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HINTERGRUND
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Heutige Energieverteilungsarchitekturen sind typischerweise radial und verwenden primär auf Wechselstrom (AC) basierte Energieverteilungsverfahren. Diese Verteilungsschemen stellen nicht ausreichend modulare, skalierbare oder kosteneffektive elektrische Verteilungslösungen für Datenzentren und andere zugehörige Einrichtungen zur Verfügung, die mehrere Informationsverarbeitungssysteme (d.h. mehrere Lasten) enthalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Beschreibung betrifft modulare Energieverteilungsarchitekturen zum Zuführen von Gleichstrom zu mehreren Lasten an einem gegebenen Standort.
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Eine Vielfalt von DC-Architekturen wird beschrieben, die eine skalierbare DC-Energieverteilung in einem modularen Rahmen zur Verfügung stellen. Darüber hinaus können die Energiearchitekturen basierend auf einzelnen Energieforderungen von unterschiedlichen Informationsverarbeitungseinrichtungen angepasst sein. Diese Beschreibung schlägt ein System vor, das existierende Technologien von wechselnden Industrien wirksam einsetzt und enthält, um billige und skalierbare Energieversorgungslösungen zu erzeugen. Die modularen und skalierbaren Merkmale der beschriebenen DC-Architekturen werden eine Nutzung von Energielösungen ermöglichen, die kleinere Standflächen verwenden, während sie eine Poolbildung von Energie ermöglichen, um Ressourcen effektiver zu nutzen. Zusätzlich hilft eine Verwendung der in dieser Beschreibung beschriebenen DC-Verteilungssysteme beim erfolgreichen wirksamen Einsetzen von Technologien, die bei wechselnden Industrien passend sind, um eine Energieverteilung in dem Datenzentrumsanwendungsraum zu verbessern.
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Bei einem innovativen Aspekt ist ein Energieverteilungssystem beschrieben und enthält einen ersten Verteilungsabschnitt, der Energie von wenigstens einer Energiequelle empfängt, wobei eine Charakteristik der empfangenen Energie durch eine erste Gleichrichtereinheit eingestellt wird, die mit einem ersten Energiebus des ersten Verteilungsabschnitts gekoppelt ist. Das Energieverteilungssystem enthält einen zweiten Verteilungsabschnitt, der vom ersten Verteilungsabschnitt getrennt ist und der Energie von wenigstens einer Energiequelle empfängt, wobei eine Charakteristik der empfangenen Energie durch eine zweite Gleichrichtereinheit eingestellt wird, die mit einem zweiten Energiebus des zweiten Verteilungsabschnitts gekoppelt ist. Das Energieverteilungssystem enthält weiterhin einen ersten Pendelgleichrichter, der mit dem ersten Verteilungsabschnitt verbunden ist und mit dem zweiten Verteilungsabschnitt verbunden ist, wobei der erste Pendelgleichrichter konfiguriert ist, um dem ersten Energiebus Energie zur Verfügung zu stellen und dem zweiten Energiebus Energie zur Verfügung zu stellen, wobei der erste Pendelgleichrichter die Energiekapazität des ersten Verteilungsabschnitts dynamisch einstellt, die einer oder mehreren Lasten verfügbar ist, und die Energiekapazität des zweiten Verteilungsabschnitts dynamisch einstellt, die einer oder mehreren Lasten verfügbar ist.
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Bei einigen Implementierungen enthält das Energieverteilungssystem weiterhin eine erste Schalterunterbrechereinheit, die mit dem ersten Energiebus assoziiert ist und im ersten Verteilungsabschnitt angeordnet ist, und eine zweite Schalterunterbrechereinheit, die mit dem zweiten Energiebus assoziiert ist und im zweiten Verteilungsabschnitt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Schalterunterbrechereinheit jeweils eine Nennleistung enthalten, die eine Gesamtleistungsausgabe von den jeweiligen ersten und zweiten Verteilungsabschnitten anzeigt.
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Bei einigen Implementierungen ist der erste Pendelgleichrichter mit der ersten und der zweiten Schalterunterbrechereinheit gekoppelt, um eine Verfügbarkeit von Energie zu erhöhen, die vom ersten Energiebus zu der einen oder den mehreren Lasten geliefert werden kann, und um die Verfügbarkeit von Energie zu erhöhen, die vom zweiten Energiebus zu der einen oder den mehreren Lasten geliefert werden kann. Bei einigen Implementierungen sind die wenigstens eine Energiequelle des ersten Verteilungsabschnitts und die wenigstens eine Energiequelle des zweiten Verteilungsabschnitts dieselbe Energiequelle.
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Bei einigen Implementierungen enthält der erste Verteilungsabschnitt weiterhin wenigstens eine zusätzliche Gleichrichtereinheit, die mit der ersten Gleichrichtereinheit kooperiert, um eine Ringbusarchitektur für den ersten Energiebus auszubilden, und wobei der Ringbus eine eingestellte Energie von den Gleichrichtereinheiten zur Verteilung zu der einen oder den mehreren Lasten empfängt. Bei einigen Implementierungen enthält der zweite Verteilungsabschnitt weiterhin wenigstens eine zusätzliche Gleichrichtereinheit, die mit der zweiten Gleichrichtereinheit kooperiert, um eine Ringbusarchitektur für den zweiten Energiebus auszubilden, und wobei der Ringbus eine eingestellte Energie von den Gleichrichtereinheiten zur Verteilung zu der einen oder den mehreren Lasten empfängt.
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Bei einigen Implementierungen sind der erste Verteilungsabschnitt und der zweite Verteilungsabschnitt in einer radialen Energieverteilungsarchitektur angeordnet, um Energie zu einer Vielzahl von Vorrichtungen zu liefern, die innerhalb einer Datenzentrumseinrichtung angeordnet sind. Bei einigen Implementierungen sind der erste Verteilungsabschnitt und der zweite Verteilungsabschnitt in einer radialen Energieverteilungsarchitektur angeordnet, die erweitert werden kann, um einen oder mehrere zusätzliche Verteilungsabschnitte und einen oder mehrere zusätzliche Pendelgleichrichter zu enthalten. Bei einigen Implementierungen enthält das System weiterhin einen dritten Verteilungsabschnitt und einen zweiten Pendelgleichrichter, der mit dem zweiten und dem dritten Verteilungsabschnitt verbunden ist.
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Bei einem weiteren innovativen Aspekt ist ein elektronisches System beschrieben und enthält wenigstens eine Steuervorrichtung, die eine oder mehrere Verarbeitungsvorrichtungen enthält; eine oder mehrere maschinenlesbare Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen, die durch die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtungen ausführbar sind, um Operationen durchzuführen, die umfassen: Überwachen von Energie, die durch einen ersten Verteilungsabschnitt empfangen ist, von wenigstens einer Energiequelle, wobei eine Charakteristik der empfangenen Energie durch eine erste Gleichrichtereinheit eingestellt wird, die mit einem ersten Energiebus des ersten Verteilungsabschnitts gekoppelt ist. Die Operationen enthalten ein Überwachen von Energie, die durch einen zweiten Verteilungsabschnitt empfangen ist, von wenigstens einer Energiequelle, wobei das zweite Verteilungssystem vom ersten Verteilungsabschnitt getrennt ist und wobei eine Charakteristik der empfangenen Energie durch eine zweite Gleichrichtereinheit eingestellt wird, die mit einem zweiten Energiebus des zweiten Verteilungsabschnitts gekoppelt ist. Die Operationen enthalten weiterhin ein Ermöglichen, durch einen ersten Pendelgleichrichter, der mit dem ersten Verteilungsabschnitt verbunden ist und der mit dem zweiten Verteilungsabschnitt verbunden ist, einer dynamischen Einstellung der Energiekapazität des ersten Verteilungsabschnitts, die für eine oder mehrere Lasten verfügbar ist, und einer dynamischen Einstellung der Energiekapazität des zweiten Verteilungsabschnitts, die für eine oder mehrere Lasten verfügbar ist.
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Bei einigen Implementierungen enthält ein Ermöglichen einer dynamischen Einstellung von Energie ein Verwenden des ersten Pendelgleichrichters, um Energie zum ersten Energiebus in Reaktion auf eine Forderung nach Energie zu liefern, die eine Schwellenforderung übersteigt, und ein Verwenden des ersten Pendelgleichrichters, um Energie zum zweiten Energiebus in Reaktion auf die Forderung nach Energie zu liefern, die eine Schwellenforderung übersteigt. Bei einigen Implementierungen enthält das System weiterhin eine erste Schalterunterbrechereinheit, die mit dem ersten Energiebus assoziiert ist und die im ersten Verteilungsabschnitt angeordnet ist, und eine zweite Schalterunterbrechereinheit, die mit dem zweiten Energiebus assoziiert ist und die im zweiten Verteilungsabschnitt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Schalterunterbrechereinheit jeweils eine Nennleistung enthalten, die eine Gesamtleistungsausgabe von jeweils dem ersten und dem zweiten Verteilungsabschnitt anzeigt.
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Bei einigen Implementierungen enthalten durch die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtungen durchgeführten Operationen weiterhin: ein Erhöhen der Verfügbarkeit von Energie, die zu der einen oder den mehreren Lasten geliefert werden kann, in Reaktion auf ein Inanspruchnehmen bzw. Einstel len einer Pendelfunktion des ersten Pendelgleichrichters, wobei der erste Pendelgleichrichter mit der ersten und der zweiten Schalterunterbrechereinheit gekoppelt ist, um das Liefern von verfügbarer Leistung vom ersten Energiebus und vom zweiten Energiebus zu ermöglichen. Bei einigen Implementierungen enthält der erste Verteilungsabschnitt weiterhin wenigstens eine zusätzliche Gleichrichtereinheit, die mit der ersten Gleichrichtereinheit kooperiert, um eine Ringbusarchitektur für den ersten Energiebus auszubilden, und wobei durch die eine oder die mehreren Bearbeitungsvorrichtungen durchgeführte Operationen weiterhin enthalten: Überwachen eingestellter Energie, die durch den Ringbus von den Gleichrichtereinheiten empfangen ist, und Liefern eines Steuersignals, um die Verteilung eingestellter Energie zu der einen oder den mehreren Lasten zu veranlassen.
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Bei einigen Implementierungen enthält der zweite Verteilungsabschnitt weiterhin wenigstens eine zusätzliche Gleichrichtereinheit, die mit der zweiten Gleichrichtereinheit kooperiert, um eine Ringbusarchitektur für den zweiten Energiebus auszubilden, und wobei durch die eine oder die mehreren Verarbeitungsvorrichtungen durchgeführte Operationen weiterhin enthalten: Überwachen eingestellter Energie, die durch den Ringbus von den Gleichrichtereinheiten empfangen ist, und Liefern eines Steuersignals, um die Verteilung eingestellter Energie zu der einen oder den mehreren Lasten zu veranlassen. Bei einigen Implementierungen sind der erste Verteilungsabschnitt und der zweite Verteilungsabschnitt in einer radialen Energieverteilungsarchitektur angeordnet, um Energie zu einer Vielzahl von Vorrichtungen zu liefern, die innerhalb einer Datenzentrumseinrichtung angeordnet sind.
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Der in dieser Beschreibung beschriebene Gegenstand kann in besonderen Implementierungen implementiert sein und kann in einem oder mehreren der folgenden Vorteile resultieren. DC-Energieverteilungsarchitekturen werden zur Verfügung gestellt, die modular und skalierbar sind und die Verbindungen von mehreren Ringen nutzen, um ein Skalieren der Architektur zu ermöglichen. Eine Modularität wird basierend auf konfigurierbaren Verbindungen erreicht, die zwischen verschiedenen Abschnitten der Architektur existieren. Beispielsweise kann die Architektur eine Mehrfachringbusanordnung enthalten, in welcher Ringe durch eine Pendelgleichrichtervorrichtung miteinander verbunden sind, um eine gemeinsame Nutzung von Energie zwischen einem oder mehreren Ringen/Abschnitten der Architektur zu ermöglichen. Der Pendelgleichrichter kann zwischen mehreren Ringbussen gemeinsam genutzt werden und ermöglicht eine dynamische Hochskalierung verfügbarer DC-basierter Energie, die durch das Verteilungssystem zugeführt werden kann.
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Die Details von einer oder mehreren Implementierungen des in dieser Beschreibung beschriebenen Gegenstands werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aspekte und Vorteile des Gegenstands werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B stellen beispielhafte radiale DC-Verteilungsarchitekturen in einem offenen Ring dar.
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2 stellt eine beispielhafte radiale DC-Verteilungsarchitektur in einem offenen Ring dar, die einen Pendelgleichrichter zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt enthält.
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3 stellt mehrere beispielhafte Ringbusarchitekturen für eine DC-Verteilung dar, die einen Pendelgleichrichter zwischen einem ersten Ringbus und einem zweiten Ringbus enthalten.
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Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Radiale und ringbasierte DC-Energieverteilungsarchitekturen werden beschrieben, die eine Funktionalität und Merkmale enthalten, die ein Ausbilden der Architektur durch die Verwendung von Modulen oder Abschnitten ermöglichen. Energie-(Spannungs- und Strom-)Versorgungsquellen können mit Energieattributen-Einstellvorrichtungen verbunden sein, wie beispielsweise einer Transformator- und Gleichrichtergruppe. Die Architektur ermöglicht, dass mehrere Energieversor gungsquellentypen mit einer Vielfalt von Informations-Computersystemen verbunden werden und letztlich Energie zu diesen liefern, wie beispielsweise Systemen, die in Datenzentren oder Informationstechnologie-(IC-)Einrichtungen verwendet werden.
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Beispielhafte Implementierungen, die in dieser geschriebenen Beschreibung beschrieben sind, ermöglichen eine Energieverfügbarkeit, die zu zusätzlichen Lasten zugeführt werden kann, basierend zum Teil auf einem Abschnitt der Zerteilungsarchitektur, die dual von den mehreren Energiequellentypen gespeist wird. Zugeführte DC-Energie kann unverseilt sein, z.B. hochskaliert, wie es nötig ist, durch eine Überdimensionierung der Komponenten innerhalb eines Abschnitts, um Erhöhungen bezüglich der verfügbaren Energie zu widerstehen bzw. diese auszuhalten, die für einen bestimmten Abschnitt ausgegeben werden kann. Eine Ringbusarchitektur kann konfiguriert sein, um mehrere Ringbusse zu enthalten, die Strom zu Operationen zuführen, die eine erhöhte bzw. verbesserte Zuverlässigkeit relativ zu radialen Verteilungsarchitekturen erfordern.
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Für einen gegebenen Verteilungsabschnitt ist ein gleichzeitiges Beibehalten einer verfügbaren Energieausgabe des Abschnitts durch eine Verwendung von einem oder mehreren Gleichrichtern pro Gruppe von Lasten erreichbar, die durch den Abschnitt unterstützt mit Energie versorgt werden. Darüber hinaus wird eine Redundanz in die DC-Verteilungsarchitektur durch die Verwendung von mehreren Gleichrichtereinheiten pro Abschnitt eingebaut. Somit können mehrere Energieversorgungsquellen mit jedem Abschnitt verbunden und bei diesem integriert sein. Energieversorgungsquellen können AC-Energie enthalten, die durch eine herkömmliche groß bemaßte Erzeugungsstation zugeführt wird, oder Versorgungsquellen, die durch Backup- bzw. Reserve-Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden, wie beispielsweise Dieselgeneratoren, Batterien oder andere nicht unterbrechbare Energieversorgungen, die mit jedem Abschnitt verbunden sind. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, beschreiben die 1A/1B und 2 jeweils beispielhafte radiale Verteilungsarchitekturen, während 3 eine beispielhafte Ringverteilungsarchitektur beschreibt (die nachstehend beschrieben ist).
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Für radiale Verteilungssysteme bei einem gegebenen Standort oder einer Einrichtung verzweigen unabhängige Versorgungsquellen (z.B. ein Abschnitt 100a) nach außen zu mehreren Verteilungspunkten 120 ohne (oder mit wenigen) Zwischenverbindungen zwischen unterschiedlichen Versorgungsquellen (z.B. zwischen den unterschiedlichen Abschnitten 100a). Radiale Energieverteilungssysteme werden häufig verwendet, weil die Systeme ein einfaches Design verwenden, das billig anzuordnen und aufzubauen ist. Bei radialen Systemen sind Betrieb und Erweiterung einfach, aber eine Zuverlässigkeit ist beschränkt.
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Beispielsweise können bestimmte Fehler bzw. Ausfälle, einschließlich eines Verlusts von Leitungskabel, primärer Versorgung oder einer Transformatorvorrichtung, in einem Ausfall von allen Lasten 122 resultieren (z.B. Informations-/Computersystemen oder Racks), die durch die Versorgungsquelle/den Abschnitt 100a bedient werden. Weiterhin kann eine elektrische Energie zu Lasten 122 unterbrochen werden, wenn irgendwelche Hardwareelemente, die mit einem bestimmten Abschnitt 100a assoziiert sind, abgeschaltet werden müssen, um routinemäßige Wartungs- oder Serviceaktionen durchzuführen.
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Die 1A und 1B stellen beispielhafte radiale DC-Verteilungsarchitekturen in einem offenen Ring dar. Wie es in 1A gezeigt ist, kann eine beispielhafte Verteilungsarchitektur einen oder mehrere Verteilungsabschnitte 100a enthalten. Jeder Verteilungsabschnitt 100a kann wenigstens eine erste Gruppe von Quelleneingängen 102a, 104a und wenigstens eine zweite Gruppe von Quelleneingängen 106a, 108a enthalten. Jeder Quelleneingang 102a (Quelle 11), 104a (Quelle 12) in der ersten Gruppe kann unterschiedlichen Energieversorgungsquellen entsprechen und jeder Quelleneingang 106a (Quelle 21), 108a (Quelle 22) in der zweiten Gruppe kann auch denselben jeweiligen unterschiedlichen Energieversorgungsquellen entsprechen. Wie es in dieser Beschreibung beschrieben ist, sind jeweilige erste und zweite Verteilungsabschnitte (die in den verschiedenen Figuren diskutiert sind) voneinander getrennt und funktionieren unabhängig voneinander in verschiedenen Implementierungen.
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Bei einigen Implementierungen können die Quelle 11 und die Quelle 21 dieselbe Quelle für jeden Verteilungsabschnitt sein, während bei anderen Implementierungen die Quelle 11 und die Quelle 21 unterschiedliche Quellen für jeden Verteilungsabschnitt sein können. Gleichermaßen können bei einigen Implementierungen die Quelle 12 und die Quelle 22 dieselbe Quelle für jeden Verteilungsabschnitt sein, während bei anderen Implementierungen eine jeweilige Quelle 12 und 22 unterschiedliche Quellen für jeden Verteilungsabschnitt sein kann. Beispielsweise kann der Eingang 102a einem AC-Versorgungssignal entsprechen, das durch eine erste elektrische Unterstation geliefert wird. Gegensätzlich dazu kann der Eingang 104a einem AC- oder DC-Versorgungssignal entsprechen, das durch eine erste Reserve-Energiequelle geliefert wird. Allgemein empfangen die Quelle 11 und die Quelle 21 jeweils Energie von unterschiedlichen Verteilungsstandorten oder Unterstationen, während die Quelle 12 und die Quelle 22 jeweils Energie von unterschiedlichen Verteilungsstandorten oder Unterstationen empfangen.
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Der Eingang 106a kann einem AC-Versorgungssignal entsprechen, das durch eine zweite elektrische Unterstation geliefert wird, die unterschiedlich von der ersten elektrischen Unterstation ist. Gegensätzlich dazu kann der Eingang 108a einem AC- oder DC-Versorgungssignal entsprechen, das durch eine zweite Reserve-Energiequelle geliefert wird, die unterschiedlich von der ersten Reserve-Energiequelle ist. Bei einigen Implementierungen kann (können) die Reserve-Energiequelle(n) ein oder mehrere Reserve-Energiesysteme enthalten, die wenigstens eines von einem Generatorsystem, einem Batterie-Reservesystem und/oder einer nicht unterbrechbaren Energieversorgung (UPS) enthalten.
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Der Abschnitt 100a der 1A enthält redundante Gruppen von Versorgungseingangsquellen, nämlich die erste Gruppe 102a und 104a und die zweite Gruppe 106a und 108a. Somit kann der Abschnitt 100a als ein dualer Speise- bzw. Versorgungsabschnitt beschrieben werden, der elektrische Energie von zwei unterschiedlichen Gruppen von Eingangsquellen empfängt. Gegensätzlich dazu enthält der Abschnitt 100b der 1B eine einzige Gruppe von Versorgungseingangsquellen. Somit kann der Abschnitt 100b als ein einzelner Speiseabschnitt bzw. Versorgungsabschnitt beschrieben werden, der elektrische Energie von einer einzigen Gruppe von Eingangsquellen empfängt. Wie es nachstehend beschrieben gezeigt werden wird, wird eine Beschreibung des Abschnitts 100a auch dem Abschnitt 100b entsprechen. Jedoch werden, wenn der Abschnitt 100a beschrieben wird, die geringfügigen Unterschiede zwischen den Abschnitten 100a und 100b der Klarheit halber angemerkt werden.
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Der Abschnitt 100a der 1A enthält weiterhin mehrere Schaltungsunterbrecher. Allgemein sind Schaltungsunterbrecher elektrische Schalter, die gestaltet sind, um eine elektrische Schaltung vor einem Schaden zu schützen, der durch ein Überstromereignis verursacht werden kann. Wie die meisten elektrischen Schalter enthalten die Unterbrecher des Abschnitts 100a eine geschlossene Position und eine geöffnete Position. Für einen gegebenen Stromflusspfad kann wenigstens ein Unterbrecher entlang dem Pfad in einer normalerweise geschlossenen (NC) Schalterposition sein, um Stromflüsse entlang dem Pfad sicherzustellen, wie es nötig ist, basierend auf Systembetriebserfordernissen. Alternativ dazu kann ein anderer Unterbrecher (z.B. in einem Parallelschaltungspfad) in einer normalerweise geöffneten (NO) Schalterposition sein, um einen Stromfluss zu verhindern, wie es nötig ist.
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In dem Abschnitt 100a können für die erste und die zweite Gruppe von Quelleneingängen die Eingänge 102a und 106a die primären Stromflusspfade sein, und somit kann ein Unterbrecher, der den jeweiligen Quelleneingängen 102a, 106a am nächsten ist, auf NC eingestellt sein. Gegensätzlich dazu können die Quelleneingänge 104a und 108a der sekundäre oder Reserve-Stromflusspfad sein, und somit kann ein Unterbrecher, der den jeweiligen Quelleneingängen 104a, 108a am nächsten ist, auf NO eingestellt sein. Zusätzliche Unterbrecher entlang einem Pfad, die den Quelleneingängen 102a, 104a gemeinsam sind und den Eingängen 106a, 108a gemeinsam sind, können auch auf NC eingestellt sein, um sicherzustellen, dass Stromflüsse, wie es erforderlich ist, Energie zu jeweiligen Verteilungspunkten 120 und Lasten 122 (z.B. Information/Computersystemen oder Racks) zu führen.
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Bei 1A enthält der Abschnitt 100a weiterhin einen ersten Gleichrichter 110a, der entlang einem ersten Stromflusspfad 120a angeordnet ist, und einen zweiten Gleichrichter 112a, der entlang einem zweiten Stromflusspfad 126a angeordnet ist, bei einigen Implementierungen können die Gleichrichter 110a und 112a herkömmliche Gleichrichter/elektrische Vorrichtungen sein, die Wechselstrom (AC), der eine Richtung periodisch umkehrt, in Gleichstrom (DC) umwandeln, der in nur eine Richtung fließt. Somit können die Gleichrichter 110a, 112a allgemein als eine Charakteristik einstellend beschrieben werden (d.h. von AC zu DC umwandelnd), und zwar des Energiesignals, das an den Quelleneingängen empfangen wird. Bei einigen alternativen Implementierungen können andere Vorrichtungen, die eine AC-zu-DC-Umwandlung unterstützen können, auch innerhalb des Abschnitts 100a installiert oder angeordnet sein.
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Der Verteilungspunkt 120 stellt beispielhafte Verteilungs-/Schalterunterbrechereinheiten oder Elektrikplatten dar, von welchen eine Leitungskabelverteilung entsteht und sich zu der einen oder den mehreren Lasten 122 erstreckt, die elektrische Energie erfordern. Im Zusammenhang mit einer Datenzentrumsanlage können Lasten 122 beispielsweise ein oder mehrere Serverracks darstellen, die eine Vielzahl von Computervorrichtungen enthalten, die basierend auf dem durch Quelleneingänge 102a, 104a, 106a oder 108a zugeführten Strom mit Energie versorgt werden.
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Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere Abschnitte 100a bei einem bestimmten Standort genutzt und installiert werden, wie beispielsweise Einrichtungen bzw. eine Anlage einschließlich eines Lagergebäudes, eines Datenzentrums oder eines Verteilungszentrums. Die Menge von Abschnitten 100a, die genutzt werden, kann basierend auf der elektrischen Energieforderung für eine gegebene Anlage variieren. Somit können eine Nutzung und eine Installation von Abschnitten 100a in Reaktion auf Erhöhungen oder Erniedrigungen bezüglich Energieforderungen eines gegebenen Datenzentrums nach oben oder nach unten skaliert werden.
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Im Abschnitt 100a ist ein Gleichrichter 110a entlang dem Stromflusspfad 124a, der der ersten Gruppe von Eingangsquellen 102a, 104a entspricht, während ein Gleichrichter 112a entlang dem Stromflusspfad 126a ist, der der zweiten Gruppe von Eingangsquellen 106a, 108a entspricht. Als ein Unterschied unterscheidet sich der Abschnitt 100b der 1B vom Abschnitt 100a darin, dass der Abschnitt 100b nur einen einzigen Gleichrichter 110b enthält. Der zugrundeliegende Unterschied zwischen dem Abschnitt 100a und dem Abschnitt 100b besteht darin, dass der duale Speiseaspekt des Abschnitts 100a ermöglicht, dass ein bestimmter Verteilungsabschnitt mehr elektrische Energie zu stromabwärts gelegenen Lasten zuführt als der Einzelspeiseaspekt des Abschnitts 100b.
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Jeder der Gleichrichter 110a und 110b ist mit einem beispielhaften Energiebus 114a gekoppelt oder verbunden, der einen oder mehrere NC-Unterbrecher enthält. Obwohl vier NC-Unterbrecher in 1A gezeigt sind und drei NC-Unterbrecher in 1B gezeigt sind, können bei verschiedenen alternativen Implementierungen mehr oder weniger Unterbrecher (eingestellt auf entweder NC oder NO) in Verbindung mit dem Energiebus 114a verwendet werden. Die Verteilungspunkte 120 empfangen eingestellte (DC-)Energiesignale vom Energiebus 114a und liefern einen Kopplungs-/Verbindungs-Versorgungspunkt für Lasten 122, um einen Versorgungsstrom zu empfangen, der nötig ist, um Computervorrichtungen mit Energie zu versorgen, die innerhalb beispielsweise eines oder mehrerer Computer- oder Serverracks angeordnet sind.
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2 stellt eine beispielhafte radiale DC-Verteilungsarchitektur in einem offenen Ring dar, die einen Pendelgleichrichter zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt enthält. Die Hardwareanordnung der 2 basiert größtenteils auf der Hardwareanordnung von 1B. Wie es in 2 gezeigt ist, kann die beispielhafte Verteilungsarchitektur einen oder mehrere Verteilungsabschnitte 300 enthalten. Jeder Verteilungsabschnitt 300 kann eine Gruppe von Quelleneingängen 302, 304 enthalten. Ganz wie bei der oben diskutierten 1B kann jeder Quelleneingang 302, 304 der Gruppe unterschiedlichen Energieversorgungsquellen entsprechen.
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Die Verteilungsarchitektur der 2 ermöglicht eine dynamische Verteilung von zusätzlicher Energie zu einem oder mehreren Abschnitten 300 durch eine Verwendung des Pendelgleichrichters 310. Bei einigen Implementierungen empfängt der Pendelgleichrichter 310 Energie von einem Quelleneingang, wie beispielsweise dem Quelleneingang 302, 304, oder einem anderen unterschiedlichen Quelleneingang. Der Gleichrichter 310 kann mehrere Thyristoreinhei ten enthalten, die konfiguriert sind, um eine Pendelfunktionalität zu ermöglichen, um einen Stromfluss vom Gleichrichter 310 zu einem oder mehreren Energiebussen 316, 318, 320 zu liefern. Wie es gezeigt ist, kann ein Stromfluss vom Gleichrichter 310 zum Energiebus 316 über einen Stromflusspfad 322 geliefert werden, kann zum Energiebus 318 über einen Stromflusspfad 324 geliefert werden und kann optional zum Energiebus 320 über einen Stromflusspfad 326 geliefert werden.
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Demgemäß kann bei der Verteilungsarchitektur der 2 der Gleichrichter 310 verwendet werden, um zusätzliche Energie zu einer oder mehreren zusätzlichen Lasten 122 basierend auf übergangsmäßigen oder längerzeitigen Erhöhungen bezüglich einer Anwenderforderungen dynamisch zu verteilen. Bei einigen Implementierungen kann der Gleichrichter 310 mit einer elektronischen Steuerung 328 verbunden sein, die konfiguriert ist, um Energieforderungen eines Computersystems (z.B. Lasten 122 oder Racks) bei einem Verteilungspunkt 120s und bei Energiebussen 316, 318, 320 für ein gegebenes Datenzentrum zu überwachen. Obwohl eine einzige Verbindung von der Steuerung 328 zum Verteilungspunkt 120 und zum Energiebus 316 gezeigt ist, kann die Steuerung 328 bei einigen Implementierungen auch mit den Energiebussen 318 und 320 und den entsprechenden Verteilungspunkten 120 verbunden sein, die mit jedem Energiebus 318, 320 assoziiert sind.
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Bei einigen Implementierungen überwacht die Steuerung 328 eingestellte Energie, die durch die Busse 316, 318 und 320 (und den nachstehend beschriebenen Ringbus 414) von ihren jeweiligen Gleichrichtereinheiten empfangen ist, und liefert ein Steuersignal zum Gleichrichter 310 (und zum nachstehend beschriebenen Gleichrichter 410), um die Verteilung von eingestellter Energie, die verfügbar ist, zu einer oder mehreren Lasten zu veranlassen. Im Allgemeinen kann dann, wenn die Steuerung 328 (oder ein Anwender) erfasst, dass die Computersystem-Energieforderungen eine Schwellenforderung übersteigen werden oder überstiegen haben, eine Steuerung ein Steuersignal zum Gleichrichter 310 liefern, um zusätzliche Energie zu einem oder mehreren Datenbussen zu liefern.
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Die zusätzliche Energie vom Gleichrichter 310 liefert zusätzliche Ausgangsleistung, die durch die Lasten 122 verwendet werden kann, um Erhöhungen bezüglich einer Energieforderung zu erfüllen. Somit ermöglicht die Steuerung 328 in einigen Fällen eine dynamische Einstellung von Energie, die bei einem oder mehreren Energiebussen 316, 318, 320 verfügbar ist, unter Verwendung des Gleichrichters 310. Somit kann eine dynamische Einstellung von Energie in einem Fall ein Verwenden des Gleichrichters 310 enthalten, um Energie in Reaktion auf eine Forderung nach Energie zum Bus 316 zu liefern, die eine Schwellenforderung übersteigt, und ein Verwenden des Gleichrichters 310, um Energie in Reaktion auf die Forderung nach Energie, die eine Schwellenforderung übersteigt, zum Bus 318 zu liefern.
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Während eines Betriebs und dann, wenn ein Energiesignal zur Verteilungsarchitektur der 2 zugeführt wird, können Verteilungsabschnitte 300 beispielsweise eine Spannung von 13,8 kV und einen Strom von beispielsweise 1200 A von einer bestimmten Eingangsquelle 302, 304 empfangen. Ein Transformator (nicht gezeigt) und ein Gleichrichter 314 können kooperieren, um Spannungsattribute des Energiesignals einzustellen/herunterzustufen, um beispielsweise eine Energiekapazität von 5 MW zu liefern. Die 5 MW-Energie wird letztlich durch den Energiebus 316 empfangen, um Energie zu einer oder mehreren stromabwärtigen Lasten zuzuführen.
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Wie es in 2 gezeigt ist, können die Lasten 122, die mit dem Energiebus 316 durch den Verteilungspunkt 120 gekoppelt sind, eine aktuelle Energieforderung von 3,3 kV bei 2000 A (d.h. 6,6 MW) haben, was die 5 MW-Energiekapazität des Energiebusses 316 übersteigt. In diesem Fall kann der Energiebus 316 derart beschrieben werden, dass er in einem überzeichneten Zustand ist, weil aktuelle Energieforderungen die 5 MW-Ausgabekapazität des Energiebusses 316 übersteigen.
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In Reaktion auf diese Überzeichnung beim Energiebus 316 (aufgrund des 5 MW-Flaschenhalses) kann ein Anwender oder eine beispielhafte elektronische Steuerung 328 veranlassen, dass der Gleichrichter 310 zusätzliche Energie über den Fluss- bzw. Strömungspfad 322 liefert, um die Ausgangsleistung des Energiebusses 316 zu erhöhen. Die durch den Gleichrichter 310 gelieferte zusätzliche Energie veranlasst, dass die Ausgangsenergiekapazität des Busses 316 auf beispielsweise 3,3 kV bei 4000 A (d.h. 13,2 MW) erhöht wird. Somit können Energieattribute des Energiebusses 316 dynamisch eingestellt, hochskaliert oder überdimensioniert werden, um übergangsmäßige oder längerzeitige Erhöhungen bezüglich Energieforderungen zu erfüllen, und dynamisch nach unten skaliert oder unterdimensioniert werden, wenn die erhöhte Forderung abnimmt.
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3 stellt mehrere beispielhafte Ringbusarchitekturen für eine DC-Verteilung dar, die einen Pendelgleichrichter 410 zwischen einem ersten Abschnitt 402 mit einem ersten Ringbus 414a und einem zweiten Abschnitt 402 mit einem zweiten Ringbus 414b enthalten. Wie es in 3 gezeigt ist, kann jeder Abschnitt 402, 404, 406 und 408 eine Gruppe von Quelleneingängen 402 enthalten und jeder Quelleneingang der Gruppe von Quelleneingängen 402 kann unterschiedlichen Energieversorgungsquellen (S1 und S2) entsprechen. Ganz ähnlich den Ausführungsformen der 2 ermöglicht auch die Verteilungsarchitektur der 3 eine dynamische Verteilung und Einstellung von zusätzlicher Energie zu einem oder mehreren Abschnitten 400 durch eine Verwendung des Pendelgleichrichters 410.
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3 beschreibt eine beispielhafte Ringverteilungsarchitektur. Für Ringverteilungssysteme an einem gegebenen Standort oder einer Anlage beginnt eine Verteilung bei einem Quellenabschnitt 402, in welchem die Quelleneingänge (S1 oder S2) mit einem Gebiet verbunden sein können oder dieses umkreisen, das einen oder mehrere Verteilungspunkte 120 oder Lasten 122 bedient. Der stromtragende Leiter des Ringsystems kehrt zurück zu derselben Quelle/demselben Abschnitt 402. Im Gegensatz zu dem radialen Verteilungsdesign ist die Schleifenverteilungsarchitektur typischerweise teurer aufzubauen als das radiale System. Jedoch liefern ringbasierte Energieverteilungsarchitekturen typischerweise eine erhöhte Zuverlässigkeit im Vergleich mit dem radialen System.
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Beispielsweise können bei Schleifensystemen Schaltungsunterbrecher verwendet werden, um die Schleife in mehrere unterschiedliche Abschnitte zu sektionalisieren, so dass ein Abschnitt unabhängig von einem anderen Abschnitt bedient oder beibehalten werden kann. Weiterhin können ringbasierte Systeme in Anlagen oder bei Standorten verwendet werden, bei welchen eine Kontinuität eines Dienstes von beträchtlicher Wichtigkeit ist (z.B. in Medizinzentren).
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Demgemäß kann (können) bei einer Schleifen- oder Ringbus-Verteilungsarchitektur der 3 ein (mehrere) Schaltungsunterbrecher 415 verwendet werden, um den Ringbus 414a in einen oder mehrere unterschiedliche Abschnitte zu sektionalisieren, so dass ein erster Abschnitt unabhängig von einem anderen zweiten Abschnitt bedient oder beibehalten werden kann. Bei der Ausführungsform der 3 enthält der Ringbus 414a drei Abschnitte und jeder Abschnitt entspricht einem bestimmten Gleichrichter 412 und empfängt ein Energiesignal von diesem. Bei alternativen Implementierungen kann, anstelle einer Konfiguration, die drei Gleichrichter und drei Ringbusabschnitte enthält, ein Ringbus 414a/b mehr oder weniger Gleichrichter 412 und somit mehr oder weniger entsprechende Abschnitte enthalten.
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Wie es gezeigt ist, kann die Verteilungsarchitektur der 3 eine Mehrfachbringbusanordnung enthalten, wobei Ringe durch Pendelgleichrichter 410 miteinander verbunden sind, um eine gemeinsame Nutzung von Energie zwischen einem oder mehreren Ringen/Abschnitten der Architektur zu ermöglichen. Der Pendelgleichrichter 410 kann zwischen mehreren Ringbussen 414a/b gemeinsam genutzt werden, und ermöglicht somit ein dynamisches Hochskalieren (z.B. eine Einstellung) von verfügbarer DC-Energie, die durch die gesamte Verteilungsarchitektur zugeführt werden kann. Darüber hinaus liefert die Verbindung auf eine Anforderung hin von mehreren Ringbussen 414a/b eine Architektur, die dynamisch skaliert werden kann, wie es nötig ist, um sich ändernde Systemenergieforderungen zu erfüllen.
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Beispielsweise liefert ein 3MW-Ringbus 414a bei einigen Implementierungen einen gemeinsamen Bus über mehrere Gleichrichter 412. Der Abschnitt 400 kann drei Gleichrichter 412 enthalten, die jeweils auf 1MW-Ausgangsenergie bemaßt sind, wodurch eine Gesamtheit einer Energiekapazität von 3MW pro Ringbus 414a/b zur Verfügung gestellt wird. In einigen Fällen kann ein Anwender oder eine elektronische Steuerung 328 erfassen oder bestimmen, dass zusätzliche Ausgangsenergie vom Ringbus 414a/b erforderlich ist, basierend auf einer überwachten Energieforderung, die eine Schwellen-Energieforderung übersteigt. Bei einem Beispiel ist die elektronische Steuerung 328 die wenigstens eine Steuervorrichtung, die eine oder mehrere Verarbeitungsvorrichtungen enthält. Der Pendelgleichrichter 410 kann dann ein Steuersignal empfangen, um zu veranlassen, dass der Gleichrichter zusätzliche Kapazität zu einem oder mehreren Ringbussen 414a/b liefert. Wie sie hierin verwendet ist, entspricht eine zusätzliche Kapazität einem Abschnitt, der zusätzliche Energieforderungen unterstützen kann.
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Wie es in 3 gezeigt ist, kann, indem man von links nach rechts geht, ein Stromfluss vom Gleichrichter 410: 1) zum ersten Ringbus 414a über einen Stromflusspfad 416 geliefert werden; 2) zu einem zweiten Ringbus 414a über einen Stromflusspfad 418 geliefert werden; und 3) optional zu einem dritten und einem vierten Ringbus 414 jeweils über Stromflusspfade 420 und 422 geliefert werden. Bei einigen Implementierungen können N+1 Gleichrichtereinheiten 412 pro Ringbus 414a/b hinzugefügt werden, um eine Energieverfügbarkeit auf einer mehrfach granularen Skala zu managen. Somit können zusätzliche Gleichrichter 412, die unterschiedliche Ringabschnitte speisen, auf eine Anforderung hin hinzugefügt werden, um zusätzliche Energie zu liefern, die durch den Ringbus 414a/b zugeführt werden kann.
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Bei einer Implementierung umfasst ein Energieverteilungssystem einen ersten Abschnitt, der Energie von einer ersten Quelle empfängt. Die von der ersten Quelle empfangene Energie wird durch eine erste Gleichrichtereinheit eingestellt, die mit einem ersten Energiebus des ersten Abschnitts gekoppelt ist. Das System umfasst auch einen zweiten Abschnitt, der vom ersten Abschnitt getrennt ist und der Energie von einer zweiten Quelle empfängt. Die von der zweiten Quelle empfangene Energie wird durch eine zweite Gleichrichtereinheit eingestellt, die mit einem zweiten Energiebus des zweiten Verteilungsabschnitts gekoppelt ist. Das System enthält einen Pendelgleichrichter, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und der mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist. Der Pendelgleichrichter ist konfiguriert, um Energie zum ersten Energiebus und zum zweiten Energiebus zu liefern und um die Energiekapazität des ersten Abschnitts dynamisch einzustellen, die zu Computerlasten verfügbar ist, und um die Energiekapazität des zweiten Abschnitts dynamisch einzustellen, die zu Computerlasten verfügbar ist.
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Eine Anzahl von Ausführungsformen ist beschrieben worden. Nichtsdestoweniger wird es verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Sinngehalt und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können verschiedene Formen der oben gezeigten Abläufe verwendet werden, wobei Schritte neu angeordnet, hinzugefügt oder entfernt sind. Ebenso sollte es, obwohl einige Anwendungen der Bezahlungssysteme und Verfahren beschrieben worden sind, erkannt werden, dass zahlreiche andere Anwendungen in Erwägung gezogen werden. Demgemäß sind andere Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche.
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Während diese Beschreibung viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Beschränkungen für den Schutzumfang von dem ausgelegt werden, was beansprucht sein kann, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die spezifisch für bestimmte Ausführungsformen sein können. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform implementiert sein. Gegensätzlich dazu können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben sind, auch separat in mehreren Ausführungsformen oder in irgendeiner geeigneten Unterkombination implementiert sein. Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben derart beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen agieren und sogar anfänglich als solches beansprucht sind, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination ausgeschlossen sein, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
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Gleichermaßen sollte, während Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt sind, diese nicht derart verstanden werden, dass es erforderlich ist, dass solche Operationen in der bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, die gezeigt ist, oder in einer sequentiellen Reihenfolge, oder dass alle dargestellten Operationen durchgeführt werden, um erwünschte Ergebnisse zu erreichen. Unter gewissen Umständen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung von verschiedenen Systemmodulen und -komponenten in den Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, nicht derart verstanden werden, dass eine solche Trennung bei allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es sollte verstanden werden, dass die beschriebenen Programmkomponenten und -systeme allgemein zusammen in einem einzigen Softwareprodukt integriert oder in mehrere Softwareprodukte gepackt sein können.
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Bestimmte Ausführungsformen des Gegenstands sind beschrieben worden. Andere Ausführungsformen sind innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche. Beispielsweise können die in den Ansprüchen vorgetragenen Aktionen in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und noch erwünschte Ergebnisse erreichen. Als ein Beispiel erfordern die in den beigefügten Figuren gezeigten Prozesse nicht notwendigerweise die bestimmte Reihenfolge, die gezeigt ist, oder eine sequentielle Reihenfolge, um erwünschte Ergebnisse zu erreichen. In einigen Fällen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein.
