CN103606944B - 一种通信机房智能供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电设备技术领域，公开了一种智能供电系统。该系统包括：市电输入端、监测控制单元、开关电源模块、备用电源、逆变模块和切换输出模块；其中，市电输入端与监测控制单元耦接并外接市电网；监测控制单元分别与开关电源模块、逆变模块和切换输出模块相耦接，监测控制单元根据系统运行状态来打开所述开关电源模块对备用电源充电或打开逆变模块使用备用电源供电。本发明的技术方案可以实现电网负荷移峰填谷的方式供电，有效地避免了电网负荷不平衡，有效减少电网的安全隐患，达到节能减排效果，有效节省用电费用。

Description

一种通信机房智能供电系统

技术领域

本发明涉及供电设备技术领域，特别涉及一种通信机房智能供电系统。

背景技术

长期以来，由于工业生产要依照一定的作息规律进行，用电量大的工业用电极不平衡，白天用电供不应求，供电公司对用户限电现象频繁发生，给人们经济和生活造成了极大影响；夜间用电又供大于求，既对电网造成安全隐患，又造成能源浪费。为减小电网负荷，不少地区的供电公司采用了分时计价方式以鼓励用户减少高峰期用电而主要在夜间用电。但对于需要持续大规模用电的设备来说，单纯在某些时段改变供电负荷显然是不现实的。

典型地，如通信机房，要保证通信的畅通，其设备的工作状态及环境温度需要保持相对稳定，设备和空调的用电量不可能有太大的变化。在此情况下，现有技术中出现了使用蓄电池来实现移峰填谷的供电方式，亦即在保持系统供电负荷持续不变的情况下，以蓄电池作为储能设备，将低谷期的电能蓄积到高峰期来使用。采用这种方式可以减少供电高峰期的对外用电量，增加供电低谷期的对外用电量，从而平衡供电网负荷并节约用户的用电费用。

但是，现有的应用蓄电池实现移峰填谷的供电系统需要人工的方式进行供电方式的切换，导致供电系统的人工成本大；而且，目前较为成熟使用的铅酸蓄电池也有诸多弊端，如：铅酸蓄电池体积大，单位能量重量比大，耐高温特性差，高温季节需要空调制冷支持，从而造成建设成本大，同时由于铅酸蓄电池充放电循环寿命短，通常充放电循不超过500次，使用充放电工作方式寿命短，需要频繁更换，不具备实用性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何自动完成均衡的错峰用电。

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种智能供电系统，所述系统包括：市电输入端、监测控制单元、开关电源模块、备用电源、逆变模块和切换输出模块；其中，所述市电输入端与所述监测控制单元耦接并外接市电网；所述监测控制单元分别与所述开关电源模块、所述逆变模块和所述切换输出模块相耦接，所述监测控制单元根据所述系统的运行状态来打开所述开关电源模块对所述备用电源充电或打开所述逆变模块使用所述备用电源供电。

所述逆变模块在所述备用电源放电时完成直流输出到交流输出的转换，所述监测控制单元根据系统的工作状态发送切换信号，使所述切换输出模块在逆变输出和市电输出之间选择当前需要的输出方式提供给通信机房负载用电设备；

所述监测控制单元包括控制逻辑和耦接到控制逻辑的定时器及温度传感器；所述定时器提供用于判断谷电时段和峰电时段的定时信号，所述温度传感器用于感测环境温度，所述控制逻辑根据所述定时信号在所述谷电时段打开所述开关电源模块并设置一较低的环境温度，在所述峰电时段打开所述逆变模块并设置一较高的环境温度；所述监测控制单元还直接与机房空调设置器耦接，根据设置和感测的环境温度差对所述空调的工作状态进行调整。

优选地，所述开关电源模块与所述监测控制单元和所述备用电源相耦接，接收所述监测控制单元的控制信号而将市电网的电能传送至所述备用电源。

优选地，所述监测控制单元还包括电压检测器和电流传感器，分别检测充放电回路中的电压和电流，确定所述备用电源的充放电状态。

优选地，所述监测控制单元还包括告警单元，接收所述电压检测器和所述电流传感器的检测数据，对充放电异常状态进行告警提示。

优选地，所述开关电源模块为高频开关电源模块。

优选地，所述备用电源为蓄电池组。

优选地，所述蓄电池组为磷酸铁锂蓄电池组。

与现有技术相比，本发明的技术方案可以实现电网负荷移峰填谷的方式供电，有效地避免了电网负荷不平衡，有效减少电网的安全隐患，达到节能减排效果，有效节省用电费用。

附图说明

图1为本发明一个实施例中智能供电系统的结构示意图。

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、完整的描述。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。

对于核心的通信节点来说，除了设备本身的持续运行外，运行环境的稳定性也是很重要的问题。目前的移动通信基站和通信接入网等通信机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、数据设备、传输设备等都是较大的发热体，要避免过高的温度引起电子迁移率变大，必须保持机房维持一定的工作环境温度(基站环境标准GB50174-93规定长年基站温度18℃-28℃)。目前机房温度控制主要靠空调来实现，一年365天大部分时间空调均处于运行(制冷)状态，即使夜间温度在20℃左右(此温度也满足室内通讯设备工作环境要求)空调也是开启的。现有的机房温控方式对电量需求很大，且必须持续供电，对电网负荷及用户成本均是很大的负担。

为了实现错峰用电，充分利用用电低谷期的低费用及低负荷，本发明的实施例中利用蓄电池组构成备用电源，通过对备用电源的充放电进行智能监控，实现了用电移峰填谷的自动管理和切换。

如图1所示，本发明的一个实施例中，智能供电系统1包括市电输入端101、监测控制单元102、开关电源模块103、备用电源104、逆变模块105和切换输出模块106；其中，市电输入端101与监测控制单元102耦接并外接市电网；监测控制单元102分别与开关电源模块103、逆变模块105和切换输出模块106相耦接，监测控制单元102根据系统1运行状态来打开所述开关电源模块103对备用电源104充电或打开逆变模块105使用备用电源104供电。

其中，开关电源模块与监测控制单元和备用电源相耦接，接收监测控制单元的控制信号而将市电网的电能传送至备用电源。

备用电源优选为蓄电池组，更优选为磷酸铁锂蓄电池组。备用电源耦接开关电源模块和逆变模块，在谷电时段利用市电进行充电，在峰电时段通过逆变模块输出交流电。

监测控制单元包括控制逻辑和耦接到控制逻辑的定时器、温度传感器、电压检测器及电流传感器，所述定时器提供用于判断谷电时段和峰电时段的定时信号，所述温度传感器用于感测环境温度，所述控制逻辑根据定时信号在谷电时段打开所述开关电源模块并设置一较低的环境温度，在峰电时段打开所述逆变模块并设置一较高的环境温度。优选地，监测控制单元还直接与空调设置器耦接(可以直接电连接空调控制器或发送遥控信号)，根据设置和感测的环境温度差对空调工作状态进行调整(比如感测的环境温度高于设置的环境温度时增大空调制冷功率，反之则减小)。此外，电压检测器和电流传感器分别检测充放电回路中的电压和电流，确定所述备用电源的充放电状态。优选地，监测控制单元还包括告警单元，对充放电异常状态进行告警提示，通知维护人员进行检修处理。典型的异常状态有：谷电时段，当充电设置时间到而蓄电池未达到充电终了条件时，系统不能转入放电状态，需继续充电，发出继续充电告警；峰电时段，在放电过程中，当放电设置时间未到而蓄电池提前达到放电终了条件时，系统自动将关闭逆变模块，将供电切换到市电供电，同时发出紧急告警。优选地，所述告警信息均发给外部的维护监控设备2，由专门的维护人员根据告警内容进行有针对性的处理。

逆变模块在备用电源放电时完成直流输出到交流输出的转换，监测控制单元根据系统的工作状态发送切换信号，使切换输出模块在逆变输出和市电输出之间选择当前需要的输出方式提供给负载3。作为负载的用电设备优选为通信节点设备及空调。

在本发明的实施例中，开关电源模块优选为高频开关电源模块，所述高频开关电源模块由若干(至少两个)整流模块构成，并分为两组：G组(供电保障组，包含至少一个所述整流模块)和C组(充电保障组，包含至少一个所述整流模块)。其中，当蓄电池组充满电后，所述监测控制单元控制所述高频开关电源模块中的C组断开与市电网的连接，G组以低电压空载运行(G组的输出电压小于所述蓄电池组的输出电压，但高于负载的工作电压)，此时蓄电池组进行放电，为负载供电。当蓄电池组放电结束后，所述监测控制单元控制所述高频开关电源模块中的所有整流模块都以设定的浮充电压工作(所述C组中的所述整流模块重新接入所述外部电网，与G组同时为所述蓄电池组充电并为负载供电)。

更优选地，高频开关电源模块由N+2个整流模块构成(N的值由总电流除以单个模块额定电流确定，总电流按照0.25C充电电流+负载电流计算)，并分为两组：G组和C组，所述供电系统实时检测负载电流，根据负载电流对模块数量动态分组，以1.2～1.5倍负载电流确定G组容量，其余为C组。

备用电源由磷酸铁锂蓄电池组构成，以单体电压3.375v/只计算，直流48V供电系统采用16节串联组成；直流240V供电系统采用80节串联组成；所述磷酸铁锂蓄电池组可以安装一组或多组，总容量按照负载电流数值放电不小于16小时计算。

所述监测控制装置103由型号为RS485的控制芯片构成，总线与高频开关电源模块中的整流模块连接，完成模块均流、充电限流、定时充放电、故障报警等功能。此外还采用网络接口，优选为RS232接口，与维护监控设备连接。

所述供电系统设计每天分两个时间段，第一时间段为谷电阶段，系统为充电工作状态；第二时间段为峰电阶段，系统为放电工作状态。每个循环周期为24小时。若0点至8点为充电工作状态，则每天8点至24点为放电状态。(可以根据当地供电部门的峰谷电价政策灵活设置)。系统以监测控制单元为核心，根据设置要求自动完成充电、逆变以及空调供电电源的切换。

谷电时段，空调切换到市电供电，开关电源对蓄电池充电。当充电设置时间到，蓄电池未达到充电终了条件，系统不转入放电状态，继续充电，同时发出紧急告警，通知维护人员检查处理。

峰电时段，当充电设置时间到，蓄电池达到充电终了条件，系统自动开启逆变器，空调供电将由市电切换到逆变器。

放电过程中，当放电设置时间未到，蓄电池提前达到放电终了条件，系统自动将关闭逆变器，空调供电切换到市电供电，同时发出紧急告警，通知维护人员检查处理；

当放电过程中系统电压变化在预定的正常范围，放电设置时间到，自动将自动转入充电状态，进入下一轮循环。

空调温度设定点，由智能监测控制单元控制。峰电时段，设置温度较高，如32℃；谷电时段设置温度较低，如22℃，以便充分利用谷电蓄冷，减少峰电时段蓄电池能量消耗，提高供电效率。

另外，所述供电系统可以实现多种报警功能：

1、一般报警

工作方式转换报警：在设置定时工作状态时间段内，计时时间未到，发生了工作状态转换，但系统输出电压在安全范围内：48V系统不低于52V、240V系统不低于260V；

模块故障报警：浮充期间，任一模块故障，不能正常输出。

2、紧急报警：

电压过低报警：标称电压48V的系统输出低于49V、标称240V的系统输出低于245V；

停电报警：在定时充电时间段(浮充工作状态)，发生外部电网停电；

放电电压异常报警：在定时放电时间段，发生电压下降趋势异常的(前一周同时间段平均值对照)；

放电电流异常报警：在定时放电时间段，发生电流变化趋势异常的(前一周同时间段平均值对照)；

异常转换报警：定时工作时间未到，发生了工作状态转换，且系统输出电压异常：48V系统低于52V、240V系统低于260V；

充电电流异常报警：充电初期，充电电流没有达到限流值的；或充电电流超过限流设置值的10％；

充电电压异常报警：充电电压超过设定值5％；

充电容量异常报警：充电计时时间到，未达到充电终了标准；

放电容量异常报警：放电计时未到，提前到达系统终了电压；

多模块故障报警：浮充期间，2只及以上模块故障，不能正常输出。

与现有技术相比，本发明所述的一种智能供电系统，达到了如下效果：

1)可以实现电网负荷移峰填谷的方式供电，有效地避免了电网负荷不平衡，有效减少电网的安全隐患，达到节能减排效果，有效节省用电费用；

2)采用耐高温的电池，可以大幅提高机房设定温度，从而减少空调功耗，降低运行成本；

3)可实现自动检测负载电流，蓄电池放电时开启部分整流模块热备份，在确保持续安全供电的前提下，达到节能减排的效果；

4)对空调制冷参数按峰谷时段自动设置，充分发挥谷电的作用，保证核心设施稳定工作的情况下，有效调整了空调设施不同时段的用电量，进一步平衡了电网负荷和用户成本。

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 (7)

1.一种通信机房智能供电系统，其特征在于，所述系统包括：市电输入端、监测控制单元、开关电源模块、备用电源、逆变模块和切换输出模块；其中，

所述市电输入端与所述监测控制单元耦接并外接市电网；

所述监测控制单元分别与所述开关电源模块、所述逆变模块和所述切换输出模块相耦接，所述监测控制单元根据所述系统的运行状态来打开所述开关电源模块对所述备用电源充电或打开所述逆变模块使用所述备用电源供电；

所述逆变模块在所述备用电源放电时完成直流输出到交流输出的转换，所述监测控制单元根据系统的工作状态发送切换信号，使所述切换输出模块在逆变输出和市电输出之间选择当前需要的输出方式提供给通信机房负载用电设备；

所述监测控制单元包括控制逻辑和耦接到控制逻辑的定时器及温度传感器；所述定时器提供用于判断谷电时段和峰电时段的定时信号，所述温度传感器用于感测环境温度，所述控制逻辑根据所述定时信号在所述谷电时段打开所述开关电源模块并设置一较低的环境温度，在所述峰电时段打开所述逆变模块并设置一较高的环境温度；所述监测控制单元还直接与机房空调设置器耦接，根据设置和感测的环境温度差对所述空调的工作状态进行调整。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述开关电源模块与所述监测控制单元和所述备用电源相耦接，接收所述监测控制单元的控制信号而将市电网的电能传送至所述备用电源。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测控制单元还包括电压检测器和电流传感器，分别检测充放电回路中的电压和电流，确定所述备用电源的充放电状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述监测控制单元还包括告警单元，接收所述电压检测器和所述电流传感器的检测数据，对充放电异常状态进行告警提示。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述开关电源模块为高频开关电源模块。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述备用电源为蓄电池组。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述蓄电池组为磷酸铁锂蓄电池组。