[發明專利]具有飛輪系統/電池組合的不間斷電源系統中的飛輪的快速重啟

在審

• 申請號: 201680032684.0
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN107710551A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 詹姆斯·K·馬丁
• 申請（專利權）人: 力博特公司
• 主分類號: H02J7/04
• 分類號: H02J7/04;H02J9/06;H02J3/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 陳煒,楊林森

相關申請的交叉引用

本申請要求于2016年4月29日提交的美國發明申請第15/142,570號的優先權，并且還要求于2015年6月5日提交的美國臨時申請第62/171,660號的權益。以上申請的全部公開內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開內容涉及具有飛輪系統/電池組合的不間斷電源系統。

背景技術

本部分提供與本公開內容有關的背景信息，該背景信息不一定是現有技術。

許多不間斷電源系統具有用于提供備用直流電力的電池組和飛輪系統兩者。“直流”在本文中有時被稱為“DC”。電池組和飛輪系統在AC輸入電力損失(例如來自電業公司的AC電力損失)期間為UPS系統提供備用DC電力。飛輪系統用于短時供電中斷，所以電池組的壽命不會由于短暫的重復放電/再充電循環而減少。在短時供電中斷期間，飛輪系統供給備用DC電力而不是電池組供給。

圖1是具有用于提供備用DC電力的飛輪系統/電池組合的典型的現有技術不間斷電源系統100的簡化框圖。不間斷電源系統100在本文中有時將被稱為UPS系統100，其中“UPS”表示“不間斷電源”。UPS系統100的基本元件是整流器102、逆變器104、飛輪系統/電池組合106、控制器108以及靜態轉換開關110。整流器102直接或經由中間輸入變壓器(未示出)耦接至交流電力源(未示出)例如公用變電站，并且將AC電力轉換為DC電力，整流器102將該DC電力提供給DC總線112。“交流”在本文中有時被稱為“AC”。逆變器104直接地或通過中間輸出變壓器(未示出)將DC總線112上的DC電力轉換為AC電力，逆變器104將該AC電力提供給UPS系統100的輸出端114。靜態轉換開關耦接在AC電力源例如公用變電站(未示出)與UPS系統100的輸出端114之間。飛輪系統/電池組合106耦接至DC總線112，并且在與整流器102耦接的AC電源發生電力故障的情況下，向DC總線112并且因此向逆變器104提供備用DC電力。飛輪系統/電池組合106具有電池組116和飛輪系統118，電池組116耦接至DC總線112，飛輪系統118也耦接至DC總線112。飛輪系統118包括DC/DC轉換器120、電動機/發電機122和飛輪124。DC/DC轉換器將電動機/發電機122的電動機/發電機繞組(未示出)耦接至DC總線112，并且飛輪124被耦接至電動機/發電機122的轉子(未示出)。

控制器108被配置成通過以下方式來控制包括整流器102和逆變器104的UPS系統100：改變整流器102中的電力開關器件的占空比使得整流器102向DC總線112提供期望的DC輸出電壓，并且還改變逆變器104中的電力開關器件的占空比使得逆變器104提供期望的AC輸出電壓。控制器108還控制靜態轉換開關110，以使其在閉合和斷開之間切換。控制器108可以是以下電路或器件、以下電路或器件的一部分或包括以下電路或器件：專用電路(ASIC)；電子電路；組合邏輯電路；現場可編程門陣列(FPGA)；和/或處理器例如數字信號處理器(DSP)、微控制器等。應當理解，控制器108可以包括前述中的一個或多于一個例如基于DSP的數字控制器，其通過產生適當的切換信號來切換電力開關器件例如IGBT和晶閘管從而控制UPS系統100的功能塊中的每一個。

在正常操作期間，電動機/發電機122作為電動機工作，并由UPS系統100的DC 112總線供電，以使飛輪124旋轉到全速。當存在電力故障時，電動機/發電機122作為發電機工作，并且飛輪124使電動機/發電機122的轉子125旋轉，使得電動機/發電機122產生DC電力，該DC電力經由DC/DC轉換器120提供給DC總線112。

典型地，在電力中斷之后從公用AC恢復電力時，UPS的整流器供給電流以使DC總線升壓從而對電池組充電并且也對飛輪系統充電。DC總線通過向電動機/發電機供電來對飛輪系統進行“充電”，以使飛輪回到全速。由于整流器正在對電池組和飛輪系統兩者進行充電，因此飛輪系統需要更長時間來實現完全的再充電。此外，可從整流器獲得的能量是有限量。整流器必須供給用于UPS的負載電力并且還供給用于飛輪系統和電池組的充電系統電力。系統負載越多，該問題越嚴重。

發明內容

本部分提供對本公開內容的總體概述，而不是其全部范圍或其所有特征的全面公開。