CN111313561A - 一种后备电源控制***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种后备电源控制***，包括网络***、边缘服务器、云服务器、远程和本地客户端、控制软件、电池监测***、使用物联网智能断路器的用电控制单元。本地及远程客户端、用电控制单元、电池监测***通过网络***与云服务器、边缘服务器连接，控制软件安装在边缘服务器、云服务器、本地及远程客户端上。本发明提供的后备电源控制***，能够在高电价时段，使后备电源启动，使用电池供电，在低电价时段，使后备电源恢复市电供电，停止电池供电，并对电池进行充电，以达到错峰用电的节电效果。同时能够对后备电源的输入输出用电进行实时监测和安全保护。

Description

一种后备电源控制***及其控制方法
技术领域
本发明属于电力控制***技术领域，具体说是涉及一种后备电源控制***及其控制方法。
背景技术
后备电源***，是用于在市电停电的情况下，通过充电电池对用电设备进行不间断供电，目前我国的电力供应充足稳定，发生市电停电的情况非常少，导致后备电源***平时的使用率非常低。目前的后备电源***，还存在一些问题，例如，对输出端的用电数据仅有电压电流能耗的总量监测，不能对各个用电回路进行数据监测、安全监测和报警；尤其对后备电源的输出部分没有实时监测和全面的安全保护，经常会因为某一线路或设备故障导致整个后备电源无法使用甚至烧毁，同时也会因为后备电源输出故障电压过高或过低导致用电设备的烧毁。因此，有必要针对现有的后备电源***进行改进，以此来解决上述技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种后备电源控制***，解决了如何充分利用尖峰平谷时段启用和停用充电电池，达到错峰用电的节电效果的技术难题，解决了对后备电源的输入端和输出端进行实时监测和安全保护的技术难题，避免因为某一线路或设备故障，导致整个后备电源无法使用甚至烧毁的现象，同时也避免因为后备电源输出故障，引起电压过高或过低，进而导致用电设备的烧毁的问题。
一种后备电源控制***，包括网络***、边缘服务器、云服务器、远程客户端、本地客户端、电池监测***、用电控制单元和控制软件，所述网络***包括局域网和互联网，局域网与互联网相连，所述网络***中的局域网包括有线网络、无线网络、IOT网络、总线***；所述本地客户端通过所述网络***中的局域网与所述边缘服务器连接，所述远程客户端通过所述网络***中的互联网与所述云服务器连接，所述电池监测***通过所述网络***与边缘服务器和云服务器相连，所述用电控制单元通过所述网络***与边缘服务器和云服务器相连，所述边缘服务器通过所述网络***与云服务器相连，所述控制软件安装在所述边缘服务器、所述云服务器、所述本地客户端和所述远程客户端上；
所述用电控制单元包括物联网智能断路器、通讯模块、电源模块或三者的结合体；一个物联网智能断路器对应连接一路用电设备或一个后备电源，所述物联网智能断路器采集用电数据和控制市电输入电流或后备电源输出电流的通断，一个通讯模块用于传输多个物联网智能断路器的用电数据，电源模块分别给通讯模块、物联网智能断路器提供直流供电，通讯模块与边缘服务器或云服务器连接，上传用电数据、接收并转发来自边缘服务器或云服务器的指令，所述物联网智能断路器安装在后备电源的输入端之前和后备电源的输出端之后；
所述电池监测***与后备电源的电池相连，对电池的电压、电流和充放电进行监测，通过所述网络***将电池的监测数据上传边缘服务器和云服务器；
所述本地客户端和远程客户端，通过网络***接收物联网智能断路器和电池监测***上传的用电数据和报警信息，并使用客户端软件查看历史记录和报表，并通过网络***控制物联网智能断路器的分断和合闸；所述远程客户端包括但不限于电脑、手机、PAD等设备。
所述局域网连接有边缘服务器和多个本地客户端，所述互联网连接有云服务器和多个远程客户端。
所述局域网包括有线网络、无线网络、IOT网络、总线***。
所述本地客户端、远程客户端、边缘服务器和云服务器安装有控制软件。
所述电池监测***通过网络***与边缘服务器和云服务器相连。
所述后备电源的输入端安装有物联网智能断路器。
所述后备电源的输出端安装有物联网智能断路器，可以控制交流电或直流电的通断和监测用电数据。
所述用电数据包括电压、电流、负荷、电量、线路温度，以及漏电、打火、短路、过流、过载、过压、欠压和线路温度升高等报警。
安装在所述后备电源输出端之后的所述物联网智能断路器有1,2，……N个，N≥1；相邻的两个所述物联网智能断路器通过连接线连接。
一种后备电源控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：在后备电源的输入端之前，安装输入端的物联网智能断路器，监测输入的市电，根据所述控制软件的指令：
（1）在高电价时段，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，输入端的物联网智能断路器停止输出交流电，促使后备电源启动，开始电池供电，同时通过电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传给边缘服务器或云服务器；
（2）在低电价时段，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出合闸的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈合闸后的用电数据，输入端的物联网智能断路器合闸，促使后备电源启动正常市电供电和对电池组的充电，同时电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传至边缘服务器或云服务器；
（3）在高电价时段，当电池组电量不足时，边缘服务器或云服务器通过网络***收到电池监测***发来的电池数据，经软件分析判断后，通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出合闸的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈合闸后的用电数据，输入端的物联网智能断路器合闸促使后备电源停止电池供电，恢复市电供电，并开始对电池充电，同时电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传给边缘服务器或云服务器；
（4）在后备电源的输入端发生过压欠压等用电故障时，输入端的物联网智能断路器将故障数据由通讯模块通过网络***发送给边缘服务器或云服务器，经控制软件分析判断后，通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，输入端的物联网智能断路器停止输出交流电，促使后备电源启动，开始电池供电；从而保护后备电源不被烧毁。同时边缘服务器或云服务器将输入端发生用电故障的报警信息和数据通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，使使用维护人员能及时发现问题并尽快解决，从而确保不会因长时间断电而使后备电源电池耗尽，影响用电设备的使用。
步骤S2：在后备电源的输出端之后，安装物联网智能断路器，监测后备电源的输出的用电数据，通过控制软件计算各个输出回路的用电负荷、电量和电费，并对漏电、打火、短路、接地、过流、过压、线路温度进行监测、报警和发送指令给物联网智能断路器进行分断操作，以保护后备电源和用电设备；
（1）在后备电源的输出端某一路设备或线路发生故障时，物联网智能断路器将用电数据和报警信息由通讯模块通过网络***发送给边缘服务器和云服务器，边缘服务器和云服务器上安装的软件经分析判断后，将相关数据和报警信息通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，同时将分断命令发送给相关的物联网断路器，以保护后备电源；
（2）在后备电源的输入端长时间发生用电故障后，边缘服务器或云服务器收到电池监测***发来的电池数据，经控制软件分析判断电池电量不足时，控制软件根据程序依先后顺序停止不同的用电设备的后备电源的供电，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块依顺序，向相应的输出端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，相应的输出端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，相应的输出端的物联网智能断路器停止输出后备电流，在电池数据低到某一设定数值时，所有的输出端物联网智能断路器都分断，不再输出后备电流，后备电源停止使用电池供电。同时边缘服务器或云服务器将输入端发生用电故障的报警信息和数据通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，使使用维护人员能及时发现问题并尽快解决，从而确保不会因长时间断电而使后备电源电池耗尽，影响用电设备的使用。
本发明达成以下显著效果：
（1）本发明通过使用物联网智能断路器和安装在边缘服务器或云服务器上的自主开发的软件，最大限度的提高后备电源的使用效率，利用峰谷平电价的时间差，在高电价时段使用电池供电，在低电价时段使用市电供电，从而达到错峰用电降低电费的效果。
（2）通过使用物联网智能断路器和安装在边缘服务器或云服务器上的自主开发的软件，对后备电源输入端和输出端的用电数据进行实时监测和分析，不仅可以对能耗进行精准统计和管理，同时还可以提供报警和控制保护，确保不会因为输出线路和用电设备的故障而导致后备电源的烧毁，也保证不会因为后备电源的输出电压故障而导致用电设备的烧毁。
（3）本发明***搭建简单，与现有的后备电源***的连接是非嵌入式的，适用于所有的后备电源***，可监测后备电源***的输入端和输出端的用电数据，实现能耗的精细化统计和管理，对输入的市电进行监控和管理，对输出端的用电进行监控和管理，保护后备电源的用电安全、保护用电设备的用电安全。
（4）本发明在后备电源的输出端通过物联网智能断路器，监测后备电源的输出电压和电流，监测用电回路的电流、负荷、线路温度、漏电、打火、有功功率、无功功率等用电数据，并根据设定值发出报警并进行控制和保护。
（5）本发明通过安装在边缘服务器和云服务器上的自主开发的软件，将用电数据和报警数据生成历史记录和报表，用户可通过本地客户端、远程客户端接收和查询，充分提高后备电源的用电管理水平。
（6）本发明专利完全独立于现有的后备电源***之外，对后备电源的品牌型号性能没有任何要求，不需要对现有的设备的内部电路和器件做任何改造，实施简单，通用性强。
附图说明
图1为本发明实施例中后备电源控制***的结构示意图。
图2为本发明实施例中低电价时段的电路流程图。
图3为本发明实施例中高电价时段的电路流程图。
图4为本发明实施例中高电价时段电池电量不足时的电路流程图。
图5为本发明实施例中输入端和输出端同时发生用电故障的电路流程图。
图6为本发明实施例中后备电源输入端长时间用电故障的电路流程图。
图7为本发明实施例中后备电源输出端用电设备或线路故障的电路流程图。
图8为本发明实施例中后备电源输出电压故障的电路流程图。
具体实施方式
为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
一种后备电源控制***，包括网络***、边缘服务器、云服务器、远程客户端、本地客户端、电池监测***、用电控制单元和控制软件，所述网络***包括局域网和互联网，局域网与互联网相连，所述网络***中的局域网包括有线网络、无线网络、IOT网络；所述本地客户端通过所述网络***中的局域网与所述边缘服务器连接，所述远程客户端通过所述网络***中的互联网与所述云服务器连接，所述电池监测***通过所述网络***与边缘服务器和云服务器相连，所述用电控制单元通过所述网络***与边缘服务器和云服务器相连，所述边缘服务器通过所述网络***与云服务器相连，所述控制软件安装在所述边缘服务器、所述云服务器、所述本地客户端和所述远程客户端上；
所述用电控制单元包括物联网智能断路器、通讯模块、电源模块或三者的结合体；一个物联网智能断路器对应连接一路用电设备或一个后备电源，所述物联网智能断路器采集用电数据和控制市电输入电流或后备电源输出电流的通断，一个通讯模块用于传输多个物联网智能断路器的用电数据，电源模块分别给通讯模块、物联网智能断路器提供直流供电，通讯模块与边缘服务器或云服务器连接，上传用电数据、接收并转发来自边缘服务器或云服务器的指令，所述物联网智能断路器安装在后备电源的输入端之前和后备电源的输出端之后；
所述电池监测***与后备电源的电池相连，对电池的电压、电流和充放电进行监测，通过所述网络***将电池的监测数据上传边缘服务器和云服务器。
所述本地客户端和远程客户端，通过网络***接收物联网智能断路器上传的用电数据和报警信息，并使用客户端软件查看历史记录和报表，并通过网络***控制物联网智能断路器的分断和合闸。
所述远程客户端包括但不限于电脑、手机、PAD等设备。
所述局域网连接有边缘服务器和多个本地客户端，所述互联网连接有云服务器和多个远程客户端。
所述局域网包括有线网络、无线网络、IOT网络、总线***。
所述本地客户端、远程客户端、边缘服务器和云服务器安装有控制软件。
所述电池监测***通过网络***与边缘服务器和云服务器相连。
所述后备电源的输入端安装有物联网智能断路器。
所述后备电源的输出端安装有物联网智能断路器，可以控制交流电或直流电的通断和监测用电数据。
所述用电数据包括电压、电流、负荷、电量、线路温度，以及漏电、打火、短路、过流、过载、过压、欠压和线路温度升高等报警。
安装在所述后备电源输出端之后的所述物联网智能断路器有1,2，……N个，N≥1；相邻的两个所述物联网智能断路器通过连接线连接。
一种后备电源控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：在后备电源的输入端之前，安装输入端的物联网智能断路器，监测输入的市电，根据所述控制软件的指令：
（1）在高电价时段，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，输入端的物联网智能断路器停止输出交流电，促使后备电源启动，开始电池供电，同时通过电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传给边缘服务器或云服务器；
（2）在低电价时段，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出合闸的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈合闸后的用电数据，输入端的物联网智能断路器合闸，促使后备电源启动正常市电供电和对电池组的充电，同时电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传至边缘服务器或云服务器；
（3）在高电价时段，当电池组电量不足时，边缘服务器或云服务器通过网络***收到电池监测***发来的电池数据，经软件分析判断后，通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出合闸的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈合闸后的用电数据，输入端的物联网智能断路器合闸促使后备电源停止电池供电，恢复市电供电，并开始对电池充电，同时电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传给边缘服务器或云服务器；
（4）在后备电源的输入端发生过压欠压等用电故障时，输入端的物联网智能断路器将故障数据由通讯模块通过网络***发送给边缘服务器或云服务器，经控制软件分析判断后，通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，输入端的物联网智能断路器停止输出交流电，促使后备电源启动，开始电池供电；从而保护后备电源不被烧毁。同时边缘服务器或云服务器将输入端发生用电故障的报警信息和数据通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，使使用维护人员能及时发现问题并尽快解决，从而确保不会因长时间断电而使后备电源电池耗尽，影响用电设备的使用。
步骤S2：在后备电源的输出端之后，安装物联网智能断路器，监测后备电源的输出的用电数据，通过控制软件计算各个输出回路的用电负荷、电量和电费，并对漏电、打火、短路、接地、过流、过压、线路温度进行监测、报警和发送指令给物联网智能断路器进行分断操作，以保护后备电源和用电设备；
（1）在后备电源的输出端某一路设备或线路发生故障时，物联网智能断路器将用电数据和报警信息由通讯模块通过网络***发送给边缘服务器和云服务器，边缘服务器和云服务器上安装的软件经分析判断后，将相关数据和报警信息通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，同时将分断命令发送给相关的物联网断路器，以保护后备电源；
（2）在后备电源的输入端长时间发生用电故障后，边缘服务器或云服务器收到电池监测***发来的电池数据，经控制软件分析判断电池电量不足时，控制软件根据程序依先后顺序停止不同的用电设备的后备电源的供电，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块依顺序，向相应的输出端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，相应的输出端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，相应的输出端的物联网智能断路器停止输出后备电流，在电池数据低到某一设定数值时，所有的输出端物联网智能断路器都分断，不再输出后备电流，后备电源停止使用电池供电。同时边缘服务器或云服务器将输入端发生用电故障的报警信息和数据通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，使使用维护人员能及时发现问题并尽快解决，从而确保不会因长时间断电而使后备电源电池耗尽，影响用电设备的使用。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种后备电源控制***，其特征在于，包括网络***、边缘服务器、云服务器、远程客户端、本地客户端、电池监测***、用电控制单元和控制软件，所述网络***包括局域网和互联网，局域网与互联网相连；所述本地客户端通过所述网络***中的局域网与所述边缘服务器连接，所述远程客户端通过所述网络***中的互联网与所述云服务器连接，所述电池监测***通过所述网络***与边缘服务器和云服务器相连，所述用电控制单元通过所述网络***与边缘服务器和云服务器相连，所述边缘服务器通过所述网络***与云服务器相连，所述控制软件安装在所述边缘服务器、所述云服务器、所述本地客户端和所述远程客户端上；
所述用电控制单元包括物联网智能断路器、通讯模块、电源模块或三者的结合体；一个物联网智能断路器对应连接一路用电设备或一个后备电源，所述物联网智能断路器采集用电数据和控制市电输入电流或后备电源输出电流的通断，一个通讯模块用于传输多个物联网智能断路器的用电数据，电源模块分别给通讯模块、物联网智能断路器提供直流供电，通讯模块与边缘服务器或云服务器连接，上传用电数据、接收并转发来自边缘服务器或云服务器的指令，所述物联网智能断路器安装在后备电源的输入端之前和后备电源的输出端之后；
所述电池监测***与后备电源的电池相连，对电池的电压、电流和充放电进行监测，通过所述网络***将电池的监测数据上传边缘服务器和云服务器；
所述本地客户端和远程客户端，通过网络***接收物联网智能断路器上传的用电数据和报警信息，并使用客户端软件查看历史记录和报表，并通过网络***控制物联网智能断路器的分断和合闸；
所述远程客户端包括但不限于电脑、手机、PAD设备。
2.根据权利要求1所述的后备电源控制***，其特征在于，所述局域网连接有边缘服务器和多个本地客户端，所述互联网连接有云服务器和多个远程客户端。
3.根据权利要求1所述的后备电源控制***，其特征在于，所述局域网包括但不限于有线网络、无线网络、IOT网络、总线***。
4.根据权利要求1所述的后备电源控制***，其特征在于，所述用电数据包括电压、电流、负荷、电量、线路温度，以及漏电、打火、短路、过流、过载、过压、欠压和线路温度升高等报警。
5.根据权利要求1所述的后备电源控制***，其特征在于，安装在所述后备电源输出端之后的所述物联网智能断路器有1,2，……N个，N≥1；相邻的两个所述物联网智能断路器通过连接线连接。
6.一种后备电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在后备电源的输入端之前，安装输入端的物联网智能断路器，监测输入的市电，根据所述控制软件的指令：
（1）在高电价时段，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，输入端的物联网智能断路器停止输出交流电，促使后备电源启动，开始电池供电，同时通过电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传给边缘服务器或云服务器；
（2）在低电价时段，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出合闸的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈合闸后的用电数据，输入端的物联网智能断路器合闸，促使后备电源启动正常市电供电和对电池组的充电，同时电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传至边缘服务器或云服务器；
（3）在高电价时段，当电池组电量不足时，边缘服务器或云服务器通过网络***收到电池监测***发来的电池数据，经软件分析判断后，通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出合闸的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈合闸后的用电数据，输入端的物联网智能断路器合闸促使后备电源停止电池供电，恢复市电供电，并开始对电池充电，同时电池监测***将电池的电压电流数据通过网络***上传给边缘服务器或云服务器；
（4）在后备电源的输入端发生过压欠压等用电故障时，输入端的物联网智能断路器将故障数据由通讯模块通过网络***发送给边缘服务器或云服务器，经控制软件分析判断后，通过网络***由通讯模块向输入端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，输入端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，输入端的物联网智能断路器停止输出交流电，促使后备电源启动，开始电池供电；从而保护后备电源不被烧毁；同时边缘服务器或云服务器将输入端发生用电故障的报警信息和数据通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，使使用维护人员能及时发现问题并尽快解决，从而确保不会因长时间断电而使后备电源电池耗尽，影响用电设备的使用；
步骤S2：在后备电源的输出端之后，安装物联网智能断路器，监测后备电源的输出的用电数据，通过控制软件计算各个输出回路的用电负荷和电费，并对漏电、打火、短路、接地、过流、过压、线路温度进行监测、报警和发送指令给物联网智能断路器进行分断操作，以保护后备电源和用电设备；
（1）在后备电源的输出端某一路设备或线路发生故障时，物联网智能断路器将用电数据和报警信息由通讯模块通过网络***发送给边缘服务器和云服务器，边缘服务器和云服务器上安装的软件经分析判断后，将相关数据和报警信息通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，同时将分断命令发送给相关的物联网断路器，以保护后备电源；
（2）在后备电源的输入端长时间发生用电故障后，边缘服务器或云服务器收到电池监测***发来的电池数据，经控制软件分析判断电池电量不足时，控制软件根据程序依先后顺序停止不同的用电设备的后备电源的供电，边缘服务器或云服务器通过网络***由通讯模块依顺序，向相应的输出端的物联网智能断路器发出分断的信号，同时，相应的输出端的物联网智能断路器由通讯模块通过网络***向边缘服务器或云服务器反馈分断后的用电数据，相应的输出端的物联网智能断路器停止输出后备电流，在电池数据低到某一设定数值时，所有的输出端物联网智能断路器都分断，不再输出后备电流，后备电源停止使用电池供电；同时边缘服务器或云服务器将输入端发生用电故障的报警信息和数据通过网络***发送给本地客户端或远程客户端，使使用维护人员能及时发现问题并尽快解决，从而确保不会因长时间断电而使后备电源电池耗尽，影响用电设备的使用。
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