CN112072787A - 可进行电力监测和过载保护的电源分配装置及其过载保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种可进行电力监测和过载保护的电源分配装置包括电源分配单元，其设有MCU及一个或多个供电回路，各所述供电回路上设有一个或多个输出位；设于每个输出位上的继电器及电力监测器；设于每个供电回路上的过载保护装置；MCU，其用于处理电力监测器采集的电力信息并控制继电器的开关及过载保护装置；外部控制接口，与MCU连接并与外部管理系统连接并通信。本发明还公开了一种可进行电力监测和过载保护的电源分配装置的过载保护方法。本发明在发生或即将发生回路过载时，可根据指定的过载保护顺序自动对输出位进行有序断电，安全可靠。此外，本发明还可满足不同业务场景的需要，保护设备和系统的平稳运行。

Description

可进行电力监测和过载保护的电源分配装置及其过载保护 方法
【技术领域】
本发明涉及电源分配系统，特别是涉及一种安全可靠的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置及其过载保护方法。
【背景技术】
随着计算机和通信技术的进步，数据中心和基站的建设需求也在快速增长，并且起到越来越重要的作用。保障数据中心和基站设备的正常供电、不间断运行是其中的基础需求。其中，数据中心和基站利用的电源分配单元(Power Distribution Uint，简称PDU)为所有设备分配所需的电力，是不可或缺的基础设施。
在实际的使用过程中，因运维人员对计算机或服务器设备本身的电器特性及供电回路设计不是很了解，在添加设备时，有可能使PDU一个回路上加载的负载超过该回路的安全载流量。在这种情况下，PDU流过的电流就会超过安全载流量，导致PDU的过载保护设备功能启动，使整个回路上的所有设备断电。因新增的设备而导致一些正在运行的用电设备断电而影响业务，这是不合理的，也是不允许的。此外，在日常的运行中，也有可能因为设备(如主机、存储、交换机)承载的业务量增长，导致设备用电负荷增加，从而引起整个回路负载超过安全上限，使整个回路存在断电的风险。因此，如何提供一种安全可靠的PDU，使得当发生或即将发生过载情况时，可对连接的设备进行有序断电，防止因负载过大导致整个回路上所有设备同时断电，引发承载业务的突然中断就成为一种客观需求。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种通过在发生或即将发生过载情况下，对连接的设备进行有序断电，且安全可靠的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置。
本发明还提供了一种可进行电力监测和过载保护的电源分配装置的过载保护方法。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种可进行电力监测和过载保护的电源分配装置，该装置包括：
电源分配单元，其设有MCU及一个或多个供电回路，各所述供电回路上设有一个或多个输出位；
继电器，其设于每个输出位上，用于开启或关闭各输出位电源；
电力监测器，其设于每个输出位上，用于采集各输出位的电力信息；
过载保护装置，其设于每个所述供电回路上，用于设备的过载保护；
MCU，其分别与每个输出位的继电器和电力监测器及过载保护装置连接，用于处理电力监测器采集的电力信息并控制继电器的开关及过载保护装置；
外部控制接口，其设于电源分配单元上，该外部控制接口与MCU连接并与外部管理系统连接并通信。
所述电力监测器件采集的输出位电力信息包括电流、电压和/或电能数据。
所述外部控制接口通过网络、串口、NFC或无线方式与外部管理系统连接并通信。
进一步地，所述外部控制接口通过简单网络管理协议、Modbus通讯协议、安全外壳协议、远程终端协议、超文本传输协议或超文本传输安全协议与外部管理系统连接并通信。
所述电源分配单元设有用于用户设置过载保护顺序和阈值的显示屏和/或按键，所述显示屏、按键分别与MCU连接，所述过载保护顺序包括后进先出顺序、最大先出顺序、最小先出顺序及预先保护顺序，所述阈值包括保护阈值及告警阈值。
本发明还提供了一种可进行电力监测和过载保护的电源分配装置的过载保护方法，该方法包括如下步骤：
a、用户设置过载保护顺序、保护阈值及告警阈值；
b、开启电源分配单元，MCU对各供电回路中的每个输出位的信息进行初始化；
c、MCU控制电力监测器采集各输出位的电力信息，接收并处理电力信息，以判断各输出位的电力信息是否改变，同时更新并存储所有输出位负载的电力信息；
d、MCU对每个供电回路的所有输出位的电力信息数据进行累加，并将累加数据与设定的保护阈值进行比对，若累加数据超过保护阈值，则MCU按设定的过载保护顺序对输出位进行有序断电，同时发送向外部管理系统过载保护告警信息，然后执行步骤e；若未超过保护阈值，但超过告警阈值，则发送回路电流超过告警阈值的告警信息，再执行步骤e；若未超过告警阈值，直接执行步骤e；
e、返回步骤c。
步骤a中，用户通过电源分配单元的显示屏、按键或外部管理系统设置过载保护顺序、保护阈值及告警阈值。
步骤a中，所述过载保护顺序包括：后进先出顺序、最大先出顺序、最小先出顺序及优先保护顺序。
步骤c中，所述MCU处理各输出位的电力信息的方法为：对新增有负载的输出位，记录该输出位在供电回路中加载负载输出位的时间顺序；对负载断开的输出位，将该输出位从回路中加载负载输出位的时间顺序中清除。
步骤d中，所述MCU启动过载保护处理时，判断过载保护逻辑，若为后进先出顺序，则从回路中选择最后检测到负载的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出；若为最大先出顺序，则从回路中选择负载电流最大的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出；若为最小先出顺序，则从回路中选择负载电流最小的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出；若为优先保护序，则从回路中选择一个没有设置优先保护的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出。
本发明的贡献在于，其有效解决了现有电源分配单元过载保护设备功能启动时需要整个回路上的所有设备断电而影响业务的问题。本发明通过在各供电回路上的每个输出位上设置继电器及电力监测器，可对每个输出位的开关状态及输出电力信息进行实时监测，使得在发生或即将发生回路过载时，MCU根据指定的过载保护顺序自动对输出位进行有序断电，安全可靠，以解决因回路过载而影响同一供电回路多个用电设备的正常运行的问题。此外，本发明还可提供多种不同的过载断电保护策略，以满足不同业务场景的需要，保护设备和系统的平稳运行。
【附图说明】
图1是本发明的电源分配装置的回路示意图。
图2是本发明的系统结构框图。
图3是本发明的方法流程图。
图4是本发明的过载保护处理逻辑图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
参阅图2，本发明的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置包括电源分配单元100，在电源分配单元100内设有供电回路10、输出位20、继电器30、电力监测器40、MCU50、过载保护装置60及外部控制接口70，该电源分配单元100与外部管理系统200连接并通信，本实施例中的外部管理系统200为动环管理系统或其他管理系统。
如图1、图2所示，电源分配单元100设有一个或多个供电回路10，在每个供电回路10上包含一个或多个输出位20，为多个设备供电。其中，供电回路10的数量及各供电回路10中输出位20的数量均可根据实际需要进行设置。如图1所示的实施例中，该电源分配单元100设有两个供电回路10，每个供电回路10上设有六个输出位20，以为六个设备供电。此外，在每个供电回路10上安装有一个过载保护装置60，用于设备的过载保护，以避免过载引起的安全隐患。过载保护装置60可以为公知的过载保护装置，如断路器、继电器或开关器件等。本实施例的过载保护装置60为断路器。在每个输出位20上都设有一组继电器30和电力监测器40，其中，继电器30用于开启或关闭各输出位20的电源，电力监测器40用于采集各输出位20的电力信息，如电流、电压和/或电能数据等。
如图2所示，该电源分配单元100设有MCU50，其用于对一个或多个供电回路10的各输出位20进行监测和管理。其中，该MCU50分别与每个输出位20的继电器30和电力监测器40连接，还与过载保护装置60连接，其用于处理电力监测器40采集的电力信息并控制继电器30的开关及过载保护装置60。此外，在MCU50上预先存储有多种过载保护方法，以满足不同业务场景的需要，保护设备和系统的平稳运行。本实施例中，MCU50预先存储的过载保护方法有：后进先出顺序、最大先出顺序、最小先出顺序及优先保护顺序。其中，后进先出顺序为最后上电的输出位先退出，以保证已经在运行的输出位连接的设备正常工作；最大先出顺序为输出电流最大的输出位先退出，以尽可能地降低负载，保护整个供电回路的输出位连接的设备正常工作；最小先出顺序为输出电路最小的输出位先退出，以尽可能地保障承载业务量最大的设备持续工作，将业务影响的程度降低到最小；预先保护顺序是未预设优先保护的输出位先退出，以保护执行核心业务的设备不断电。具体地，MCU50接收并处理电力监测器40采集的电力信息，同时根据接收的电力信息判断各输出位的电力信息是否改变，根据判断结果更新及存储所有输出位负载的电力信息。此外，MCU50通过对每个供电回路的所有输出位的电力信息数据进行累加，并将累加数据与预设的保护阈值进行比对，按照预设的过载保护顺序控制继电器30对输出位20进行有序断电，从而解决因回路过载而影响同一供电回路多个用电设备正常运行的问题。
如图2所示，在电源分配单元100上设有显示屏80和按键90，其用于与用户进行交互操作。用户可通过本地显示屏80和/或按键90设置过载保护顺序和阈值。其中，该过载保护顺序为MCU50内预先存储的过载保护顺序中的一种，阈值包括告警阈值、保护阈值及过载保护装置60的阈值。此外，在电源分配单元100上设有外部控制接口70，其与外部管理系统200连接并通信。该外部控制接口70可通过网络、串口、NFC或无线方式与外部管理系统200连接并通信，对外提供接口，方便用户和第三方外部系统对过载保护顺序和阈值进行设置。具体地，外部控制接口70可通过简单网络管理协议、Modbus通讯协议、安全外壳协议、远程终端协议、超文本传输协议或超文本传输安全协议与外部管理系统200连接并通信。需要说明的是，显示屏80和按键90可根据用户需要选择性设置，或者都设置，按键的数量及外部控制接口70的类型和数量，也可以根据用户需求进行设置。
如图3所示，本发明的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置的过载保护方法包括如下步骤：
S10、用户设置过载保护顺序和阈值。
该步骤中，用户预先通过电源分配单元100的显示屏80、按键90或者外部管理系统200设置过载保护顺序和阈值。过载保护顺序为MCU50内预先存储的过载保护方式，其包括后进先出顺序、最大先出顺序、最小先出顺序及预先保护顺序。其中，后进先出顺序为最后上电的输出位先退出；最大先出顺序为输出电流最大的输出位先退出；最小先出顺序为输出电路最小的输出位先退出；预先保护顺序是未预设优先保护的输出位先退出。阈值包括告警阈值、保护阈值及过载保护装置的阈值，其中，告警阈值＜保护阈值＜过载保护装置的阈值。当回路总电流达到告警阈值时，向外部管理系统发送告警信息，提示回路电流已达到告警额度，需要运维人员关注。当回路总电流达到保护阈值时，需要依据预先设定的过载保护顺序，对输出位进行断电保护，同时向外部管理系统发送高等级的告警信息，提示已经启动过载保护，需要运维人员及时处理。
S20、开启电源分配单元100，MCU50对各供电回路10中的每个输出位20的信息进行初始化。
该步骤中，在电源分配单元100上电启动后，MCU50内的软件首先对每个供电回路中所有输出位的信息进行初始化。
S30、MCU50控制电力监测器40采集各输出位的电力信息，判断各输出位的电力信息是否改变，并更新及存储所有输出位负载的电力信息。
该步骤中，MCU50控制电力监测器40采集各输出位的电力信息，电力监测器40采集电力信息后，将采集的电力信息发送至MCU50，MCU50接收并处理该电力信息，再将该电力信息与存储的每个输出位的电力信息进行比对，以判断各输出位的电力信息是否改变，并更新及保存所有输出位负载的电力信息。具体地，电力监测器40依次采集所有供电回路中所有输出位的电力信息，MCU50依次判断各输出位的电力信息数据是否有改变，对新增有负载的输出位，即原电流采集为0，现采集大于0的输出位，记录该输出位在供电回路中加载负载输出位的时间顺序；对负载断开的输出位，即原电流采集大于0，现采集等于0的输出位，将该输出位从供电回路中加载负载输出位的时间顺序中清除。与此同时，更新并保存所有输出位负载的电流大小等电力信息。
S40、MCU50对每个供电回路中的所有输出位的电力信息数据进行累加，判断是否超过保护阈值，并根据判断结果对供电回路进行过载保护。
该步骤中，MCU50将更新的各输出位负载的电流进行累加，并将累加数据与预设的保护阈值进行比对，若累加数据超过保护阈值，则按预设的过载保护顺序对输出位进行有序断电，同时向外部管理系统200发送过载保护告警信息，并返回步骤S30；若累加数据没有超过保护阈值，但超过了告警阈值，则向外部管理系统200发送回路电流超过告警阈值的告警信息，并返回步骤S30；若累加数据未超过告警阈值，则直接返回步骤S30。返回步骤30进行循环继续处理，以实时监测并处理各供电回路的电力信息，并对各供电回路进行过载保护。
具体地，如图4所示，MCU启动过载保护处理时，先判断过载保护逻辑，若为后进先出顺序，则从回路中选择最后检测到负载的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出，从而保证已经在运行的输出位连接的设备正常工作；若为最大先出顺序，则从供电回路中选择负载电流最大的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出，从而尽可能地降低负载，保护整个供电回路的输出位连接的设备正常工作；若为最小先出顺序，则从回路中选择负载电流最小的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出，从而尽可能地保障承载业务量最大的设备持续工作，将业务影响的程度降低到最小；若为优先保护顺序，则从供电回路中选择一个没有设置优先保护的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出，从而保护执行核心业务的设备不断电。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种可进行电力监测和过载保护的电源分配装置，其特征在于，该装置包括：
电源分配单元(100)，其设有MCU(50)及一个或多个供电回路(10)，各所述供电回路上设有一个或多个输出位(20)；
继电器(30)，其设于每个输出位(20)上，用于开启或关闭各输出位(20)电源；
电力监测器(40)，其设于每个输出位(20)上，用于采集各输出位(20)的电力信息；
过载保护装置(60)，其设于每个所述供电回路(10)上，用于设备的过载保护；
MCU(50)，其分别与每个输出位(20)的继电器(30)和电力监测器(40)及过载保护装置(60)连接，用于处理电力监测器(40)采集的电力信息并控制继电器(30)的开关及过载保护装置(60)；
外部控制接口(70)，其设于电源分配单元(100)上，该外部控制接口(70)与MCU连接并与外部管理系统(200)连接并通信。
2.如权利要求1所述的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置，其特征在于，所述电力监测器件(40)采集的输出位电力信息包括电流、电压和/或电能数据。
3.如权利要求1所述的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置，其特征在于，所述外部控制接口(70)通过网络、串口、NFC或无线方式与外部管理系统(200)连接并通信。
4.如权利要求3所述的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置，其特征在于，所述外部控制接口(70)通过简单网络管理协议、Modbus通讯协议、安全外壳协议、远程终端协议、超文本传输协议或超文本传输安全协议与外部管理系统(200)连接并通信。
5.如权利要求1所述的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置，其特征在于，所述电源分配单元(100)设有用于用户设置过载保护顺序和阈值的显示屏(80)和/或按键(90)，所述显示屏(80)、按键(90)分别与MCU(50)连接，所述过载保护顺序包括后进先出顺序、最大先出顺序、最小先出顺序及预先保护顺序，所述阈值包括保护阈值及告警阈值。
6.一种如权利要求1所述的可进行电力监测和过载保护的电源分配装置的过载保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、用户设置过载保护顺序、保护阈值及告警阈值；
b、开启电源分配单元(100)，MCU(50)对各供电回路(10)中的每个输出位(20)的信息进行初始化；
c、MCU(50)控制电力监测器(40)采集各输出位(20)的电力信息，接收并处理电力信息，以判断各输出位的电力信息是否改变，同时更新并存储所有输出位负载的电力信息；
d、MCU(50)对每个供电回路的所有输出位的电力信息数据进行累加，并将累加数据与设定的保护阈值进行比对，若累加数据超过保护阈值，则MCU(50)按设定的过载保护顺序对输出位进行有序断电，同时发送向外部管理系统(200)过载保护告警信息，然后执行步骤e；若未超过保护阈值，但超过告警阈值，则发送回路电流超过告警阈值的告警信息，再执行步骤e；若未超过告警阈值，直接执行步骤e；
e、返回步骤c。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤a中，用户通过电源分配单元(100)的显示屏(80)、按键(90)或外部管理系统(200)设置过载保护顺序、保护阈值及告警阈值。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤a中，所述过载保护顺序包括：后进先出顺序、最大先出顺序、最小先出顺序及优先保护顺序。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述MCU(50)处理各输出位的电力信息的方法为：对新增有负载的输出位，记录该输出位在供电回路中加载负载输出位的时间顺序；对负载断开的输出位，将该输出位从回路中加载负载输出位的时间顺序中清除。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤d中，所述MCU启动过载保护处理时，判断过载保护逻辑，若为后进先出顺序，则从回路中选择最后检测到负载的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出；若为最大先出顺序，则从回路中选择负载电流最大的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出；若为最小先出顺序，则从回路中选择负载电流最小的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出；若为优先保护序，则从回路中选择一个没有设置优先保护的输出位，并断开该输出位的继电器，以切断该输出位的负载输出。
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