CN101783578B

CN101783578B - 高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法及其装置

Info

Publication number: CN101783578B
Application number: CN2010101112133A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: BEIJING ALLREACH TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING ALLREACH TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: CN101783578A

Abstract

本发明提供了一种高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，包括：采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征信号；对所述特征信号进行放大及滤波处理；对所述处理后的信号进行模数转换后获得所述多个电源模块的特征值数据；根据所述特征值数据和故障判断特征子集识别、记录需要退出的故障电源模块及其故障权重等级；根据所述特征值数据和性能判断特征子集，以及所述记录的故障权重等级，对所述多个电源模块进行优劣排序；根据需要按照排序结果选择排位较高的电源模块为所述故障模块的替换模块；关闭与所述故障电源模块相对应的开关以使其离线，以及开启与所述替换模块相对应的开关以使其在线。

Description

高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及通信、电力，电子技术领域，特别涉及一种用于在线检测、维修通信基站高频开关电源模块故障的方法及其装置。

背景技术

随着通信业务的不断扩展，通信基站迅速增加并且逐渐边缘化，基站又多建在山地且无人值守，使得通信基站的维护管理的工作量和难度成倍增加。通信电源是通信基站的核心部分，为了使通信基站能安全稳定的运行，需要对电源进行检测和维护。目前通常由维护人员到现场以离线方式进行检修，受条件的限制多有不便。特别是瞬间出现又恢复的隐性故障和必须在线运行才能反映出来的故障，往往无法及时检测得到。

基站配有交直流供电系统，高频开关电源在其间起到桥梁作用，是两者之间的关键环节。一方面要保证负载的供电要求，另一方面又要对蓄电池组进充电维护。在设计中，《通信电源设备安装设计规范》要求开关电源的负载能力必须满足最大负载电流加均充电流再加1的冗余设计。

一般高频开关电源都由多个模块组合成，而满负荷和均充的时间占整个工作的时间比例是比较小的。半年或者一年均充一次，每次12个小时。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中离线检修开关电源的缺陷，利用开关电源模块多数时间都工作在轻载、低效率的工作区域这一特点，通过智能化管理实现通信基站高频开关电源模块的在线检测和维护。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，包括：

S101：采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征信号；

S102：对所述特征信号进行放大及滤波处理；

S103：对所述处理后的信号进行模数转换后获得所述多个电源模块的特征值数据；

S104：根据所述特征值数据和故障判断特征子集识别、记录需要退出的故障电源模块及其故障权重等级；

S105：根据所述特征值数据和性能判断特征子集，以及所述记录的故障权重等级，对所述多个电源模块进行优劣排序；

S106：根据需要按照排序结果选择排位较高的电源模块为所述故障模块的替换模块；

S107：关闭与所述故障电源模块相对应的开关以使其离线，以及开启与所述替换模块相对应的开关以使其在线。

其中，步骤S101中，所述特征信号包括：输入交流电流值、输入交流电压值、输出直流电流值、输出直流电压值以及功率电路单元的温度值。

其中，所述故障判断特征子集包括表征模块故障类型的标识及与所述故障类型分别相对应的特征值数据；所述性能判断特征子集包括模块性能优劣程度的标识和与所述性能分别相对应的特征值数据。

其中，所述步骤S104还包括：记录特征值信号中出现表征瞬间异常工作状态的频率，当所述频率达到一定的阈值时，所述故障判断器将其对应的电源模块识别为故障模块。

其中，所述步骤S104中的识别过程和步骤S105中的排序过程通过模糊搜索比较方法实现。

本发明的技术方案还提供了一种上述高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法的实现装置，包括：

传感器，用于采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征信号；

信号处理器，对所述特征信号进行放大及滤波处理；

模数转换器，对所述信号处理器输出的信号进行模数转换后获得所述多个电源模块的特征值数据；

数据存储器，存储转换后的特征值数据，以及多个故障判断特征子集和性能判断特征子集；

故障判断器，根据数据存储器的特征值数据和故障判断特征子集识别、记录需要退出的故障电源模块及其故障权重等级；

性能排序器，根据数据存储器的所述特征值数据和性能判断特征子集，以及所述故障判断器记录的故障权重等级，对所述多个电源模块进行优劣排序；

模块选择器，根据需要按照性能排序器的排序结果选择排位较高的电源模块为故障模块的替换模块。

控制器，关闭与所述故障判断器记录的故障电源模块相对应的开关以使其离线，以及开启与所述模块选择器所选择的替换模块相对应的开关以使其在线。

进一步地，还包括：

检修人员操作界面，包括输入、输出界面以及远端传送串行通信界面，用于检修维护人员向所述数据存储器输入指令、参数，以及根据所述指令显示各个模块的工作状态、电量测量状态、温度测量状态。

其中，所述数据存储器还记录特征值信号中出现表征瞬间异常工作状态的频率，当所述频率达到一定的阈值时，所述故障判断器将其对应的电源模块识别为故障模块。

其中，所述传感器包括多个电流电压互感器和温度传感器。

进一步地，还包括预警器，用于根据所述故障判断器记录的故障权重等级发出预警信号，以及向远端传输预警数据。

(三)有益效果

本发明的有益效果在于：

本发明的方法能以在线检测的方式检测高频开关电源模块的异常或故障，自动排除故障模块，记录故障工作点状态，特别是能记录瞬时出现的异常和隐形故障，做出预警提示，由此提高了开关电源的安全时效并减少了维护工作量；

本发明的方法除了检测开关电源的输入输出的电量外，还增加了对重点电路单元的温度检测，更全面的反映模块的工作状态，以方便查找品质性潜在故障并记录做出预警提示，避免了低效率和有隐形故障的模块投入运行，给维护工作带来极大方便。

本发明的方法充分利用了高频开关电源模块的不同工作方式，在绝对多数时间以少数模块在线，多数模块离线的方式，避免了遭雷击使开关电源瘫痪的问题，并能自动切除故障模块，投入好的离线模块，有节能增效、延长开关电源模块的使用周期的功能，减少了维护人员必须到现场维护的周期，提高电源的安全性。

附图说明

图1是根据本发明的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法的流程图；

图2是根据本发明的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法及其装置，结合附图和实施例说明如下。

如图1所示，本实施例的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法包括以下步骤：

S101：采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征信号；包括输入交流电流值，输入交流电压值，输出直流电流值以及重点电路，如功率单元的温度值。

S102：对所述特征信号进行放大及滤波处理；

S103：对所述处理后的信号进行模数转换后获得多个电源模块的特征值数据；转换后的数据经过数字滤波器滤波后存到存储器的特征队列表中，所述存储的数据包括实时检测特征值数据和历史检测特征值数据；

具体实施过程中，对于步骤S104-106，上述特征队列表内已经存储有M个故障判断特征子集以及N个性能判断特征子集；其中，故障判断特征子集包括表征模块故障类型的标识和与所述故障类型分别相对应的特征值数据，例如，电流异常故障可分为控制脉冲异常，控制脉冲消失，功率器件开路，功率器件老化，风机故障，功率器件短路；性能判断特征子集包括表征模块性能优劣程度的标识和与所述性能分别相对应的特征值，例如在某一工况下采集到的输入电压、电流、输出的电压、电流和温度值。根据上述表征各开关电源模块工作状态的实时及历史特征值数据以及多个判断子集，按照模糊搜索比较方法，对多个模块按照性能优劣进行排序，识别并记录故障模块，例如过压模块、过流模块、隐形故障模块以及瞬间异常累计到一定程度的异常模块等，并根据开关电源的工作状态的需要按顺序选择待投入模块。即，将每一模块的历史特征值数据与多个性能判断特征子集分别进行模糊对比，综合评述其性能并进行级别标识，同时对多个模块的级别标识进行纵向对比，实现优劣排序；此外，对每一模块的特征值数据与所述故障判断特征子集中的故障参数分别进行模糊搜索对比，将严重影响电源工作的故障模块识别为需退出模块，并将其按照故障等级权重排位；同时选择上述性能排序结果中具有最高或较靠前排位的模块为待投入的替换模块；

此外，记录所采集到的特征信号中出现表征瞬间异常工作状态的频率，当所述频率达到一定的阈值时，将其对应的电源模块识别为故障模块。

具体地，本实施例所采用的模糊搜索比较方法及其规则包括：

建立特征表，对M种开关电源工作状态与N个开关电源模块的特征值建立一个模糊集；控制规则包含若干个条件子集，若为A，则B否则C，即：在情况A下执行B，否则执行C，此时，模糊关系式为R＝(A×B)U(A×C)；控制规则还包括：若A和B，则C，即：在A和B同时成立的情况下则有D＝A×B；再按若D则C的规则，R＝D^T.C。

模糊控制方法由N条语言规则构成，其结构形式为

IF CE＝L_i and E＝L_j THEN CP＝L_ij

若输入条件为A∈{a₁，a₂.a₃....a_m} B∈{b₁，b₂，b₃，....b_m}

输出为控制为C∈{c₁，c₂，c₃......c_z}则有C^*＝(A^*×B^*)R

IF A＝a_i and B＝b_j THEN C＝C_ij

IF A＝a_i+1 and B＝b_j THEN C＝C_i+1，j

IF A＝a_i+1 and B＝b_j+1 THEN C＝C_i+1，j+1

……

即最后，以最大隶属度法对C^*求出最大隶属度的对应值。

S107：关闭与所述故障电源模块相对应的开关以使其离线，以及开启与所述替换模块相对应的开关以使其在线；

具体地，根据所述数据处理及分析单元的处理和判断结果，控制开关电源交流输入端的电子开关，关闭与所述需退出的故障模块相对应的开关以使其离线，必要时进行锁定使其不能自行投入；以及开启与所述待投入模块相对应的开关以使其在线。

如图2所示，本实施例的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法的实施装置包括：

传感器单元，包括多个电流电压互感器和温度传感器，用于采集多个开关电源模块的、表征其各自的工作状态的特征值；

信号处理单元，对传感器单元采集到的信号进行放大及滤波处理；具体实施过程中，可以由LM258运算放大器完成。

数据处理及分析单元，包括：

模数转换器，对所述信号处理单元输出的信号进行模数转换后获得所述多个电源模块的特征值数据；具体地，可以采用MSP430单片机的A/D端执行采集信号的模数转换；

数据存储器，存储转换后的特征值数据以及多个故障判断特征子集和性能判断特征子集；

故障判断器，用于根据数据存储器的特征值数据和故障判断特征子集识别、记录需要退出的故障电源模块及其故障权重等级；

性能排序器，用于根据数据存储器的所述特征值数据和性能判断特征子集，以及所述故障判断器记录的故障权重等级，对所述多个电源模块进行优劣排序；

模块选择器，根据需要按照性能排序器的排序结果选择排位较高的电源模块为故障模块的替换模块；以及

控制器，包括开关电路和驱动执行电路，关闭与所述故障判断器记录的故障电源模块相对应的开关以使其离线，以及开启与所述模块选择器所选择的替换模块相对应的开关以使其在线。

此外，所述高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置还可以包括输入输出及显示器，包括输入工具(如键盘)、显示工具(如液晶屏)及串行通信工具(如RS-232串行输出通信电路)；用于输入检修维护人员的指令、参数，以及根据所述指令参数通过图形，汉字，曲线的方式显示异常或故障模块的运行状态、电量测量状态、温度测量状态，以方便维护工作人员的检修和故障的排除。

下面将通过具体故障的检测对本发明的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法及其装置进行进一步详细描述。

当开关电源的器件故障或功率器件老化时，该模块的传感器单元采集到的电流信号会偏差较大，即，虽然有均流信号，但信号仍有较大偏差时，数据处理及分析单元通过对存储器内历史工作数据的纵向对比，以及各个模块之间特征数据的横向对比，将具有与M种故障状态中的相应状态相对应的特征值数据的模块记录为故障模块，并通过控制单元使该模块退出，同时投入特征队列表中具有最高排位的模块以替换该故障模块。

若投入的开关电源模块中存在一个过压模块，会引起所有模块过压保护。数据处理及分析单元对传感器单元采集的特征值信号进行处理并判断其中包含表征过压模块的特征数据时，控制单元将按模块运行时间的长短顺序轮换投入一个模块，再退出另一个模块的方式操作，直到通过模糊搜索比较方法找到该过压模块，并标定该模块的特征数据与M种状态中的相应状态相对应的值，记录该模块并将其退出；电源电压恢复正常后，控制单元锁定该模块，使其不能自动投入运行，并发出检修信号，使故障指示灯闪动，并通过通信口向远端发出检修指令。

如果开关电源模块的功率器件损坏，数据处理及分析单元识别、记录该模块后，控制单元将直接退出并锁定该模块使其不得再次投入；如果数据处理及分析单元通过模糊搜索比较方法判断其是因功率器件品质因素故障或风扇停机引起的故障或驱动脉冲异常的故障，标定该模块的特征数据与M种状态中的相应状态相对应的值，按照其故障权排入队列尾部并做出预警记录。此时，该模块只能作备用。

如果传感器单元采集到的信号显示当开关电源工作在效率曲线80％以上而输出电流再也不能增加时，数据处理及分析单元通过模糊搜索比较以后，确定故障标记，通过控制单元投入队列中性能排位最靠前的模块，并退出该故障模块，将其按照故障权重排入队列尾部并做出预警记录。

此外，有很多瞬间出现的输出异常，维护人员无法得知，数据处理及分析单元可以将其记录下来，同时记录下各个测量点的信号，并累计其出现频率，发出预警信号，以帮助维护人查找故障原因。当数据处理及分析单元的记录显示某一模块出现瞬间异常的频率累计到一定数量时，控制单元将该模块退出，并排入开关电源组队列的尾部。

在具体实施过程中，数据处理及分析单元可以对高频开关电源模块的异常工状记录并判别、标识故障等级，以方便维护人员查找故障点；按工况的需要，以高效节能的方式投入少数模块，退出多数模块，保证投入的模块是队列中最优模块(排位靠前的模块)，同时增加了开关电源模块的电子使用周期；控制单元根据数据处理及分析单元的判断结果代替维护人员自动切除严重影响电源稳定运行的模块，投入离线运行的模块并锁定已故障的开关电源模块，防止误操作危害整个电源系统；在通信基站受到雷电攻击损坏后，自动切除故障模块，投入好的离线模块(离线模块往往不会受到攻击)，保证电源系统不被瘫痪。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，其特征在于，包括：

S102：对所述特征信号进行放大及滤波处理；

S103：对所述放大及滤波处理后的信号进行模数转换后获得所述多个开关电源模块的特征值数据；

S105：根据所述特征值数据和性能判断特征子集，以及所述记录的故障权重等级，对所述多个开关电源模块进行优劣排序；

S106：根据需要按照排序结果选择排位较高的开关电源模块为所述故障电源模块的替换模块；

2.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，其特征在于，步骤S101中，所述特征信号包括：输入交流电流值、输入交流电压值、输出直流电流值、输出直流电压值以及功率电路单元的温度值。

3.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，其特征在于，所述故障判断特征子集包括表征模块故障类型的标识及与所述故障类型分别相对应的特征值数据；所述性能判断特征子集包括模块性能优劣程度的标识和与性能分别相对应的特征值数据。

4.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，其特征在于，所述步骤S104还包括：记录特征值数据中出现表征瞬间异常工作状态的频率，当所述频率达到一定的阈值时，将其对应的开关电源模块识别为故障电源模块。

5.如权利要求1所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制方法，其特征在于，所述步骤S104中的识别过程和步骤S105中的排序过程通过模糊搜索比较方法实现。

6.一种高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于，包括：

信号处理器，对所述特征信号进行放大及滤波处理；

模数转换器，对所述信号处理器输出的信号进行模数转换后获得所述多个开关电源模块的特征值数据；

性能排序器，根据数据存储器的所述特征值数据和性能判断特征子集，以及所述故障判断器记录的故障权重等级，对所述多个开关电源模块进行优劣排序；

模块选择器，根据需要按照性能排序器的排序结果选择排位较高的开关电源模块为故障电源模块的替换模块；

7.如权利要求6所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于，还包括：

8.如权利要求6所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于，所述数据存储器还记录特征值数据中出现表征瞬间异常工作状态的频率，当所述频率达到一定的阈值时，所述故障判断器将其对应的开关电源模块识别为故障电源模块。

9.如权利要求6所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于，所述传感器包括多个电流、电压互感器和温度传感器。

10.如权利要求6所述的高频开关电源智能在线检测优化管理控制装置，其特征在于，用于根据所述故障判断器记录的故障权重等级发出预警信号，以及向远端传输预警数据。