用于臨界電力應用的b側饋送的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將電力提供到例如IT負載等負載的方法，其包含：使用包括至少一個燃料電池段的至少一個電力模塊來產(chǎn)生輸出電力；經(jīng)由電網(wǎng)將所述輸出電力的第一部分提供到所述負載的A側電力饋送；及將所述輸出電力的第二部分提供到所述負載的B側電力饋送。
【專利說明】用于臨界電力應用的B側饋送
[0001]相關申請案
[0002]本申請案主張在2011年6月27日提出申請的第61/501，382號美國臨時申請案的優(yōu)先權權益，所述臨時申請案的全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。
【技術領域】【背景技術】
[0003]可使用電力系統(tǒng)來將電力提供到一個或一個以上負載,例如建筑物、器具、燈、工具、空氣調節(jié)器、加熱單元、工廠設備及器械、電力存儲單元、計算機、安全系統(tǒng)等。時常從電網(wǎng)接收用于給負載供電的電。然而，也可經(jīng)由替代電源(例如，燃料電池、太陽能陣列、風力渦輪機、熱電裝置、電池等)提供用于負載的電。所述替代電源可與電網(wǎng)一起使用，且多個替代電源可組合于單個電力系統(tǒng)中。替代電源通常在其DC輸出轉換成交流電(AC)之后組合。因此，需要替代電源的同步化。
[0004]另外，許多替代電源使用使輔助電力流出的機器，例如泵及鼓風機。用于這些泵及鼓風機的電動機通常是可需要速度控制的3相AC電動機。如果替代電源產(chǎn)生直流電(DC)，那么所述直流電在遞送到(若干)電動機之前經(jīng)歷數(shù)個電力轉換狀態(tài)。或者，可使用電網(wǎng)、變頻器及可變頻率驅動器提供到用于泵、鼓風機等的電動機的電力。在此種配置中，變頻器的兩個電力轉換級連同用于驅動AC驅動可變頻率驅動器的組件的兩個額外電力轉換級已發(fā)生。一般來說，所執(zhí)行的每一電力轉換級增加系統(tǒng)的成本、增加系統(tǒng)的復雜性且降低系統(tǒng)的效率。
[0005]在具有電網(wǎng)參考及不具有電網(wǎng)參考此兩種情形下操作以及在不具有電網(wǎng)參考的情形下彼此并行操作個別分散式發(fā)電機(例如燃料電池發(fā)電機)的問題在于必須適應從電流源到電壓源的切換。另外，許多電網(wǎng)獨立發(fā)電機的并行控制可有問題。
[0006]為解決模式切換問題，可利用雙變頻器布置。此允許以并網(wǎng)形式使用一個變頻器及與獨立負載一起使用第二變頻器。序號為12/148，488的美國專利申請案(2008年5月2日提出申請且標題為“不間斷燃料電池系統(tǒng)(Uninterruptible Fuel Cell System)”)中描述一種具有位于固體氧化物燃料電池(SOFC)系統(tǒng)的輸入/輸出模塊內(nèi)部的負載專用變頻器的示范性雙變頻器布置，所述專利申請案的揭示內(nèi)容出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
[0007]另一方法是降低電力達5到10個循環(huán)以切換模式。如果使用單個變頻器，那么將需要5到10個循環(huán)的時間來降低并網(wǎng)及建立電壓模式控制。
[0008]又一方法是使用頻率下降來控制在并網(wǎng)匯出中或負載單獨輸出控制中共享的電力的量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]實施例包含一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括:至少一個電力模塊，其包括經(jīng)配置以產(chǎn)生輸出電力的至少一個燃料電池段；至少一個第一輸出模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與電網(wǎng)之間的至少一個電力調節(jié)組件；第一總線，其將所述電網(wǎng)電連接到負載的A側電力饋送，以使得所述至少一個電力模塊經(jīng)配置以經(jīng)由所述至少一個第一輸出模塊將電力供應到所述負載的所述A側電力饋送；及至少一個第二輸出模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與所述負載的B側電力饋送之間的至少一個電力調節(jié)組件。
[0010]其它實施例包含一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括:至少一個電力模塊，其包括產(chǎn)生輸出電力的至少一個燃料電池段；至少一個不間斷電力模塊，其包括至少一個DC/AC變頻器及電耦合于所述至少一個電力模塊與負載的直接DC電力饋送之間的至少一個DC/DC轉換器；DC輸入總線，其電連接所述至少一個電力模塊與所述至少一個不間斷電力模塊；及DC輸出總線，其電連接所述至少一個不間斷電力模塊與負載。由所述至少一個電力模塊產(chǎn)生的所述輸出電力的至少一部分在第一電壓下經(jīng)由所述DC輸入總線提供到所述至少一個不間斷電力模塊，且經(jīng)由所述DC輸出總線以不同于所述第一電壓的第二電壓從所述至少一個不間斷電力模塊提供到所述負載。
[0011]其它實施例包含一種將電力提供到負載的方法，其包括:使用包括至少一個燃料電池段的至少一個電力模塊來產(chǎn)生輸出電力；經(jīng)由電網(wǎng)將所述輸出電力的第一部分提供到所述負載的A側電力饋送；及將所述輸出電力的第二部分提供到所述負載的B側電力饋送。
[0012]另外其它實施例包含一種將電力提供到負載的方法，其包含:使用包括至少一個燃料電池段的至少一個電力模塊來產(chǎn)生輸出電力；將所述輸出電力的第一部分提供到電網(wǎng)；將所述輸出電力的第二部分提供到DC/DC轉換器，所述DC/DC轉換器將所述輸出電力從第一電壓轉換到第二電壓；及將處于所述第二電壓的所述輸出電力提供到所述負載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A是圖解說明根據(jù)一實施例的系統(tǒng)的框圖。
[0014]圖1B到IK圖解說明處于各種操作模式中的圖1A的系統(tǒng)。
[0015]圖2及3是圖解說明根據(jù)一實施例的DC微電網(wǎng)的框圖。
[0016]圖4是根據(jù)一實施例圖解說明包括經(jīng)配置以用于“雙向”操作的變頻器的IOM的框圖。
[0017]圖5是根據(jù)一實施例圖解說明包括經(jīng)配置以用于雙模式功能性的變頻器的IOM的框圖。
[0018]圖6A到6E根據(jù)實施例圖解說明用以將電力提供到電動車輛(EV)充電站的圖1A中所展示的類型的系統(tǒng)的各種操作模式。
[0019]圖7A到7B是圖解說明用于給具有“A”側饋送及“B”側饋送的數(shù)據(jù)中心負載供電的實施例系統(tǒng)的框圖。
[0020]圖8是圖解說明用于將電力提供到醫(yī)療設施的實施例系統(tǒng)的框圖。
[0021]圖9是圖解說明用于將電力提供到醫(yī)療設施的另一實施例系統(tǒng)的框圖。
[0022]圖1OA到IOB是圖解說明用于將DC電力饋送提供到AC負載的實施例系統(tǒng)的框圖。
[0023]圖11是圖解說明用于使用分散式發(fā)電機電力模塊及微型渦輪機將電力提供到負載的實施例系統(tǒng)的框圖?！揪唧w實施方式】
[0024]參照圖1，根據(jù)一實施例的燃料電池系統(tǒng)包含不間斷電力模塊(UPM) 102、輸入/輸出模塊(IOM) 104及一個或一個以上電力模塊106。如果存在一個以上電力模塊106，舉例來說，六到十個模塊106,那么每一電力模塊可包括其自身的殼體。每一殼體可包括機殼或另一類型的完全或部分外殼，舉例來說，于2009年7月8日提出申請的序號為12/458，355的美國申請案中所描述的機殼，且所述美國申請案以全文引用的方式并入本文中。所述模塊可以一個或一個以上行或以其它配置來布置。
[0025]UPM102包含至少一個DC/AC變頻器102A。如果需要，那么可使用變頻器陣列?？墒褂么隧椉夹g中已知的任何適合的變頻器。UPM102任選地含有連接到來自電力模塊106的DC總線112的輸出且連接到至少一個變頻器102A的輸入的輸入整流器，例如輸入二極管102B。所述UPM還任選地含有連接到電網(wǎng)114 (例如公用電網(wǎng))的輸出且連接到至少一個變頻器102A的輸入的升壓PFC整流器102C。
[0026]10M104可包括一個或一個以上電力調節(jié)組件。所述電力調節(jié)組件可包含用于將DC電力轉換到AC電力的組件，例如DC/AC變頻器104A(例如，以全文引用的方式并入本文中的第7，705, 490號美國專利中所描述的DC/AC變頻器)、用于AC電力輸出到所述電網(wǎng)的電連接器、用于管理電瞬態(tài)的電路、系統(tǒng)控制器(例如，計算機或專用控制邏輯裝置或電路)等。所述電力調節(jié)組件可經(jīng)設計以將來自燃料電池模塊的DC電力轉換到不同AC電壓及頻率。可提供針對208V、60Hz ;480V、60Hz ;415V、50Hz以及其它共用電壓及頻率的設計。
[0027]每一電力模塊106機殼經(jīng)配置以裝納一個或一個以上熱箱。每一熱箱含有燃料電池106A的一個或一個以上堆疊或列(通常稱作“段”)，例如具有由導電互連板分離的陶瓷氧化物電解質的固體氧化物燃料電池的一個或一個以上堆疊或列。也可使用其它燃料電池類型，例如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等。
[0028]燃料電池時常組合成稱為“堆疊”單元，其中燃料電池串聯(lián)電連接且由導電互連件(例如充當互連件的氣體分離器板)分離。燃料電池堆疊可在其端上含有導電端板。燃料電池堆疊的一般化是可含有串聯(lián)連接的一個或一個以上燃料電池堆疊(例如，其中一個堆疊的端板電連接到下一堆疊的端板)的所謂的燃料電池段或列。燃料電池段或列可含有將直流電從段或列輸出到電力調節(jié)系統(tǒng)的電引線。燃料電池系統(tǒng)可包含一個或一個以上燃料電池列，所述燃料電池列中的每一者可含有一個或一個以上燃料電池堆疊，例如固體氧化物燃料電池堆疊。
[0029]所述燃料電池堆疊可在內(nèi)部具有供用于燃料的歧管且在外部具有供用于空氣的歧管，其中僅燃料入口及排氣氣口延伸穿過燃料電池層中及/或燃料電池之間的互連板中的開口，如以全文引用的方式并入本文中的第7，713，649號美國專利中所描述。燃料電池可具有交叉流(其中空氣與燃料流在每一燃料電池中的電解質的相對側上彼此大致垂直)、逆流平行(其中空氣與燃料流在每一燃料電池中的電解質的相對側上而沿相反方向彼此大致平行)或順流平行(其中空氣與燃料流在每一燃料電池中的電解質的相對側上沿相同方向彼此大致平行)配置。
[0030]電力模塊也可包括其它直流電發(fā)電機，例如太陽能電池、風力渦輪機、地熱或水力發(fā)電機。
[0031]燃料電池的段106A可通過位于模塊106中的一個或一個以上DC/DC轉換器106B連接到DC總線112，例如分裂DC總線。DC/DC轉換器106B可位于10M104而非電力模塊106 中。
[0032]電力模塊106也可任選地包含能量存儲裝置106C，例如超級電容器或電池組。裝置106C也可使用一個或一個以上DC/DC轉換器106D連接到DC總線112。
[0033]UPM102經(jīng)由DC總線112連接到輸入/輸出模塊(IOM) 104。DC總線從電力模塊106接收電力。
[0034]燃料電池系統(tǒng)與電網(wǎng)114使用控制邏輯單元110電連接到負載108。所述負載可包括使用AC電力的任何適合的負載，例如一個或一個以上建筑物，器具、燈、工具、空氣調節(jié)器、加熱單元、工廠設備及器械、電力存儲單元、計算機、安全系統(tǒng)等。所述控制邏輯單元包含開關IlOA及控制邏輯110B，例如計算機、邏輯電路或專用控制器裝置。所述開關可為電開關(例如，切換電路)或機電式開關(例如繼電器)。
[0035]控制邏輯IIOB使用開關IIOA將電力從UPM102或從電網(wǎng)114路由到負載108。來自模塊106的至少一個燃料電池段106A及存儲裝置106C并聯(lián)電連接到IOM中的至少一個第一變頻器104A且并聯(lián)電連接到UPM102中的至少一個第二變頻器102A。至少一個第一變頻器104A使用第一位置中的開關IlOA經(jīng)由電網(wǎng)114電連接到負載108。與序號為12/148，488的美國專利申請案(2008年5月2日提出申請且標題為“不間斷燃料電池系統(tǒng)(Uninterruptible Fuel Cell System)”)中所展不的電路相比，圖1A中的電網(wǎng)114經(jīng)由控制邏輯單元110直接連接到負載108而不通過雙向變頻器。至少一個第二變頻器102A借助第二位置中的開關IlOA電連接到負載108而不使用電網(wǎng)114 (即，燃料電池段106A的輸出不必須通過電網(wǎng)114以到達負載108)。
[0036]因此，控制邏輯IlOB選擇將電力從電網(wǎng)114(或從燃料電池段106A經(jīng)由電網(wǎng))提供到負載還是經(jīng)由至少一個第二變頻器102A?？刂七壿婭lOB可判定電力模塊的狀態(tài)并基于電力模塊的狀態(tài)而選擇源以給負載108供電，如下文所描述。
[0037]第二開關116控制10M104與電網(wǎng)114之間的電連接。開關116可受控于控制邏輯IlOB或另一系統(tǒng)控制器。
[0038]以圖解說明方式而非以限制方式，系統(tǒng)含有以下電路徑:
[0039].電網(wǎng)114到負載108的路徑。
[0040].AC電網(wǎng)114經(jīng)由10M104到電力模塊106 (舉例來說，超級電容器或電池)的存儲元件106C的路徑。
[0041].電力模塊106的存儲元件106C經(jīng)由DC總線112并行地到10M104及UPM102的路徑。所述DC總線將DC遞送到UPM102中的變頻器。取決于開關IlOA的位置，UPM102中的變頻器102A或10M104中的變頻器104A將AC電力遞送到負載108。
[0042].從電力模塊106 (其可包含來自電力模塊106的燃料電池段106A及/或存儲元件106C的電力)經(jīng)由DC總線112到10M104及UPM102的路徑。DC總線將DC電壓遞送到UPM102中的變頻器。UPM102中的變頻器102A將AC電力遞送到負載108。經(jīng)由10M104中的變頻器104A將超過負載108所需電力的電力遞送到AC電網(wǎng)。遞送到AC電網(wǎng)114的電力的量將根據(jù)負載108的需求而變化。如果負載108所需的電力的量超過由電力模塊106提供的電力，那么額外電力需求可由AC電網(wǎng)114經(jīng)由第一位置中的開關IlOA直接供應到負載108或借助第二位置中的開關IlOA供應到UPM102。電網(wǎng)電力在UPM102中的整流器102C被整流且被提供到UPM102中的變頻器102A且轉換回到AC以用于給負載108供電。
[0043]圖1B到IK圖解說明圖1A中所展示的系統(tǒng)的各種操作模式。雖然下文所描述的實施例圖解說明在穩(wěn)定狀態(tài)中需要IOOkW的電力的負載108及輸出200kW的電力的燃料電池段106A，但提供這些值僅供圖解說明且可使用任何其它適合的負載及電力輸出值。
[0044]圖1B圖解說明在系統(tǒng)的安裝期間及/或當負載108從電網(wǎng)114接收電力時的周期期間的系統(tǒng)操作。如此圖中所展示，燃料電池段106A及能量存儲裝置106C處于關斷狀態(tài)中，10M104變頻器104A及UPM變頻器102A兩者皆處于關斷狀態(tài)中且第二開關116斷開以使得IOM與電網(wǎng)之間不存在電連通?？刂七壿嬮_關IlOA處于第一位置中以經(jīng)由控制邏輯模塊110將來自電網(wǎng)114的電力提供到負載108。如此圖中所展示，經(jīng)由控制邏輯模塊將IOOkff的電力從電網(wǎng)提供到負載。
[0045]圖1C圖解說明在IOM啟動及在負載108從電網(wǎng)114接收電力時能量存儲裝置(例如，超級電容器組)106C從電網(wǎng)114的充電期間的系統(tǒng)操作。如此圖中所展示，燃料電池段106A處于關斷狀態(tài)中而能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于關斷狀態(tài)中。第二開關116閉合以使得IOM與電網(wǎng)之間存在電連通以經(jīng)由10M104變頻器104A及DC總線112將來自電網(wǎng)114的電力提供到能量存儲裝置106C。控制邏輯開關IlOA處于第一位置中以經(jīng)由控制邏輯模塊110將來自電網(wǎng)114的電力提供到負載108。如此圖中所展示，經(jīng)由控制邏輯模塊將IOOkW的電力從電網(wǎng)提供到負載。
[0046]圖1D圖解說明跟在IOM啟動之后的UPM啟動期間的系統(tǒng)操作。UPM通過從能量存儲裝置106C接收電力而起作用。UPM將來自能量存儲裝置106C的電力提供到負載108。如此圖中所展示，燃料電池段106A處于關斷狀態(tài)中且能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。第二開關116閉合以使得IOM與電網(wǎng)之間存在電連通?？刂七壿嬮_關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由控制邏輯模塊110將來自UPM102的電力提供到負載108。如此圖中所展示，經(jīng)由UPM102的整流器102C及變頻器102A且接著經(jīng)由控制邏輯模塊將IOOkW的電力從電網(wǎng)114提供到負載108。也可經(jīng)由DC總線112、UPM102及控制邏輯模塊將某一電力從能量存儲裝置106C提供到負載108。
[0047]圖1E圖解說明系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)操作。在此模式中，燃料電池段106A處于接通狀態(tài)中以給負載108供電。在穩(wěn)定狀態(tài)模式中，段106A可提供200kW的電力(此可為經(jīng)設計電力輸出或最大電力輸出)。如此圖中所展示，能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中以充當緊急備用電源。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。200kW電力輸出在電網(wǎng)114與負載108之間分裂。第二開關116閉合以使得IOM與電網(wǎng)之間存在電連通以將來自燃料電池段106A的IOOkW的電力提供到電網(wǎng)?？刂七壿嬮_關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由DC總線提供來自電力模塊106中的燃料電池段106A的另外IOOkW的電力使其通過10M104且通過UPM102的變頻器102A且接著通過控制邏輯模塊110到達負載108。優(yōu)選地，此IOOkW的電力未通過IOM變頻器104A及/或電網(wǎng)114以到達負載108。雖然上文描述在電網(wǎng)與負載之間分裂成50/50的200kW電力輸出，但可視需要使用可在電網(wǎng)與負載之間分裂成10/90到90/10的不同電力輸出，例如25kW到1000kW。
[0048]圖1F圖解說明在相對穩(wěn)定負載108從IOOkW增加到150kW期間(即，當所述負載需要比先前穩(wěn)定狀態(tài)操作多的電力時)的系統(tǒng)操作。與上文所描述的穩(wěn)定狀態(tài)模式中相比，在此模式中，所述燃料電池段的較多電力輸出提供到負載且較少此電力輸出提供到電網(wǎng)。如果需要，那么可將電力輸出的100%提供到負載且將0%提供到電網(wǎng)。燃料電池段106A處于接通狀態(tài)中以給負載108供電。如此圖中所展示，能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中以充當緊急備用電源。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。第二開關116閉合以使得IOM與電網(wǎng)之間存在電連通以經(jīng)由IOM變頻器104A將來自燃料電池段106A的50kW的電力提供到電網(wǎng)114?？刂七壿嬮_關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由DC總線提供來自電力模塊106中的燃料電池段106A的150kW的電力使其通過10M104且通過UPM102的變頻器102A且接著通過控制邏輯模塊110到達負載108。因此，在此模式中，燃料電池段106A的電力輸出優(yōu)選地在電網(wǎng)與負載之間分裂。優(yōu)選地，電力未通過IOM變頻器104A及/或電網(wǎng)114以到達負載108。
[0049]圖1G圖解說明在需要比燃料電池段106A在那時可產(chǎn)生的多的電力的突然負載108尖峰期間的系統(tǒng)操作。舉例來說，在穩(wěn)定狀態(tài)或在最大電力模式中，負載尖峰是從IOOkW到225kW，而段106A僅可產(chǎn)生200kW的電力。燃料電池段106A處于接通狀態(tài)中以給負載108供電。如此圖中所展示，能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中以充當緊急備用電源。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。第二開關116閉合以使得IOM與電網(wǎng)之間存在電連通。然而，由于負載尖峰而無電力經(jīng)由IOM變頻器104A從燃料電池段106A提供到電網(wǎng)114?？刂七壿嬮_關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由DC總線提供來自電力模塊106中的燃料電池段106A及來自電網(wǎng)114的電力使其通過10M104且通過UPM102的變頻器102A且接著通過控制邏輯模塊110到達負載108。在此模式中，從燃料電池段及電網(wǎng)兩者將電力提供到負載。如所展示，經(jīng)由DC總線112、二極管102B、變頻器102A及開關IlOA將來自段106A的200kW提供到負載108，而經(jīng)由整流器102B、變頻器102A及開關IlOA將25kW從電網(wǎng)114提供到負載108以達成負載所需的總225kW的電力。優(yōu)選地，來自燃料電池段的電力未通過IOM變頻器104A及/或電網(wǎng)114以到達負載108。
[0050]圖1H圖解說明在突然負載108尖峰之后在返回到正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)操作期間的系統(tǒng)操作。燃料電池段106A處于接通狀態(tài)中以給負載108供電。如此圖中所展示，能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中以充當緊急備用電源。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。第二開關116閉合以使得IOM與電網(wǎng)之間存在電連通?？刂七壿嬮_關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由DC總線提供來自電力模塊106中的燃料電池段106A的電力使其通過10M104且通過UPM102的變頻器102A且接著通過控制邏輯模塊110到達負載108。在此模式中，燃料電池段繼續(xù)輸出在負載與電網(wǎng)之間分裂的穩(wěn)定狀態(tài)或最大電力(例如，200kW)。如所展示，將來自段106A的200kW提供到10M104。10M104經(jīng)由IOM變頻器104A將來自燃料電池段106A的IOOkW的電力提供到電網(wǎng)114。DC總線112經(jīng)由二極管102B、變頻器102A及開關IlOA將來自10M104的其余IOOkW的電力提供到負載108。優(yōu)選地，所述電力未通過IOM變頻器104A及/或電網(wǎng)114以到達負載108。
[0051]圖1I圖解說明在來自電網(wǎng)114的電力損失期間(例如，在中斷期間)的系統(tǒng)操作。燃料電池段106A處于接通狀態(tài)中以給負載108供電。如此圖中所展示，能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中以從燃料電池段106A吸收電力且緩和在電網(wǎng)電力的損失期間出現(xiàn)的“階梯”。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。第二開關116斷開以使得在IOM與電網(wǎng)之間不存在電連通。感測器可感測電網(wǎng)電力的損失且控制器可響應于所感測電網(wǎng)中斷而斷開開關116。控制邏輯開關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由DC總線提供來自電力模塊106中的燃料電池段106A的電力使其通過10M104且通過UPM102的變頻器102A且接著通過控制邏輯模塊110到達負載108。在此模式中，在來自段106A的200kW總電力輸出中，IOOkW提供到DC總線112且IOOkW提供到能量存儲裝置106C以緩和階梯。DC總線112經(jīng)由二極管102B、變頻器102A及開關IlOA將來自10M104的IOOkW的電力提供到負載108。段106A的電力輸出接著逐漸減小到IOOkW以滿足負載108的要求。
[0052]圖1J圖解說明在所述燃料電池段輸出滿足負載的穩(wěn)定狀態(tài)要求的減小量的電力(例如，IOOkW)時在來自電網(wǎng)114的電力的損失期間(例如，在中斷期間)及在負載瞬態(tài)(例如，來自負載108的電力的增加需求)的情形中的系統(tǒng)操作。燃料電池段106A處于接通狀態(tài)中以給負載108供電。如此圖中所展示，能量存儲裝置106C處于接通狀態(tài)中以將額外電力提供到負載108。10M104雙向變頻器104A處于接通狀態(tài)中且UPM變頻器102A處于接通狀態(tài)中。第二開關116斷開以使得在IOM與電網(wǎng)之間不存在電連通?？刂七壿嬮_關IlOA處于第二位置中以經(jīng)由DC總線提供來自電力模塊106中的燃料電池段106A及能量存儲裝置106C的電力使其通過10M104且通過UPM102的變頻器102A且接著通過控制邏輯模塊110到達負載108。在此模式中，將來自段106A的IOOkW及來自能量存儲裝置的50kW提供到DC總線112。因此，DC總線112經(jīng)由二極管102B、變頻器102A及開關IlOA將來自10M104的150kW的電力提供到負載108。優(yōu)選地，電力未通過IOM變頻器104A及/或電網(wǎng)114而到達負載108。
[0053]圖1K圖解說明在來自電網(wǎng)114的電力的損失期間(例如，在中斷期間)及在持續(xù)的負載瞬態(tài)(例如，來自負載108的對電力的持續(xù)增加的需求)的情形中的系統(tǒng)操作。所述操作與圖1J中所展示的操作相同，只是能量存儲裝置106C的電力輸出隨時間斜降到零且所述燃料電池段的電力輸出在相同時間內(nèi)斜升到負載所需要的電力(例如，150kW)。因此，負載從燃料電池段106A隨時間接收越來越多的電力且從能量存儲裝置106C接收越來越少的電力，直到由所述燃料電池段將全部所需電力供應到負載108為止。因此，能量存儲裝置在初始負載瞬態(tài)期間充當橋接電源且接著在持續(xù)的負載瞬態(tài)期間逐漸停止。
[0054]參照圖2及3，DC源I到N的輸出在DC輸出點處并聯(lián)，且形成DC總線。每一 DC源I到N可包括一個或一個以上電力模塊106及相關聯(lián)10M104。I到N源經(jīng)由單個UPM給客戶負載饋送。因此，多個電力模塊/IOM對共享共用UPM。舉例來說，DC總線可形成將任何數(shù)目個DC源(例如，SOFC及電力調節(jié)系統(tǒng))在一個UPM處連接在一起的DC微電網(wǎng)。UPM202可為能夠輸出SOFC系統(tǒng)自身的輸出的許多倍的在圖1A中所展示的個別UPM102的大組合件。如所圖解說明，在圖2中，UPM202包括“N”個UPM102( S卩，每一 DC源一個UPM)，其中單獨DC總線將每一 DC電源連接到專用UPM102。N個UPM102可緊密接近(例如，并排)地布置于一個殼體中或單獨的殼體中以形成UPM組合件202。
[0055]在圖3中所展示的替代實施例中，較小專用UPM102的組合件202可由一個大型UPM302替換。在此實施例中，UPM302可包含電存儲裝置(例如，電池或超級電容器組)及/或同步電動機。一般來說，UPM變頻器可包含旋轉器械(例如，電動機、飛輪等)以增強所存儲能量內(nèi)容及/或增加輸出到可靠性及慣性。
[0056]總的來說，DC源可包括燃料電池電力模塊及Ι0Μ。每一 UPM內(nèi)的變頻器可為輸入及/或輸出并行地起作用的作為一個大變頻器進行控制的較小變頻器的模塊化組合件。主IOM內(nèi)的變頻器可為輸入及/或輸出并行地起作用的作為一個大變頻器進行控制的較小變頻器的模塊化組合件。
[0057]在一實施例中，當堆疊離線時在UPM中提供整流以允許來自電網(wǎng)的饋送，因此為負載提供受保護總線。升壓轉換器可用于維持到電網(wǎng)的良好功率因數(shù)。
[0058]在另一實施例中，來自SOFC系統(tǒng)或UPM內(nèi)的所存儲能量的電力用于形成具有以下三個能量輸入的“UPS”單元:電網(wǎng)能量；S0FC段能量；及所存儲能量(例如，超級電容器或電池)。
[0059]在又一實施例中，DC微電網(wǎng)連接到其它分散式發(fā)電機，例如太陽能電力硬件或風電力硬件。
[0060]在一實施例中，DC微電網(wǎng)連接到DC負載，例如DC數(shù)據(jù)中心或DC車輛充電器的負載。
[0061]在又一實施例中，當IOM及UPM由并行地起作用的變頻器的叢集組成時，一些或所有這些變頻器可取決于客戶負載條件而去能。舉例來說，在其中客戶負載為150kW的200kW產(chǎn)生容量情形中，IOM變頻器可去能以使得其僅支持50kW而非全200kW的并網(wǎng)輸出。此外，在此情形中，可能的是，可將IOM組合件中的可能變頻器的僅一部分安裝到IOM中，因此就用以支持特定客戶負載情形所需的設備來說提供成本節(jié)約。
[0062]參照圖4，在一實施例中，10M404包括經(jīng)配置以用于“雙向”操作的變頻器412。此種變頻器可具有四象限操作。如果并網(wǎng)變頻器具有“雙向”操作，那么無需將經(jīng)整流饋送供應到UPM402。在啟動期間的電網(wǎng)電力可經(jīng)由并網(wǎng)變頻器412而非經(jīng)由經(jīng)整流輸入去往UPM402。此實施例還提供來自電力模塊406的電力以用于保護客戶負載。
[0063]參照圖5，在一實施例中，未利用UPM。在此實施例中，10M504包括經(jīng)配置以用于雙模式功能性的變頻器512。雙模式變頻器512經(jīng)配置以與電網(wǎng)參考一起操作，且還在獨立模式中，在不存在電網(wǎng)參考的情形下支持客戶負載。在此實施例中，將需要輸出電力間斷以便在一個模式與另一模式中的電力產(chǎn)生之間切換。
[0064]圖6A到6D圖解說明其中替代UPM102或除UPM102以外使用電動車輛(EV)充電模塊(ECM)的圖1A中所展示的系統(tǒng)的各種操作模式。在一些操作模式中，ECM可執(zhí)行UPM的功能。
[0065]當用于EV充電應用中時，圖6A到6D的系統(tǒng)提供數(shù)個優(yōu)點。特定來說，這些系統(tǒng)移除在大數(shù)目個EV的快速充電期間電網(wǎng)供應大電力峰值的需要。在其中提供電網(wǎng)電力將過于昂貴及其中布置天然氣管線將更具成本效益的區(qū)中，所述系統(tǒng)也可用于EV充電。
[0066]參照圖6A，EV充電站包括一個或一個以上電力模塊106、10M104及ECM602。ECM含有DC/DC轉換器602A而非UPM102的變頻器102A。在此實施例中，EV充電站(例如，ECM602)可以使用電網(wǎng)電力。所述EV充電站可將電力同時饋送到電網(wǎng)及EV蓄電池?？墒褂脕碜訤CM106的電力將快速(例如，10到20分鐘)充電從ECM602提供至Ij EV蓄電池604。每當EV蓄電池604連接到充電站(例如，ECM602)以用于充電時，F(xiàn)CM106電力自動從給電網(wǎng)饋送轉向到充電站中。電力從電網(wǎng)到EV蓄電池604的轉向可通過如圖1A中所圖解說明且如先前所描述的控制邏輯來完成。當電力模塊106不可用時，電網(wǎng)電力可用作充電站的備用電力。[0067]參照圖6B，EV充電站包括一個或一個以上電力模塊106、10M104、UPM102、控制邏輯單元110及ECM602。在此實施例中，在饋送電網(wǎng)電力及給EV蓄電池604充電時，EV充電站602也可用于供電給客戶負載108。在此配置中，所述EV充電站給電網(wǎng)饋送且還將不間斷電力提供到客戶負載108 (例如辦公建筑物)。10M104將電力饋送到電網(wǎng)，而UPM102將電力供應到客戶負載108。ECM602充當EV充電站且從400V DC總線112汲取電力。因此，UPM102與ECM602并聯(lián)連接到DC總線112。當不間斷地供電給客戶負載108時，每次車輛駛入以由ECM602充電時，被饋送到電網(wǎng)的電力的一部分轉向到ECM602達給EV蓄電池604充電所花費的時間。同樣，當電網(wǎng)已經(jīng)正在供應全容量時，此配置克服從電網(wǎng)汲取高峰值電力的挑戰(zhàn)，此為現(xiàn)今尤其是在白天時間期間的主要問題。
[0068]此配置的典型應用將為將電力供應到辦公建筑物。在電力被饋送到電網(wǎng)時，可給來自建筑物的負載108(包含數(shù)據(jù)中心、照明等)供應來自UPM102的潔凈不間斷電力。可為公司的職員及訪客在此建筑物的停車場處安裝充電站?？稍谕＼噲鼋oEV電池604充電及接著將其停放?；谄囁姓叩臅r間約束而可在充電站處提供針對快速充電(IC)及涓流充電(0.1C)兩者的選項。
[0069]參照圖6C，EV充電站包括一個或一個以上電力模塊106、UPM102、ECM602及DG機組608。此配置適合用于其中電網(wǎng)電力不可用的遙遠區(qū)域中。在此配置中，UPM102從連接到電力模塊106的DC總線汲取電力，且給客戶負載108饋送。此客戶負載108的作用也像電力模塊106的基本負載，此允許系統(tǒng)以某一最小效率操作(在上文圖6A及6B中所圖解說明的配置中，電網(wǎng)提供最小基本負載以達成有效性能)。在一實施例中，電力模塊106及UPM102是額定的以使得在ECM602可操作時始終供應最大客戶負載。DG機組608用于啟動電力模塊106。
[0070]參照圖6D，EV充電站包括一個或一個以上電力模塊106及ECM602。EV充電站的此配置適合在無電網(wǎng)電力且將不供電給客戶負載的地方使用。EV充電站僅需充當用于給EV蓄電池604充電的電源。在此配置中，蓄電池組610充當EV充電站的基本負載?？墒褂谜３潆?0.1C)給此蓄電池組610充電。需要給EV蓄電池604充電的EV的操作者可從ECM602獲得電荷?；蛘撸僮髡呖捎媒?jīng)放電EV蓄電池604交換蓄電池組610中的電池中的一者。DG608機組用于啟動電力模塊106。
[0071]在一實施例中，EV充電站經(jīng)配置以利用分時段定價及利用EV電池的存儲容量。舉例來說，從IlAM到9PM的周日電的成本可高于從9PM到IlAM的電成本數(shù)倍(例如，5倍)。在此實施例中，DC電力從EV電池返回到燃料電池系統(tǒng)以在峰值定價周期期間提供電力及/或以支持由于內(nèi)部電力模塊106故障所致的來自電力模塊106的電力輸出中的不足。
[0072]參照圖6E,燃料電池系統(tǒng)包括:上文所描述的一個或一個以上電力模塊106、10M104、UPM102、第一控制邏輯單元110 ;含有開關702A及第二控制邏輯單元702B的切換模塊702 ;及ECM602。如果需要，那么單獨邏輯單元110及702B可以物理方式組合成單個單元，其執(zhí)行上文所描述的單元110的功能及下文所描述的單元702B的功能。在此實施例中，電力模塊106、10M104及UPM102可用于將電力供應到客戶負載108 (例如，建筑物，例如辦公建筑物)同時還能夠將電力提供到電網(wǎng)，而ECM602可用于通過從400V DC總線112汲取電力來給EV蓄電池604充電?？刂七壿媶卧?10執(zhí)行如先前所描述的功能?？刂七壿媶卧?02B執(zhí)行如下文所描述的功能。因此，UPM102與ECM602并聯(lián)連接到DC總線112。[0073]在一實施例中，UPM102(例如，UMP102的變頻器102A)的額定值高于單獨將電力從電力模塊106提供到負載108將所需。額外電力處置能力用于利用來自連接到EV充電站(即，連接到ECM602)的EV電池的額外DC電力。控制邏輯單元702B切換開關702A以將EV電池604連接到ECM602從而從ECM602接收電力，或連接到DC總線112從而將電力提供到DC總線112。
[0074]以圖解說明方式而非以限制方式，燃料電池系統(tǒng)含有能夠遞送第一最大電力值(例如，200kW)的電力模塊106。UMP102經(jīng)額定以將DC轉換到AC而提供大于第一值的第二最大電力值(例如，400kW AC)。換句話說，變頻器102A經(jīng)設計以將比電力模塊能夠提供的DC電力多的DC電力轉換到AC電力。UMP102使用額外轉換容量來將來自EV電池604的DC電力(例如，高達200kW DC)轉換到AC電力以提供到負載108或提供到電網(wǎng)114。
[0075]因此，在來自電網(wǎng)的較高電價的周期期間，在電動車輛充電模塊(ECM)602處接收來自電動車輛蓄電池604的DC電力，將所接收電力提供到至少一個變頻器102A，至少一個變頻器102A將所接收DC電力轉換到AC電力且將AC電力提供到負載(例如，108或電網(wǎng)負載 114)。
[0076]在一個實施例中，在接收DC電力的步驟之前，將DC電力從至少一個燃料電池電力模塊106提供到ECM602，且接著當電成本較低時從ECM提供到電動車輛蓄電池604。
[0077]組合式EV充電站與燃料電池系統(tǒng)可位于具有駕駛電動汽車的職員的商業(yè)場所處。使用上文所陳述的分時段定價，這些職員將通常將其EV停放于商業(yè)場所再充電塢站處且在工作日期間將EV電池604連接到ECM602達8到10小時。通常，在來自電網(wǎng)的電力的價格增加之前(例如，截至11AM)，使用從ECM602提供的電力將所有EV電池604充滿電(其中開關702A將電池604連接到ECM602)。接著，在電網(wǎng)電力的價格增加之后(例如，在11AM之后)，邏輯 702B切換開關 702A位置以將EV電池604連接到DC總線112。電池604接著用于將其所存儲電荷的一部分(例如，10%到75%，舉例來說，50%)提供到DC總線112。舉例來說，EV電池每天(或每周等)可接收比其提供回到DC總線多的電荷。如果需要，那么EV的所有者可不為EV所接收的凈電荷付費或可支付與用于從電網(wǎng)給EV電池充電的費用相比減少的費用。接著，充電站可以調峰負載追隨(peak-shaving load-following)方式將高達400kW AC遞送到負載108。所有參與方將由于經(jīng)增加的中午電價而在金融上受
Mo
[0078]在另一實施例中，在于較高電價成本周期期間從ECM602接收DC電力的步驟之前，在較低成本電價周期期間在除ECM602以外的位置處給電動車輛蓄電池充電。舉例來說，使用較低成本夜間電在遙遠位置處(例如，夜里在家里從電網(wǎng))給EV充電。接著，可在早上將這些EV連接到ECM602。在中午電價增加之后(例如，在IlAM之后)，EV電池604將其所存儲電荷的預定部分遞送到DC總線112。因此，總線可接著以調峰負載跟蹤方式將高達400kff AC遞送到負載108?？舍槍λ峁╇娏Φ某杀?即，針對其存儲于其家處并遞送到總線112的電力)償付EV所有者。此處同樣，所有參與方由于較高中午電價而在金融上受
Mo
[0079]當然，前述實例中所使用的時間僅出于說明性目的。充電站可經(jīng)配置以利用來自EV電池的電力以解決充電站位于其中的區(qū)域的分時段定價。
[0080]上文所描述的方法及系統(tǒng)可易于與同大負載并聯(lián)的多個發(fā)電機一起使用，同時允許對頻率及電壓的嚴格控制。
[0081]以下實施例描述將電力從第一側從上文所描述的分散式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及從第二側從電網(wǎng)(例如，公用或園區(qū)電網(wǎng))或分散式發(fā)電機(例如，柴油發(fā)電機)(DG)提供到DC或AC負載。每一側可用作主要側或輔助側。
[0082]圖7A圖解說明用于給負載108供電的實施例系統(tǒng)700,負載108可為信息技術(IT)負載，例如數(shù)據(jù)中心IT負載(即，以可包含計算機、服務器、路由器、機架、電力供應連接及數(shù)據(jù)中心環(huán)境中所發(fā)現(xiàn)的其它組件中的一者或一者以上的IT系統(tǒng)操作的裝置)。如本文中所描述，IT負載(即，以可包含計算機、服務器、路由器、機架、電力供應連接及數(shù)據(jù)中心環(huán)境中所發(fā)現(xiàn)的其它組件中的一者或一者以上的IT系統(tǒng)操作的裝置)及IT系統(tǒng)與用于監(jiān)視、管理及/或控制DC電力發(fā)電機及DC發(fā)電系統(tǒng)的操作的裝置(例如計算機、服務器、路由器、機架、控制器、電力供應連接及其它組件)的區(qū)別之處在于IT負載不監(jiān)視、管理及/或控制將電力提供到IT負載自身的任何DC電力發(fā)電機或DC發(fā)電系統(tǒng)的操作。
[0083]裝納IT負載的數(shù)據(jù)中心可包括支撐各種服務器、路由器等的機架及/或裝納IT負載的建筑物。如圖7A中所展示，數(shù)據(jù)中心IT負載108可為“雙線”或“多線”，此意謂負載108從來自不同源的多個電力饋送(例如，“A”側饋送、“B”側饋送、“C”側饋送等)接收電力。
[0084]如圖7A中所展示，負載108 (例如，數(shù)據(jù)中心機架)可為具有“A”側饋送及“B”側饋送的雙線。負載108可從兩個饋送汲取電力(例如，50%電力來自“A”側饋送，且50%電力來自“B”側饋送)。負載108內(nèi)部的轉接開關或靜態(tài)開關可為電力搜尋的且可在所有條件下(經(jīng)由一個或兩個饋送)維持到負載108的電力。在一些實施例中，負載108可包含雙線電力供應器，所述雙線電力供應器在內(nèi)部具有可基本上在其輸出處具有二極管“或”的兩組AC/DC電子器件(即，“A”側電力供應器及“B”側電力供應器)，且可從與可行源排成線的任一供應器汲取電力。在此類型的布置中，可不需要開關?？墒褂霉虘B(tài)組件來完成從一個供應器到另一供應器的轉變或在其中電力在其之間共享的情形中的電力共享。因此，所述負載包括雙線電力供應器，所述雙線電力供應器具有可以競爭(auctioneering)方式從A側饋送及B側饋送中的至少一者汲取電力的兩組電力電子器件。
[0085]負載108的“A”側饋送可連接到標準電力基礎設施，例如電網(wǎng)114，其借助任選分散式發(fā)電機(例如，柴油發(fā)電機)(DG) 706供電且不間斷電力供應器(UPS) 708備用。
[0086]負載108的“B”側饋送可連接到一個或一個以上UPM102(例如，獨立變頻器輸出)。
[0087]系統(tǒng)700進一步包含至少一個電力模塊106及相關聯(lián)的10M104。至少一個電力模塊106可經(jīng)由一個或一個以上UPM102將其輸出電力的第一部分(例如，在5%到95%之間，例如其輸出電力的約50%)提供到負載108的“B”側饋送。經(jīng)由圖7A中的箭頭704對此示意性地圖解說明。
[0088]至少一個電力模塊106可經(jīng)由其相關聯(lián)的10M104將其輸出電力的第二部分(例如，在5%到95%之間，例如其輸出電力的約50%)提供到電網(wǎng)114?？山?jīng)由電網(wǎng)114將來自10M104的電力提供到負載108的“A”側饋送，所述“A”側饋送如上文所描述連接到電網(wǎng)114。通過圖7A中的箭頭702對此示意性地圖解說明，箭頭702展示從10M104提供到電網(wǎng)114且接著從電網(wǎng)114經(jīng)由“A”側饋送提供到負載108的電力。[0089]在各種實施例中，在系統(tǒng)700的正常操作期間，至少一個電力模塊106可輸出負載108所需電力中的全部或實質上全部電力。電力輸出的第一部分(例如，?50%)可經(jīng)由UPM102直接饋送到負載108的“B”側饋送。電力輸出的第二部分(例如，?50%)可經(jīng)由10M104饋送到電網(wǎng)114且從電網(wǎng)114返回到負載108的“A”側饋送。因此，在各種實施例中，不需要來自電網(wǎng)114的用于負載108的任何凈電力，此可實質上減少用于給負載108供電的成本，例如數(shù)據(jù)中心機架中的組件，因為可無需從電網(wǎng)114的操作者購買過量電力。此夕卜，由于來自電力模塊106的所載入10M104輸出及所載入UPM102輸出，電力模塊106中的燃料電池可熱浸到全負載或接近全負載。因此，如果當“A”(電網(wǎng))饋送損失時負載中存在階梯(例如，從50%到100%)，那么此可為對燃料電池造成極小應變的容易轉變。
[0090]在來自至少一個電力模塊106的電力中的故障或間斷(例如，負載108并非正經(jīng)由“B”側饋送接收電力)的情況下，那么可經(jīng)由“A”側饋送從電網(wǎng)114汲取負載108的電力要求的100%。電網(wǎng)電力需求中的所得尖峰(例如,從負載108電力的?50%到100%)可易于由電網(wǎng)114吸收。
[0091]在來自電網(wǎng)114的電力中的故障或間斷的情況下，那么可從至少一個電力模塊106汲取負載108的電力要求的100%。來自至少一個電力模塊106的電力可完全經(jīng)由“B”側饋送從UPM102汲取，或可部分地經(jīng)由UPM102汲取到“B”側饋送且部分地經(jīng)由10M104及電網(wǎng)114連接汲取到“A”側饋送。在各種實施例中，在正常操作期間，至少一個電力模塊106可輸出負載108所需的電力的至少約100%，且因此在電網(wǎng)114故障或間斷的情況下，至少一個電力模塊106不經(jīng)歷輸出需求中的尖峰。因此，可避免來自至少一個電力模塊106的輸出電力需求中的有害尖峰。
[0092]在其中10M104連接到電網(wǎng)114 (其為負載108的“A”側饋送)且UPM102連接到負載108的“B”側饋送的一些實施例中，IOM輸出可大于負載108所需的輸出的50%。舉例來說，如果負載108的電力要求為160kW，那么UPM102可將此電力的50%(或80kW)提供到“B”側饋送。10M104輸出可為至少80kW，此消除來自負載108的所有公用(電網(wǎng))負擔。然而，10M104的負載可大于80kW，例如120kW。可匯出過量電力(在此實例中，40kW)以支持其它需要(例如，可將其匯出到數(shù)據(jù)中心或建筑物園區(qū)負載中)。此類型的載入布置允許完全覆蓋臨界負載108(例如IT負載)，且還允許分散式發(fā)電(例如，燃料電池)系統(tǒng)的100%資產(chǎn)利用。換句話說，電力模塊106電力輸出的“A”側及“B”側可表不大于負載的電力要求的100%，以使得將模塊106電力輸出的至少一部分提供到負載位于其中的設施，且模塊106輸出電力表不模塊106的大約100%資產(chǎn)利用。
[0093]將理解，本發(fā)明系統(tǒng)700并不限于數(shù)據(jù)中心，且具有多線(例如，A、B、C等)電力饋送架構的任何臨界電力地點可利用用于給負載供電的本發(fā)明系統(tǒng)及方法。
[0094]在各種實施例中，IT負載108可為可在“A”側饋送處從電網(wǎng)114接收AC電力的AC負載。由至少一個電力模塊106產(chǎn)生的電力可為DC電力，且可在被饋送到負載108的“B”側饋送之前被轉換到AC電力。舉例來說，系統(tǒng)700可包含用于將DC電力轉換到AC電力的變頻器，所述變頻器可位于UPM102中，或位于電力模塊106與到負載106的“B”側饋送之間的另一位置處。在其它實施例中，IT負載108可為在負載108的“A”側饋送處從電網(wǎng)114接收經(jīng)整流DC電力的DC負載(例如，AC/DC整流器可提供于電網(wǎng)114與負載108的“A”側饋送之間)?？山o負載108的“B”側饋送提供來自電力模塊106及UPM102的DC電力。任選地，DC/DC轉換器可提供于電力模塊106與“B”側饋送之間，例如，在UPM102內(nèi)。DC/DC轉換器可(例如)通過將電壓設定到所要點來調節(jié)來自電力模塊106的DC電力，從而在將DC電力饋送到負載108的“B”側饋送之前形成隔離及/或形成適當接地參考。在一些實施例中，負載108可在第一電力輸入(例如，雙線系統(tǒng)中的“A”側饋送或“B”側饋送)處接收AC電力，且可在第二電力輸入(例如，“A”側饋送及“B”側饋送中的另一者)處接收DC電力。負載108可包含電力調節(jié)組件(例如，變頻器、整流器、轉換器等)以視需要調節(jié)輸入電力。
[0095]圖7B圖解說明替代實施例，其中額外電網(wǎng)714可用作第一電網(wǎng)114及至少一個電力模塊106的補充備用。如圖7B中所展示，轉接開關712可提供于至少一個UPM102的輸出與補充電網(wǎng)(例如，第一電網(wǎng)饋送的另一實例或第二電網(wǎng)饋送)714之間?？蓪⑥D接開關712的輸出作為數(shù)據(jù)中心負載108的“B”側饋送來饋送。在實施例中，在至少一個電力模塊106的故障的情況下，可由補充電網(wǎng)714提供“B”側饋送。
[0096]在替代實施例中，作為替代方案或除轉接開關以外，也可利用功率因數(shù)校正(PFC)整流器(例如，絕緣雙極柵極晶體管[IGBT]型整流器)。來自補充或第二電網(wǎng)714的饋送可與來自至少一個UPM102的輸出二極管“或”?？蓪⒋俗鳛椤癇”側輸入提供到負載108，且可不需要靜態(tài)切換。
[0097]圖8圖解說明用于將電力提供到醫(yī)療設施的實施例系統(tǒng)800。高功率醫(yī)療裝置808 (例如，MRI, X射線、CT掃描、正電子發(fā)射斷層攝影術(PET)及X射線C-臂裝置)利用通常為中間電壓AC(例如，480VAC或415VAC)的電力供應器，其通常經(jīng)整流到大約600VDC且接著饋送到DC/DC轉換器 以形成經(jīng)隔離離散DC輸出以用于硬件的操作。在AC/DC轉換級中損失了顯著效率。此外，醫(yī)療峰值計費由于驟增電力需求而相當高。
[0098]在圖8中所展示的實施例系統(tǒng)800中，至少一個電力模塊106及相關聯(lián)10M104可具備并聯(lián)到其DC輸出總線812 (例如，+/-380VDC總線)中的至少一個不間斷電力模塊(UPM1) 102。此配置類似于圖6A到6E中關于上文所描述的ECM所展示的配置，其中將電力模塊106的輸出提供到總線812，且將總線812的輸出提供到10M104及UPM102。如圖8中所展示，額外UPM102(例如，UPM^UPMn)可各自以類似方式連接到額外電力模塊/IOM單元(未圖解說明)。每一 UPM102可包含提供AC電力輸出820(例如，480VAC)的變頻器802及提供DC電力輸出822 (例如，400到600VDC)的DC/DC轉換器804。來自UPM102的AC輸出(例如，480VAC)可經(jīng)由AC總線820耦合到醫(yī)療設施靜態(tài)開關810的輸入作為“B”側饋送?？蓮碾娋W(wǎng)114提供“A”側饋送。
[0099]IOM變頻器104A可將AC電力(例如，480VAC)輸出到電網(wǎng)114以用于一般匯出。如在圖7的實施例中，從10M104到電網(wǎng)114的電力輸出可在醫(yī)療設施靜態(tài)開關810的“A”側饋送處返回。因此，在各種實施例中，在系統(tǒng)800的正常操作期間，可不從電網(wǎng)114汲取任何凈電力，且可由一個或一個以上電力模塊106提供醫(yī)療裝置808所需的全部或實質上全部電力。
[0100]可將來自靜態(tài)開關810的電力作為輸入提供到用于將AC電力(例如，480VAC)轉換到DC電力(例如，600VDC)的整流器818，所述DC電力(例如，600VDC)可接著被饋送到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器816的輸入級。如上文所論述，在此AC/DC轉換過程中，可損失顯著效率。如圖8中所展示，來自UPM102的400到600VDC輸出總線822也可耦合到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器816的輸入級中。因此，可由PWM106經(jīng)由UPM提供到DC/DC轉換器816的DC輸入電力的至少一部分(包含到DC/DC轉換器816的全部DC輸入電力)而不需要電力首先經(jīng)歷AC/DC轉換。因此，可避免與AC/DC轉換相關聯(lián)的效率損失的至少一部分。
[0101]醫(yī)療裝置DC/DC轉換器816可提供多個離散DC輸出(例如，700V、100V等)，所述離散DC輸出可被饋送到高保真放大器824，且接著用于給一個或一個以上醫(yī)療裝置808 (MD1)供電。
[0102]在各種實施例中，一個以上醫(yī)療裝置808可耦合到一個或一個以上UPM102的DC輸出。如圖8中示意性地圖解說明，舉例來說，醫(yī)療裝置MD2到10?可耦合到UPM102的400到600VDC輸出總線822，且可以類似于MD1的方式配置。可提供定序控制器826以控制醫(yī)療裝置108的操作序列。在實施例中，定序控制器826可經(jīng)配置以提供小延遲以使得醫(yī)療裝置所汲取的電力平衡且不需要過量峰值電力汲取。在實施例中，定序控制器826可經(jīng)配置以在各種醫(yī)療設備件之間排定優(yōu)先級。舉例來說，定序控制器826可提供一個或一個以上醫(yī)療裝置的緊急狀態(tài)以使得可關斷較低優(yōu)先級裝置以有利于救生臨界醫(yī)療裝置。
[0103]在各種實施例中，UPM102可包含能量存儲裝置，例如圖8中所展示的超級電容器806。在各種實施例中，可借助額外存儲模塊增大具有UPM102的能量存儲器以便提供醫(yī)療裝置的經(jīng)增加峰值電力而不產(chǎn)生經(jīng)增加峰值計費。
[0104]在各種實施例中，UPM102可經(jīng)配置以從補充電源814接收電力，補充電源814可為電網(wǎng)114、第二電網(wǎng)或其它AC發(fā)電機饋送以為UPM102提供備用峰值供應。在實施例中，UPM102可包含PFC校正整流器805以在根據(jù)需要基礎上從補充電源814吸收電力?；蛘呋蛄硗?，UPM可包含靜態(tài) 開關(未圖解說明)以從補充電源814(例如第二電網(wǎng))吸收饋送且提供可靠“B”側饋送。
[0105]圖9圖解說明用于將直接DC電力提供到醫(yī)療設施的另一實施例系統(tǒng)900。在此系統(tǒng)900中，電力模塊106將適合的DC電力輸出(例如，600VDC)提供到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器816的輸入級。多個電力模塊106單元輸出可為并聯(lián)的以用于增加可靠性。如圖9中所展示，電力模塊106可經(jīng)配置以輸出+/-380VDC (例如，使用電力模塊106內(nèi)的DC/DC轉換器)，且DC/DC轉換器802的第二級(其可在UPM102內(nèi))可產(chǎn)生600VDC以用于600VDC總線822 (即，“級聯(lián)式”方法)。在替代實施例中，兩組DC/DC轉換器可在電力模塊106內(nèi)并行地操作。第一組DC/DC轉換器可產(chǎn)生+/-380VDC (例如，用于輔助及/或用于饋送到10M104中的變頻器104A)。第二組DC/DC轉換器可產(chǎn)生600VDC以用于600VDC總線822。在任一實施例中，總線822可將600VDC饋送到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器816的輸入級。
[0106]如圖9中所展示，在實施例中，10M104可包含變頻器104A，如上文所描述?？蓪碜宰冾l器104A的AC電力輸出(例如，480VAC)提供到電網(wǎng)114。從10M104到電網(wǎng)114的電力輸出可例如經(jīng)由PFC校正整流器805及/或靜態(tài)開關在UPM102處返回到系統(tǒng)900，如上文所描述。電網(wǎng)電力可在UPM102中經(jīng)整流且經(jīng)DC/DC轉換到600VDC且被饋送到600VDC總線822。因此，在各種實施例中，在系統(tǒng)900的正常操作期間，可不從電網(wǎng)114汲取任何凈電力，且可由一個或一個以上電力模塊106提供醫(yī)療裝置808所需的全部或實質上全部電力。電力模塊106可經(jīng)操作以產(chǎn)生醫(yī)療裝置108所需的全部或實質上全部電力。來自電力模塊106的輸出電力的全部或一部分可通過10M104饋送到電網(wǎng)114且接著在即11102處返回。來自電力模塊106的輸出電力的全部或一部分可為直接饋送到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器816的輸入級的DC電力。在電網(wǎng)114故障或間斷的情況下，系統(tǒng)900可移位到醫(yī)療裝置的100%直接DC電力。電力模塊106可不經(jīng)歷任何顯著電力尖峰。
[0107]能量存儲裝置(例如圖9中所展示的超級電容器806)可提供于UPM102(其可包含充電器/放電器DC/DC轉換器,但在若干實施例中可不包含輸出變頻器)中。
[0108]如圖8及9中所展示，根據(jù)各種實施例的UPM102可包含用于從一個或一個以上電力模塊106/10M104接收DC電力(例如，+/-380VDC)的輸入、用于能量存儲的能量存儲裝置806 (例如超級電容器或電池)，且可進一步包含用于將能量移到能量存儲器中及移出能量存儲器的充電及放電(或雙向)DC/DC轉換器。如圖8中所展示，UPM102也可包含變頻器802，變頻器802可包含變頻器及變壓器電路以產(chǎn)生適合的AC電力饋送(例如，50/60Hz3導線或4導線480VAC，或其它電網(wǎng)電壓，例如415VAC)。
[0109]在各種實施例中，UPM102也可經(jīng)配置以提供處于不同于來自一個或一個以上電力模塊106的輸入總線電壓的電壓的DC電力輸出。如圖8及9中所展示，舉例來說，UPM102包含DC/DC轉換器804，DC/DC轉換器804在總線822上將來自總線812的輸入+/-380VDC轉換到不同DC輸出電壓(例如，400到600VDC，例如600VDC)。各種實施例可包含UPM102，UPM102可提供包含低于電力模塊輸入電壓的電壓(例如12VDC、24VDC、36VDC&/*48VDC)以及基于設定點的可調整輸出電壓(例如OVDC到600VDC)的不同DC輸出電壓。在各種實施例中，不同于電力模塊106所提供輸入電壓的來自UPM102的輸出DC電壓可為不接地的、參照接地可為正的及/或參照接地可為負的。
[0110]典型高功率醫(yī)療裝置808 (例如，MR1、X射線、CT掃描器、PET掃描器、C-臂裝置等)包含變壓器及整流器輸入級以便產(chǎn)生大約600VDC的DC電壓。各種實施例可包含可利用直接DC饋送的醫(yī)療裝置808，例如圖9中所展示。通過消除輸入變壓器及整流器，可增加裝置808的效率同時降低裝置808的成本。
[0111]圖1OA到IOB圖解說明用于將直接DC電力饋送提供到AC負載1008的其它實施例系統(tǒng)1000、1001。大AC機器通常由電動機驅動器或負載驅動器或可變頻率驅動系統(tǒng)來供電，所述可變頻率驅動系統(tǒng)首先將電網(wǎng)饋送整流且接著在期望用于AC負載(例如，電動機)操作的頻率下從所述經(jīng)整流DC饋送產(chǎn)生AC電力。
[0112]如圖1OA的系統(tǒng)1000中所展示，至少一個電力模塊106可產(chǎn)生DC輸出電力(例如，+/-380VDC)。DC輸出電力可經(jīng)由總線812耦合到10M104。10M104可包含用于將輸出AC電力匯出到電網(wǎng)114的DC/AC轉換器104A。DC總線812也可耦合到UPM102。UPM102可包含用于將輸出AC電力饋送提供到總線820的DC/AC轉換器802，總線820可提供為轉接開關1010處的“B”側饋送，轉接開關1010可為客戶側轉接開關。轉接開關1010的“A”側饋送可來自電網(wǎng)114。可在AC/DC轉換器1018處整流來自轉接開關1010的AC電力以提供DC輸出電力(例如，600VDC)，其可連接為電動機驅動器1020的中間總線。電動機驅動器1020可在所要頻率下將DC電力轉換到AC電力以在AC負載1008處使用。
[0113]UPM102可包含DC/DC轉換器804，其用于從來自總線812的輸入DC饋送(例如，+/-380VDC)提供DC輸出電力(例如，600VDC)?？山?jīng)由DC總線822將來自UPM102的DC輸出電力(例如，600VDC)提供到電動機驅動器1020的中間總線。
[0114]圖1OB圖解說明其中經(jīng)由DC總線812將來自電力模塊106的第一 DC輸出電力(例如，+/-380VDC)提供到10M104的替代實施例系統(tǒng)1001，其中所述電力可由變頻器104A轉換到AC且匯出到電網(wǎng)114，如圖1OA的系統(tǒng)1000中。電力模塊106也可包含DC/DC轉換器1006，DC/DC轉換器1006可在總線822上將DC輸出電力的第二部分轉換到第二電壓(例如，600VDC)，所述第二電壓可直接被饋送到電動機驅動器1020且被轉換到AC負載1008的所要AC頻率。在圖1OB的實施例中，可不需要用于將AC電網(wǎng)電力轉換到用于電動機驅動器1020的DC饋送的整流器1018。
[0115]在圖1OA及IOB的系統(tǒng)1000、1001中，可提供DC/DC轉換器1012(或雙向DC/DC轉換器)以使得電動機1020制動(或裝置停止)電流可經(jīng)由DC總線1013及轉換器1012放置到電力模塊106的DC(例如，+/-380VDC)總線812上，且藉此可被引導到可位于PWM、IOM及/或UPM中的能量存儲裝置(此類超級電容器806)。也可經(jīng)由IOM變頻器104A將電動機制動或裝置停止電流提供到電網(wǎng)114。此為優(yōu)點，因為能量客戶位置處的雙向電動機驅動器可利用制動電力，但由于電動機驅動器變頻器1018通常將不具有UL1741/IEEE1547順應性，因此此電力無法被匯出到公用電網(wǎng)中且僅可用于供電給在電表的能量客戶側上的園區(qū)負載，且否則將必須使用電阻性負載。
[0116]在其它實施例中，可與電動式鐵路機車一起利用例如圖1OA及IOB中所展示的配置。一個或一個以上分散式電力系統(tǒng)(例如圖1OA及IOB中所展示的系統(tǒng)1000、1001)可(例如)在一個或一個以上鐵路車站處提供于鐵路線上。負載1008可為機車。當機車啟動時，DC電力可(例如)經(jīng)由圖1OA及IOB中所展示的DC總線822直接饋送到機車。當機車停止時，制動電力可(例如)經(jīng)由DC/DC轉換器1012及DC總線1013由系統(tǒng)1001、1001獲得。
[0117]例如圖1OA及IOB中所展示的架構也可用于將電力提供到使用斬波器負載驅動器而非四象限變頻器的DC負載。舉例來說，此性質的負載可包含感應爐。圖1OA及IOB的配置也可用于將電力提供到用于制造檢驗的X射線機器，其中所述電力可被饋送到驅動X射線機器的諧振轉換器。
[0118]圖11圖解說明用于使用一個或一個以上電力模塊106及/或一個或一個以上微型渦輪發(fā)電機1106給一個或一個以上負載1108供電的實施例系統(tǒng)1100。如圖11中所展示，可由整流器1116將來自微型渦輪機(M1) 1106的電力轉換到DC電力，且可將此DC饋送(例如，600VDC)提供到可連接到UPM102的DC總線822?？捎梢粋€或一個以上微型渦輪機1106補充或替換一個或一個以上電力模塊106?？?例如)經(jīng)由DC/DC轉換器1112及再生存儲裝置1114(例如，存儲蓄電池、電容器、飛輪等)將來自微型渦輪機1106的電力提供到UPM102，且可經(jīng)由10M104將其匯出到電網(wǎng)114。將理解，在上文所描述的所述實施例中的任一者中，可將一個或一個以上微型潤輪發(fā)電機1106利用為燃料電池電力模塊106的替代方案或與燃料電池電力模塊106結合。AC電力可經(jīng)由電網(wǎng)114及/或AC總線820從UPM經(jīng)由開關1110而被提供到負載1108?？山?jīng)由DC/DC轉換器1112及變頻器1115將額外AC電力從微型渦輪機1106提供到負載1108?？蓮腄C總線822提供到負載1108的直接DC饋送，如上文所描述。
[0119]上文所描述的各種實施例可包含現(xiàn)場燃料存儲系統(tǒng)。如本文中所使用，“現(xiàn)場”可包含在同一建筑物內(nèi)或在分散式發(fā)電機(例如，電力模塊106)及/或負載的附近中(例如，在0.1英里半徑內(nèi))。在各種實施例中，燃料可包含所存儲經(jīng)壓縮天然氣(例如，在氣體存儲筒或容器中)、所存儲液體天然氣、所存儲液體石油(例如，丙烷(例如，丙烷罐)、乙醇、柴油、液體氫)、所存儲經(jīng)壓縮氫氣及/或氨氣。
[0120]在各種實施例中，一種使用分散式發(fā)電機(例如，燃料電池電力模塊、微型渦輪機等)給一個或一個以上負載供電的系統(tǒng)可包含用于分散式發(fā)電機的至少兩個燃料輸入，其中所述燃料輸入中的至少一者包括來自現(xiàn)場燃料存儲系統(tǒng)的燃料。在一個實施例中，第一燃料輸入可為從非現(xiàn)場源(例如，天然氣管線)供應的燃料且第二燃料輸入可為現(xiàn)場燃料存儲系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可經(jīng)配置以在(舉例來說)第一燃料輸入的遞送已間斷時從第一燃料輸入移位到第二燃料輸入，第一燃料輸入具有超過第二燃料輸入的成本，及/或在第一燃料輸入的遞送中存在預測間斷(例如，自然災害，例如海嘯或地震)，且第二燃料輸入經(jīng)硬化以更可能在此災害的情況下幸存。
[0121]各種實施例包含一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，其包括:至少一個電力模塊，其包括產(chǎn)生輸出電力的至少一個燃料電池段；第一模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與電網(wǎng)之間的至少一個電力調節(jié)組件；及第二模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與負載的B側電力饋送之間的至少一個電力調節(jié)組件，且其中所述負載的A側電力饋送經(jīng)由所述電網(wǎng)電耦合到所述電力模塊。
[0122]在各種實施例中，第二模塊包括不間斷電力模塊(UPM)，所述不間斷電力模塊包括用于將AC電力輸出提供到負載的B側饋送的變頻器。
[0123]在其它實施例中，UPM包括DC/DC轉換器，其用于將來自電力模塊的輸入DC電力饋送轉換到DC總線上的輸出DC電力饋送。
[0124]在其它實施例中，DC總線電耦合到負載以將直接DC電力饋送提供到負載。
[0125]在其它實施例中，不間斷電力模塊包括用于吸收來自補充電源的電力的整流器。
[0126]在其它實施例中，補充電源包括電網(wǎng)。
[0127]在其它實施例中，不間斷電力模塊包括能量存儲裝置。
[0128]在其它實施例中，能量存儲裝置包括超級電容器。
[0129]在其它實施例中，到負載的電力的至少一部分可由微型渦輪發(fā)電機提供。
[0130]在其它實施例中，所述系統(tǒng)包括用于至少一個燃料電池段的至少兩個燃料輸入，其中至少一個燃料輸入包括存儲于現(xiàn)場的燃料。
[0131]在其它實施例中，響應于第一燃料輸入的預期或實際間斷或第一燃料輸入與第二燃料輸入之間的相對價格的改變，所述系統(tǒng)經(jīng)配置以從第一燃料輸入且切換到第二燃料輸入。
[0132]各種實施例包含一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，其包括:至少一個電力模塊，其包括產(chǎn)生輸出電力的至少一個燃料電池段；及至少一個不間斷電力模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與負載的直接DC電力饋送之間的至少一個電力調節(jié)組件，其中:由所述至少一個電力模塊產(chǎn)生的所述輸出電力的至少一部分在第一電壓下經(jīng)由輸入DC總線提供到所述至少一個不間斷電力模塊，且經(jīng)由DC輸出總線以不同于所述第一電壓的第二電壓從所述至少一個不間斷電力模塊提供到所述負載。
[0133]在其它實施例中，所述至少一個電力調節(jié)組件包括DC/DC轉換器。
[0134]在其它實施例中，第二電壓高于第一電壓。
[0135]在其它實施例中，第二電壓低于第一電壓。
[0136]在其它實施例中，至少一個不間斷電力模塊經(jīng)配置以經(jīng)由DC輸出總線提供可調整輸出電壓。
[0137]在其它實施例中，第一電壓為+/-380VDC且第二電壓為600VDC。
[0138]在其它實施例中，來自至少一個電力模塊的總輸出電力包括給負載供電所需的總電力的至少約100%。
[0139]在其它實施例中，實質上不從電網(wǎng)汲取任何凈電力以將電力提供到負載。
[0140]在其它實施例中，至少一個不間斷電力模塊包括變頻器，其用于將由至少一個電力模塊產(chǎn)生的輸出電力的至少一部分轉換到經(jīng)提供作為負載的B側電力饋送的AC電力。
[0141]在其它實施例中，由電網(wǎng)提供負載的A側電力饋送。
[0142]在其它實施例中，所述負載包括機車、感應爐及制造檢驗中所使用的X射線機器中的至少一者，其從DC輸出總線接收DC電力。
[0143]在其它實施例中，所述系統(tǒng)包括用于控制電力經(jīng)由DC輸出總線到多個負載的遞送的定序控制器。
[0144]在其它實施例中，定序控制器經(jīng)配置以將電力遞送中的延遲提供到負載以使過量峰值電力汲取最小化。
[0145]在其它實施例中，定序控制器經(jīng)配置以基于負載的預定優(yōu)先權狀態(tài)而控制到負載的電力遞送。
[0146]各種實施例包含一種將電力提供到負載的方法，其包括:使用包括至少一個燃料電池段的至少一個電力模塊來產(chǎn)生輸出電力；經(jīng)由電網(wǎng)將所述輸出電力的第一部分提供到所述負載的A側電力饋送；及將所述輸出電力的第二部分提供到所述負載的B側電力饋送。
[0147]在其它實施例中，所述方法包括提供電稱合于不間斷電力模塊與負載的B側電力饋送之間的至少一個補充電力供應器。
[0148]在其它實施例中，所述補充電力供應器包括第二電網(wǎng)。
[0149]在其它實施例中，所述方法包括使用電力搜尋開關維持經(jīng)由A側饋送及B側饋送中的至少一者到負載的連續(xù)供電。
[0150]在其它實施例中，所述方法包括在將電力提供到電網(wǎng)之前使用變頻器將電力輸出的第一部分從DC電力轉換到AC電力。
[0151]在其它實施例中，所述方法包括在將電力提供到負載的B側饋送之前使用變頻器將電力輸出的第二部分的至少部分從DC電力轉換到AC電力。
[0152]在其它實施例中，所述方法包括借助DC/DC轉換器將電力輸出的第二部分的至少部分從第一電壓下的DC電力轉換到不同于第一電壓的第二電壓下的DC電力，及將第二電壓下的DC電力提供到負載。
[0153]在其它實施例中，第一電壓為+/-380VDC且第二電壓為400到600VDC。
[0154]在其它實施例中，所述方法包括使用微型渦輪機來產(chǎn)生電力及將來自所述微型渦輪機的電力提供到負載。
[0155]在其它實施例中，所述方法包括使用來自第一燃料源的第一燃料輸入將燃料提供到燃料電池段，及切換到來自第二燃料源的燃料電池段的第二燃料輸入，其中第二燃料源存儲于現(xiàn)場的燃料。
[0156]在其它實施例中，所述切換響應于第一燃料輸入的期望或實際間斷或第一燃料輸入與第二燃料輸入之間的相對價格的改變。[0157]各種實施例包含一種將電力提供到負載的方法，其包括:使用包括至少一個燃料電池段的至少一個電力模塊來產(chǎn)生輸出電力；將所述輸出電力的第一部分提供到電網(wǎng)；將所述輸出電力的第二部分提供到DC/DC轉換器,所述DC/DC轉換器將所述輸出電力從第一電壓轉換到第二電壓；及將處于所述第二電壓的所述輸出電力提供到所述負載。
[0158]在其它實施例中，第二電壓高于第一電壓。
[0159]在其它實施例中，第二電壓低于第一電壓。
[0160]在其它實施例中，第二電壓為可調整的。
[0161 ] 在其它實施例中，第一電壓為+/-380VDC且第二電壓為600VDC。
[0162]在其它實施例中，將輸出電力的第一部分提供到電網(wǎng)進一步包括將所述第一部分提供到變頻器，所述變頻器將所述電力從DC電力轉換到AC電力以用于匯出到電網(wǎng)。
[0163]在其它實施例中，來自至少一個電力模塊的總輸出電力包括給負載供電所需的總電力的至少約100%。
[0164]在其它實施例中，實質上不從電網(wǎng)汲取任何凈電力以將電力提供到負載。
[0165]在其它實施例中，所述方法包括將輸出電力的第三部分提供到將所述第三部分轉換到AC電力的變頻器，及將輸出電力的經(jīng)AC轉換第三部分提供到負載的B側電力饋送。
[0166]在其它實施例中，由電網(wǎng)提供負載的A側電力饋送。
[0167]在其它實施例中，將第二電壓下輸出電力提供到負載包括將第二電壓下輸出電力作為輸入提供到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器以用于提供多個離散DC輸出以給至少一個醫(yī)療裝置供電。
[0168]在其它實施例中，將第二電壓下的輸出電力提供到負載包括:將第二電壓下的輸出電力作為輸入提供到電動機驅動器以用于轉換到用于至少一個AC負載的所要AC頻率。
[0169]在其它實施例中，將第二電壓下輸出電力提供到負載包括將第二電壓下輸出電力提供到機車、感應爐及用于制造檢驗的X射線機器中的至少一者。
[0170]在其它實施例中，所述方法包括從負載接收制動電流。
[0171]在其它實施例中，所述方法包括將來自制動電流的電力的至少一部分提供到電網(wǎng)。
[0172]在其它實施例中，所述方法包括將來自制動電流的電力的至少一部分存儲于能量存儲裝置中。
[0173]在其它實施例中，所述方法包括控制第二電壓下的輸出電力到多個負載的遞送。
[0174]在其它實施例中，控制所述遞送包括將電力遞送中的延遲提供到負載以使過量峰值電力汲取最小化。
[0175]在其它實施例中，控制所述遞送包括基于負載的預定優(yōu)先權狀態(tài)而將電力遞送到負載。
[0176]在其它實施例中，所述方法包括使用至少一個微型渦輪發(fā)電機產(chǎn)生用于負載的電力的至少一部分。
[0177]提供前述方法說明僅作為圖解說明性實例且并非打算需要或暗指各種實施例的步驟必須以所呈現(xiàn)次序執(zhí)行。如所屬領域的技術人員將理解，前述實施例中的步驟的次序可以任何次序執(zhí)行。此外，例如“此后”、“接著”、“接下來”等詞語并非打算限制步驟的次序；這些詞語只是用來貫穿對方法的說明引導讀者。[0178]一個或一個以上框圖/流程圖已用于描述示范性實施例。關于所執(zhí)行操作的次序，框圖/流程圖的使用并非打算為限制性的。出于圖解說明及描述的目的，已呈現(xiàn)對示范性實施例的前述說明。其并非打算關于所揭示的確切形式為窮盡性或限制性的，且可鑒于上文教示做出修改及變化或可依據(jù)所揭示實施例的實踐獲得修改及變化。本發(fā)明的范圍打算由所附權利要求書及其等效物來界定。
[0179]可使用包括處理器、存儲器及已借助指令編程以執(zhí)行特定功能或可在經(jīng)設計以執(zhí)行規(guī)定功能的處理器中實施的其它組件的計算裝置(例如計算機)來實施控制元件(例如，控制器826)。處理器可為任何可編程微處理器、微計算機或多個處理器芯片或可由軟件指令(應用程序)配置以執(zhí)行包含本文中所描述的各種實施例的功能的各種功能的芯片。在一些計算裝置中，可提供多個處理器。通常，軟件應用程序可在其被存取或載入到處理器中之前存儲于內(nèi)部存儲器中。在一些計算裝置中，處理器可包含足以存儲應用軟件指令的內(nèi)部存儲器。
[0180]與本文中所揭示實施例一起描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟可實施為電子硬件、計算機軟件或二者的組合。為明確圖解說明硬件與軟件的此可互換性，上文通常已鑒于其功能性來描述各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。此類功能性是實施為硬件還是軟件取決于特定應用及施加于總體系統(tǒng)的設計約束。雖然所屬領域的技術人員可針對每一特定應用以不同方式實施所描述功能性，但不應將此些實施方案決策解釋為致使背離本發(fā)明的范圍。
[0181]用于實施與本文中所揭示方面一起描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊及電路的硬件可借助以下裝置實施或執(zhí)行:通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯電路、離散硬件組件或經(jīng)設計以執(zhí)行本文中所描述功能的其任何組合。通用處理器可為微處理器，但或者，所述處理器可為任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器也可實施為計算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器的組合、一個或一個以上微處理器與DSP核心一起的組合或任何其它此類配置?；蛘撸赏ㄟ^既定功能所特有的電路來執(zhí)行一些塊或方法。
[0182]提供所揭示實施例的前述說明以使得所屬領域的技術人員能夠制作或使用所描述實施例。所屬領域的技術人員將易于明了對這些實施例的各種修改，且本文中所定義的一般原理可應用于其它實施例而不背離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明并非打算限于本文中所展示的實施例，而是被授予與本文中所揭示的以下權利要求書及原理以及新穎特征相一致的最寬廣范圍。
【權利要求】
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括: 至少一個電力模塊，其包括經(jīng)配置以產(chǎn)生輸出電力的至少一個燃料電池段； 至少一個第一輸出模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與電網(wǎng)之間的至少一個電力調節(jié)組件； 第一總線，其將所述電網(wǎng)電連接到負載的A側電力饋送，以使得所述至少一個電力模塊經(jīng)配置以經(jīng)由所述至少一個第一輸出模塊將電力供應到所述負載的所述A側電力饋送；及 至少一個第二輸出模塊，其包括電耦合于所述至少一個電力模塊與所述負載的B側電力饋送之間的至少一個電力調節(jié)組件。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中: 所述負載包括IT負載； 所述至少一個第一輸出模塊包括輸入輸出模塊； 所述至少一個第二輸出模塊包括至少一個不間斷電力模塊； 由所述至少一個電力模塊產(chǎn)生的所述輸出電力的第一部分經(jīng)由所述至少一個輸入輸出模塊提供到所述電網(wǎng)，且從所述電網(wǎng)提供到所述負載的所述A側電力饋送；且 由所述至少一個電力模塊 產(chǎn)生的所述輸出電力的第二部分經(jīng)由所述至少一個不間斷電力模塊提供到所述負載的所述B側電力饋送。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述輸出電力的所述第一部分包括來自所述至少一個電力模塊的總輸出電力的約50%，且其中所述輸出電力的所述第二部分包括來自所述至少一個電力模塊的所述總輸出電力的約50%。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng),其中來自所述至少一個電力模塊的所述總輸出電力包括給所述負載供電所需的總電力的至少約100%。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中實質上不從所述電網(wǎng)汲取任何凈電力以將電力提供到所述負載。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述IT負載包括位于數(shù)據(jù)中心中的計算機、服務器、路由器、機架或電力供應連接中的至少一者。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括電耦合于所述電網(wǎng)與所述負載的所述A側電力饋送之間的柴油發(fā)電機及不間斷電力供應器中的至少一者。
8.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其進一步包括電耦合于所述不間斷電力模塊與所述負載的所述B側電力饋送之間的至少一個補充電力供應器。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述補充電力供應器包括第二電網(wǎng)。
10.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其進一步包括定位于所述不間斷電力模塊的輸出與所述補充電力供應器之間的轉接開關，其中來自所述轉接開關的輸出提供到所述負載的所述B側電力饋送。
11.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其進一步包括定位于所述不間斷電力模塊的所述輸出與所述補充電力供應器之間的功率因數(shù)校正整流器，其中來自所述功率因數(shù)校正整流器的輸出提供到所述負載的所述B側電力饋送。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述功率因數(shù)校正整流器為絕緣雙極柵極晶體管IGBT整流器。
13.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括用于維持經(jīng)由所述A側饋送及所述B側饋送中的至少一者到所述負載的連續(xù)電力的電力搜尋開關。
14.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括雙線電力供應器，所述雙線電力供應器具有可以拍賣方式從所述A側饋送及所述B側饋送中的至少一者汲取電力的兩組電力電子器件。
15.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括一個或一個以上醫(yī)療裝置。
16.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括一個或一個以上AC負載。
17.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括機車、感應爐及用于制造檢驗的X射線機器中的至少一者。
18.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個輸入輸出模塊中的所述至少一個電力調節(jié)組件包括用于將AC電力輸出提供到所述電網(wǎng)的變頻器。
19.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個不間斷電力模塊中的所述至少一個電力調節(jié)組件包括用于將AC電力輸出提供到所述負載的所述B側饋送的變頻器。
20.根據(jù)權利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個不間斷電力模塊進一步包括用于將來自所述至少一個電力模塊的輸入DC電力饋送轉換到DC總線上的輸出DC電力饋送的DC/DC轉換器。
21.根據(jù)權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述DC總線的電壓不同于來自所述至少一個電力模塊的所述輸入DC電力饋送的電壓。
22.根據(jù)權利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述DC總線的所述電壓為400到600VDC。
23.根據(jù)權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個不間斷電力模塊包括能量存儲裝置。
24.—種發(fā)電系統(tǒng),其包括: 至少一個電力模塊，其包括產(chǎn)生輸出電力的至少一個燃料電池段； 至少一個不間斷電力模塊，其包括至少一個DC/AC變頻器及電耦合于所述至少一個電力模塊與到負載的直接DC電力饋送之間的至少一個DC/DC轉換器； DC輸入總線，其電連接所述至少一個電力模塊與所述至少一個不間斷電力模塊；及 DC輸出總線，其電連接所述至少一個不間斷電力模塊與負載； 其中: 由所述至少一個電力模塊產(chǎn)生的所述輸出電力的至少一部分在第一電壓下經(jīng)由所述DC輸入總線提供到所述至少一個不間斷電力模塊，且在不同于所述第一電壓的第二電壓下經(jīng)由所述DC輸出總線從所述至少一個不間斷電力模塊提供到所述負載。
25.根據(jù)權利要求24所述的系統(tǒng)，其進一步包括: 至少一個輸入輸出模塊，其包括變頻器，所述變頻器電耦合到所述至少一個電力模塊以用于將由所述至少一個電力模塊產(chǎn)生的所述輸出電力的一部分提供到電網(wǎng)； 其中所述至少一個不間斷電力模塊經(jīng)配置以經(jīng)由所述DC/AC變頻器從所述電網(wǎng)接收電力。
26.根據(jù)權利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括至少一個醫(yī)療裝置，且來自所述DC輸出總線的所述電力作為輸入提供到醫(yī)療裝置DC/DC轉換器以用于提供多個離散DC輸出來給至少一個醫(yī)療裝置供電。
27.根據(jù)權利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述負載包括至少一個AC負載，且來自所述DC輸出總線的所述電力作為輸入提供到電動機驅動器以用于轉換到用于所述至少一個AC負載的所要AC頻率。
28.根據(jù)權利要求24所述的系統(tǒng)，其中: 所述DC輸入總線連接到所述負載以使得來自所述負載的制動電流提供到所述DC輸入總線； 來自所述制動電流的所述電力的至少一部分饋送到所述電網(wǎng)；且 來自所述制動電流的所述電力的至少一部分存儲于能量存儲裝置中。
29.根據(jù)權利要求24所述的系統(tǒng)，其進一步包括電耦合到所述DC輸出總線的至少一個微型渦輪發(fā)電機。
30.一種將電力提供到負載的方法，其包括: 使用包括至少一個燃料電池段的至少一個電力模塊產(chǎn)生輸出電力； 經(jīng)由電網(wǎng)將所述輸出電力的第一部分提供到所述負載的A側電力饋送；及 將所述輸出電力的第二部分提供到所述負載的B側電力饋送。
31.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所述負載包括IT負載。
32.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中提供所述第一部分包括將來自所述至少一個電力模塊的總輸出電力的約50`%提供到所述電網(wǎng)，且其中提供所述第二部分包括將來自所述至少一個電力模塊的所述總輸出電力的約50%提供到所述B側饋送。
33.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中產(chǎn)生輸出電力包括產(chǎn)生給所述負載供電所需的總電力的至少約100%。
34.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中將電力提供到所述負載以使得除由所述至少一個電力模塊供應的所述輸出電力以外，所述負載實質上不從所述電網(wǎng)汲取任何凈電力。
35.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中提供所述第一部分包括將所述輸出電力的所述第一部分作為DC提供到包括至少一個DC/AC變頻器的輸入輸出模塊及將經(jīng)調節(jié)電力作為AC從所述輸入輸出模塊提供到所述電網(wǎng)。
36.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中提供所述第二部分包括將所述輸出電力的所述第二部分作為DC提供到包括至少一個DC/AC變頻器的不間斷模塊及將經(jīng)調節(jié)電力作為AC從所述不間斷電力模塊提供到所述B側饋送。
37.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所述負載包括一個或一個以上使用DC的醫(yī)療裝置。
38.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所述負載包括一個或一個以上AC負載。
39.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所述負載包括機車、感應爐及用于制造檢驗的X射線機器中的至少一者。
40.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中當所述電網(wǎng)經(jīng)歷電力中斷時所述負載實質上不經(jīng)歷電力尖峰。
41.根據(jù)權利要求40所述的方法，其中: 所述輸出電力的所述第一部分及所述輸出電力的所述第二部分表示大于所述負載的電力要求的100% ； 將所述輸出電力的所述第一部分及所述輸出電力的所述第二部分的至少一部分提供到所述負載位于其中的設施；且 所述輸出電力的所述第一部分及所述輸出電力的所述第二部分表示對所述至少一個電力模塊的大約100%資產(chǎn)利用 。
【文檔編號】H02J3/36GK103636094SQ201280032301
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月26日 優(yōu)先權日:2011年6月27日
【發(fā)明者】阿恩·巴蘭坦, 蘭加納坦·古魯納坦, 穆拉利達拉·拉馬克里希南·希亞瑪瓦達尼, 查德·皮爾遜, 威廉姆·泰爾, K·R·斯里達爾 申請人:博隆能源股份有限公司