一STS 1到N 106彼此可具有相同的电力容差。

如所述，在UPS 102中发生电力故障事件的情况下，经由捕集器UPS 104向负载馈送电力。为此，给定STS 1到N 106经耦合于相关联UPS 102与捕集器UPS 104之间，从而使STS 106能够执行负载从相关联UPS 102到捕集器UPS 104的瞬时开关操作。使用STS 1到N106实现对检测到的电力故障事件的相对较快的反应时间(例如，与断路器及其它切换装置相比)。

捕集器UPS 104具有可适应来自STS 106中的一或多者的负载的可用电力。然而，问题是如果多个STS 106将负载转换到捕集器UPS 104那么捕集器UPS 104可潜在地被过载。如本文中进一步描述，每一STS 1到N 106可包含用于迫使将被转换到捕集器UPS 104的负载避免捕集器UPS 104的过载的控制逻辑。

现在参考图2，图1的每一STS 106可包含处理器202、存储器206、I/O子系统210、通信电路系统212及一或多个数据存储装置216。当然，在其它实施例中，STS 106可包含其它或额外组件，例如通常发现于STS中的组件(例如断路器系统、整流器、可编程逻辑控制器、电流传感器、电压传感器、网络端口及类似物)。另外，在一些实施例中，说明性组件中的一或多者可经并入于另一组件中或以其它方式形成另一组件的一部分。举例来说，在一些实施例中，存储器206或其部分可经并入于处理器202中。

处理器202可经体现为能够执行本文中描述的功能的任何类型的处理器。举例来说，处理器202可经体现为单核或多核处理器、单插槽或多插槽处理器、数字信号处理器、微控制器或其它处理器或处理/控制电路。类似地，存储器206可经体现为任何类型的易失性或非易失性存储器或能够执行本文中描述的功能的数据存储装置。在操作中，存储器206可存储在STS 106操作期间使用的各种数据，例如逻辑及驱动程序。

如本文中进一步描述，存储器206可存储用于维持系统100中的STS 106的实时电力值的数据表。存储器206经由I/O子系统210通信地耦合到处理器202，I/O子系统210可经体现为促进与处理器202、存储器206及静态转换开关的其它组件进行输入/输出操作的电路系统及/或组件。举例来说，I/O子系统210可经体现为或以其它方式包含存储器控制器集线器、输入/输出控制集线器、固件装置、通信链路(即点到点链路、总线链路、线、缆线、光导、印刷电路板迹线等)及/或用以促进输入/输出操作的其它组件及子系统。在一些实施例中，I/O子系统210可形成芯片上系统(SoC)的一部分且可与处理器202、存储器206及STS106的其它组件一起并入在单个集成电路芯片上。

说明性地，处理器202包含控制单元204，其可经体现为任何装置、软件、电路系统或其组合，控制单元204能够执行本文中描述的功能，包含监测捕集器UPS 104的可用电力、检测电力故障事件、确定供应到连接到STS 106的负载的实时电力是否超过捕集器UPS 104的可用电力、确定STS 106是否具有高于每一其它STS 106的优先级及将负载从相关联UPS102转换到捕集器UPS 104。控制单元203还可包含用于检测电源之间(例如，相关联UPS 102与捕集器104之间)的电力故障事件及切换的额外控制及计量逻辑。

通信电路系统212可经体现为能够实现STS 106与系统100中的其它STS 106以及其它联网装置之间的通信的任何通信电路、装置或其集合。为此，通信电路系统212可经配置以使用任一或多种通信技术及相关联协议(例如以太网、蓝牙

通信电路系统212还可包含网络接口控制器(NIC)214。NIC 214可经体现为一或多个内插板、子卡、网络接口卡、控制器芯片、芯片组或可由STS 106用来与另一STS 106连接的其它装置。在一些实施例中，NIC 214可经体现为包含一或多个处理器的芯片上系统(SoC)的部分或包含在还含有一或多个处理器的多芯片封装上。

数据存储装置216可经体现为经配置用于数据的短期或长期存储的任何类型的一或多个装置。举例来说，数据存储装置216可包含任一或多个存储器装置及电路、存储器卡、硬盘驱动、固态驱动或其它数据存储装置。在实施例中，数据存储装置216可存储维持由其它STS 106供应的实时电力值的表。

另外，如展示，STS 106可经由通信链路220与系统100中的其它STS 106通信地耦合。通信链路220可经体现为使给定STS 106能够广播关于STS 106的内部特性的数据及其它信息的任何链路，例如提供数字信号处理(DSP)或多控制器单元(MCU)通信技术的一线两端链路。

经由通信链路220的另一通信使每一STS 106能建立用于识别供应到系统100中的每一STS 106的实时电力值的相对同步的表。现在参考图3，展示一种实例资源电力表(RPT)300。每一STS 106可产生RPT 300并在内部维持RPT 300，例如作为表维持在存储器206或数据存储装置216中。RPT 300可经体现为可存储与系统100中的每一STS106相关联的数据的任何表结构(例如数据库结构、键-值存储等)。

举例来说，说明性地，RPT 300可存储与供应到给定STS 106的负载相关联的实时电力值。RPT 300可具有N-1个行，其中每一行与给定STS 106相关联。例如，RPT 300提供用于与给定STS 106相关联的单元标识符的一列及用于被供应到那个STS 106的实时电力值的一列。

在实施例中，为了更新并维持表，每一STS 106可周期性地测量由相关联UPS 102供应到下游电力分配单元(PDU)的其实时电力。STS 106还周期性地将实时电力值广播到每一其它STS 106。举例来说，为此，STS 106可产生包含有效负载中的实时电力值的分组。分组有效负载还可包含额外信息，例如与STS 106相关联的单元标识符。当然，STS 106的识别信息还可经提供于分组的标头中。分组一旦产生，STS 106就可经由通信链路220将分组传输到每一STS 106。在一些实施例中，分组可经由其中未对特定STS106进行寻址的广播技术进行传输，而是被每一STS 106接收。另外，STS 106还可轮询其它STS 106的实时电力值。举例来说，STS 106可这样来广播指示对此类值的请求的信号。

在给定STS 106从另一STS 106接收分组的情况下，STS 106可针对与那个另一STS106相关联的实时电力值对分组进行评估。更特定来说，STS 106可评估分组标头或有效负载以识别STS 106的信息。STS 106还评估分组有效负载以确定实时电力值。一旦被确定，STS 106就可用接收到的对应STS 106的值来更新RPT 300。

现在参考图4，每一STS 106在操作时可执行用于将负载从相关联UPS 102转换到捕集器UPS 104的方法400。如展示，方法以框402开始，其中STS 106监测捕集器UPS104的可用电力及供应到连接到每一其它STS 106的负载的实时电力。如所述，捕集器UPS 104的可用电力最初可被提供为STS 106启动时的预定义内部值。另外，内部值可由STS 106更新(例如，在电力故障事件之后)或响应于从另一STS 106广播的经更新值而更新。如进一步陈述，STS 106可轮询每一其它STS 106以获得实时电力值。在框404中，STS 106可依据监测到的实时电力值更新内部RPT。

在框406中，STS 106可确定在与STS 106相关联的UPS 102中是否检测到电力故障事件。电力故障事件的实例包含UPS 102在源故障、掉电、过电压、过电流及电力质量降低(例如，电力的功率因子降低)的事件中没有响应。如果电力故障尚未发生，那么方法400返回到框402，其中STS 106继续监测捕集器UPS 104的可用电力及每一STS104的实时电力值。

否则，在电力故障事件的情况下，接着，在框408中，STS 106部分基于RPT确定STS106相对于每一其它STS 106的优先级。举例来说，优先级可为用户定义的或以其它方式与STS 106是否是STS 106的最高电力消耗者相关。关于图5进一步描述优先级确定过程。

在框410中，STS 106确定是否具有高于每一其它STS 106的优先级。如果没有，那么方法400结束。在此情况中，STS 106可等待具有较高优先级的STS 106将相关联负载转换到捕集器UPS 104。如果STS 106具有最高优先级，那么在框412中，STS 106确定由STS 106供应到负载的实时电力是否超过捕集器UPS 104的可用电力。这样做确保STS 106可最大化转换到捕集器UPS 104的负载量而不会导致过载及潜在地导致负载降低。为此，STS 106可评估STS 106内部的指示捕集器UPS 104的可用电力的值。

如果由STS 106供应到负载的实时电力超过捕集器UPS 104的可用电力(例如，捕集器UPS 104已使用所提供的可用电力)，那么方法400结束。在此情况中，为了避免过载情况，STS 106可等待对指示捕集器UPS 104的可用电力的内部值的更新，使得可用电力大于或等于STS 106的实时电力。

在框414中，STS 106经由电力线108将负载从相关联UPS 102转换到捕集器UPS104。此外，在框416中，STS 106更新指示捕集器UPS 104的可用电力的内部值及供应到STS 106的实时电力值。更特定来说，STS 106中的数字信号处理器可从与捕集器UPS104的可用电力相关联的内部值减去实时电力值。STS 106此后可用向其它STS 106指示STS 106已经低于捕集器UPS 104的电力的值来复位实时电力值，这借此使其它STS106能够获得对捕集器UPS 104的可用电力的优先级且在需要的情况下转换。举例来说，可使用值-1(或一些其它任意值或旗标)。在框418中，STS 106可经由通信链路220将经更新值广播到每一其它STS 106。为此，STS 106可产生将值包含在有效负载中的一或多个分组来进行传输。

如所述，STS 106可在电力故障事件中确定相对于其它STS 106的优先级。现在参考图5，展示用于确定此优先级的方法500。如展示，方法500以框502开始，其中STS106评估内部配置以确定STS 106是否具有用户定义的优先级。如果有，那么在框504中，STS 106建立高于每一其它STS 106的优先级。

否则，在框506中，接着，STS 106可确定STS 106是否是相对于每一其它STS 106的最高电力消耗者。更特定来说，STS 106可评估内部RPT表以确定最高电力消耗者。举例来说，假定系统100包含四个STS 106，其中前三个单元消耗100KW且第四单元消耗400KW。此外，假定捕集器UPS 104的可用电力是500KW。在电力故障事件中，第四单元是最高电力消耗者且将建立高于每一其它STS 106的优先级。在此情况中，方法500继续到框504。

如果STS 106不是相对于每一其它STS 106的最高电力消耗者，那么STS 106确定与STS 106相关联的单元标识符是否是相对于每一其它STS 106是最低的且还确定与STS106相关联的实时电力值是否未被复位。在一些实施例中，最低单元标识符可用于建立优先级，例如，在其中多于一个STS 106是系统100中的最高电力消耗者的情况中。举例来说，在其中多于一个STS 106是最高电力消耗者的情况中，STS 106可评估RPT以确定另一(另外)最高电力消耗者的单元标识符并评估所述标识符。如果现在的STS 106具有最低单元标识符值，那么方法500继续到框504。当然，其它实施例可包含确定相对于给定STS 106的其它特性的优先级，例如基于最高单元标识符值指派优先级。