CN113472059A - 一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器 - Google Patents

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Abstract

一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，包括MCB、脉冲控制单元、量测单元、漏电保护单元、策略管理单元、状态感知单元、存储及时钟单元和通信单元，脉冲控制单元的驱动组件通过连杆与MCB的受控端连接，量测单元连接MCB的负载端，对负载端用电进行分路计量和漏电检测，策略管理单元通过通信单元接收的控制命令，调度脉冲控制单元实时控制MCB执行通断，MCB通过状态感知单元检测外部系统的市电停电、油机启停、蓄电池欠压的信号。该控制器通过FSU实现精细分路控制、策略管理，并能够对过流、过载、欠压、漏电进行保护，且满足原有通信配电柜内有限的安装空间。

Description

一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，具体涉及一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器。
背景技术
随着中国5G产业的不断推进，各大运营商的通信基站成倍增长，数据显示5G基站的能耗是4G的3倍多。其用电量和用电成本的迅速飙升已引起各大运营商的重视，从降低设备运行能耗的角度而言，铁塔和各大运营商都在积极研究和探索基站节能和备电的设备以及应用可行的方法。
传统智能备电单元的控制功能采用继电器+接触器的方式实现，且控制方式只能控制到用户，特别是无法针对特定的5G通信设备进行分路精细控制、独立控制，使用不够灵活；无法对5G设备的过流、过载、欠压、漏电进行保护，且设备体积较大（机架式2U机箱），在存量通信基站现有设备及空间下无法安装使用的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器及其控制方法，通过FSU实现精细分路控制、策略管理，并能够对过流、过载、欠压、漏电进行保护，且满足原有通信配电柜内有限的安装空间。
本发明提供一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，包括MCB、脉冲控制单元、量测单元、漏电保护单元、策略管理单元、状态感知单元、存储及时钟单元和通信单元，脉冲控制单元的驱动组件通过连杆与MCB的受控端连接，量测单元连接MCB的负载端，对负载端用电进行分路计量和漏电检测，策略管理单元通过通信单元接收的控制命令，调度脉冲控制单元实时控制MCB执行通断，MCB通过状态感知单元检测外部系统的市电停电、油机启停、蓄电池欠压的信号。
作为本发明的进一步技术方案，脉冲控制单元采用脉冲控制反馈技术实现电机转动和位置反馈，并根据实时反馈的位置状态控制电机的启停和转动速度，最终通过电机传动齿轮，齿轮传动手柄部件，实现MCB的自动分断和闭合。
进一步的，策略管理单元为智能控制器的控制策略与级联通信的管理，通过状态感知信息和控制算法，调度脉冲控制单元执行MCB的通断以及通信信号中转，控制策略包括实时控制策略、定时控制策略、免责时段控制策略、备电时长控制策略、备电电压控制策略和备电电量控制策略。
进一步的，实时控制策略，策略管理单元根据通信单元接收的命令，调度脉冲控制单元实时控制MCB执行通断；
定时控制策略，策略管理单元根据预设的时间，调度脉冲控制单元定时控制MCB执行通断；
免责时段控制策略，根据设定的免责时段，在市电正常时常规供电、市电停电时设备不备电、市电恢复后设备正常给设备供电；
备电时长控制策略，调度脉冲控制单元当备电累计时长达到设定的限值时控制MCB执行关断，市电恢复后控制MCB执行闭合，正常给设备供电；
备电电压控制策略，调度脉冲控制单元当备电蓄电池电压低于设定的限值时控制MCB执行关断，市电恢复后控制MCB执行闭合，正常给设备供电；
备电电量控制策略，调度脉冲控制单元当备电累计电量达到设定的限值时控制MCB执行关断，市电恢复后控制MCB执行闭合，正常给设备供电。
进一步的，状态感知单元包括AI和DI，所示状态感知单元采用隔离AI模拟量采样蓄电池、油机以及市电停电信号，采用隔离DI采样MCB反馈信号，当状态感知单元检测到市电停电，且需要根据备电时长、备电电压、备电电量的策略进行备电时，需要根据蓄电池是否欠压，调度脉冲控制单元控制MCB负载端输出关闭蓄电池供电；
当状态感知单元检测到市电停电，且需要根据备电时长、备电电压、备电电量的策略进行备电时，需要根据蓄电池是否欠压，调度通信单元向FSU发送柴油机启动信号，启动柴油机工作，备电累计时长或备电累计电量达到限值时通信单元向FSU发送柴油机停机信号。
进一步的，通讯单元控制与外部系统的连接接口，北向接口为RS485、NB-IoT、CAT1，南向接口为级联RS48。
本发明的优点在于，采用基于小型断路器分路控制、分路计量、备电控制、限值保护以及远程通信技术，形成通信基站节能和备电服务亟需的同时能满足节能、计量、备电、保护等多功能为一体的控制器，该控制器具有电气量测功能，能够对通信基站的通信设备进行分路计量、电气参数测量和统计分析，为节能效果提供量化数据。具有策略控制功能，能够根据节能和备电服务的要求，设定实时、定时、时长、电压、电量、免责等一种或多种不同的控制策略，控制MCB输出达到节能和备电的要求。具有外部状态感知功能，能够实时动态检测控制反馈以及市电停电、蓄电池、柴油机的状态，为策略控制提供状态的闭环检测。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明实施例中应用于通信基站的节能控制逻辑图；
图3为本发明实施例中应用于通信基站的备电控制逻辑图。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例提供一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，包括MCB、脉冲控制单元、量测单元、漏电保护单元、策略管理单元、状态感知单元、存储及时钟单元和通信单元，脉冲控制单元的驱动组件通过连杆与MCB的受控端连接，量测单元连接MCB的负载端，对负载端用电进行分路计量和漏电检测，策略管理单元通过通信单元接收的控制命令，调度脉冲控制单元实时控制MCB执行通断，MCB通过状态感知单元检测外部系统的市电停电、油机启停、蓄电池欠压的信号。
该智能控制器包括，电源管理、MCU、看门狗、时钟、存储单元、信号量测单元、状态感知单元、通信单元、策略管理单元、控制单元。所述电源管理单元将-40~-60V电源转换成9V给电机驱动，9V转换成5V、3.3V，给RS485、MCU以及看门狗、时钟、存储等外设、通信模组供电。所述MCU、看门狗、时钟、存储单元组成该智能控制器的最小嵌入式系统。所述信号量测单元采用ADC、电阻分压采样、霍尔电流传感、剩余电流互感器进行电压、电流采样，计算有功功率、电能量。所示状态感知单元采用隔离AI模拟量采样蓄电池、油机以及市电停电信号，采用隔离DI采样MCB反馈信号。所述控制单元包括MCB，电机驱动、传动部分，由电机驱动传动部件带动手柄执行MCB通断。所述通信单元包括北向RS485、NB-IoT、CAT1接口和模组；南向RS485，支持级联控制。
该智能控制器内嵌独立时钟和独立的时钟电池，在市电停电时，保证时钟的误差不大于0.5s/天。为分路计量和定时控制提供精确的时钟源。
为防止智能控制器的嵌入式软件由于软件BUG出现死机，采用独立的外部看门狗，在嵌入式软件2s时间内未喂狗的情况下，能自动复位智能控制器。
如图2所示，该智能控制器的节能控制有两种方法，远程通信命令方式的实时控制，以及时间策略的定时控制。采用节能控制服务的通信基站，通过信号量测，实现分路能耗计量，为节能评估提供详细的量化数据。
智能控制器接收到FSU下发的控制指令，首先根据指令内容，选择需要实时控制电源的设备（AAU、BBU、RRU、蓄电池），驱动电机带动MCB分路开关执行AAU、BBU、RRU、蓄电池供电电源的通断，并通过状态感知单元检测MCB分路开关执行的结果状态是否满足指令的要求。如果反馈的状态正确，将存储此次执行操作的记录，包括操作时间和操作结果。
时间策略定时控制方法，智能控制器将FSU下发的定时控制时间策略作为运行参数存储在内部FLASH，根据时钟当前时间判断定时控制是否满足定时策略的要求，如果满足时间要求，则智能控制器根据定时策略的要求自动选择需要控制电源的设备（AAU、BBU、RRU、蓄电池），驱动电机带动MCB分路开关执行AAU、BBU、RRU、蓄电池供电电源的通断，并通过状态感知单元检测MCB分路开关执行的结果状态是否满足指令的要求。如果反馈的状态正确，将存储此次执行操作的记录，包括操作时间和操作结果。
时间策略的定时控制，包括单次性时间策略和循环性时间策略，循环性时间策略可以让智能控制器按固定时间周期周而复始的进行循环控制，不需要人工参与，这种控制方式是通信基站节能服务的主要控制方式，成效明显。
如图3所示，该智能控制器能够根据不同的备电服务要求提供包括时长、电压、电量、免责时段在内的四种控制方法。
备电时长控制，智能控制器首先实时检测市电是否停电，在市电停电的情况下，根据保存的FSU下发的备电时长控制指令策略，驱动电机带动MCB分路开关执行控制操作，投入蓄电池备电，并实时累计蓄电池备电投入后的时间，实时检测蓄电池是否欠压，当备电时长未满足要求，且蓄电池已欠压的情况下，智能控制器自动通过MCB切断蓄电池备电，上传告警信号，并通知FSU启动油机备电投入，直至备电时长满足要求，智能控制器再通知FSU停止油机；当市电来电后，智能控制器对应的MCB分路开关自动闭合。至此备电时长控制完成。
备电电压控制，智能控制器首先实时检测市电是否停电，在市电停电的情况下，根据保存的FSU下发的备电电压的控制指令策略，驱动电机带动MCB分路开关执行控制操作，投入蓄电池备电，并实时检测蓄电池电压是否超过设定的电压下限值，当达到设定的下电电压后，智能控制器自动通过MCB切断分路开关并上传告警信号，当外市电来电后，智能控制器对应的MCB分路开关自动闭合。至此备电电压控制完成。
备电电量控制，智能控制器首先实时检测市电是否停电，在市电停电的情况下，根据保存的FSU下发的备电电量的控制指令策略，驱动电机带动MCB分路开关执行控制操作，投入蓄电池备电，并实时累计蓄电池投入后的总输出电量，当达到设定备电电量后，智能控制器自动通过MCB切断分路开关并上传告警信号，当外市电来电后，智能控制器对应的MCB分路开关自动闭合。至此备电电量控制完成。
免责时段控制，智能控制器首先实时检测市电是否停电，在市电停电的情况下，根据保存的FSU下发的免责时段的控制指令策略，在提供备电服务时，自动判断当前是否为免责时间段，在免责时段内，市电正常时常规供电、市电停电时设备不备电、市电恢复后设备正常给设备供电。至此免责时段控制完成。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，其特征在于，包括MCB、脉冲控制单元、量测单元、漏电保护单元、策略管理单元、状态感知单元、存储及时钟单元和通信单元，所述脉冲控制单元的驱动组件通过连杆与所述MCB的受控端连接，所述量测单元连接所述MCB的负载端，对负载端用电进行分路计量和漏电检测，所述策略管理单元通过所述通信单元接收的控制命令，调度所述脉冲控制单元实时控制所述MCB执行通断，所述MCB通过所述状态感知单元检测外部系统的市电停电、油机启停、蓄电池欠压的信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，其特征在于，所述脉冲控制单元采用脉冲控制反馈技术实现电机转动和位置反馈，并根据实时反馈的位置状态控制电机的启停和转动速度，最终通过电机传动齿轮，齿轮传动手柄部件，实现MCB的自动分断和闭合。
3.根据权利要求1所述的一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，其特征在于，所述策略管理单元为智能控制器的控制策略与级联通信的管理，通过状态感知信息和控制算法，调度脉冲控制单元执行MCB的通断以及通信信号中转，所述控制策略包括实时控制策略、定时控制策略、免责时段控制策略、备电时长控制策略、备电电压控制策略和备电电量控制策略。
4.根据权利要求3所述的一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，其特征在于，
所述实时控制策略，策略管理单元根据通信单元接收的命令，调度脉冲控制单元实时控制MCB执行通断；
所述定时控制策略，策略管理单元根据预设的时间，调度脉冲控制单元定时控制MCB执行通断；
所述免责时段控制策略，根据设定的免责时段，在市电正常时常规供电、市电停电时设备不备电、市电恢复后设备正常给设备供电；
所述备电时长控制策略，调度脉冲控制单元当备电累计时长达到设定的限值时控制MCB执行关断，市电恢复后控制MCB执行闭合，正常给设备供电；
所述备电电压控制策略，调度脉冲控制单元当备电蓄电池电压低于设定的限值时控制MCB执行关断，市电恢复后控制MCB执行闭合，正常给设备供电；
所述备电电量控制策略，调度脉冲控制单元当备电累计电量达到设定的限值时控制MCB执行关断，市电恢复后控制MCB执行闭合，正常给设备供电。
5.根据权利要求1所述的一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，其特征在于，所述状态感知单元包括AI和DI，所示状态感知单元采用隔离AI模拟量采样蓄电池、油机以及市电停电信号，采用隔离DI采样MCB反馈信号，当状态感知单元检测到市电停电，且需要根据备电时长、备电电压、备电电量的策略进行备电时，需要根据蓄电池是否欠压，调度脉冲控制单元控制MCB负载端输出关闭蓄电池供电；
当状态感知单元检测到市电停电，且需要根据备电时长、备电电压、备电电量的策略进行备电时，需要根据蓄电池是否欠压，调度所述通信单元向FSU发送柴油机启动信号，启动柴油机工作，备电累计时长或备电累计电量达到限值时通信单元向FSU发送柴油机停机信号。
6.根据权利要求1所述的一种应用于通信基站节能和备电服务的智能控制器，其特征在于，所述通讯单元控制与外部系统的连接接口，北向接口为RS485、NB-IoT、CAT1，南向接口为级联RS48。
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