CN103368253A - 智能发电机组负荷控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及供电设备技术领域,公开了一种智能型发电机组负荷控制方法和系统,该方法包括:实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;将控制策略信号转换为开关控制信号;由开关控制信号控制开关状态和蓄电池组接口电压,实现蓄电池组的充放电控制。本发明的技术方案实现了蓄电池充放电的智能调节,可根据发电机组负荷状况动态调整蓄电池组充放电方式,充分利用市电资源,并可缓解发电机组超负荷工作的状况,在运行可靠性保障的前提下提高了资源使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及供电设备技术领域,特别涉及一种智能型发电机组负荷控制方法和系统。
背景技术
在核心的通信网络节点,为了保证整个通信网络的安全和稳定性,需要在断电等突发情况发生时保证通信系统能持续正常运行,直到恢复正常供电。长期以来,发电机组作为通信系统的后备电源,得到了广泛的应用。采用发电机组进行后备电源供应时,要根据通信系统的负荷选择适当的发电机组,此外,为了进一步保证供电的稳定性和持续性,在布置发电机组的同时通常还会采用蓄电池组作为后备电源的补充。
在传统设计中,发电机组容量往往是包含了通信系统负荷需求和蓄电池充电负荷需求,也就是说,无论是否发生断电,发电机组都必须考虑蓄电池组的充电需求,发电机组的功率下限需要满足蓄电池组的充电需求。采用现有方式,无论是市电供电还是发电机组供电,对蓄电池的充放电管理都一样,即充电始终由发电机组完成,放电则仅在发电机组超负荷时进行。该方式只需将蓄电池组与发电机组简单连接,由发电机组控制蓄电池组的充放电,理论上较易完成设计规划。
但实际情况中,现有方式使得发电机组一次性设计容量过大,尤其是针对后备时间长、选用蓄电池组容量大的核心机房,需要采用极大容量的发电机组。而根据调查,目前市电供电基本稳定,尤其是城市中心核心机房,停电次数相对较少,停电时长相对较短,发电机组的实际使用次数极少,采用现有方式既造成设备购置投资增大又造成油机房面积增大,使用效率低,资源浪费情况严重。而如果想在现有方式的基础上进行有效的动态规划,现有的简单连接和控制的方式又难以实现灵活的配置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何智能调节蓄电池组的充放电以降低发电机组的设计容量。
为解决上述问题,一方面,本发明提供了一种智能型发电机组负荷控制方法,所述方法包括步骤:
实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;
将控制策略信号转换为开关控制信号;
由开关控制信号控制开关状态和蓄电池组接口电压,实现蓄电池组的充放电控制。
优选地,根据所述状况生成控制策略信号包括:
当市电供电时发电机组不工作,生成控制策略信号为执行蓄电池组充电信号;
当市电断电时发电机组开始供电,生成控制策略信号为执行蓄电池组保持信号;
当发电机组工作超负荷时,生成控制策略信号为执行蓄电池组放电信号。
优选地,所述执行蓄电池组充电信号被转换为开关电源的市电供电及充电控制信号;市电供电控制信号打开市电供电开关,由市电向负载提供供电电力,同时充电控制信号将蓄电池组切换到利用市电充电状态;
所述执行蓄电池组保持信号被转换为开关电源的发电机组供电及保持控制信号;发电机组供电控制信号打开发电机组供电开关,由发电机组向负载提供供电电力,同时保持控制信号将蓄电池组切换到保持状态;
所述执行蓄电池组放电信号被转换为开关电源的蓄电池组补充供电控制信号;蓄电池组补充供电控制信号继续打开发电机组供电开关,同时将蓄电池组切换到放电状态,由发电机组和蓄电池组共同向负载提供供电电力。
优选地,将蓄电池组切换到利用市电充电状态具体包括步骤:将蓄电池组接口电压调节为充电电压,将市电以恒压限流方式提供给蓄电池充电;
将蓄电池组切换到保持状态具体包括步骤:跟踪蓄电池组接口电压,将接口电压始终调节为与蓄电池内部电压一致,限制蓄电池组充放电电流为零;
将蓄电池组切换到放电状态具体包括步骤:降低蓄电池组接口电压,保持蓄电池组小电流放电以使发电机组负荷回复到安全范围内。
优选地,执行蓄电池组放电信号中包含了对蓄电池组放电电流的控制信号,放电电流根据发电机组的超负荷状况实时调整。
另一方面,本发明还同时提供了一种智能型发电机组负荷控制系统,所述系统包括发电机组和蓄电池组,所述系统还包括:负荷控制单元、充放电控制单元和开关电源;其中,
所述负荷控制单元用于实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;
所述充放电控制单元用于接收所述控制策略信号,根据所述控制策略信号生成开关控制信号;
所述开关电源用于接收所述开关控制信号控制开关状态和蓄电池组接口电压,实现对蓄电池组充放电进行控制。
优选地,所述负荷控制单元进一步包括:市电策略单元、后备策略单元和超负荷策略单元;其中,
所述市电策略单元用于当市电供电时发电机组不工作,生成控制策略信号为执行蓄电池组充电信号;
所述后备策略单元用于当市电断电时发电机组开始供电,生成控制策略信号为执行蓄电池组保持信号;
所述超负荷策略单元用于当发电机组工作超负荷时,生成控制策略信号为执行蓄电池组放电信号。
优选地,所述充放电控制单元进一步包括:充电控制单元、保持控制单元和放电控制单元;其中,
所述充电控制单元用于将所述执行蓄电池组充电信号转换为开关电源的市电供电及充电控制信号;
所述保持控制单元用于将所述执行蓄电池组保持信号转换为开关电源的发电机组供电及保持控制信号;
所述放电控制单元用于将所述执行蓄电池组放电信号被转换为开关电源的蓄电池组补充供电控制信号。
优选地,所述开关电源进一步包括:市电供电开关、发电机组供电开关和蓄电池组接口;其中,
所述市电供电开关受市电供电控制信号而打开,由市电向负载提供供电电力;
所述发电机组供电开关受发电机组供电控制信号或蓄电池组补充供电控制信号而打开,由发电机组向负载提供供电电力;
所述蓄电池组接口受充电控制信号控制将蓄电池组切换到利用市电充电状态,受保持控制信号控制将蓄电池组切换到保持状态,受蓄电池组补充供电控制信号控制将蓄电池组切换到放电状态。
优选地,所述超负荷策略单元中进一步包括:
放电策略单元,用于生成对蓄电池组放电电流的控制信号,放电电流根据发电机组的超负荷状况实时调整。
本发明的技术方案实现了蓄电池充放电的智能调节,可根据发电机组负荷状况动态调整蓄电池组充放电方式,充分利用市电资源,并可缓解发电机组超负荷工作的状况,在运行可靠性保障的前提下提高了资源使用效率。
附图说明
图1为本发明一个实施例中智能型发电机组负荷控制方法的流程示意图;
图2为本发明一个实施例中智能型发电机组负荷控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式,所述描述是以说明本发明的一般原则为目的,并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例中,考虑到现有的设计规划方式的核心问题在于系统模 式过于简单,未充分利用市电对后备电源进行补偿,因而提供了一种智能型发电机组负荷控制系统和方法,以采用新的策略进行蓄电池充放电管理,减少发电机组设计容量,优化发电机组负荷。
参见图1,在本发明的一个实施例中,智能型发电机组负荷控制方法包括步骤:
实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;
将控制策略信号转换为开关控制信号;
由开关控制信号控制控制开关状态和蓄电池组接口电压,实现蓄电池组的充放电控制。
其中,当市电供电时发电机组不工作,控制策略信号为执行蓄电池组充电信号;将执行蓄电池组充电信号转换为开关电源的市电供电及充电控制信号;市电供电控制信号打开市电供电开关,由市电向负载提供供电电力,同时充电控制信号将蓄电池组切换到利用市电充电状态;
当市电断电时发电机组开始供电,控制策略信号为执行蓄电池组保持信号;将执行蓄电池组保持信号转换为开关电源的发电机组供电及保持控制信号;发电机组供电控制信号打开发电机组供电开关,由发电机组向负载提供供电电力,同时保持控制信号将蓄电池组切换到保持状态;
当发电机组工作超负荷时,控制策略信号为执行蓄电池组放电信号;将执行蓄电池组放电信号转换为开关电源的蓄电池组补充供电控制信号;蓄电池组补充供电控制信号继续打开发电机组供电开关,同时将蓄电池组切换到放电状态,由发电机组和蓄电池组共同向负载提供供电电力。
更进一步地,将蓄电池组切换到利用市电充电状态具体包括步骤:将蓄电池组接口电压调节为充电电压,将市电以恒压限流方式提供给蓄电池充电。优选地,充电电流限制在0.1C(即电流的安培数值等于蓄电池组容量安时数值的十分之一,比如200AH的蓄电池组充电电流为20A),但本领域相关技术人员应能理解,0.1C仅为本领域所惯用的标准,实际情况中可由用户现场自由设定充电率。
将蓄电池组切换到保持状态具体包括步骤:跟踪蓄电池组接口电压,将接口电压始终调节为与蓄电池内部电压一致,限制蓄电池组充放电电流为零。
将蓄电池组切换到放电状态具体包括步骤:降低蓄电池组接口电压,保持蓄电池组小电流放电以使发电机组负荷回复到安全范围内。优选地,执行蓄电池组放电信号中包含了对蓄电池组放电电流的控制信号,放电电流根据发电机组的超负荷状况实时调整。
本领域相关技术人员应能理解,与本发明的方法相对应的,本发明还同时包括一种智能型发电机组负荷控制系统,所述系统包括发电机组和至少一组蓄电池组,如图2所示,本发明的一个优选实施例中,该系统还包括:
负荷控制单元、充放电控制单元和开关电源;其中,负荷控制单元位于供电端,连接发电机组和充放电控制单元(如图2所示,负荷控制单元还接受市电的输入),实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;充放电控制单元位于负载端,每一蓄电池组与一开关电源和充放电控制单元相耦合(图2中示出了3个蓄电池组的实施方式,实际情况中蓄电池组根据系统需求可以为一个或任意多个,相应地开关电源和充放电控制单元也为一个或任意多个,蓄电池组、开关电源和充放电控制单元还可以集成在一起,在此不应作为本发明实施方式的限制),由充放电控制单元接收所述控制策略信号,根据所述控制策略信号生成开关控制信号,开关电源接收所述开关控制信号控制开关状态和蓄电池组接口电压,从而实现对蓄电池组充放电进行控制。
为保护蓄电池组,上述过程中蓄电池组始终工作在浮充状态。为保证开关控制切换及时准确,开关电源为高频开关电源。更优选地,当发电机组供电时,根据发电机组工作状况,还可发出紧急告警、重要告警和一般告警,并可以通过网络,向监控中心提供实时信息,以提醒监控人员及时对异常情况进行处理,避免发电机组严重超负荷运行。
本发明参考了企业系统集成方法论,根据发电机组的负荷性能结合蓄电池的工作原理,在现有技术条件下,利用高频开关电源设备的性能,设计一种新的蓄电池充电管理系统,在发电机组供电期间,根据发电机组的容量剩余情况,自动控制充电电流,必要时发电机组与蓄电池组混合供电。在本发明更进一步的实施方式中,供电方式还可以根据蓄电池组情况进行选择:在同一局站,可能有多套直流电源系统,每套系统蓄电池配置的后备时间不等,根据发电机组的容量情况,对后备时间短的控制蓄电池组工作在静置状态; 对后备时间长的可以小容量放电,及部分负荷由发电机组供电,部分负荷由蓄电池供电。
另外,本领域相关技术人员应能理解,市电供电通常为交流输出,而通信系统的负载(应与开关电源相连,图2中未示出)通常使用直流电,因而市电供电时会根据负载情况将交流电转换为直流电或接近直流电的方式提供给负载和蓄电池组,该方式为本领域所惯用的,本发明不再展开描述,且该方式不应理解为对本发明的限制。
各单元的实际控制过程如上述方法所述,在此不再赘述,以下通过一个具体的实施场景说明本发明技术方案的设计优势:
在本实施场景中,核心通信网络节点为某通信机楼,共有三套需要直流供电的负载,按照停电8小时考虑,分别为:直流48V/1000A供电系统一套,正常输出电流550A,配2000AH蓄电池组2组;直流48V/2000A供电系统一套,正常输出电流1050A,配3000AH蓄电池组2组;直流240V/1200A供电系统一套,正常输出电流750A,配1500AH蓄电池组2组。下面分别采用传统控制方法和本发明的控制方法,以0.1C充电电流为例,设计配置发电机组容量为:
按照传统设计,发电机组总负荷=(通信负载功率+蓄电池充电功率)/0.9;其中,0.9为整流效率;
第一套供电系统通信负载功率P1=48V*550A=26400W=26.4KW,第一套供电系统蓄电池充电功率P1'=48V*200A*2=19200W=19.2KW;
第二套供电系统通信负载功率P2=48V*1050A=50400W=50.4KW,第二套供电系统蓄电池充电功率P2'=48V*300A*2=28800W=28.8KW;
第三套供电系统通信负载功率P3=240V*750A=180000W=180KW,第三套供电系统蓄电池充电功率P3'=240V*150A*2=72000W=72KW;
则传统发电机组总负荷Po=(26.4+50.4+180+19.2+28.8+72)/0.9=419KW,即需要选用500KW发电机组。
而采用本发明的智能型发电机组负荷控制方法,蓄电池充电功率由市电供电时承担,发电机组无需考虑,则本发明中发电机总负荷Pn=(26.4+50.4+180)/0.9=285.3KW,即只需选用300KW发电机组。
与现有技术相比,本发明的技术方案实现了蓄电池充放电的智能调节,具有以下几点明显的优势:
(1)采用智能型发电机组负荷控制方法,在运行可靠性保障的前提下,减少发电机组设计容量,减少了投资;
(2)通过控制系统,保持发电机组负荷平稳,安全运行,提高发电机组使用效率,进一步节能减排;
(3)当通信业务发展超出预期容量,发电机组容量不满足系统供电时,通过智能控制系统使发电机组和蓄电池组混合供电,以缓解发电机组容量不足的问题。
虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述,但本领域的技术人员应该理解,本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例,在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下,可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。
Claims (10)
1.一种智能型发电机组负荷控制方法,其特征在于,所述方法包括步骤:
实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;
将控制策略信号转换为开关控制信号;
由开关控制信号控制开关状态和蓄电池组接口电压,实现蓄电池组的充放电控制。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述状况生成控制策略信号包括:
当市电供电时发电机组不工作,生成控制策略信号为执行蓄电池组充电信号;
当市电断电时发电机组开始供电,生成控制策略信号为执行蓄电池组保持信号;
当发电机组工作超负荷时,生成控制策略信号为执行蓄电池组放电信号。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
所述执行蓄电池组充电信号被转换为开关电源的市电供电及充电控制信号;市电供电控制信号打开市电供电开关,由市电向负载提供供电电力,同时充电控制信号将蓄电池组切换到利用市电充电状态;
所述执行蓄电池组保持信号被转换为开关电源的发电机组供电及保持控制信号;发电机组供电控制信号打开发电机组供电开关,由发电机组向负载提供供电电力,同时保持控制信号将蓄电池组切换到保持状态;
所述执行蓄电池组放电信号被转换为开关电源的蓄电池组补充供电控制信号;蓄电池组补充供电控制信号继续打开发电机组供电开关,同时将蓄电池组切换到放电状态,由发电机组和蓄电池组共同向负载提供供电电力。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,
将蓄电池组切换到利用市电充电状态具体包括步骤:将蓄电池组接口电压调节为充电电压,将市电以恒压限流方式提供给蓄电池充电;
将蓄电池组切换到保持状态具体包括步骤:跟踪蓄电池组接口电压,将接口电压始终调节为与蓄电池内部电压一致,限制蓄电池组充放电电流为零;
将蓄电池组切换到放电状态具体包括步骤:降低蓄电池组接口电压,保持蓄电池组小电流放电以使发电机组负荷回复到安全范围内。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,执行蓄电池组放电信号中包含了对蓄电池组放电电流的控制信号,放电电流根据发电机组的超负荷状况实时调整。
6.一种智能型发电机组负荷控制系统,所述系统包括发电机组和蓄电池组,其特征在于,所述系统还包括:负荷控制单元、充放电控制单元和开关电源;其中,
所述负荷控制单元用于实时监测发电机组的状况并根据所述状况生成控制策略信号;
所述充放电控制单元用于接收所述控制策略信号,根据所述控制策略信号生成开关控制信号;
所述开关电源用于接收所述开关控制信号控制开关状态和蓄电池组接口电压,实现对蓄电池组充放电进行控制。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述负荷控制单元进一步包括:市电策略单元、后备策略单元和超负荷策略单元;其中,
所述市电策略单元用于当市电供电时发电机组不工作,生成控制策略信号为执行蓄电池组充电信号;
所述后备策略单元用于当市电断电时发电机组开始供电,生成控制策略信号为执行蓄电池组保持信号;
所述超负荷策略单元用于当发电机组工作超负荷时,生成控制策略信号为执行蓄电池组放电信号。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述充放电控制单元进一步包括:充电控制单元、保持控制单元和放电控制单元;其中,
所述充电控制单元用于将所述执行蓄电池组充电信号转换为开关电源的市电供电及充电控制信号;
所述保持控制单元用于将所述执行蓄电池组保持信号转换为开关电源的发电机组供电及保持控制信号;
所述放电控制单元用于将所述执行蓄电池组放电信号被转换为开关电源的蓄电池组补充供电控制信号。
9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于,所述开关电源进一步包括:市电供电开关、发电机组供电开关和蓄电池组接口;其中,
所述市电供电开关受市电供电控制信号而打开,由市电向负载提供供电电力;
所述发电机组供电开关受发电机组供电控制信号或蓄电池组补充供电控制信号而打开,由发电机组向负载提供供电电力;
所述蓄电池组接口受充电控制信号控制将蓄电池组切换到利用市电充电状态,受保持控制信号控制将蓄电池组切换到保持状态,受蓄电池组补充供电控制信号控制将蓄电池组切换到放电状态。
10.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述超负荷策略单元中进一步包括:
放电策略单元,用于生成对蓄电池组放电电流的控制信号,放电电流根据发电机组的超负荷状况实时调整。
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