本發(fā)明的主題涉及電力系統(tǒng)及其操作方法，更具體地涉及電力系統(tǒng)控制設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

孤島電力系統(tǒng)包括可能與公用電網(wǎng)隔離的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以包括例如由不間斷電源(ups)系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)機(jī)組、燃料電池等等服務(wù)的系統(tǒng)。典型的不間斷電源(ups)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成通過(guò)將負(fù)載從故障的主電源(諸如公用事業(yè)線路)轉(zhuǎn)移至輔助電源(諸如電池、飛輪、燃料電池等等)來(lái)對(duì)受保護(hù)負(fù)載提供不間斷電力。ups系統(tǒng)還可以與其它能源相接，諸如電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)組、微型渦輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電發(fā)電機(jī)和光伏陣列。ups系統(tǒng)可以具有各種不同的架構(gòu)，包括在線(雙變換)、備用和在線交互。在其它類型的孤島電力系統(tǒng)中可以使用各種不同的變換器(例如逆變器)架構(gòu)。

數(shù)據(jù)中心通常在其配電系統(tǒng)中使用ups以確保期望等級(jí)的可用性。這些電力系統(tǒng)具有電源(例如發(fā)電機(jī)組、光伏陣列、電池等等)、ups和互連開(kāi)關(guān)柜的各種不同的配置。例如，一些數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)可以包括提供短期備份電力的一個(gè)或多個(gè)ups和提供長(zhǎng)期備份電力的一個(gè)或多個(gè)燃燒柴油和/或天然氣的發(fā)電機(jī)的組合。這些個(gè)電力系統(tǒng)布置可以提供各種等級(jí)的可用性。數(shù)據(jù)中心的分層可用性方案由正常運(yùn)行協(xié)會(huì)(uptimeinstitute)定義，并在www.uptimeinstitute.com描述。

一些系統(tǒng)使用冗余ups布置，其中，可以使用一個(gè)ups備用另一個(gè)ups。例如，一些系統(tǒng)可以利用其中兩個(gè)或更多個(gè)ups(或ups模塊)并聯(lián)連接至公共總線的并聯(lián)冗余布置，并聯(lián)系統(tǒng)具有比最大投入負(fù)載(projectedload)充分大的容量，以提供冗余。其它系統(tǒng)可以使用孤立冗余布置，在這種布置中，一個(gè)或多個(gè)主ups服務(wù)相應(yīng)的受保護(hù)負(fù)載(例如數(shù)據(jù)中心的相應(yīng)服務(wù)器機(jī)架排)，一個(gè)或多個(gè)預(yù)留或“接替(catcher)”ups被配置成在服務(wù)的主ups故障(例如硬件和/或容量)情況下接替受保護(hù)負(fù)載。例如，在familiant等人的美國(guó)專利號(hào)8,850,237中描述了其它類型的冗余ups布置。這些ups布置還可以被發(fā)電機(jī)或其它電源備份。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主題的一些實(shí)施例提供方法，包括：從電源提供電力；以及控制由所述電源生成的ac電壓的波形以信號(hào)化所述電源的狀態(tài)。所述狀態(tài)可以包括例如所述電源的容量。在一些實(shí)施例中，控制由所述電源生成的ac電壓的波形以信號(hào)化所述電源的狀態(tài)包括通過(guò)控制所述電源的頻率信號(hào)化(signaling)所述狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，所述電源可以包括不間斷電源(ups)，并且，控制由所述電源生成的ac電壓的波形以信號(hào)化所述電源的狀態(tài)可以包括使用所述ups的逆變器信號(hào)化所述狀態(tài)。

在一些實(shí)施例中，所述ups可以包括第一ups，使用所述ups的逆變器信號(hào)化所述狀態(tài)可以包括控制耦連至所述第一ups的第一總線上的ac電壓。所述方法還可以包括檢測(cè)所述第一總線上的信號(hào)化狀態(tài)；以及響應(yīng)于檢測(cè)的狀態(tài)，將所述第一總線選擇性耦連至第二總線，所述第二總線被配置成從第二ups接收電力。在另外的實(shí)施例中，可以檢測(cè)在負(fù)載處的所述信號(hào)化狀態(tài)，并且響應(yīng)于檢測(cè)的信號(hào)化狀態(tài)，可以控制負(fù)載。例如，負(fù)載可以包括配電單元(pdu)，并且響應(yīng)于檢測(cè)的信號(hào)化狀態(tài)控制負(fù)載可以包括對(duì)耦連至所述pdu的分支電路選擇性斷電。在另外的實(shí)施例中，所述負(fù)載可以包括數(shù)據(jù)處理裝置，并且響應(yīng)于檢測(cè)的信號(hào)化狀態(tài)控制負(fù)載可以包括改變由所述數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行的計(jì)算過(guò)程。

另外的實(shí)施例提供方法，包括：操作電源，以在第一總線上產(chǎn)生電壓；通過(guò)控制由所述電源提供的電壓的波形，信號(hào)化所述電源的容量；從ups經(jīng)由第二總線將電力提供至負(fù)載；以及基于信號(hào)化的容量，將所述第一總線選擇性耦連至所述第二總線。所述電源可以包括另一ups。

在一些實(shí)施例中，從ups經(jīng)由第二總線將電力提供至負(fù)載可以包括從第一ups經(jīng)由所述第二總線將電力提供至第一負(fù)載，并且所述方法還可以包括：從第二ups經(jīng)由第三總線將電力提供至第二負(fù)載；以及基于信號(hào)化的容量，將所述第一總線選擇性耦連至所述第三總線?；谛盘?hào)化的容量，將所述第一總線選擇性耦連至所述第二總線可以包括響應(yīng)于所述第一ups的故障，將所述第一總線耦連至所述第二總線；并且，基于信號(hào)化的容量，將所述第一總線選擇性耦連至所述第三總線可以包括如果信號(hào)化的容量足以為所述第二負(fù)載提供服務(wù)，則響應(yīng)于所述第二ups的故障，將所述第一總線耦連至所述第三總線。

在一些實(shí)施例中，所述電源可以包括第三ups。在一些實(shí)施例中，所述第三ups可以作為接替ups操作。在另外的實(shí)施例中，可以從所述第三ups經(jīng)由第四總線將電力提供至第三負(fù)載；并且，操作所述電源以在所述第一總線上產(chǎn)生電壓可以包括將所述第一總線耦連至所述第四總線，使得所述第三ups在將電力提供至所述第三負(fù)載時(shí)在所述第一總線上生成電壓。

還有另外的實(shí)施例可以提供一種系統(tǒng)，包括：電源；以及控制電路，所述控制電路被配置成通過(guò)控制由所述電源生成的ac電壓的波形，信號(hào)化所述電源的狀態(tài)。所述電源可以包括ups；并且，所述控制電路可以被配置成操作所述ups的逆變器，以信號(hào)化所述狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，所述電源可以包括發(fā)電機(jī)；并且，所述控制電路可以被配置成操作所述發(fā)電機(jī)以信號(hào)化所述發(fā)電機(jī)的狀態(tài)。信號(hào)化的狀態(tài)可以包括容量。所述控制電路可以被配置成例如設(shè)置所述ac電壓的波形的頻率，以信號(hào)化所述電源的狀態(tài)。

附加實(shí)施例提供一種系統(tǒng)，包括：負(fù)載，所述負(fù)載被配置成從電源接收電力；以及控制電路，所述控制電路操作耦連至所述負(fù)載，并被配置成檢測(cè)由所述電源提供的ac電壓的波形所傳送的狀態(tài)信號(hào)，并基于檢測(cè)的狀態(tài)信號(hào)改變所述負(fù)載。

附圖說(shuō)明

圖1是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的電力系統(tǒng)的示意圖。

圖2是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的圖1電力系統(tǒng)的操作的流程圖。

圖3是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例具有波形信號(hào)化能力(signalingcapability)的不間斷電源(ups)的示意圖。

圖4是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例包括帶波形信號(hào)化能力的發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的示意圖。

圖5是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的電壓波形信號(hào)化方案的示例的圖形。

圖6是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例具有冗余接替ups布置的電力系統(tǒng)的示意圖。

圖7是圖解說(shuō)明根據(jù)另外的實(shí)施例具有冗余接替ups和雙輸入總線布置的電力系統(tǒng)的示意圖。

圖8是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的具有ups預(yù)留總線布置的電力系統(tǒng)的示意圖。

圖9是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例具有電壓波形檢測(cè)能力的配電單元(pdu)的示意圖。

圖10是圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例具有電壓波形檢測(cè)能力的計(jì)算機(jī)設(shè)備的示意圖。

圖11是圖解說(shuō)明根據(jù)另外的實(shí)施例的電力系統(tǒng)操作的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的主題的特定示例性實(shí)施例。不過(guò)，本發(fā)明的主題可以以許多不同的形式體現(xiàn)，不應(yīng)當(dāng)解讀為局限于本文陳述的實(shí)施例；而是，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)是詳盡，完整的，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的主題的范圍。在附圖中，相同的數(shù)字代表相同的元件。要理解，將元件描述為“連接至”或“耦連至”另一元件時(shí)，該元件可以直接地連接至或耦連至其它元件或可以存在中間的元件。如本文中使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目的任意和所有組合。

本文中使用的術(shù)語(yǔ)只是出于描述特定實(shí)施例的目的，不旨在限制本發(fā)明的主題。如本文中使用的單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非另有明確指示。還要理解術(shù)語(yǔ)“包括(include)”、“包括(comprise)”、“包括(including)”和/或“包括(comprising)”在本說(shuō)明書使用時(shí)，指定所陳述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或加入。

除非另外定義，否則本文中使用的所有術(shù)語(yǔ)匯編(包括科技術(shù)語(yǔ))具有由本發(fā)明的主題所屬的領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同含義。還要理解，諸如常用詞典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解讀為具有與其在說(shuō)明書的上下文和相關(guān)領(lǐng)域中的含義一致的含義，不以理想化或過(guò)度正式的含義解讀，除非本文中如此定義。

本發(fā)明的主題可以體現(xiàn)為設(shè)備、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。可以參照?qǐng)D解說(shuō)明結(jié)構(gòu)和操作的方塊圖和/或操作圖示描述一些實(shí)施例。通?？梢允褂帽慌渲贸蓤?zhí)行特定功能的電路實(shí)現(xiàn)方塊圖和/或操作圖示的塊。通?？梢允褂媚M和/或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)這些“電路”。電路可以包括離散部件和/或集成部件，諸如數(shù)據(jù)處理集成電路(例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器等等)和專用集成電路(asic)。

這些圖中的每個(gè)塊可以代表用于實(shí)現(xiàn)(若干)指定的邏輯功能的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼的模塊、片斷或一部分。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼可以提供至一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器、專用處理器、asic和/或其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備，使得執(zhí)行代碼的指令提供在方塊圖和/或一個(gè)操作塊或若干塊中指定的功能/動(dòng)作。

這些計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼還可以存儲(chǔ)在非瞬態(tài)介質(zhì)中，其可以引導(dǎo)控制器電路以特定方式起作用，使得存儲(chǔ)在非瞬態(tài)介質(zhì)中的程序代碼構(gòu)成包括指令的制造品，該制造品實(shí)現(xiàn)在方塊圖和/或操作圖示的一個(gè)或若干塊中指定的功能。非瞬態(tài)介質(zhì)可以是但不限于電子、磁、光、電磁或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備或裝置。非瞬態(tài)介質(zhì)的更特定的示例(非詳盡列表)包括以下：硬盤裝置、光存儲(chǔ)裝置、磁存儲(chǔ)裝置、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)裝置、只讀存儲(chǔ)器(rom)裝置、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom或閃存)裝置和光盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)。

本發(fā)明主題的一些實(shí)施例由這樣的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生：備份電力系統(tǒng)可以使用容量約束的電源，諸如ups和發(fā)電機(jī)。根據(jù)一些實(shí)施例，電力系統(tǒng)部件可以使用電壓波形信號(hào)化來(lái)向其它電力系統(tǒng)部件傳送狀態(tài)信息，諸如容量信息。在一些實(shí)施例中，例如，這種信號(hào)化可以用來(lái)信號(hào)化ups的容量，以允許下游系統(tǒng)部件決定是否將特定負(fù)載連接至ups。這種信號(hào)化例如可以使用由ups生成的電壓的頻率?？梢杂善渌到y(tǒng)部件(諸如發(fā)電機(jī))執(zhí)行類似的信號(hào)化。在另外的實(shí)施例中，此信號(hào)化還可以用來(lái)通知智能負(fù)載(諸如配電單元(pdu)和/或數(shù)據(jù)處理裝置)與其耦連的電源的容量或其它狀態(tài)，使得這些負(fù)載例如可以采取負(fù)載切斷和/或數(shù)據(jù)保護(hù)措施。根據(jù)另外的方面，可以以類似的方式使用其它電壓波形特性，諸如電壓幅值以傳送狀態(tài)。

使用帶備份“接替”ups容量的預(yù)留總線的數(shù)據(jù)中心電力架構(gòu)具有與傳統(tǒng)架構(gòu)相比以低得多的成本顯著提高可靠性的可能性。一些研究表明這種架構(gòu)可能使可靠性加倍(故障之間的平均時(shí)間，mtbf)，與標(biāo)準(zhǔn)tierii架構(gòu)相比降低35％的成本。接替ups的主要功能是在主ups故障情況下提供備份電力。不過(guò)，設(shè)想了接替ups可以用來(lái)向超過(guò)一個(gè)主ups提供附加的支持電力以在數(shù)據(jù)中心上最佳地分配接替ups的功率容量。此方法的一個(gè)潛在問(wèn)題是使接替ups過(guò)載的可能性。如果接替ups上的總負(fù)載超過(guò)其容量，則從接替ups供電的所有負(fù)載可能故障。本發(fā)明主題的一些實(shí)施例可以防止接替ups的過(guò)載以及所產(chǎn)生的負(fù)載損失。

在典型的ups中，負(fù)載耦連至逆變器的輸出。逆變器可以被視為能夠調(diào)節(jié)其產(chǎn)生的電壓的頻率和幅值的可變電源。逆變器中的輸出頻率調(diào)整可以基于高精度數(shù)字時(shí)鐘，此逆變器的輸出頻率可以設(shè)置為各種不同值中的任何一個(gè)。ups通常還包括鎖相環(huán)(pll)，鎖相環(huán)與輸入線路(公用事業(yè))的頻率同步，傳統(tǒng)上用來(lái)使逆變器頻率與公用電網(wǎng)同步。根據(jù)一些實(shí)施例，例如在雙變換或電池模式中操作時(shí)，ups可以根據(jù)預(yù)先確定的信號(hào)化代碼基于在ups上的當(dāng)前負(fù)載和/或其使用的電池或其它能量源的剩余容量調(diào)節(jié)其輸出電壓頻率。這種頻率變化是行得通的，因?yàn)閡ps在此模式中操作時(shí)通常與公用電網(wǎng)隔離，并且關(guān)鍵負(fù)載(諸如計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程通信設(shè)備)通常容忍這種頻率變化?？梢砸灶愃品绞绞褂闷渌愋偷墓聧u電源，諸如光伏陣列或風(fēng)力電源或燃燒柴油或天然氣的發(fā)電機(jī)使用的逆變器。

在使用接替或其它預(yù)留ups的系統(tǒng)中，與由檢測(cè)這種信號(hào)化的接替ups服務(wù)的主ups關(guān)聯(lián)的控制器可以在將其負(fù)載連接至接替ups之前確定接替ups的目前容量。以此方式，可以在將負(fù)載連接至接替ups之前，確保接替ups具有期望的容量。這種通信形式可能比使用常規(guī)通信鏈路(諸如通過(guò)以太網(wǎng)的tcp/ip)的替代性技術(shù)更快速，后者可能具有200毫秒數(shù)量級(jí)的延遲，這可能嚴(yán)重地違反計(jì)算設(shè)備的干擾公差(例如，iti/cbema標(biāo)準(zhǔn)，其在10-20毫秒的數(shù)量級(jí))。相比較，ups逆變器控制和頻率估計(jì)可能非常快速(例如在1毫秒的數(shù)量級(jí)上)。在存在公用事業(yè)故障時(shí)，認(rèn)為主ups可檢測(cè)主公用事業(yè)故障事件，同時(shí)幾乎同時(shí)地確定接替ups的負(fù)載，并在幾毫秒內(nèi)對(duì)是否接合接替ups做出適當(dāng)判斷。因此，即便在僅間隔大概幾毫秒的兩個(gè)幾乎同時(shí)的主ups故障的情況下，每個(gè)主ups在將其負(fù)載轉(zhuǎn)移至接替ups之前，仍可以獲得接替ups容量的正確估計(jì)。

圖1圖解說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括配電系統(tǒng)110，配電系統(tǒng)110被配置成將至少兩個(gè)電源例如第一電源112和第二電源114經(jīng)由動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)116選擇性耦連至負(fù)載10。要認(rèn)識(shí)到，電源112、114可以包括各種不同的電源中的任何一種，諸如公用電源、發(fā)電機(jī)、由電池饋電的ups、光伏(pv)陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃料電池等等。例如，在一些實(shí)施例中，第一電源112可以包括公用事業(yè)源，第二電源114可以包括由電池或其它電荷儲(chǔ)存裝置(例如電容器組)饋電的ups或發(fā)電機(jī)(諸如柴油或天然氣為動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)組)。負(fù)載10可以包括許多不同部件中的任何一個(gè)，包括但不限于數(shù)據(jù)中心設(shè)備(服務(wù)器機(jī)架和關(guān)聯(lián)的冷卻和其它設(shè)備)、遠(yuǎn)程通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等等以及服務(wù)于這些設(shè)備的配電部件，諸如配電單元(pdu)。動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)116可以包括可動(dòng)態(tài)配置以選擇性將電力從電源112、114傳送到負(fù)載10的許多不同類型的部件中的任何一個(gè)。這些部件可以包括但不限于開(kāi)關(guān)柜、ups、導(dǎo)體(例如電纜、匯流排、母線槽等)、電力變換器、變壓器等等。

如還示出的，系統(tǒng)100還包括控制電路120，控制電路120被配置成控制配電系統(tǒng)110以根據(jù)上文描述路線提供功率波形信號(hào)化。例如，在下面詳細(xì)描述的示例性實(shí)施例中，此控制電路可以用在ups或發(fā)電機(jī)中或者與其結(jié)合使用，以提供基于頻率的容量信號(hào)化，該基于頻率的容量信號(hào)化例如可以由下游部件諸如其它ups或負(fù)載(例如數(shù)據(jù)處理裝置或pdu)接收。這些下游裝置例如可以使用信號(hào)化的容量信息觸發(fā)負(fù)載轉(zhuǎn)移、負(fù)載切斷和其它操作。要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明主題的實(shí)施例可以用在各種應(yīng)用中，諸如在數(shù)據(jù)中心、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)等等中。

要認(rèn)識(shí)到，可以使用各種不同類型的電路中的任何一種實(shí)現(xiàn)如圖1中圖示的本發(fā)明主題的實(shí)施例。通常，這些電路可以包括模擬電路和/或數(shù)字電路，并且可以使用離散部件和/或集成電路實(shí)現(xiàn)，諸如微處理器、微控制器和如混合數(shù)字和模擬電路之類的專用集成電路(asic)。本發(fā)明主題的實(shí)施例還可以包括被配置成在數(shù)據(jù)處理裝置中執(zhí)行的軟件部件，例如應(yīng)用程序代碼和固件。

圖2是提供根據(jù)一些實(shí)施例圖1系統(tǒng)的操作的概覽的流程圖。一旦檢測(cè)到第一電源112故障(塊210)，系統(tǒng)100發(fā)起電力從第二電源114到負(fù)載10的提供(塊220)。然后控制從第二電源114產(chǎn)生的ac電壓的波形，以信號(hào)化第二電源114的狀態(tài)。信號(hào)化的狀態(tài)可以包括例如第二電源114的容量。信號(hào)化的容量可以包括例如第二電源114的附加功率容量(例如相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)額定值，電源的相對(duì)負(fù)載)和/或第二電源114的剩余能量容量。剩余能量容量可以包括例如與電源114關(guān)聯(lián)的或電源114中包括的能量?jī)?chǔ)存裝置(諸如電池或電容器組)的剩余容量。

圖3和4圖解說(shuō)明在各種電力系統(tǒng)部件中如何可以實(shí)現(xiàn)這種功率波形信號(hào)化的示例。參照?qǐng)D3，電力系統(tǒng)300包括ups330，ups330被配置成將電力選擇性從ac電源310和dc電源(例如電池)320提供至負(fù)載10。ups330包括逆變器332，逆變器332被配置成生成ac電壓，該ac電壓施加至負(fù)載10。ups330可以包括控制電路334，控制電路334被配置成控制逆變器332，并根據(jù)上文討論的路線提供電壓波形信號(hào)化?？刂齐娐?34可以包括例如微控制器，該微控制器被配置成生成逆變器332的脈沖寬度調(diào)制的控制信號(hào)，可以使用在此微控制器上執(zhí)行的軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)化能力，以執(zhí)行逆變器控制操作。由逆變器332產(chǎn)生的電壓波形可以用來(lái)例如指示逆變器的可用功率容量(powercapacity)和/或dc電源320的可用能量容量(energycapacity)。

參照?qǐng)D4，根據(jù)一些實(shí)施例，電力系統(tǒng)400可以包括公用事業(yè)源410、發(fā)電機(jī)420和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)430，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)430被配置成將電力選擇性從公用事業(yè)源410和發(fā)電機(jī)420傳送至負(fù)載10。動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)可以包括例如開(kāi)關(guān)柜、導(dǎo)體、變換器和可以被控制以提供選擇性電力路由的其它電力系統(tǒng)部件。系統(tǒng)400可以包括控制電路440，控制電路440被配置成例如使用發(fā)電機(jī)速度控制環(huán)，通過(guò)控制由發(fā)電機(jī)420生成的ac電壓的頻率控制發(fā)電機(jī)420以根據(jù)上文描述的路線提供波形信號(hào)化。例如，可以使用這種信號(hào)化以將發(fā)電機(jī)420的可用功率容量信號(hào)化至動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)430中的部件和/或負(fù)載10。

圖5圖解說(shuō)明可以在一些實(shí)施例中使用的信號(hào)化方案的示例。具體地，可以使用由ups、發(fā)電機(jī)等等產(chǎn)生的電壓的頻率的相應(yīng)等級(jí)，提供相對(duì)容量的指示，這里顯示為參考容量的百分比。該百分比例如可以代表相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)容量的可用功率容量和/或相對(duì)于參考參量等級(jí)的可用能量容量。然而，要認(rèn)識(shí)到，可以使用不同的信號(hào)化方案，諸如使用頻率和容量之間的連續(xù)或較高分辨率關(guān)系的方案。一些實(shí)施例可以使用電壓幅值以類似方式進(jìn)行信號(hào)化，可以結(jié)合頻率信號(hào)化使用這種幅值信號(hào)化。還要認(rèn)識(shí)到，一些實(shí)施例可以以類似方式傳送狀態(tài)而不是容量。例如，可以使用此波形信號(hào)來(lái)信號(hào)化電勢(shì)可用性和/或特定電源的可靠性的某種其它度量，這可以由下游裝置使用以引導(dǎo)各種網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載重新配置操作。

如上文討論的，本發(fā)明主題的實(shí)施例可以尋求在許多不同的配電應(yīng)用中進(jìn)行應(yīng)用，包括各種數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。圖6圖解說(shuō)明可以用在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中并且使用根據(jù)上文討論路線的波形信號(hào)化的系統(tǒng)600。系統(tǒng)600包括自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)(ats)630，其被配置成將公用事業(yè)源610和電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)機(jī)組620選擇性耦連至輸入總線635。第一和第二主ups640耦連至輸入總線635，并向服務(wù)受保護(hù)負(fù)載10的相應(yīng)總線645提供電力。受保護(hù)負(fù)載10可以包括例如包括服務(wù)器機(jī)架和關(guān)聯(lián)設(shè)備(諸如配電和冷卻設(shè)備)的相應(yīng)設(shè)備組(例如數(shù)據(jù)大廳)。相應(yīng)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)650提供從輸入總線635到受保護(hù)負(fù)載總線645的直接耦連，以允許繞過(guò)主ups640。相應(yīng)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)680被配置成將相應(yīng)的關(guān)鍵總線645耦連至由接替ups670供電的預(yù)留總線665。附加靜態(tài)開(kāi)關(guān)670提供繞過(guò)接替ups670的能力。

系統(tǒng)600能夠提供隔離的冗余。具體地，接替ups660可以在從由主ups640服務(wù)的受保護(hù)負(fù)載總線645斷開(kāi)時(shí)對(duì)預(yù)留總線665通電。當(dāng)任一個(gè)主ups640故障(例如經(jīng)歷硬件故障和/或具有不充足的電池容量)時(shí)，關(guān)聯(lián)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)680可以被閉合以允許接替ups660快速地承擔(dān)起之前由故障的主ups640服務(wù)的負(fù)載。

如還示出的，接替ups660的控制電路662可以提供波形控制器662，波形控制器662被配置成控制由接替ups660的逆變器在預(yù)留總線665上產(chǎn)生的電壓的波形(例如頻率)，以信號(hào)化接替ups660的可用容量。例如，可以在操作逆變器的接替ups660的控制電路中實(shí)現(xiàn)波形控制器662。波形信號(hào)化可以指示例如接替ups660的可用功率容量和/或由接替ups660使用的電池或其它能量?jī)?chǔ)存裝置的可用能量容量。與相應(yīng)的主ups640關(guān)聯(lián)的控制電路690可以包括被配置成檢測(cè)此信號(hào)化的波形檢測(cè)器電路692，并且可以確定接替ups660是否有足夠的容量服務(wù)關(guān)聯(lián)的負(fù)載10。要認(rèn)識(shí)到，例如當(dāng)接替ups660正依賴電池或者由公用事業(yè)源610或發(fā)電機(jī)620提供的關(guān)斷電力操作時(shí)，可以提供這種信號(hào)化。

因此，例如，如果主ups640的第一個(gè)已經(jīng)故障，其負(fù)載由接替ups660接管，則與第二主ups640關(guān)聯(lián)的控制電路690可以確定接替ups660是否有足夠的剩余容量以在故障情況下服務(wù)其關(guān)聯(lián)的負(fù)載10。例如，如果已經(jīng)耦連至接替ups660的負(fù)載10相對(duì)小，則可能有充足的剩余容量，以在其故障時(shí)還承擔(dān)第二主ups640的負(fù)載10。第二主ups640還可以確定接替ups660具有足夠的剩余容量以支持與第二主ups640的并聯(lián)布置，使得兩個(gè)ups可以聯(lián)合起來(lái)服務(wù)關(guān)鍵負(fù)載10。此信號(hào)能力使得系統(tǒng)600能夠提供更大的可用性，并且更高效地使用可用資源。

如圖6中還圖示的，系統(tǒng)600的其它部件也可以利用電壓波形信號(hào)化。例如，主ups640可以提供ups信號(hào)化，該ups信號(hào)化可以由與受保護(hù)負(fù)載10關(guān)聯(lián)的波形檢測(cè)器12檢測(cè)。當(dāng)主ups640正在線或依賴電池操作時(shí)，其關(guān)聯(lián)的受保護(hù)負(fù)載10與系統(tǒng)600的剩余部分隔離，主ups640的波形控制器642可以改變其輸出電壓頻率以向與負(fù)載10關(guān)聯(lián)的波形檢測(cè)器12指示其剩余的電池容量。在另外的實(shí)施例中，可以提供更綜合的容量信號(hào)化。例如，主ups640可以信號(hào)化其自己的剩余電力和/或能量容量以及對(duì)其進(jìn)行備份的接替ups660的容量的指示。當(dāng)系統(tǒng)600正依賴發(fā)電機(jī)電力操作時(shí)，主ups640還可以使用電壓波形信號(hào)化將發(fā)電機(jī)容量信息傳送至受保護(hù)負(fù)載10的波形檢測(cè)器12。例如，主ups640可以只是傳遞由與發(fā)電機(jī)620關(guān)聯(lián)的波形控制器622控制的波形信號(hào)化。在一些實(shí)施例中，如果主ups640正在旁路上，則這種信號(hào)化可以通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)650傳遞，或者如果主ups640正在將發(fā)電機(jī)620與負(fù)載10隔離的雙變換模式中運(yùn)行，則可以使用本地波形檢測(cè)器682和波形控制器642進(jìn)行中繼。以此方式，不使用相對(duì)高的延遲通信鏈路，可以快速地傳送容量信息。

要認(rèn)識(shí)到，圖6中所示的ups640、660可以具有各種不同配置中的任何一種，包括但不限于雙變換和“無(wú)整流器”(例如備用)配置。ups640、660通?？梢跃哂懈鞣N不同額定值中的任何一個(gè)，例如，接替ups660可以是比主ups640更高的容量。ups640、660可以以許多不同類型的輔助電源中的任何一個(gè)為動(dòng)力操作，包括但不限于電池、燃料電池和電容器，這些源可以具有相同或不同的容量和電力傳送能力。

要認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的主題可以在除了圖6中圖示的系統(tǒng)之外的寬范圍的電力系統(tǒng)的任何一個(gè)中應(yīng)用。例如，圖7圖解說(shuō)明系統(tǒng)700，系統(tǒng)700圖解說(shuō)明圖6系統(tǒng)的一種變形，包括附加的公用事業(yè)源610、附加發(fā)電機(jī)620和供給附加的輸入總線635的附加切換開(kāi)關(guān)630。

圖8圖解說(shuō)明具有根據(jù)前述美國(guó)專利號(hào)8,850,237等中描述的路線的ups配置的冗余系統(tǒng)800，該專利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用被全部并入本文中。系統(tǒng)800包括多個(gè)ups810，ups810可以連接至通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)820服務(wù)受保護(hù)負(fù)載10的相應(yīng)的負(fù)載總線825以及通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)830的預(yù)留總線835。這種安排使得任何一個(gè)(或多個(gè))ups810能夠被指定為服務(wù)預(yù)留總線835的預(yù)留ups，并且在故障情況下操作以備份其它ups810。以類似于上文描述的方式，ups810可以包括波形控制器810，波形控制器使用電壓波形信號(hào)傳送狀態(tài)信息，諸如容量。開(kāi)關(guān)控制電路840提供波形檢測(cè)器842，波形檢測(cè)器842控制開(kāi)關(guān)820、830以控制例如有多少受保護(hù)負(fù)載10可以連接至作為預(yù)留ups操作的任何一個(gè)或多個(gè)ups810。電壓波形信號(hào)化還可以將信息提供至與受保護(hù)負(fù)載10關(guān)聯(lián)的波形檢測(cè)器12。ups810還可以支持信息以類似于參照?qǐng)D6在上文描述的方式從上游裝置(諸如發(fā)電機(jī))的傳送。

如上面指出的，可以使用電壓波形信號(hào)化來(lái)將信息傳送至中間的負(fù)載部件，諸如pdu，中間的負(fù)載部件可以基于傳送的信息執(zhí)行操作。圖9圖解說(shuō)明pdu900，pdu900可以包括這種功能。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，pdu900可以包括例如pdu柜子，pdu柜子服務(wù)多個(gè)設(shè)備機(jī)架和/或關(guān)聯(lián)的設(shè)備或機(jī)架內(nèi)pdu裝置，諸如智能電源插排(例如epdu)。pdu包括多個(gè)開(kāi)關(guān)910，其中的相應(yīng)一個(gè)將輸入饋線900連接至相應(yīng)的分支電路915。開(kāi)關(guān)910可以由包括波形檢測(cè)器922的控制電路920控制，波形檢測(cè)器922被配置成由上游裝置諸如ups或發(fā)電機(jī)檢測(cè)波形信號(hào)化?？刂齐娐?20可以響應(yīng)于檢測(cè)的信號(hào)化，基于經(jīng)由電壓波形信號(hào)化接收的容量信息選擇性打開(kāi)分支電路開(kāi)關(guān)910，例如選擇性切斷較少的關(guān)鍵負(fù)載，諸如外圍設(shè)備。

終端負(fù)載諸如計(jì)算設(shè)備也可以使用電壓波形信號(hào)化。圖10圖解說(shuō)明服務(wù)器機(jī)架1000，服務(wù)器機(jī)架1000包括電源1010，其從配電設(shè)備根據(jù)參照?qǐng)D6-9在上文描述的路線接收ac電，并向服務(wù)器刀片系統(tǒng)1020的刀片服務(wù)器1022提供dc電。機(jī)架1000可以配備有波形檢測(cè)器電路1030，波形檢測(cè)器電路1030被配置成檢測(cè)來(lái)自上游電力系統(tǒng)部件(諸如ups和發(fā)電機(jī))的電壓波形信號(hào)化，并且可以將此信息傳送至刀片服務(wù)器系統(tǒng)1020。響應(yīng)于此信息，刀片服務(wù)器系統(tǒng)1020例如可以終止、轉(zhuǎn)移或另外改變?cè)诘镀?wù)器1022上運(yùn)行的計(jì)算過(guò)程以降低載荷。

圖11圖解說(shuō)明可以由電力系統(tǒng)諸如圖6-8中圖示的系統(tǒng)執(zhí)行的操作。電力從第一電源提供至負(fù)載(塊1110)。第一電源可以包括例如在“接替”系統(tǒng)中的主ups，諸如圖6或圖7中圖示的主ups640，或者在分布式冗余系統(tǒng)中的ups，諸如圖8中圖示的ups810中的一個(gè)。設(shè)置第二電源的頻率以指示第二電源的容量(塊1120)。第二電源可以包括例如接替ups，諸如圖6或圖7中圖示的接替ups660，或者分布式冗余系統(tǒng)中的另一ups，諸如連接至圖8中示出的預(yù)留總線835的ups810的第二個(gè)。如果檢測(cè)到第一電源故障，并且第二電源的頻率指示第二電源有充足的電力和/或能量容量來(lái)服務(wù)第一電源的負(fù)載，則負(fù)載可以轉(zhuǎn)移至第二電源(塊1130、1140、1150)。容量的充裕例如可以構(gòu)成以應(yīng)對(duì)負(fù)載的預(yù)期波動(dòng)的余量服務(wù)組合負(fù)載的充足容量。然后，可以調(diào)節(jié)第二電源的頻率以反映由于增加的負(fù)載其容量的變化(塊1150)。如果第二電源不足以承擔(dān)由第一電源服務(wù)的負(fù)載，則該負(fù)載可以被切斷(塊1145)。

圖11中圖示的操作還適用于包括ups和發(fā)電機(jī)的電力傳送。例如，參照?qǐng)D11，可以從ups形式的第一電源(諸如圖6或圖7中所示的主ups640之一或接替ups660)將電力提供至負(fù)載(塊1110)。設(shè)置由發(fā)電機(jī)(諸如圖6或圖7的發(fā)電機(jī)620)產(chǎn)生的電壓的頻率，以指示發(fā)電機(jī)的容量(塊1120)。如果ups正出現(xiàn)故障，例如其電池耗盡，并且發(fā)電機(jī)有足夠的容量服務(wù)ups的負(fù)載，則負(fù)載可以轉(zhuǎn)移至發(fā)電機(jī)(塊1130、1140、1150)。如果發(fā)電機(jī)具有的容量不充足，則負(fù)載可以被切斷(塊1145)。

還要認(rèn)識(shí)到，圖11中圖示的操作還適用于使用電源的其它組合的系統(tǒng)。例如，在一些微電網(wǎng)應(yīng)用中，第一電源可以是耦連至風(fēng)能或太陽(yáng)能電源的逆變器，第二電源可以是另一此類逆變器或以柴油或天然氣為動(dòng)力的發(fā)電機(jī)。

在附圖和說(shuō)明書中已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明主題的示例性實(shí)施例。盡管使用了特定的術(shù)語(yǔ)，但是只是在通用和描述性意義上而不是出于限制目的使用的，本發(fā)明主題的范圍由所附權(quán)利要求限定。