CN109687535B - 综合保障电源供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合保障电源供电系统，包括综合电源设备，所述综合电源设备包括三相、单相市电输入端口、三相柴油发电输入端口、三相取力发电输入端口和直流电池输入端口以及高压直流输出端、直流不间断输出端、单相交流不间断输出端、三相交流旁路输出端和单相交流旁路输出端；所述综合电源设备包括以下五种供电模式：三相市电供电模式、单相市电供电模式、柴油发电模式、取力发电模式和直流电池供电模式。本发明提供一种综合保障电源供电系统，为后勤保障车提供供电及供电管理，保障作业人员在作战训练环境下的生活食宿以通信的电力需求。

Description

综合保障电源供电系统
技术领域
本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种综合保障电源供电系统。
背景技术
目前军队野外执行任务正常需要两辆车配合出行，一辆车用于执行任务，另一辆用于后勤保障，后勤保障车内部设备主要包括：作战使用类设备、服务保障类设备等(包括：照明系统、通信系统、炊事系统、营房系统等)，而各类设备在不同应用环境和使用条件下具有不同的设备优先级和供电配比，并且全天24小时内也各有不同需求特点(例如在照明、功耗和运行特性等方面)。因此，该后勤保障车的综合电源至少应具备以下能力：a)同时满足多类设备供电需求；b)针对时间特性进行供电智能化调配；c)能够智能调配各类设备的供电配额和供电需求；d)实现无人值守下的设备使用和预警、报警；e)实现设备的远程统一管理和状态监测等等；同时该综合电源也可以用在房车等设备上，具备综合用电保障能力。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种具有上述能力的综合保障电源供电系统，为后勤保障车提供供电及供电管理，保障作业人员在作战训练环境下的生活食宿以通信的电力需求；设备采用智能化实时监测管理技术，精准、自动实现外部供电电力变化、作业用电变化条件下的电力自动调配和智能化监管，为作业人员及设备提供安全可靠的用电保障，保障作战训练任务。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种综合保障电源供电系统，包括综合电源设备，所述综合电源设备包括多个输入端口和多个输出端口；所述多个输入端口分别包括三相市电输入端口、单相市电输入端口、三相柴油发电输入端口、三相取力发电输入端口和直流电池输入端口；所述多个输出端口包括高压直流输出端口、直流不间断输出端口、单相交流不间断输出端口、三相交流旁路输出端口和单相交流旁路输出端口；
所述综合电源设备包括以下五种供电模式：三相市电供电模式、单相市电供电模式、三相柴油发电模式、三相取力发电模式和直流电池供电模式。
所述的五种供电模式的优先顺序为：三相市电供电模式或单相市电供电模式优先于三相柴油发电模式，三相柴油发电模式优先于三相取力发电模式，三相取力发电模式优先于直流电池供电模式。
进一步地说，所述电源供电系统还设有双电源模式。
进一步地说，所述双电源模式为：三相柴油发电模式下，柴油发电机供电给其他支路，同时启用三相取力发电模式单独供电给临时启用的大功率设备。
进一步地说，所述双电源模式的工作流程为：柴油机供电模式下，当电源供电系统的检测模块检测到柴油发电机的实时输出功率达到90％及以上,则系统提示开启控制3，工作人员手动开启三相取力发电模式，然后启动双电源模式，切换为双电源模式；若柴油发电机的实时输出功率小于90％,则开启控制4，再开启其他支路，然后再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
进一步地说，三相市电供电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相市电输入端口有输入，打开任意想打开负载支路，检测模块同时检测实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
进一步地说，三相柴油发电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相柴油发电输入端口有输入，打开任意想打开的负载支路，检测模块同时检测当前系统的实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
进一步地说，三相取力发电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相取力发电模块有输入，打开任意想打开的负载支路，检测模块同时检测当前系统的实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
进一步地说，直流电池供电模式为：电源供电系统的检测模块检测到直流电池输入端口有输入，打开任意想打开负载支路，检测模块同时检测实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
进一步地说，单相市电供电模式为：当没有三相市电需要启用单相市电供电时，所述综合电源设备自动根据用户单相市电输入功率的大小，同时根据使用需求启用相应功率以下的负载；并且保留一个单相输入口，直接与直流电池组的充电机单相口连接，可直接供充电使用。
本发明的有益效果：
本发明的综合电源设备实现电能变换和功率传递，支持三相和单相市电、柴油发电机、取力发电机和电池组四种输入特性，具备直流不间断、高压直流、AC220V交流不间断、AC380V旁路输出和AC220交流旁路五种输出方式，具有输入输出保护及告警功能、智能控制和人机界面管理、安全性高、环境适应性强等特点。
附图说明
图1为本发明的综合电源设备组成框架图；
图2为本发明的综合电源设备硬件组成框图；
图3为本发明的控制管理原理图；
图4为本发明的供电方式优先级及切换图；
图5为本发明的单相市电供电模式原理示意图；
图6为本发明的直流电池供电模式原理示意图；
图7为本发明的双电源模式原理示意图；
图8为本发明的双电源模式工作流程图；
图9为本发明的三相市电供电模式流程图；
图10为本发明的取力发电模式流程图；
图11为本发明的柴油发电模式流程图；
图12为本发明的智能充电控制原理图；
图13为本发明的智能充电的示意图；
图14为本发明的高压电源的原理图；
图15为本发明的直流不间断电源的原理图；
图16为本发明的交流不间断电源的原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：一种综合保障电源供电系统，如图1-图16，包括综合电源设备，所述综合电源设备包括多个输入端口和多个输出端口；所述多个输入端口分别包括三相市电输入端口、单相市电输入端口、三相柴油发电输入端口、三相取力发电输入端口和直流电池输入端口；所述多个输出端口包括高压直流输出端口、直流不间断输出端口、AC220单相交流不间断输出端口、AC380V三相交流旁路输出端口和AC220单相交流旁路输出端口；
综合电源设备包括综合控制器、高压电源、不间断交流电源和不间断直流电源，高压电源、不间断交流电源和不间断直流电源分别与综合控制器连接，交流旁路输出端口和单相交流旁路输出端口直接自综合控制器引出后连接负载，高压直流输出端口自高压电源引出后连接负载，直流不间断输出端口自直流不间断电源引出后连接负载，单相交流不间断输出端口自交流不间断电源引出后连接负载；
所述综合电源设备包括以下五种供电模式：三相市电供电模式、单相市电供电模式、三相柴油发电模式、三相取力发电模式和直流电池供电模式。
所述的五种供电模式的优先顺序为：三相市电供电模式优先于三相柴油发电模式，单相市电供电模式优先于三相柴油发电模式，三相柴油发电模式优先于三相取力发电模式，三相取力发电模式优先于直流电池供电模式；
当三相市电输入端口或单相市电输入端口有输入时，则优先启用三相/单相市电供电模式，否则启用三相柴油发电模式；当三相柴油机发电输入端口也没有输入时，则启用取力发电模式，否则使用直流电池供电模式。
三相市电输入端口连接三相市电；单相市电输入端口连接单相市电；三相柴油发电输入端口连接柴油发电机；三相取力发电输入端口连接取力发电机；直流电池输入端口连接直流电池组。
直流电池组既可以供电给综合电源设备供电，综合电源设备也可以给直流电池组充电。
直流不间断电源是采用在线双变换模式，交流输入优先；输入为直流330V和交流220V，输出直流25.5V，该直流不间断电源还有远程监控功能，可以通过MODBUS RTU(通讯协议)检测电源的工作情况并通过控制总线控制电源工作及支路输出。
交流不间断电源采用在线双变换模式，交流输入优先，并具有自动旁路切换功能。本交流不间断电源有两路输入直流330V和交流220V，输出为交流220V，该交流不间断电源还有远程监控功能，可以通过MODBUS RTU检测该交流不间断电源的工作情况并通过控制总线控制电源工作及支路输出；还可以通过485总线远程控制底盘充电支路的输出情况。
高压电源采用两种输入时均可以工作，当有三相交流380V输入时，通过三相转换输出直流DC330V，当系统检测无三相输入，切换到单相交流220V输入时，电源可正常工作输出直流330V；当三相单相均没有时，高压电源可根据综合控制器的供电模式切到旁路输出，通过取直流电池组输出为直流330V，该高压电源还有远程监控功能，可以通过MODBUS RTU检测高压电源的工作情况。
当三相市电供电模式、单相市电供电模式、三相柴油发电模式、三相取力发电模式皆没有启用时，直流电池供电模式启动，直接给负载供电，当三相市电供电模式、单相市电供电模式、三相柴油发电模式、三相取力发电模式的其中之一启用时，综合电源设备给直流电池充电。
三相市电交流，柴油发电机输入，取力发电机输入及单相市电输入均接入综合控制箱，通过综合控制器实现智能化的配电管理；智能充电功能与综合控制箱直接连接，直流电池组充放电；内部采用RS485进行通信信息交互。
所述电源供电系统还设有双电源模式。
为保障综合电源设备智能管理能力的实现，本发明的控制管理采用双电源互为备份方式供电，即只要市电、油机、取电或电池之一具备供电能力，该控制管理系统就能对整个综合电源设备的状态进行监控，及时应对外部情况的变化进行检测和管控。
整个综合控制器的电源输入由单独设计的+24V的不间断电源提供，电压输入后通过开关来控制主控板提供电源；由于仪器的显示屏和控制器电路需要一直处于工作状态，所以显示屏和控制器电路的供电不需要继电器来控制；电流检测电路实时检测各个电源的电流信息，通过AD转换、控制器处理以及485串口通信最终显示在上位机界面上；智能电源管理系统的上位机界面不仅可以实时地显示各分支电路的电流信息；智能电源管理系统的一个突出特点是具有良好的用户交互能力；为了实现用户对整套仪器工作状态的实时监控以及上位机控制各输出支路的开启或关断，上位机与控制器采用CAN(控制器局域网络)通信。
所述双电源模式为：三相柴油发电模式下，柴油发电机供电给其他支路，同时启用三相取力发电模式单独供电给临时启用的大功率设备(例如做饭时间，临时启用大功率的电磁灶或蒸箱)。
综合电源控制器(综合电源设备)分别连接取力发电机和柴油发电机，取力发电机和柴油发电机汇流交流母线后，分别连接大功率设备(电磁灶/蒸箱)和其它支路，综合控制器与取力发电机之间设有控制1，综合控制器与柴油发电机之间设有控制2，交流母线与大功率设备之间设有控制4，交流母线与其它支路之间设有控制5，取力发电机与大功率设备之间通过控制3连接，综合控制器通过检测1来检测取力发电机的实时输出功率，通过检测2来检测柴油发电机的实时输出功率；柴油发电模式下，当检测2检测到柴油发电机的实时输出功率达到90％及以上时，则启用取力发电模式，关闭控制4且同时开启控制3。
所述双电源模式的工作流程为：柴油机供电模式下，当电源供电系统的检测模块检测到柴油发电机的实时输出功率达到90％及以上,则系统提示开启控制3，工作人员手动开启三相取力发电模式，然后启动双电源模式，切换为双电源模式；若柴油发电机的实时输出功率小于90％,则开启控制4，再开启其他支路，然后再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
三相市电供电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相市电输入端口有输入，打开任意想打开负载支路，检测模块同时检测实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
三相柴油发电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相柴油发电输入端口有输入，打开任意想打开的负载支路，检测模块同时检测当前系统的实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
三相取力发电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相取力发电模块有输入，打开任意想打开的负载支路，检测模块同时检测当前系统的实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
直流电池供电模式为：电源供电系统的检测模块检测到直流电池输入端口有输入，打开任意想打开负载支路，检测模块同时检测实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
单相市电供电模式为：当没有三相市电需要启用单相市电供电时，所述综合电源设备自动根据用户单相市电输入功率的大小，锁定后同时根据使用需求启用相应功率以下的负载；并且保留一个单相输入口，直接与直流电池组的充电机单相口连接，可直接供充电使用。
直流电池供电模式也为备用模式，当没有三相市电输入，且柴油发电机和取力发电机皆没有发电时，启动电池供电模式，并分别抛去柴油发电模式和取力发电模式的旁路负载，电源供电系统的检测模块检测所有不间断负设备的负载功率小于等于单相市电的最大功率时，打开切换单相市电供电模式，否则，系统提示关闭部分不间断设备，人工关闭部分不间断设备，检测模块检测到已经关闭部分不间断设备，则切换单相市电供电模式，若没有关闭，则系统继续提示关闭部分不间断设备。
综合电源设备还设有智能充电模式：综合电源设备到达指定位置开启后，综合控制箱将自定检测地理高度，根据配置柴油机最大额定功率计算当前位置最大输出功率能力，并依据该当前柴油机的输出能力和负载情况计算可用充电的最大功率，实现智能化充电。实现方案是综合控制箱与充电机间通过CAN通信实现智能化的充电控制，直流电池组的充电机以柴油机的最大输出功率减去当前各支路设备的总功率，剩下的功率余量来充电，当继续增加支路负载时，综合控制器会先关闭充电机，然后接通该支路负载，然后重新计算当前实时功率余量。当关闭某一支路负载时，充电机会增加充电机充电功率。
高压电源，直流不间断电源，交流不间断电源均采用双输入变换方式，当各种交流无输入时，采用硬件自动切入方式，实现无缝切换。但是不间断电源的变换为热备份，当供电方式为直流电池供电模式时，直流不间断电源与交流不间断电源会自动切换到直流电池组提供能量的变换方式，给不间断设备提供稳定的不间断供电。高压电源会自动切换到电池旁路模式，当高压用电支路打开时，负载取电池组的能量给高压设备供电。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种综合保障电源供电系统，其特征在于：包括综合电源设备，所述综合电源设备包括多个输入端口和多个输出端口；所述多个输入端口分别包括三相市电输入端口、单相市电输入端口、三相柴油发电输入端口、三相取力发电输入端口和直流电池输入端口；所述多个输出端口包括高压直流输出端口、直流不间断输出端口、单相交流不间断输出端口、三相交流旁路输出端口和单相交流旁路输出端口；
所述综合电源设备包括以下五种供电模式：三相市电供电模式、单相市电供电模式、三相柴油发电模式、三相取力发电模式和直流电池供电模式;
所述的五种供电模式的优先顺序为：三相市电供电模式或单相市电供电模式优先于三相柴油发电模式，三相柴油发电模式优先于三相取力发电模式，三相取力发电模式优先于直流电池供电模式；
直流电池组既可以供电给综合电源设备供电，综合电源设备也可以给直流电池组充电；
直流不间断电源是采用在线双变换模式，交流输入优先；输入为直流330V和交流220V，输出直流25.5V，该直流不间断电源还有远程监控功能，可以通过MODBUS RTU检测电源的工作情况并通过控制总线控制电源工作及支路输出；
交流不间断电源采用在线双变换模式，交流输入优先，并具有自动旁路切换功能；本交流不间断电源有两路输入直流330V和交流220V，输出为交流220V，该交流不间断电源还有远程监控功能，可以通过MODBUS RTU检测该交流不间断电源的工作情况并通过控制总线控制电源工作及支路输出；还可以通过485总线远程控制底盘充电支路的输出情况；
高压电源采用两种输入时均可以工作，当有三相交流380V输入时，通过三相转换输出直流DC330V，当系统检测无三相输入，切换到单相交流220V输入时，电源可正常工作输出直流330V；当三相单相均没有时，高压电源可根据综合控制器的供电模式切到旁路输出，通过取直流电池组输出为直流330V，该高压电源还有远程监控功能，可以通过MODBUS RTU检测高压电源的工作情况。
2.根据权利要求1所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：所述电源供电系统还设有双电源模式。
3.根据权利要求2所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：所述双电源模式为：三相柴油发电模式下，柴油发电机供电给其他支路，同时启用三相取力发电模式单独供电给临时启用的大功率设备。
4.根据权利要求2所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：所述双电源模式的工作流程为：柴油机供电模式下，当电源供电系统的检测模块检测到柴油发电机的实时输出功率达到90％及以上,则系统提示开启控制3，工作人员手动开启三相取力发电模式，然后启动双电源模式，切换为双电源模式；若柴油发电机的实时输出功率小于90％,则开启控制4，再开启其他支路，然后再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
5.根据权利要求1所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：三相市电供电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相市电输入端口有输入，打开任意想打开负载支路，检测模块同时检测实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
6.根据权利要求1所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：三相柴油发电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相柴油发电输入端口有输入，打开任意想打开的负载支路，检测模块同时检测当前系统的实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
7.根据权利要求1所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：三相取力发电模式为：电源供电系统的检测模块检测到三相取力发电模块有输入，打开任意想打开的负载支路，检测模块同时检测当前系统的实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
8.根据权利要求1所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：直流电池供电模式为：电源供电系统的检测模块检测到直流电池输入端口有输入，打开任意想打开负载支路，检测模块同时检测实时输出功率是否达到90％及以上，当实时输出功率达到90％及以上，系统提示关闭暂时不用的支路，工作人员手动关闭某一支路，系统确认已关闭某一支路，检测模块重新检测当前输出功率是否达到90％；当实时输出功率小于90％时，继续打开其他支路开关，系统确认其他支路已打开，检测模块再次对当前输出功率进行检测是否达到90％，重复上述步骤。
9.根据权利要求1所述的综合保障电源供电系统，其特征在于：单相市电供电模式为：当没有三相市电需要启用单相市电供电时，所述综合电源设备自动根据用户单相市电输入功率的大小，同时根据使用需求启用相应功率以下的负载；并且保留一个单相输入口，直接与直流电池组的充电机单相口连接，可直接供充电使用。
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