CN102460887A - 配电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能够连接到一个或多个负载(119)的电力配送装置(100)。该电力配送装置(100)中尤其包括用于给负载(119)供电的一个或多个分接头(112)。除了为了保护负载免受损害而切断电源的断路器(108)之外，还布置了第二层的软熔断器开关(110)，其布置用于在分接头(112)处接通或者切断电源，以控制电力的配送。软熔断器(110)取决于并且响应于从控制器(105)发布的命令而工作，控制器(105)又响应于并且取决于在那些分接头(112)处通过监测模块(111)监测的电压和电流强度而工作并且发布那些命令。在电流强度和电压低于断路器(108)做出响应的临界阈值时发生接通/切断。

Description

配电装置

技术领域

本发明涉及能够连接到一个或多个负载的电力配送装置。本发明还涉及给一个或多个负载电力配送的方法。

背景技术

目前，现代医疗设施已经变得越来越依靠高度复杂的专用医疗设备。这些医疗设备包括诸如磁共振成像(MR)或者心血管X射线系统的成像装置。

医疗人员依靠由那些医疗设备产生的成像材料。目标是：确保正常工作，使得系统可以在所需要的质量等级交付那些成像材料。当工作时，医疗设备汲取电力。

本地电站通过它们各自的电力网提供电力。所提供的电力是本地专用的。以某一频率提供在某些电压和电流强度的电力。医疗设备具有特定电力需求，其对设备所产生图像材料的质量具有决定性。

此外，在同时运行大量那些医疗设备的大型医疗设施中，设备工作所需的电力总量是相当大的。

最新的解决方法设想建立在本地电力网和诸如医疗设备的电力用户之间布置的专用配电系统。当前配电系统在设计时就被设计为遵守本地电力特性。

由于配电系统必须不仅与本地电力网接口还必须与许多不同的医疗设备接口，所以厂商必须生产高度本地特异的配电系统，以便给它们的医疗设备提供电力。因此，不能在其它地方随意使用如此产生的配电系统。

发明内容

本发明通过提供可编程并且可配置的配送装置解决了上述需求的至少部分。可以针对本地专用需求现场定制配电装置。

根据本发明的配电装置定义了在整个供电系统内的可配置的子系统，以及可以通过配电装置连接到电网的医疗设备，供电系统还包括本地电站和电力网。

除了常规断路器之外，配电装置包括许多“软熔断器”。软熔断器是可编程开关，并且通过控制模块对软熔断器的操作即它们的开和关进行软件控制。可以以固态技术设置软熔断器。可以对软熔断器进行编程，以便改变软熔断器的开关时间或者软熔断器的时间-电流特性。

控制模块与监测模块进行通信。对监测模块进行编程和配置以便对在进入配电装置的输入干线处和医疗设备能够连接到的电源分接头处的电力信号进行监测。

换言之，根据本发明的一方面，为了通过适当地接通/切断软熔断器实现提供高质量的电力信号、并且进一步允许节约能量，配电装置允许抑制(harnessing)存在于所提供的电力信号自身中的信息。

监测性能还允许对系统中通常将有高可能性导致常规断路器跳开的非正常行为进行检测。为了防止系统中可能导致常规断路器跳开的情况，多数软熔断器开关提供除现存断路器开关之外的第二层。通过在常规断路器将要跳开之前的某一时间点上断开电源分接头，可以因此避免否则对维护技术人员的召集并且过程或者任务关键设备可以保持工作。根据本发明的另一方面，根据分布式架构布置控制模块。在该情况下，将控制模块布置成主控制模块以及许多从属控制模块。布置一个或多个从属控制模块以从主控接收配置命令。如此接收的命令适合于对任何一个从属模块实现重新编程或者对与一个或多个从属控制器中的任何一个相关联的任何一个熔断器进行重新编程。从属和/或主控制模块和/或熔断器在配电装置工作期间是可编程或者可重新编程的。

根据本发明的一方面，将干线变压器与主控制器一起布置在与许多配电单元扩展模块物理上分离的配电单元基本模块中，其中，各个从属控制器与各个分接头或分接头的组位于配电单元扩展模块中。因为高度模块化，所以该分布式架构增加了灵活性。主控制模块以及从属控制模块是可编程的。

通过用监测模块来监测在分接头处的所提供的电流强度和电压的波形信号，可以对在电源分接头处所连接的医疗设备的空闲状态、非正常行为等进行检测。作为对该检测的响应，从相应从属或者主控制器发布控制命令，并且接通或切断相应电源分接头，以便以经济并且确保所连接设备良好的正常工作特性的方式控制可用电力的配送。

此外，从属控制器的分布式布置允许给在相应配电单元扩展模块处布置的分接头的组提供组专用电力。因此，从配电单元延伸到配电扩展模块的电缆可以适合于特定电力需求。总可用电力到可开关分接头的后续配送由在相应PDU扩展模块处的从属控制器本地实现。

换言之，配电装置包括单一基本单元，该基本单元负责干线电力适配并且随后将干线电力配送给位于消耗者附近的PDU扩展模块。在PDU基本单元和远端位置处的任何一个PDU扩展模块之间仅有单独一条主电缆。因此，可能不是在所有情况下都需要昂贵的高速率金属线。

根据另一方面，所述装置实现了分布式和模块化配电，还包括由不间断电源提供的“第四相位”。

根据本发明的一方面，进一步布置监测模块，以便对干线输入处的电压或者电流强度进行监测。这允许发生停电时实现所定义的电源切断过程。如果不间断电源接近耗尽状态，就以根据列表的优先次序切断熔断器。列表保存了被视为任务关键的负载的ID。根据它们的优先级设置列表中的ID。主控制器对列表进行扫描，并且逐一断开负载。具有较高优先级的任务关键负载比具有较低优先级的任务关键负载从备用电源断开更晚。

根据本发明的一方面，布置控制模块将干线输入处的3相电力信号分离成三个单相电力信号，以便给能够连接负载中的各个提供由此获得的单相电力信号。

根据本发明的一方面，基于所监测的电流强度和电压，所连接的总负载在三个输入相位上是负载平衡的。

定义

术语“分布式”是指诸如CV或者MR的医疗设备包括与设备相关的、称为设备的“功率消耗者”的子单元的概念，有时，许多功率消耗者在物理上分布在医疗设施上并且以特定格局布置在检查室、控制室或者技术室中。该术语还包括医疗设备自身在设施上的物理分布。配电装置的分布式架构反映了在部署(在该情况下是医疗设施)位置处的这种“分布式”格局。

将要对术语“控制电源的分布”进行广义解释。该术语包括：

对可用于给医疗设备供电的总电源进行预算或分配，并且

确保：

-如此分配的电力符合某个质量标准，并且

-所连接的一个或多个医疗设备的正常工作，并且

-所连接的一个或多个医疗设备的稳定性和可用性(“良好工作时间”)。

因此，根据本发明，“控制电源的分布”必须以防止电力相关损害并且随后首先必然跳开硬熔断器的方式给所连接的设备供电。

因此，通过使用软熔断器的切断操作以便“控制电力的分布”的接通/切断分接头的操作，上溯到与切断硬熔断器(断路器)的操作相关，安装硬熔断器以避免对所连接负载(医疗设备)即将发生的损害。然而，并且与软熔断器非常不同的是，一旦跳开，硬熔断器(“断路器”)就需要维护技术人员人工干预再次切回接通。与此相反，可以通过控制模块切断并且接通软熔断器。因此，无论接通或者切断，软熔断器都不需要人工干预。安装软熔断器不是为了主要避免对所连接医疗设备即将发生的损害，而是为了确保所连接医疗设备的长期平稳工作。

贯穿说明书，“切断”分接头、熔断器或者断路器意味着不能通过电流，而“接通”分接头或者软熔断器意味着能够通过电流。

术语操作者是使用医疗设备的人类操作者。操作者可以是放射科医师或者其他医师。

术语医疗系统包括PDU以及能够连接到配电装置的一个或多个医疗设备，配电装置用于给那些设备提供电力。

使用术语“医疗系统控制器”指诸如医师或者放射科医师的操作者使用、以便对医疗设备进行本地控制的本地PC(个人计算机)主机系统。这反映了目前医疗设备自身是计算机化系统的事实。

术语“医疗系统软件”表示在医疗系统控制器上运行的软件应用。典型地，医疗系统软件对许多用户接口进行控制，并且允许操作者对医疗设备进行操作。

采用“接通/切断熔断器”意味着“接通/切断”与各个软熔断器相关的分接头。此外，采用“接通/切断分接头”意味着接通/切断在连接到所接通/切断的分接头的负载处所提供的电力。

附图说明

为了对本发明的更好理解，可以参考作为示例的附图和示意图，这些图不是按比例绘制的，其中：

图1是根据本发明一方面的配电装置的示意性方框图；

图2是根据本发明另一方面的配电装置的示意性方框图；

图3是对于配电方法的流程图。

具体实施方式

现在参考图1，其示出了配电装置100。可以在诸如大医院或者医疗中心的、具有许多检查室的大医疗设施中使用配电装置100。在检查室中，放置了诸如医疗成像设备器械的医疗设备，医疗成像设备器械比如MRI系统或者心血管X射线系统。医疗设备代表能够连接到提供电力的电站113的负载119。可以通过配电装置100有效地并且安全地实现医疗设备119到本地电站113的这种连接或者“接通”。在下文中，将可交换地使用术语(一个或多个)负载和(一个或多个)医疗设备，并且将使用相同的参考数字‘119’指代二者。在医疗背景中负载119的更多例子可以包括汲取大量电流的大型X射线系统，也包括在功率谱另一端的小型可充电超声手持机。

术语负载119或者医疗设备119还可以指一个以及相同的医疗成像形式的个体电子部件。

然而，技术人员将意识到，在配电装置100操作的原理将同等适用于其它功率消耗者。给家庭中的多个家用电器和音乐再现设备提供电力可以是另一个例子。

应用的其它领域可以包括制造工厂中的电子测试设备。

配电装置100包括配电单元基本模块PUD。在下文中将配电单元基本模块PDU简称为PDU。PDU具有干线输入101。通过干线输入101，对在站113处产生的电力进行接收，并且经本地电力网馈送入PDU。所提供的电力具有诸如在特定频率的、特定电压和电流强度的位置特异电力特性。电力是单相信号或者3相信号(具有或不具有中性)。PDU还包括干线变压器104。在安装时，为干线变压器104选择所选择的最大电力级。在安装时，将干线变压器配置为接受可变输入并且提供固定输出配置。如果在干线输入110处从电站113接收的本地电力正好符合在电源分接头112处提供给连接到分接头112的医疗设备的输出需求，就可以通过短路取代干线变压器104以实现“抽象变压器(abstract transformer)”。在分接头处的最大输出电流是大约每相16A。最大额定电力是3×63A标称电力，但是在其它应用领域中，可以预期其它额定电力。

PDU还包括主控制器105，将其布置为诸如FPGA(现场可编程门阵列)或者闪存可编程控制器的可编程微控制器。干线变压器104具有用于对经干线输入101接收的电力进行变压的初级和次级线圈。为了使电力符合能够连接到PDU的个体医疗设备119的个体电力需求，对电力进行变压。将变压后的电力从PDU馈送入电力电缆106，并且随后施加到一个或多个电源分接头112上(在图1中仅示出了一个电源分接头112)。不像图1中的图示表示的，实际上，可能存在许多从PDU到相应电源分接头112或者延伸到电源分接头的各组的电缆106。

选择一个(或多个)电缆106的长度和直径，使其具有已知可接受的动态电压降行为。

电源分接头112能够连接到电插座，设备119又可以连接到该电插座。可以认为一个或多个电源分接头112在物理上位于检查室内。分接头112不仅给设备119提供电力，还给与相应医疗设备119相关的其它电气设备提供电力。因为可以将一个或多个电源分接头112接近医疗设备放置，所以所述一个或多个电源分接头112自然地定义了整个医疗设施内的分接头的组。分接头112或者分接头的组将提供符合能够连接到分接头112或者该组中的分接头的医疗设备的特定电力需求的电力。

然而，在其它情景中，每检查室当然可能存在多于一组分接头。在另一个情景中，可以不参考任何(检查)室或者其它建筑结构来构成分接头组。例如，如果医疗设备119是单独一个成像设备模态的部件，就通过将分接头112或者分接头的组布置在合适的分隔室中或者整个机架的其它合适的位置中来构成分接头的组。

医疗设备119和/或与医疗设备相关联的电气设备已被分配ID。可编程主控制器105知道那些ID。将主控制器105编程和配置为从干线变压器104流出连接到电源分接头112或者电源分接头组的设备119所需的特定功率。

可编程主控制器105具有存储器，并且/或者被编程以连接到外部数据库。在存储器或者外部数据库中存储将医疗设备119的每个ID与相应电力需求相关联的表格式数据结构。以这种方式，可以实现对于分接头112或者(分接头)组专用的配电。

主控制器105具有以太网连接102。通过该以太网连接设备，医疗系统控制器或者维护技术人员可以接通到主控制器105。

随后，医疗系统软件或者技术人员可以执行对主控制器105必要的编程或者重新编程。如果将更多分接头连接到PDU，那么该重新编程可能是必要的。因此，以可分级方式布置配电单元100，因为其允许给现有系统添加或者补充更多分接头。以太网连接102可以是无线连接或者常规陆上通讯线。

根据一个方面，PDU具有允许维护技术人员对主控制器105进行编程的用户接口。因此，PDU允许现场人工配置或者通过医疗系统控制器经以太网连接102的远程和自动配置。换言之，可以采用或者不采用医疗系统控制器，来使用PDU。一旦通过对主控制器105进行适当编程对PDU进行了配置，PDU就可以不使用通信线102自主操作。

还可以将主控制器105布置和配置为执行自动硬件识别。在该情况下，将更多电源分接头以及/或者更多医疗设备接通到PDU将使维护技术人员的介入不是必需的。为了存在检测的目的，布置所添加的医疗设备以经电缆106或者经总线107将其ID发送到主控制器105。对主控制器105进行编程可以在配送装置100的运行时间或者操作期间发生。自动硬件配置检测是在引导时间或者经由命令强制发现。

根据另一方面，可以基于对于所有被供电设备119的配置部件号和序列号来装配装置110。可以使用该配置知识在最初启动时经由与医疗系统交互的数据库建立PDU配置。这允许减少服务人员用于执行医疗系统配置的数小时时间。

主控制器105还负责对可用电力的总量进行分配或者预算。预算是为了确保经由一个或多个分接头112提供的电力的总和不超过来自干线输入101的总电力。

主控制器在其上存储了关于干线变压器104的额定值的信息。这允许对配电装置100容易的逐步分级。那么，对具有不同额定值的不同变压器的改变仅相当于将新的变压器额定值(重新)编程到主控制器105中。

根据本发明的优选方面，配电装置100还包括配电扩展模块PDUx。在下文中将配电单元扩展模块PDUx简称为PDUx。

将PDU以及PDUx布置成物理上独立的机架或者具有(为了安全安装)安装支架的单元。将PDUx在物理上分布在医疗设施上，并且可以将每个PDUx安装在不同检查室中。如果医疗设备118是单一医疗成像设备的电子部件，还可以将PDUx安装在(一个或多个)医疗设备118(之一)的机箱中或者机箱处。每个电力电缆106有一个PDUx。分接头112或者分接头112的组在物理上位于相应PDUx内或者PDUx处。电缆106从PDU延伸到放置在相应室中或者机箱中的每个PDUx。

每个PDUx具有从属控制器109，其为类似于主控制器105的可编程微控制器。布置总线系统107以将每个从属控制器109与主控制器105进行通信耦合。控制器109的编程和运行时间控制通过在总线107上的数据交换实现。

可以通过存储在微控制器105上的例程对从属控制器109进行编程以及重新编程。将每个从属控制器109配置为对在与相应PDUx相关联的相应分接头112或者分接头112的组处的本地配电进行控制。

为了安全的目的并且为了保护连接到每个PDUx的医疗设备119，在馈送入PDUx内的电缆106和电源分接头112或者电源分接头的组之间布置断路器或者“硬熔断器”108。硬熔断器108具有硬连线的跳闸额定值，其保护医疗设备119免受损害。

由于故障，在启动或者运行期间医疗设备可能开始汲取额外的电流或者设备可能呈现不同的负载特性。响应于不同负载特性，断路器或者硬熔断器108跳闸，并且因此切断给电源分接头112的供电，并且最终切断连接到其的故障医疗设备。如果这样，PDU可以发布服务请求命令。

在断路器108和分接头112或者分接头的组之间，布置了在这里也称为“软熔断器”110的接通/切断可切换电力开关。软熔断器110是诸如晶闸管或者IGBT(绝缘栅双极晶体管)的采用固态技术的开关。软熔断器110对从从属控制器109或者从主控制器105发布的控制命令做出响应。所发布的命令是“接通”或者“切断”软熔断器110。命令是接通还是切断取决于在相应分接头112处或者相应分接头的组处所提供的电力的电力特性。对于受监测的信号，从属控制器109被编程并且配置为事件处理器。

在软熔断器110和分接头112之间布置与实时监测模块111进行通信的探头或者传感器。实时监测模块111对与在该分接头112处提供的电力相关联的电压或者电流强度波形信号进行监测。监测模块以大约1ms进行采样，但是采样速率是可配置的。根据另一方面，还可以在其它内部分布点处对波形信号进行监测。随后，将波形信号即电流强度相对于时间波形或者电压相对于时间波形中的每个转换成数字信号，并且背环(back-loop)反馈回从属控制器109内或者中继到主控制器105。在相应从属控制器中，比较器将受监测信号与预设但是可重新编程的控制阈值或者对于阈值中的每个的范围(具有下限和/或上限)进行比较。使用范围区间防止医疗系统部件由于无效干线质量造成的不确定性行为。

如果受监测的电流强度或者电压或者其组合超过预设的控制阈值持续预设时期，从属控制器109就给相应电源分接头112发布切断命令。控制器109与适合于实现固态技术软熔断器110的切断或接通的驱动器进行通信。为分接头开关110使用固态电子器件使得不必手工重新设置或者使切断的开关110切换回接通。换言之，根据受监测的信号，布置从属控制器109不仅切断，而且切换回接通分接头开关110或者与相应PDUx相关联的相应组内的每个分接头开关110。以这种方式对软熔断器110的接通或者切断进行控制，使得避免前述断路器108的跳开(切断)。可以不对安全性做出折衷就达到促进医疗设备119的良好正常运行时间特性的目标。昂贵的手工重新设置断路器的硬熔断器108的实施不是必需的。

与硬熔断器108相反，并不切换分接头开关或者软熔断器110来保护所连接的医疗设备免受即将来到的损害。接通或者切断分接头开关112主要是为了对配电进行本地控制的目的，以便实行有效的电力节约目标以及确保在本地电源分接头112处本地提供的电力的限定质量。确保限定的功率信号质量允许所连接医疗设备119的可靠工作，并且设备119以所期望的质量标准产生它们的输出(成像材料)。简言之，借助于软熔断器110的切换是要确保所连接的医疗设备119正确运行(是“正常运行时间”)尽可能长的时期。具体而言，成像设备受具有峰值、浪涌、倾降、偶然事件等或者其它这种“信号奇异性”的“纹波”电力信号的不利影响。如果所提供电力信号中的信号奇异性受可配置控制阈值或者范围的约束，那么仅通过将软熔断器110切换回接通就确保了高功率信号质量。将组专用的电力特性阈值存储在相应主控制器105或者从属控制器109中。

根据另一方面，PDU具有紧急停止按钮。软熔断器110或者预选择的软熔断器组对在紧急控制按钮操作时所发布的紧急信号做出响应。一旦发布了紧急信号，主控制器105就将切断命令前向传递到相应软熔断器110或者其组。紧急停止按钮允许操作者切断连接到相应分接头112的医疗设备119。进一步布置软紧急按钮以发布“接通”命令，以便将之前所切断的软熔断器110和连接到其的医疗设备119切换回接通。换言之，紧急按钮不仅允许操作者切断相应熔断器110和相应分接头112，还允许操作者只要他确定切换回接通是适当的就将它们再次切换回接通。因此，在某些情况下不需要切断硬熔断器108，并且将不必召集维护技术人员恢复所切断医疗设备119的工作。在主控制器105中对软熔断器是否对该紧急信号做出响应进行预编程。因此，对主控制器105进行适当编程允许定义对紧急信号做出响应的熔断器110组。

医疗设备119是高灵敏度设备，并且除非已知所提供的电力信号充分不受信号奇异性的影响，否则那些设备的工作可能是不符合要求的。换言之，电力信号的波形必须足够平滑。当启动医疗设备119时尤其最可能出现电力浪涌，通过在医疗设备119处的操作者发起启动过程。

可以如下实现对在各个分接头112处的平滑电力信号的确保。可以对从属控制器109进行编程，以便获得所监测波形信号中的零相交。对到电源分接头112的接通信号进行延迟直到检测到该零相交信号为止。因此，即使操作者本地启动系统119也可能出现延迟，因为只有从属控制器109确定所提供电力信号的质量是足够的才在分接头开关110处接通电源。在操作者发起医疗系统的启动之后，可以通过顺序接通之前切断的分接头112给负载118上电，以实现时间延迟地接通每个所连接负载119。通过对分接头112处的波形进行监测，还可以通过对所连接医疗设备119的空闲状态检测来实现电力节约。电流、电压和电力消耗不仅通过实时监测模块111在每个分接头112处(或者在所选择分接头112处)被监测，还在干线输入101处被监测。只有电力信号的质量足够好才在分接头112处接通在电源输入101处的电力信号质量，以诸如功率系数(“功率因数”)的形式测量所述电力信号的质量。

用于对电源分接头112进行控制的控制阈值可以是在正确操作设备119所需的最小电压和常规断路器108为了安全的目的将跳开的最大允许电压范围内的任何值。总可用电力的整体分布或者分配受PDU中的主控制器105控制。为了节约能量的目的在各个分接头处的控制和/或提供组专用质量的电力受本地从属控制器109基于之前在从属控制器109处从主控制器105接收的预编程设置控制。

由于来自电缆106的电力已经通过主控制器105适配于各个分接头112或者分接头组的特定需求，所以PDUx内的配线可以适配于特定本地电力需求。可以通过主控制器根据编程到从属控制器109的存储器内的简单调度执行为了能量效率和电力节约目的的配电控制任务。因此，根据存储在从属控制器109存储器中的本地调度接通或者切断给各个分接头112的电力。以这种方式，可以实现自动唤醒定时器。自动唤醒定时器在工作日节约了启动时间，或者经在以太网连接102上接收的远程触发为快速紧急使用准备相应医疗设备119。触发信号具有医疗设备119的ID，并且通过主控制器105路由，并中继到相应从属控制器109，以便将接通命令发布给相应分接头110，进而给所需医疗设备119上电。还可以通过其它事件，即温度计读数，触发接通/切断分接头112。为了这个目的，布置合适的换能器与从属控制器109进行通信，并且将其放置在医疗设备119处或者附近或者在配电装置100内的其它测量点处。

根据本发明的另一方面，在初始学习阶段期间，布置实时监测模块111对在分接头112处的实际电力使用进行监测。随后，将如此监测的电力使用存储为电流强度和电压的时间序列。以这种方式，可以获得指示连接到该分接头的医疗设备119的正常运行的参考数据。可以在所在地安装和设置配电装置100之后立即获得参考数据(“基线”)。如果已经采集了足够数量的参考数据，就可以定义某些阈值，使得可以将与该参考数据的偏差确立为所定义的显著性水平。随后，监测设备在正常工作期间保持对电流强度相对于时间波形和/或电压相对于时间波形进行监测。如果检测到如此监测的波形信号和参考数据之间的偏差超过阈值，从属控制器109就给相应开关112发布切断命令并且/或者发布服务请求命令。

根据另一方面，可以关于积分时间对实时监测模块111所执行的电力监测进行配置。可以每秒、每分或者每小时进行对所采样的电流强度或者电压值的积分，以便获得电力消耗值。将所监测的数值聚合到相应电力消耗值内，并且随后可以丢弃如此聚合的各个采样值。以这种方式防止在实时监测模块111处的循环电力监测存储器溢出。例如，当采集之前所提到的“基线”数据时，为了长期数据的目的，在诸如一小时的时段上对采样值进行积分可能是足够的。然而，如果要记录与上电事件相关的数据，可以在上电事件发生的整个时段上对采样值进行积分，该时段发生在数秒或者更少时间中。

还可以对从属控制器105进行编程，以将所监测的电力信号与连接到与从属控制器105相关联的分接头112的负载119的功率消耗特性进行比较。厂商可以提供功率消耗特性，并且将其存储在从属控制器105的存储器中。将功率消耗特性与连接到相应分接头112的设备119的ID相关联。通过将所监测的信号与所存储的功率消耗特性进行比较，可以在实际故障之前检测到设备的劣化。那么，可以通过软熔断器110的适当接通和切断来将故障点正好延迟到下一次预定维修之前。那么，可以避免成本很高地临时召集维护技术人员仅对该特定故障设备进行维护。

可以将采集适合于做出这种关于所连接的医疗设备正常还是非正常工作决定的参考数据(“安装基线”)视为配电装置100的学习阶段。以类似方式，可以实现关于硬熔断器108的趋势监视和跳开事件捕捉。

也可以对从属控制器105进行编程，以基于被告知的基线参考数据经以太网连接102将维修消息(“建议”)自动发布给维护技术人员的计算机。

建议可以包括：

-基于在典型或者所学习的用户行为期间每相的负载的负载平衡建议。这允许3相干线网络更平衡的加载，以确保更高的干线网络质量。

-对于负载分布的总通地漏泄电流最小化配置建议。这允许更高的医疗安全级别，或者在相同的医疗安全级别上使用更好的EMC(电磁兼容)过滤。

还可以对主和从属控制器105和109进行编程，以控制接通/切断软熔断器110，进而实现涌入电流最优化。在学习阶段中，在通过软熔断器110接通/切断分接头112期间，对所连接负载118的实际涌入电流-时间波形进行监测和存储。在后续的开关事件处，随后使用如此存储的电流-时间波形以确定在各个输出分接头112处的软熔断器110的同步接通/切断，以便最小化系统启动期间任何时刻的最大涌入电流。这允许在切换期间更高的可靠性、更小的干线网络干扰和更高的干线电压稳定性。

还可以布置PDU中的主控制器105和/或PDUx中的从属控制器109，以便在干线电力信号是多相信号的情况下导致对电力信号的划分。那么，可以将在相应组或者所有分接头中的某些分接头112处的电力提供为单相，只要能够连接到分接头112的医疗设备有这种需求。这允许建立配电系统100的可控3相输出意识(awareness)。对于3相消耗者，使用3个独立的单相输出。仍然将3个单相视为控制器109的单独一个3相输出，即同时接通/切断它们、它们具有相同的电力特性、并且仍然通过监测模块111将它们作为3相进行监测。

根据另一方面，对主控制器105进行编程以在3个输入相位上对当前连接到分接头112的总负载进行负载平衡。这允许提供从输入干线101到电力网的最大负载电力质量和最小干扰。负载平衡是基于负载功率特性的，即在分接头112处所监测的电流强度和/或电压。最优化考虑到下列标准中的任何一个或者组合：通地漏泄和/或谐波。然后，可以将各自具有它们特定负载功率特性的各种负载118分布在三个干线相位之间，使通地漏泄和/或谐波矢量方式增加最小化。

总之，控制分接头开关112，即作为对电力信号的响应并且根据对电力信号的监测使用熔断器110使它们接通/切断，这允许对于以质量受控方式在整个医疗系统上配送PDU的总可用电力的全软件受控灵活性。

根据本发明的另一方面，分接头开关110自身是可编程设备。可以对诸如快和慢切换和在切换期间的电流-时间特性(线性、指数等)的额定切换特性进行重新调整(动态源阻抗)。

在配电装置100运行期间可以对软熔断器110进行重新编程作为快或慢烧断(blow)开关。还可以实现软熔断器110的动态开关行为。快开关允许0.01s数量级的切换时间，并且如果电流小于两倍阈值，慢烧断开关可以慢至2000s。在超过阈值级别达所编程的时间(0.01-2000s)之后，实际切换序列开始。

在时间受控的切换操作期间，可编程的软熔断器110将电流从阈值电流强度逐渐增大或者减小，该阈值电流强度触发向上或者向下至期望电流强度的切换操作。通过逐渐增大或者减小电流接通或者切断软熔断器1110允许在实际开关接通/切断行为上实现控制，并且防止干线输出上不期望的失真。此外，检测到超过阈值和切换实际开始之间的时间取决于所监测的电流强度或者电压偏离之前所提到的“基线”功率消耗特性的程度。如果发现偏差严重，相关联从属控制器就发布命令，以实现将相应软熔断器110重新编程成快触发开关。否则，慢触发开关对于降低在可能连接了故障负载119的分接头112处的电流可以是足够的。

因为使软熔断器110布置成可编程开关允许对总可用最大电力的更好预算并且使该电力对于将更多永久或者非永久设备添加到现存或者新的电源分接头可用，所以这还增加了整个系统的可配置性和灵活性程度。

如前所述，由于系统对非正常行为进行检测的能力，切断软熔断器110的操作可以在通过硬熔断器108切断供电之前出现。可以因此避免在硬熔断器108跳开或者烧断之后召集维护技术人员使硬熔断器108切换回接通。因此，可以改善系统的正常运行时间，这导致更有效的系统操作。

总之，包括PDU和PDUx的配电装置100定义了在更大医疗系统内可以自由配置的子系统，更大医疗系统还包括能够连接到其的医疗设备119和提供将要配送的电力的电站113。不仅可以在设计时间还可以在运行时间在现场对系统进行编程、重新编程和/或配置，并且可以针对特定本地需求定制系统。由于包括PDU的配电装置100的分布式架构，所以增加了另一维度的灵活性，在配电装置100中，将主控制器105布置在PDU中或者PDU处，并且将具有从属控制器109的许多PDUx布置在相应PDUx中或者PDUx处，可以将电力需求向下配置到每个个体分接头或者分接头组的水平。

图2示出了在其中进一步布置了不间断电源UPS的配电装置100。在下文中将不间断电源称为UPS。将UPS布置为可编程模块，并且经总线系统107与从属控制器109和主控制器105进行通信。布置UPS以在每个PDUx中提供虚拟“第四相”。UPS可以包括适当定尺寸的电池模块。术语“第四相”是指由UPS支持的可配置相。使用第四相经专用输出分接头112b将电力提供给在发生断电情况下被视为任务关键的设备119b。

布置主控制器105对UPS的容量以及通过UPS所提供的电力消耗进行控制和监测。然后，医疗系统或者维护技术人员通过以太网连接102可以对所监测的来自UPS的容量和电力消耗进行远程分析，以便确定是否需要对电流容量需求进行重新定义。将UPS雏菊式链在UPS和PDUx之间。在配电装置100正常工作期间通过从电缆106分叉的馈送线对UPS充电。经硬熔断器108和专用软熔断器110b将电力提供给专用电源分接头112b。除图1中所提及的熔断器110和分接头112之外，布置专用软熔断器110b和相应电源分接头112b。认为能够连接到专用电源分接头112b的医疗设备119b是任务关键。在断电情况下，UPS给连接到那些专用电源分接头112b的任务关键医疗设备119b提供大量所需电力持续一时段，该时段由UPS容量所确定。

在医疗环境中，用于MR系统或者X射线管的冷却单元或者存储尚未保存的检查数据的缓冲系统是这种任务关键系统的例子。不给冷却单元提供来自UPS的备用供电可能导致昂贵的氦从安全阀逃逸或者可能由于在断电之前产生的热能甚至导致对昂贵的X射线管的不能恢复的损害。在随后情况下，可能由于数据丢失需要对患者进行检查，使得必须进行另一轮检查。

此外，成像设备在断电之后可能需要经历某个预热时期。在预热时期期间，不能够使用成像设备采集图像。因此，UPS就位可能致使系统不必经历预热过程。针对任务关键医疗设备119b的需求调整UPS的容量。为了提供所定义的备用能量供应，预期在UPS中使用标准化电池设备。由于配电装置100的模块化，可以很容易改变UPS以便调整所需容量。在断电情况下，为了分配总可用备用电力并且在连接到专用分接头112b的所有任务关键医疗设备119b上散布该电力，通过主控制器105和相应从属控制器109对UPS进行控制。

布置监测模块对断电情况下UPS提供的电力进行监测。监测模块111和在相应PDUx处的从属控制器109之间的相互作用完全类似于前面关于图1所述。换言之，无论电力来自UPS还是来自PDU的干线输入101，都确保相同的电力节约和电力质量。

此外，布置图1或图2中的监测模块111对干线输入101处的电力信号进行监测。通过对在干线输入处的电力信号进行监测，可以在检测到断电的情况下执行下列故障弱化方案。主控制器105和各个从属控制器109具有存储在其上的优先级列表。在优先级列表之一中，列出了非任务关键医疗设备119连接到的电源分接头112的ID。根据该列表，在断电情况下，通过软熔断器110以由列表定义的顺序方式切断在电源分接头112处的供电。执行顺序切断，使得在列表上具有较高优先级的分接头112将比具有较低优先级的分接头112更晚被切断。换言之，列表内的位置定义了即使检测到断电仍然给相应电源分接头112提供电力的宽限期。

还存在那些被视为任务关键的电源分接头112b的第二优先级列表。类似地，在断电情况下，用UPS取代电源，并且如果UPS所提供的电流下降到所定义的阈值之下，就根据任务关键电源分接头112b在第二优先级列表上的位置切断他们。换言之，即使在断电情况期间，为了使系统稍候更容易上电，也可以以所定义的方式关闭系统。

还可以对主控制器105和/或从属控制器109进行编程，以产生下列特征：

-在PDU启动期间基于嵌入在主控制器105或者从属控制器109的电路中的列表参考值执行自动V-I(电压(V)-电流(I))传感器自校准例程。这防止断路器108由于温度影响额定下降并且改善了精确性。

-总电力预算监测和接通/切断软熔断器110还基于自动检测到的PDU配置。在“完整性检查”中，将在分接头112处实际监测到的功率消耗与之前已知的存储在主和/或从属控制器105、109的存储器中的功率消耗特性进行比较。可以由其设备被授权为能够连接到PDU某些厂商提供功率消耗特性。这允许检测是否发生篡改，即因为来自非授权厂商的设备可能具有与那些预存在控制器105、109存储器中的设备不同的功率特性，所以这允许检测来自非授权厂商的设备是否被连接到PDU。

-控制绝缘通用3相电力轨开关(图1或图2中未示出)。这使得能够设置PDU的旁路并且建立重负载到医院干线110的直接连接。在该旁路情况下，经主电缆106之一将重负载连接到通用3相电力轨开关，并且从那里直接到干线输入101。对主控制器105和/或相应从属控制器109进行编程，以自动检测该旁路连接。因此，无论是经变压器104提供电力还是经在通用3相电力轨开关上建立的旁路连接提供电力，控制器105、109通过接通/切断熔断器110(并且因此分接头112)的控制功能仍然是可用的。通过在通过旁路连接提供的电力上维持控制功能，可以防止接地回路。

进一步概括配电装置100的特征：

可以在安装时间之后将输出分接头112添加到PDU或者PDUx。

每个输出分接头112在生产-安装-和运行-时间是可配置的。该可配置性由用于所需设置的手工配置和基于所连接PDUx的检测的自动软件受控配置的组合组成。同样，可以在设计或者安装时间之后的后来阶段添加(可选的)UPS、隔离变压器和过滤器。

配电装置100允许在所连接的负载119上对总可用电力的自由软件受控(重新)分配。

由于PDU和多个PDUx的模块化布置，所以需要更少干线电缆106并且可以避免诸如串扰的EMC(电磁兼容)现象。

通过使用来自在分接头112处所监测的电力信号的信息，主控制器105和从属控制器109实现经软件执行的电力节省(诸如空闲状态检测的软件)，并且作为对其的响应，实现自动切断不利用的医疗设备119以及/或者它们相关联的消耗者。控制器105、109还可以提供用户建议，用户建议采用为了由服务个人计算机接收而发布的维修消息的形式。

现在参考图3，示出了将来自电源的电力配送给一个或多个负载的方法的基本流程图。

在第一步骤S10中，确定与在一个或多个负载处所提供的电力相关的电压或者电流强度是否超过预定的临界阈值。

如果超过，就在步骤S15中通过切断布置在电源和负载之间的断路器切断在一个或多个负载处的电力，从而保护负载免受即将发生的损害。

在步骤S20中，对在一个或多个负载处的电压或者电流强度进行监测。

在步骤S25中，将所监测的负载与电流强度或者电压阈值或者该阈值的范围/区间进行比较。

在步骤S30中，将控制命令发布给布置在断路器和负载之间的开/关可切换开关。根据受监测的电流强度或者电压或者与其相关联的参数，将控制命令发布为“接通”或者“断开”命令。参数可以包括预编程的时间量，在整个该时间量中，将电压或者电流强度维持在阈值之上。参数还可以包括指示电流强度或者电压与预编程信号模式的偏离的程度。

在步骤S35中，如果所发布的命令是“接通”命令，就接通开/关可切换开关，从而在负载处或者在负载中的所选择的那些处实现接通或者恢复电力。

在步骤S40中，如果所发布的命令是“切断”命令，就切断开/关可切换开关，从而在负载处或者在负载中所选择的那些处实现切断电力。

在步骤S35或S40中的接通或者切断发生在电压或者电流强度低于临界阈值时。通过步骤S35或者S40，实现对在一个或多个负载中的电力配送进行控制，并且可以避免用于防止即将发生的损害而切断断路器的步骤S10。

在步骤S45中，如果发现设计为给负载使用备用电力的备用电源接近耗尽状态，就以优先级顺序切断熔断器。以这种方式，具有较高优先级的任务关键负载比具有较低优先级的任务关键负载更晚从备用电源断开连接。

在可选步骤S50中，如果来自电源的电力是多相信号，就将多相信号划分成3个单输入相位。以这种方式，可以通过(多个)单独的一相信号将电力分别提供给负载。

在可选步骤S50中，基于所监测的电流强度和电压，在3个输入相位上对所连接的总负载进行负载平衡。

另外，应该指出，“包括”不排除其它元件或者步骤，并且“一”或者“一个”不排除多个。此外，应该指出，还可以结合上述其它示例性实施例的特征或者步骤使用参考上面示例性实施例之一所描述的特征或者步骤。不将权利要求中的参考标号理解为限制。

Claims (15)

1.一种能够连接到一个或多个负载(119)的电力配送装置(100)，所述装置包括：

干线变压器(104)，其具有用于接收要配送给一个或多个负载(119)的电力的干线输入；

一个或多个分接头(112)，其用于给所述负载提供所接收的电力；

一个或多个断路器(108)，其用于：如果与在所述一个或多个负载处所提供的电力相关联的电压或者电流强度超过预定的临界阈值就切断在所述一个或多个负载处的供电，从而保护所述负载免受损害；

监测模块(111)，其布置用于对在所述一个或多个负载处的电压或者电流强度进行监测；

可编程控制模块(105，109)，其布置用于响应于并且取决于所监测的电压或者电流强度发布控制命令；

一个、多个可编程熔断器(110)，其布置用于响应于所发布的控制命令接通或者切断在所述一个或多个分接头(112)处所提供的电力，在电压或者电流强度低于所述临界阈值时，发生所述接通或者切断所述熔断器(110)，从而控制电力在所述一个或多个负载(119)上的所述配送。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述控制模块或者所述熔断器在所述配电装置工作期间是可编程或者可重新编程的。

3.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述熔断器是可编程的，以改变所述熔断器的切换时间或者所述熔断器的时间-电流特性。

4.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述监测模块还布置用于对在所述干线输入处的电压或者电流强度进行监测。

5.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，将一个或多个分接头布置成组，给分接头的所述组中的每个提供组专用量的电力，所述专用量的电力对应于能够连接到分接头的所述组中的任何一个内的所述分接头的所述负载的电力需求。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述控制模块(105，109)具有分布式架构，包括：

主模块(105)，其布置用于控制从所述干线变压器到分接头的所述组的电力的组专用供应；

一个或多个从属控制模块(109)，每个所述从属控制模块与所述分接头的所述组之一相关联，所述从属控制模块布置用于接通或者切断相关联的分接头的组内的所述分接头的所述熔断器。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述一个或多个从属控制模块布置用于从所述主控制接收配置命令，所接收的命令适合于对所述从属模块中的任何一个进行重新编程或者对与所述一个或多个从属控制器中的任何一个相关联的所述熔断器中的任何一个进行重新编程。

8.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，还包括不间断备用电源(UPS)，其适合于当所述装置在使用中时不再在所述干线输入处接收到电力的情况下，给所述一个或多个负载中的任务关键负载提供电力。

9.如权利要求8所述的装置，其中，如果所述备用电源接近耗尽状态，就以按优先级的次序切断所述熔断器，使得具有较高优先级的任务关键负载比具有较低优先级的任务关键负载更晚从所述备用电源断开连接。

10.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述负载是医疗设施中的医疗成像设备。

11.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述熔断器布置为诸如晶闸管的固态开关。

12.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述控制模块布置用于将在所述干线输入处的3相电力信号分成三个单独信号，以便给能够连接的所述负载之一提供所获得的单相电力信号。

13.如权利要求12所述的装置，其中，基于所监测的电流强度和电压，在所述三个输入相上对所连接的总负载进行负载平衡。

14.一种给一个或多个负载配送电力的方法，所述方法包括：

如果与在所述一个或多个负载处提供的电力相关联的电压或者电流强度超过预定的临界阈值，就切断(S10)在所述一个或多个负载处所提供的电力，从而保护所述负载免受损害；

对在所述一个或多个负载处的电压或者电流强度进行监测(S20)；

响应于并且取决于所监测的电压或者电流强度，发布(S30)控制命令；

响应于所发布的控制命令，接通或者切断(S35，S40)在所述一个或多个负载处所提供的电力，在电压或者电流强度低于所述临界阈值时发生所述接通或者切断，从而控制电力在所述一个或多个负载上的所述配送。

15.一种具有在其上存储有计算机可读指令的计算机可读介质，所述计算机可读指令适合于使计算机执行与给一个或多个负载配送电力相关的下列步骤：

如果与在所述一个或多个负载处所提供的电力相关联的电压或者电流强度超过预定的临界阈值，就切断在所述一个或多个负载处所提供的电力，从而保护所述负载免受损害；

对在所述一个或多个负载处的电压或者电流强度进行监测；

响应于并且取决于所监测的电压或者电流强度，发布控制命令；

响应于所发布的控制命令，接通或者切断在所述一个或多个分接头处所提供的电力，在电压或者电流强度低于所述临界阈值时，发生所述接通或者切断，从而控制电力在所述一个或多个负载上的所述配送。

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