CN102195344A - 一种多能源供电的通信电源及其控制方法 - Google Patents

一种多能源供电的通信电源及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多能源供电的通信电源及其控制方法，该通信电源包括：输入单元、分配单元、功率变换单元、输出单元和监控单元，其中，输入单元，用于接收至少两种电能，并将所述至少两种电能提供给分配单元；分配单元，用于根据监控单元的控制，将所述监控单元确定的所述至少两种电能中的至少一种电能分配给功率变换单元；功率变换单元，用于将分配单元分配的至少一种电能进行功率转换后，提供给输出单元，由输出单元为外接负载供电。通过采用本发明实施例提供的通信电源及其控制方法，使得不同能源的输入分配、功率变换等模块可以共用，而且多种能源可以实现统筹管理。

Description

一种多能源供电的通信电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多能源供电的通信电源及其控制方法。
背景技术
通信电源在通信设备中发挥着非常重要的作用：发电机发出的电能通过高压输电线的远距离传输，到了用户端再经过逐级降压，转换成110V或者220V电压等级的交流电能，但是，通信设备所需的电压通常为24V、48V或60V三种直流电压等级，因此，通信电源负责将110V或者220V电压等级的交流电能变换成24V、48V或者60V电压等级的直流电能供通信设备使用。
目前，在沙漠、戈壁、海岛等区域，由于通信基建建设普遍面临缺少交流电能供电、油机发电运维成本高、常规矿物能源供应不稳定等问题，因此，寻求清洁的可再生能源成为当今世界的一个重要课题。随着风能、太阳能等可再生能源应用技术的不断成熟，多能源供电的通信电源产品也越来越多。同时支持风能、太阳能、交流电能、柴油发电机及后备蓄电池等多能源的供电解决方案，在通信电源行业方兴未艾。这些通信电源的结构一般如图1所示，例如，风力发电设备所产生的电能输入对应的风能功率变换模块，太阳能极板等太阳能汇集设备所产生的电能输入对应的太阳能功率变换模块，油机发电机产生的电能输入对应的油机功率变换模块，然后，各个功率变换模块再将进行功率变换后的电能提供给能源输出模块。这种通信电源在供电时，由于不同能源所产生的电能的电压输入范围不同，因此，需要不同的功率变换模块进行功率转换。
由此可以看出，现有技术主要存在如下缺陷：不同能源的输入分配、功率变换等模块无法共用，而且多种能源不能实现统筹管理。
发明内容
本发明提供了一种多能源供电的通信电源及其控制方法，用以解决现有技术中不同能源的输入分配、功率变换等模块无法共用，而且多种能源不能实现统筹管理的问题。
一种多能源供电的通信电源，包括：输入单元、分配单元、功率变换单元、输出单元和监控单元，其中，
输入单元，用于接收至少两种电能，并将所述至少两种电能提供给分配单元；
分配单元，用于根据监控单元的控制，将所述监控单元确定的所述至少两种电能中的至少一种电能分配给功率变换单元；
功率变换单元，用于将分配单元分配的至少一种电能进行功率转换后，提供给输出单元，由输出单元为外接负载供电。
进一步地，所述的通信电源，其中，所述输入单元还用于根据功率变换单元的电压输入范围，对接收的每种电能分别进行信号调理。
进一步地，所述的通信电源，其中，所述监控单元，用于：获取输入单元输入的每种电能的强度以及输出单元的外接负载所需的负载电流；
根据所述每种电能的强度以及所述负载电流，确定所述至少两种电能中能够提供所需负载电流的电能；
从能够提供所需负载电流的电能中，确定至少一种电能，由分配单元分配给功率变换单元。
进一步地，所述的通信电源，其中，所述监控单元，还用于：获取预设的每种电能的优先级，从能够提供所需负载电流的电能中，根据所述优先级的顺序，确定所述至少一种电能。
进一步地，所述的通信电源，其中，所述功率变换单元包括多个功率变换子模块，所述多个功率变换子模块可以由同种电能供电，也可以由不同种类的电能供电。
进一步地，所述的通信电源，还包括：蓄电池，与输出单元相连，用于根据所述控制单元的控制进行充电或放电。
一种多能源供电的控制方法，包括：
接收至少两种电能，并从所述至少两种电能中选择至少一种电能；
将所述至少一种电能进行功率转换后提供给外接负载。
进一步地，所述的控制方法，其中，从所述至少两种电能中选择至少一种电能，具体包括：
获取每种电能的强度以及外接负载所需的负载电流；
根据所述每种电能的强度以及所述负载电流，确定所述至少两种电能中能够提供所需负载电流的电能；
从能够提供所需负载电流的电能中，选择至少一种电能。
进一步地，所述的控制方法，其中，所述接收至少两种电能的步骤之后，进一步包括：对接收的每种电能分别进行信号调理。
进一步地，所述的控制方法，其中，所述从能够提供所需负载电流的电能中，选择至少一种电能，具体包括：获取预设的每种电能的优先级，从能够提供所需负载电流的电能中，根据所述优先级的顺序，选择至少一种电能。
本发明实施例中通过采用统一的输入单元以及功率变换单元，并且通过监控单元的控制，使得不同能源的输入分配、功率变换等模块可以共用，而且多种能源可以实现统筹管理。
附图说明
图1为现有技术中多能源供电的通信电源结构；
图2为本发明实施例中多能源供电的通信电源的结构示意图；
图3为本发明实施例中多能源供电的通信电源中输入单元的结构示意图；
图4为本发明实施例中多能源供电的控制方法的流程图；
图5为本发明另一实施例中多能源供电的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种多能源供电的通信电源及其控制方法，用以解决现有技术中不同能源的输入分配、功率变换等模块无法共用，而且多种能源不能实现统筹管理的问题。
本发明实施例提供了一种多能源供电的通信电源，如图2所示，包括：输入单元21、分配单元22、功率变换单元23、输出单元24和监控单元25，其中，
输入单元21，用于接收至少两种电能，并将所述至少两种电能提供给分配单元22；
分配单元22，用于根据监控单元25的控制，将所述监控单元25确定的所述至少两种电能中的至少一种电能分配给功率变换单元23；
功率变换单元23，用于将分配单元22分配的至少一种电能进行功率转换后，提供给输出单元24，由输出单元24为外接负载供电。
通过采用本发明实施例提供的通信电源，使得不同能源的输入分配、功率变换等模块可以共用，而且多种能源可以实现统筹管理。
较佳的，所述输入单元21还用于根据功率变换单元23的电压输入范围，对接收的每种电能分别进行过电保护和电压调节，这时，输入单元21的具体结构如图3所示，输入单元21对于输入的每种电能分别进行信号调理，使之符合功率变换模块输入电能的要求，然后输出给功率变换模块，其中，信号调理主要包括防护和调理，防护主要包括过压保护、欠压保护以及过流保护等，调理主要包括频率调节、电压调节等。
较佳的，所述监控单元25，用于获取输入单元21输入的每种电能的强度以及输出单元的外接负载所需的负载电流；根据所述每种电能的强度以及所述负载电流，确定所述至少两种电能中能够提供所需负载电流的电能；从能够提供所需负载电流的电能中，确定至少一种电能，由分配单元22分配给功率变换单元23。其中，所述监控单元25，从能够提供所需负载电流的电能中，确定至少一种电能时，可采用如下方式：获取预设的每种电能的优先级，从能够提供所需负载电流的电能中，根据所述优先级的顺序，确定所述至少一种电能。
较佳的，所述功率变换单元23包括多个功率变换子模块，所述多个功率变换子模块可以由同种电能供电，也可以由不同种类的电能供电。
较佳的，所述通信电源，还包括：蓄电池，与输出单元24相连，用于根据所述控制单元25的控制进行充电或放电。
下面详细介绍一下上述通信电源中各个单元的具体作用：
输入单元21用于完成不同能源的输入、防护、调理，将输入能源的电压、电流、频率信号进行变换，变换后的不同能源均适合于通用的功率变换单元的输入范围。
分配单元22用于在监控单元25的命令指示下，闭合或者断开多种能源的每一路输入与每一个功率变换子模块之间的供电回路，实现多能源供电的优先级选择，使得每一个功率变换子模块，在一个选定的时刻，只可以接通一种能源的供电输入回路，当然，也可以不接通任何一种能源的供电回路。对于多能源供电的通信电源而言，在一个选定的时刻，可以只有一种能源给所有的功率变换子模块供电，也可以同时有多种能源分别给不同的功率变换子模块供电。
功率变换单元23由多个通用的功率变换子模块组成，功率变换子模块将输入电能变换成符合负载要求的直流电能，多个功率变换子模块并联工作，其输出连接到公共的汇流母线上。通用的各个功率变换子模块均具有相同的物理、电气、信号或软件协议接口。
输出单元24实现负载分配和后备蓄电池的接入，实现负载保护和蓄电池保护。
监控单元25用于实现多能源供电的通信电源能量输入和输出的统筹管理，协调各单元协同工作，确保多能源的合理使用。监控单元25按照功能还可以细分为以下几个组成部分：能源输入监控子单元251、能源分配监控子单元252、功率变换监控子单元253、能源输出监控子单元254。
本发明实施例还提供了一种多能源供电的控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
S401：接收至少两种电能，并从所述至少两种电能中选择至少一种电能。
S402：将所述至少一种电能进行功率转换后提供给外接负载。
其中，从所述至少两种电能中选择至少一种电能，具体包括：获取每种电能的强度以及外接负载所需的负载电流；根据所述每种电能的强度以及所述负载电流，确定所述至少两种电能中能够提供所需负载电流的电能；从能够提供所需负载电流的电能中，选择至少一种电能。并且，所述从能够提供所需负载电流的电能中，选择至少一种电能的步骤可以采用如下方式实现：获取预设的每种电能的优先级，从能够提供所需负载电流的电能中，根据所述优先级的顺序，选择至少一种电能。
较佳的，所述接收至少两种电能的步骤之后，还可以进一步包括：对接收的每种电能分别进行信号调理，其中，信号调理主要包括防护和调理，防护主要包括过压保护、欠压保护以及过流保护等，调理主要包括频率调节、电压调节等。
通过采用本发明实施例提供的通信电源，使得不同能源的输入分配、功率变换等模块可以共用，而且多种能源可以实现统筹管理。
下面结合图2所示的通信电源，详细介绍一下本发明实施例提供的多能源供电的控制方法，如图5所示，包括以下步骤：
S501：监控单元根据输出单元的外接负载计算该通信电源的输出功率需求。
具体实现时，可由监控单元在供电之前，或供电过程中，直接根据负载的额定电流确定额定输出功率需求。或者，也可以由监控单元在供电过程中实时获取输出单元输出的负载电流，并根据该负载电流得到该通信电源的实际输出功率需求，当然，除实时获取的方式之外，监控单元也可以采用定期或不定期等方式获取负载电流。而且，当该通信电源进一步包括蓄电池时，还需要结合蓄电池的充放电管理策略来计算蓄电池的充电电流，从而根据负载电流和充电电流得到该通信电源的输出功率需求。例如：假设该通信电源的负载电流为60A，并且配置了两组500AH的蓄电池，每组蓄电池的充电电流比率是0.1C，其中，C是电池的容量。因此，两组蓄电池的电池容量为1000AH，则这两组蓄电池充电时的最大充电电流为100A。由于功率变换单元包含多个功率变换子模块，再假设每个功率变换子模块的额定输出电流为50A。按照通信电源的配置原则，为了同时满足负载供电和蓄电池充电，且为了实现各个功率变换子模块之间的备份，还要对功率变换子模块进行冗余配置，因此，该通信电源的功率变换单元中可以配置5个功率变换子模块。
S502：监控单元获取输入单元输入的每种电能的强度，并根据计算得到的该通信电源的输出功率需求确定能够满足输出功率需求的电能。
具体实现时，监控单元可以实时获取输入单元输入的每种电能的强度，也可以定期或不定期的获取输入单元输入的每种电能的强度，根据每种电能的强度，确定能够满足输出功率需求的电能。这里，输出功率需求可以是额定输出功率需求，也可以是实际输出功率需求。
S503：监控单元从能够满足输出功率需求的电能中，确定至少一种电能，由分配单元分配给功率变换单元。
这里，如果能够满足输出功率需求的电能不止一种，则需要根据一定的策略进行选择，例如，可以根据预先设定的每种电能的优先级的顺序，从能够满足输出功率需求的电能中，确定至少一种电能。例如，当输入单元的输入的电能包括：风力发电设备产生的电能、太阳能极板产生的电能、柴油发电机产生的电能，且风力发电设备产生的电能的优先级大于太阳能极板产生的电能，太阳能极板产生的电能的优先级大于柴油发电机产生的电能。假设功率变换单元包括5个功率变换子模块，则当风力发电设备产生的电能充足，足以满足5个功率变换子模块满载输出时，则只采用风力发电设备产生的电能对功率变换单元中的5个功率变换子模块供电；当风力发电设备产生的电能减小，只能满足两个功率变换子模块满载输出时，则采用风力发电设备产生的电能对功率变换单元中的两个功率变换子模块供电，其余的三个功率变换子模块则采用太阳能极板产生的电能进行供电，当太阳能极板产生的电能也不充足时，则会相应的采用柴油发电机产生的电能进行供电。由此可以看出，功率变换单元中的多个功率变换子模块可以都采用相同的电能供电，也可以分别采用不同的电能供电。
S504：功率变换单元对分配单元提供的电能进行功率转换后提供给输出单元，由输出单元为外接负载供电。
其中，各个功率变换子模块对输入的电能进行必要的功率转换后，通过公共的汇流母线将转换后的电能提供给输出单元，并且，各个功率变换子模块都具有相同的物理、电气、信号或软件协议接口，为了实现这一点，当输入单元输入的电能的电压范围与功率变换单元的输入要求不符时，则需要由输入单元对于输入的电能进行必要的电压调节，以符合功率变换单元的电压输入范围。
通过采用上述步骤即完成了对于多能源供电的控制，并且，监控单元在供电过程中，需要获取负载电流，以计算当前的实际输出功率需求，并获取输入单元输入的每种电能的强度，以判断各种电能是否能够满足当前的实际功率需求，根据判断结果来控制分配单元分配何种电能。并且，监控单元还可以根据需要，调节功率变换单元以及输出单元的工作状态，这种调节包括但不限于：调压或限流，还可以对功率变换单元中的各个功率变换子模块的工作状态进行控制，这种控制包括但不限于：开机、关机和休眠。
通过采用本发明实施例提供的多能源供电的控制方法，通过输入单元对输入的电能进行必要的电压调节，使其符合功率变换单元的输入电压范围，从而可使多种能源产生的电能共用相同的功率变换单元，从而节约了硬件设备，例如，在现有技术的实现方式中，如图1所示，每种能源都必须有其对应的若干个功率变换子模块，不同能源对应的功率变换子模块无法共用，相互之间也无法备份，而本发明中不同能源对应的功率变换子模块可以共用，且相互之间可以互为备份，从而减少了功率变换子模块的硬件成本，且实现了功率变换子模块的备用。并且，本发明中的控制模块可以结合负载电流及每种电能的强度以及每种电能的优先级，选择合适的电能为负载供电，具体实现时，可以优先使用清洁的风能、太阳能等可再生能源，当可再生能源不足时，再使用柴油发电机产生的交流电，并且，还可以使用蓄电池供电，从而实现了多种能源的统筹管理，提高了能源分配的灵活性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多能源供电的通信电源，其特征在于，包括：输入单元、分配单元、功率变换单元、输出单元和监控单元，其中，
输入单元，用于接收至少两种电能，并将所述至少两种电能提供给分配单元；
分配单元，用于根据监控单元的控制，将所述监控单元确定的所述至少两种电能中的至少一种电能分配给功率变换单元；
功率变换单元，用于将分配单元分配的至少一种电能进行功率转换后，提供给输出单元，由输出单元为外接负载供电。
2.如权利要求1所述的通信电源，其特征在于，所述输入单元还用于根据功率变换单元的电压输入范围，对接收的每种电能分别进行信号调理。
3.如权利要求1所述的通信电源，其特征在于，所述监控单元，用于：
获取输入单元输入的每种电能的强度以及输出单元的外接负载所需的负载电流；
根据所述每种电能的强度以及所述负载电流，确定所述至少两种电能中能够提供所需负载电流的电能；
从能够提供所需负载电流的电能中，确定至少一种电能，由分配单元分配给功率变换单元。
4.如权利要求3所述的通信电源，其特征在于，所述监控单元，还用于：
获取预设的每种电能的优先级，从能够提供所需负载电流的电能中，根据所述优先级的顺序，确定所述至少一种电能。
5.如权利要求1所述的通信电源，其特征在于，所述功率变换单元包括多个功率变换子模块，所述多个功率变换子模块可以由同种电能供电，也可以由不同种类的电能供电。
6.如权利要求1所述的通信电源，其特征在于，还包括：
蓄电池，与输出单元相连，用于根据所述控制单元的控制进行充电或放电。
7.一种多能源供电的控制方法，其特征在于，包括：
接收至少两种电能，并从所述至少两种电能中选择至少一种电能；
将所述至少一种电能进行功率转换后提供给外接负载。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，从所述至少两种电能中选择至少一种电能，具体包括：
获取每种电能的强度以及外接负载所需的负载电流；
根据所述每种电能的强度以及所述负载电流，确定所述至少两种电能中能够提供所需负载电流的电能；
从能够提供所需负载电流的电能中，选择至少一种电能。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述接收至少两种电能的步骤之后，进一步包括：对接收的每种电能分别进行信号调理。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述从能够提供所需负载电流的电能中，选择至少一种电能，具体包括：
获取预设的每种电能的优先级，从能够提供所需负载电流的电能中，根据所述优先级的顺序，选择至少一种电能。
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