CN103576651A - 一种电源控制柜***及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源控制柜***及其运行方法，所述电源控制柜***包括:中央处理器模块、网络模块、信号采集模块、显示器及输入终端、电源输入/输出模块以及电源切换模块，电源输入模块包括多个输入通道，电源输出模块包括直流输出模块和交流输出模块,所述电源切换模块与电源输入模块连接，根据用户手动选择、***预先设定或信号分析结果将相应电源回路切换至***电路中。本发明通过中央处理器和信号采集装置的实时监控,在电源的输入控制及输出控制方面克服了传统控制柜控制精度低的缺陷，能够及时避免电路过流、欠压等情况的发生，有效保障了电路***的安全性能，同时通过设置多种模式对电源进行选择和切换,保障了***的供电安全和供电质量。

Description

一种电源控制柜***及其运行方法
技术领域
本发明属于电力***自动化控制技术领域，具体涉及一种电源控制柜***及其运行方法。
背景技术
传统电源控制柜采用空气开关、漏电保护器及其它辅助配材组成，组装后电工需要大量的接线以及用相对应的贴纸手写来标志某个空气开关代表的定义（如照明、空调、墙壁插座等），这种集成方式决定了其在安装时体积大、接线繁杂、错误率高、工作效率低，投入使用后如果操作频繁、标贴有污损或者遗失，会给维修带来许多繁杂的重复劳动。而且空气开关由于其生产模式决定了其所能通过的电流值是固定的，而实际上用电设备的工作电流常常远远小于空气开关所能通过的额定电流，故空气开关往往只能起到控制通断的作用，而无法实现对电流的精确控制，从而用电设备因欠压、过流等因素造成损坏的情况仅通过采用空气开关不能有效的避免。特别在于一些用电环境复杂的情况下，如机房、资料室、应急指挥中心、监控中心、特种车辆、专用车辆、游艇、轮船、小型飞行器等，传统电源控制柜往往会因为用电线路的切换而导致一些贵重设备的损毁。如在市电遭遇断电，需切换至发电机供电或者UPS供电时，因为电路功率受限制而容易导致整体***断电或者设备损坏，甚至造成无可估量的损失。
发明内容
本发明的技术目的是针对现有技术存在的问题和缺陷，提供一种能够实现实时监控、精准控制电路各通道电压/电流的电源控制机柜***。
为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：
一种电源控制柜***，其特征在于,包括以下组成部分:
1）中央处理器模块；
2）网络模块，所述中央处理器模块通过网络模块与上位机连接；
3）信号采集模块，所述信号采集模块与中央处理器模块连接，所述信号采集模块包括检测各输入或输出通道的电压或电流的检测装置；
4）显示器及输入终端,所述显示器及输入终端与中央处理器模块连接;
5）电源输入模块和输出模块，所述电源输入模块的输入通道包括市电供电通道、发电机供电通道、UPS供电通道和备用电瓶供电通道中的一种或多种，所述输出模块包括直流输出模块和交流输出模块；
6）电源切换模块，所述电源切换模块与电源输入模块连接，根据用户手动选择、***预先设定或信号分析结果将相应电源回路切换至***电路中。
进一步的技术方案包括：
本电源控制柜***还包括UPS***，所述UPS***包括UPS控制模块、UPS充电逆变模块和蓄电池组，所述UPS充电逆变模块分别与信号采集模块、UPS控制模块和电源切换模块连接，所述蓄电池组与UPS充电逆变模块连接。
所述UPS充电逆变模块采用分路模式，输入UPS充电逆变模块的交流电一路与蓄电池组连接，一路与交流电输出通道连接。 
电源输出模块的输出通道中设有不间断输出通道，采用UPS***供电的不间断输出通道的总功率控制在UPS逆变功率的80%以内。
所述显示器及输入终端可采用液晶触摸屏，同时具有显示和输入的功能，并且有必要设置备用的机械键盘，以在遭遇极端气候或触摸屏损坏、操作功能丧失的情况下，完成输入指令的工作。
所述上位机为计算机或手机，所述中央处理器模块即可通过以太网与计算机连接或通过WIFI网络与手机连接，相应的，上位机计算机或手机中安装有终端操作软件，使用户可进行远程监控和操作。
本***还进一步设置了语音提示模块和警报装置，所述语音提示模块和警报装置与中央处理器模块连接。
一种电源控制柜***运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
***运行后，中央处理器模块采集各电源输入通道的信号，根据以下三种模式之一进行电源输入通道的选择和切换：
A、用户手动选择；
B、在有信号反应的电源通道中，根据预设选择优先级别最高的电源供电；
C、在有信号反应的电源通道中，通过傅里叶级数变换对电源的高次谐波分量进行定量分析，选择现场供电质量最优的电源回路切入***中；
上述步骤中所述的电源输入通道包括市电供电通道、发电机供电通道、UPS供电通道和备用电瓶供电通道中的一种或多种。
进一步的技术方案包括：
用户根据需要将***各输出通道定义为可间断输出通道或不间断输出通道，所述不间断输出通道采用UPS***供电，不间断输出通道的总功率控制在UPS电源逆变功率的80%以内，当用户定义的不间断输出通道负荷的总功率超出设定值后，***设置提醒用户是否超标操作的提醒步骤。
用户根据用电设备对每个通道单独设置电流或电压的工作上限或下限值，当电路出现超出限值的异常情况时，中央处理器通过继电器关闭相应的通道，并启动警报装置通知工作人员及时处理，大大降低了设备损毁的几率。
在交流输出模块中，启动UPS***进行不间断供电时，当中央处理器模块监测到有交流电输入UPS***时，将该输入电流分成两路进行输出，一路向***用电设备直接供电，一路输出给UPS***的蓄电池组进行充电，中央处理器模块实时监控蓄电池组的电压，在蓄电池组欠压状态时给蓄电池充电，当蓄电池组充满后关闭该充电通道，蓄电池组处于休眠状态；当中央处理器模块监测到UPS供电***没有交流电输入时，蓄电池组从休眠状态转换至逆变状态，向择定的交流输出通道供电。
本***UPS逆变充电模块采用分路模式，最大程度的对电池的寿命进行了保护。蓄电池的制造到销毁始终伴生着高污染，当前UPS的主流模式为在线式，即AC-DC-AC，普通的蓄电池组充放次数仅为300-500次，若蓄电池组始终处于工作状态，会大大缩短蓄电池的使用寿命，不利于环境保护。
本发明设置了多种选择和切换电源的模式，用户可通过显示器及输入终端或上位机***选择合适的电源对电路***进行供电，机柜***也可以根据设定自行选择电源，有效避免电路断电、欠压等情况的发生，保障***的供电安全和供电质量。机柜***运行中，信号采样模块将各通道的电压、电流信号实时传送至中央处理器模块中进行处理，当电路中用电设备出现异常时，中央处理器模块可及时的通过继电器切断相应通道，并启动警报装置发出声光警报，并且不妨碍其他通道的正常工作。本发明与传统机柜***相比，具有控制精度高、实时监控、及时反应的优点，有效保障用电设备的安全运行。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
为了阐明本发明的技术方案和技术效果，下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的介绍。
如图所示，一种电源控制柜***，包括以下组成部分:
1）中央处理器模块，内建DSP高速处理单元；
2）网络模块，所述中央处理器模块通过有线局域网或WIFI等无线网络与上位机***建立连接，所述上位机可以是计算机或手机等；
3）信号采集模块，所述信号采集模块与中央处理器模块连接。信号采集模块通过电压互感器和电路互感器，采集现场各电源输入通道和输出通道的电信号，并通过独立的芯片处理后将数据传给中央处理器模块，进行实时监控，并将数据显示在液晶触摸屏上；
4）显示器及输入终端,所述显示器及输入终端与中央处理器模块连接，可采用液晶触摸屏终端，并备用应急的机械键盘；
5）电源输入和输出模块，电源输入模块包括多个输入通道，电源输出模块分为直流输出模块和交流输出模块。本实施例中，所述直流输出模块包括12V输出通道、24V输出通道和可调电压输出通道，可调电压的输出通道的电压用户可通过中央处理器模块或上位机软件进行调节设置；所述交流输出模块包括若干常规输出通道和不间断输出通道等。***运行时，其输出通道的数量和名称用户可根据需求进行自定义。
6）电源切换模块，所述电源切换模块与电源输入模块连接，根据用户手动选择、***预先设定或信号分析结果在现场电源中进行选择，并将相应电源回路切换至***电路中进行供电；
7）UPS***,所述UPS***包括UPS控制模块、UPS充电逆变模块和蓄电池组，所述UPS充电逆变模块分别与信号采集模块、UPS控制模块和电源切换模块连接，所述蓄电池组与UPS充电逆变模块连接。且所述UPS充电逆变模块采用分路模式，输入UPS充电逆变模块的交流电一路与蓄电池组连接，用于充电，一路与交流电输出通道连接;
8）语音提示模块及警报装置。
本电源控制柜***支持多个输入通道同时在线，故电源输入模块可设置多个输入通道,本实施例中选择设置的电源输入通道分别为市电供电通道、发电机供电通道、UPS供电通道和其它普通备用电瓶供电通道。
本***运行过程如下：
电源控制柜***启动后，根据以下三种模式之一进行电源输入通道的选择和切换：
A、用户手动选择；
B、在有信号反应的电源通道中，根据预设选择优先级别最高的电源供电；
C、在有信号反应的电源通道中，通过软硬件傅里叶级数变换对电源的高次谐波分量进行定量分析，选择现场供电质量最优的电源回路切入***中。
切换过程中，***可设置个性化的语音提醒。
中央处理器模块接收各个通道的检测芯片传回的数据信息后进行运算，判断所有输入通道的电信息，在检测到市电、发电机、电瓶均无电压时或进行不间断供电模式时，启动UPS控制模块，将UPS***接入机柜***，UPS***的蓄电池组通过UPS充电逆变模块进行逆变输出，UPS采用的是纯正弦波输出，***选取大功率的IGBT器件和低漏磁的非饱和矽钢片变压器，使得整个***不管输入通道如何切换，完全实现小于10毫秒的断电切换时间（小于30毫秒的切换时间，交流用电设备默认不间断工作，不会断电），可以满足对供电要求较高的设备正常运行和工作，如指挥中心、机房等等。
考虑到逆变功率、成本等因素的限制，根据用电设备的情况，用户可通过上位机***或机柜***的液晶触摸屏，将交流和直流的输出通道进行定义，利用软件将输出通道分成可间断输出通道和不间断输出通道（在软件内用户自己勾选），并且给每个通道设置单独的电流/电压的工作上限或下限值，单独限值的设置是为了在某一个输出通道用电设备工作不正常时，中央处理器模块做出及时的反应后对其它通道不造成影响。不间断输出通道的总功率应限制在UPS逆变功率的80%以内，用户进行勾选定义通道的时候，本***通过软件的设置会提醒用户是否超标。
启动UPS***进行供电控制后：
在交流输出模块中，中央处理器模块如监测到UPS逆变充电模块有AC输入（交流电输入），则分成两路进行输出，一路输出给整套***，给***的用电设备供电，另一路输出给UPS***的蓄电池组，并且中央处理器模块通过信号采集模块始终监测蓄电池组电压，在监测到蓄电池组欠压时给蓄电池组充电，充电遵循三阶段充电模式（大电流充电、吸收和浮充）。蓄电池组充满电后，断开该充电通道，蓄电池组处于休眠状态。在中央处理器监测到UPS逆变充电模块没有AC输入的时候，蓄电池组从休眠状态立即转换至逆变状态，为整套***供电，蓄电池从休眠状态转换至逆变状态需要的切换时间小于20毫秒。
在直流输出模块中，主要采用两种模式输出，AC-DC模式和DC-DC模式，两种模式可以互相切换。当中央处理器模块监测到有输入电源为AC输入时，输入的交流电通过UPS充电逆变模块进行逆变输出，并利用大功率的IGBT器件和低漏磁的非饱和矽钢片变压器进行AC-DC变压，变压后进行高频整流、稳压，为***提供高品质的线性直流电，为用电设备供电。在中央处理器模块监测到直流输出模块没有AC输入的时候，***同样通过大功率的IGBT器件和低漏磁的非饱和矽钢片变压器进行DC-DC变压，而直流电来源于UPS***的蓄电池组或其它备用电瓶等，根据需要进行升压或者降压，为***提供高品质的线性直流电，为用电设备供电。   
根据实际使用环境中用电设备的负载情况，用户可配置不同功率的UPS充电逆变模块。用户在对每个通道的保护电流进行设置的时候可参照用电设备额定值的120%进行设置。整套***运行的时候，每个通道的检测芯片将实时的运行信息传输给中央处理器模块，中央处理器模块根据这些运行信息进行计算后与用户的预设值进行比对，在发现异常后，在极短的时间内切断故障线路，并通知警报装置发出声光报警，提醒工作人员进行应急处理。继电器的响应时间可控制在10毫秒以内，以保障人员及用电设备的安全，线路故障排除后，通过液晶触摸屏一键操作恢复线路工作状态即可。
本发明中输入输出插件模块全部采用航空插头作为线缆的连接方式，安全、不易脱落，且易安装、易检修。在有限功率输入通道（如UPS供电、发电机供电、电瓶供电）工作时，用户可通过上位机计算机软件或者手机APP终端软件预先设置成强制关闭某些大功率通道（如空调等），保障重要通道的设备正常运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电源控制柜***，其特征在于,包括以下组成部分:
1）中央处理器模块；
2）网络模块，所述中央处理器模块通过网络模块与上位机***连接；
3）信号采集模块，所述信号采集模块与中央处理器模块连接，所述信号采集模块包括检测各输入或输出通道的电压或电流的检测装置；
4）显示器及输入终端,所述显示器及输入终端与中央处理器模块连接;
5）电源输入模块和输出模块，电源输入模块的输入通道包括市电供电通道、发电机供电通道、UPS供电通道和备用电瓶供电通道中的一种或多种，所述输出模块包括直流输出模块和交流输出模块；
6）电源切换模块，所述电源切换模块与电源输入模块连接，根据用户手动选择、***预先设定或信号分析结果将相应电源回路切换至***电路中。
2.根据权利要求1所述的一种电源控制柜***，其特征在于，设有UPS***，所述UPS***包括UPS控制模块、UPS充电逆变模块和蓄电池组，所述UPS充电逆变模块分别与信号采集模块、UPS控制模块和电源切换模块连接，所述蓄电池组与UPS充电逆变模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种电源控制柜***，其特征在于，所述UPS充电逆变模块采用分路模式，输入UPS充电逆变模块的交流电一路与蓄电池组连接，一路与交流电输出通道连接。
4.根据权利要求2所述的一种电源控制柜***，其特征在于，电源输出模块的输出通道中设有不间断输出通道，采用UPS***供电的不间断输出通道的总功率控制在UPS逆变功率的80%以内。
5.根据权利要求1所述的一种电源控制柜***，其特征在于，所述显示器及输入终端采用液晶触摸屏，并设有备用的机械键盘。
6.根据权利要求1-5中任一权项所述的一种电源控制柜***，其特征在于，所述上位机为计算机或手机。
7.根据权利要求1-5中任一权项所述的一种电源控制柜***，其特征在于，还设有语音提示模块和警报装置，所述语音提示模块和警报装置与中央处理器模块连接。
8.一种电源控制柜***运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
***运行后，中央处理器模块采集现场电源输入通道的信号，根据以下三种模式之一进行电源输入通道的选择和切换：
A、用户手动选择；
B、在有信号反应的电源通道中，根据预设选择优先级别最高的电源供电；
C、在有信号反应的电源通道中，通过傅里叶级数变换对电源信号的高次谐波分量进行定量分析，选择现场供电质量最优的电源回路切入***中；
上述步骤中所述的电源输入通道包括市电供电通道、发电机供电通道、UPS供电通道和备用电瓶供电通道中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的电源控制柜***运行方法，其特征在于：
用户根据需要将***各输出通道定义为可间断输出通道或不间断输出通道，所述不间断输出通道采用UPS***供电，不间断输出通道的总功率控制在UPS电源逆变功率的80%以内，当用户定义的不间断输出通道负荷的总功率超出设定值后，***设置提醒用户是否超标操作的提醒步骤；
用户根据用电设备对每个通道单独设置电流或电压的工作上限或下限值，当电路出现超出限值的异常情况时，中央处理器通过继电器关闭相应的通道，并启动警报装置。
10.根据权利要求9所述的电源控制柜***运行方法，其特征在于:
在交流输出模块中，启动UPS***进行不间断供电时，当中央处理器模块监测到有交流电输入UPS***时，将该输入电流分成两路进行输出，一路向***用电设备直接供电，一路输出给UPS***的蓄电池组进行充电，中央处理器模块实时监控蓄电池组的电压，在蓄电池组欠压状态时给蓄电池充电，当蓄电池组充满后关闭该充电通道，蓄电池组处于休眠状态；当中央处理器模块监测到UPS供电***没有交流电输入时，蓄电池组从休眠状态转换至逆变状态，向择定的交流输出通道供电。
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