CN115622023A - 一种直流配电系统与方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种直流配电系统与方法，涉及直流配电技术领域。该直流配电系统包括直流配电单元、功耗监测单元、开关单元以及主控单元，直流配电单元、功耗监测单元以及开关单元依次通过多条支路电连接，开关单元还与多个负载电连接，且每个负载对应一条支路，主控单元分别与直流配电单元、功耗监测单元以及开关单元电连接；其中，功耗监测单元用于获取每条支路的功耗数据；主控单元用于依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元与开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。本申请提供的直流配电系统与方法具有配电方式更加灵活的优点。

Description

一种直流配电系统与方法

技术领域

本申请涉及直流配电技术领域，具体而言，涉及一种直流配电系统与方法。

背景技术

目前，在市电断电后，一般会利用直流配电设备为负载进行配电。目前，普遍的直流配电方式为无差别供电，即输出至每个负载的功率均相等。

但该配电方式并不灵活，容易导致配电不均衡。

发明内容

本申请的目的在于提供一种直流配电系统与方法，以解决现有技术中存在的配电方式不灵活的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供一种直流配电系统，所述直流配电系统包括直流配电单元、功耗监测单元、开关单元以及主控单元，所述直流配电单元、所述功耗监测单元以及所述开关单元依次通过多条支路电连接，所述开关单元还与多个负载电连接，且每个负载对应一条支路，所述主控单元分别与所述直流配电单元、所述功耗监测单元以及所述开关单元电连接；其中，

所述功耗监测单元用于获取每条支路的功耗数据；

所述主控单元用于依据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。

可选地，所述主控单元用于周期性获取每条支路的功耗数据，并在任一支路的功耗数据波动时，依据目标时段内每个时刻的功耗数据，确定对应支路的波动系数；其中，所述目标时段包括当前时刻；

当所述波动系数大于阈值时，所述主控单元还用于控制对应开关单元断开。

可选地，所述波动系数满足公式:

其中，B表示波动系数，Sn表示第n个时刻的功耗数据，S1表示初始时刻的功耗数据。

可选地，所述主控单元还用于获取当前时刻与前一时刻的功耗数据差值；

当任一支路的所述功耗数据差值大于第一阈值时，确定对应支路的波动系数；

当任一支路的所述功耗数据差值大于第二阈值，且当前时刻的功耗数据大于前一时刻的功耗数据时，控制对应开关单元断开，其中，所述第二阈值大于所述第一阈值。

可选地，所述主控单元还用于当所述直流配电单元的额定输出功率大于或等于所有负载的需求功率总和时，配置每条支路的输出功率等于对应负载的需求功率；

当所述直流配电单元的额定输出功率小于所有负载的需求功率总和时，依据每个负载的配电优先级确定对应支路的输出功率。

可选地，所述主控单元还用于依据每个负载的配电优先级确定配电权重；

每条支路的输出功率满足公式：

P＝P_需-(1-a)*(P_额-P_需)

其中，P表示每条支路的输出功率，a表示配电权重，P_额表示直流配电单元的额定输出功率，P_需表示所有负载的需求功率总和，n表示负载数量。

可选地，所述主控单元用于控制直流配电单元按优先级从高至低进行配电，并控制未被配电的负载对应的开关单元断开。

另一方面，本申请实施例还提供了一种直流配电方法，应用于上述的直流配电系统，所述方法包括：

获取所述功耗监测单元发送的每条支路的功耗数据；

依据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。

可选地，据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态的步骤包括：

周期性获取每条支路的功耗数据；

在任一支路的功耗数据波动时，依据目标时段内每个时刻的功耗数据，确定对应支路的波动系数；其中，所述目标时段包括当前时刻；

当所述波动系数大于阈值时，控制对应开关单元断开。

可选地，据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态的步骤包括：

当所述直流配电单元的额定输出功率大于或等于所有负载的需求功率总和时，配置每条支路的输出功率等于对应负载的需求功率；

当所述直流配电单元的额定输出功率小于所有负载的需求功率总和时，依据每个负载的配电优先级确定对应支路的输出功率。

相对于现有技术，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请提供了一种直流配电系统与方法，直流配电系统包括直流配电单元、功耗监测单元、开关单元以及主控单元，直流配电单元、功耗监测单元以及开关单元依次通过多条支路电连接，开关单元还与多个负载电连接，且每个负载对应一条支路，主控单元分别与直流配电单元、功耗监测单元以及开关单元电连接；其中，功耗监测单元用于获取每条支路的功耗数据；主控单元用于依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元与开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。由于主控单元能够依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元与开关单元的工作状态，而无须采用无差别供电，因此本申请提供的配电方式更加灵活。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的直流配电系统的模块示意图。

图2为本申请实施例提供的直流配电方法的示例性流程图。

图中：100-直流配电系统；110-直流配电单元；120-功耗监测单元；130-开关单元；140-主控单元。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术中，现有技术中直流配电方式为无差别供电，配电方式并不灵活。

有鉴于此，本申请提供了一种直流配电系统100，作为一种实现方式，请参阅图1，该直流配电系统100包括直流配电单元110、功耗监测单元120、开关单元130以及主控单元140，直流配电单元110、功耗监测单元120以及开关单元130依次通过多条支路电连接，开关单元130还与多个负载电连接，且每个负载对应一条支路，主控单元140分别与直流配电单元110、功耗监测单元120以及开关单元130电连接；其中，功耗监测单元120用于获取每条支路的功耗数据；主控单元140用于依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元110与开关单元130的工作状态，以配置每条支路的输出功率。

其中，负载可以为租户所使用的用电终端，当市电断电后，直流配电系统100可以使用直流配电单元110为用户直流负载供电，进而保证负载端不断电使用。本实施例中，直流配电单元110可以包括备用蓄电池。在其中一个实施例中，直流配电单元110、功耗监测单元120、开关单元130以及对应的负载支路依次连接，即直流配电单元110输出的直流电首先通过功耗监测单元120，再通过开关单元130，最终提供给负载供电。

作为一种实现方式，通过功耗监测单元120，可以单独采集每个负载支路的输出电流、输出电压，同时还可以获取总电流、功率、电能以及备电时间等多种参数，并对所在负载支路的负载功率进行实时监控，从而可以为主控设备控制开关单元130以实现用户直流负载上下电管理提供支撑。可以理解，当负载支路的功耗数据发生异常波动时，主控设备可以进行智能异常预警。

在其中一个实施例中，通过设置开关单元130，可以对每个负载分路进行单独管控，即可以独立定义每个负载支路的租户属性，从而按时间和/或电费等不同需求对租户进行灵活分组，以实现对不同负载支路的精细化电量管理。开关单元130的设置可以对每个负载支路执行灵活上下电策略，以适应各种管控场景。在其中一个实施例中，通过开关单元130，可以对不同负载支路进行定时开通或关断操作，对不同负载支路按条件进行开通或关断操作，对不同负载支路授权开通等，从而适应差异化的备电及发电管理。

在其中一个实施例中，主控单元140可以根据不同负载支路的功耗数据变化，针对于功耗波动异常的负载支路发出智能预警。本实施例中，若主控单元140判定某一负载支路不存在功耗波动异常，则可以根据定义的租户属性，分别开通对应的负载支路授权上电。因此，直流配电系统100可以进行起租站点的管理工作，未起租的站点不授权不上电，从而减少施工过程中的客户纠纷。

作为一种实现方式，在获取功耗监测单元120的数据时，主控单元140用于周期性获取每条支路的功耗数据，例如，周期可设置为1S，则每经过1S，主控单元140则通过功耗监测单元120获取一次监测数据，当然地，在获取监测数据时，针对每个负载支路，均可以同步获取。

需要说明的是，在一些实施例中，每条支路的功耗数据，即表示直流配电单元110在该条支路的输出功率。并且，在获取功耗数据后，可以确定功耗数据是否波动，若功耗数据波动，则表示负载工作异常，例如可能出现开关不稳定、部分电路短路等情况，若功耗波动明显，则需要控制开关单元130断开，以保护后级负载，同时还可以生成预警信号进行报警。

本申请中，当出现任一支路的功耗数据波动时，主控单元140会依据目标时段内每个时刻的功耗数据，确定对应支路的波动系数，并在波动系数大于阈值时，控制对应开关单元130断开，达到保护负载的目的。

作为一种实现方式，波动系数满足公式:

其中，B表示波动系数，Sn表示第n个时刻的功耗数据，S1表示初始时刻的功耗数据。

需要说明的是，本申请的目标时段中，可以包括当前时刻，例如，当前时刻与上一时刻相差较大时，则表示处于波动状态下，此时利用当前时刻的功耗数据与之前的多个时刻的数据按上述公式计算波动系数。或者，当前时刻与上一时刻相差较大时，按照上述公式确定波动系数，并且，在下一时刻时，继续确定波动系数，当一段时间内，波动系数均大于阈值时，则表示此时功耗不稳定，在此情况下，若继续为负载供电，负载在不稳定的状态下运行，可能会导致负载损坏，因此需要控制对应的开关单元130断开，停止为该负载供电。

并且，在一种实现方式中，为了在负载出现故障时快速反应，主控单元140还用于获取当前时刻与前一时刻的功耗数据差值，并且，当任一支路的功耗数据差值大于第一阈值时，确定对应支路的波动系数；当任一支路的功耗数据差值大于第二阈值，且当前时刻的功耗数据大于前一时刻的功耗数据时，控制对应开关单元130断开，其中，第二阈值大于第一阈值。

其中，当相邻两个时刻的功耗数据差值大于第二阈值时，则表示对应负载可能出现故障或出现违规操作，例如，负载端出现短路故障，造成功耗瞬间提升，或者，负载端出现了私自加装负载或私自扩容等情况，导致功耗瞬间提升。因此，当相邻两个时刻的功耗数据差值较大时，则主控单元140会控制对应开关单元130断开。

而当相邻两个时刻的功耗数据差值大于第一阈值且小于第二阈值时，则表示二者波动较大，但并未出现功耗突变过大的情况，此时仍利用上述波动系数计算公式计算波动系数。而当相邻两个时刻的功耗数据差值小于第一阈值时，则表示功耗数据波动较小，此时负载仍可正常更工作。

例如，第一阈值设置为50W，第二阈值设置为200W，若对于某一负载而言，上一时刻的功耗数据为300W，当前时刻的功耗数据为310W，则二者差值为10W，主控单元140会控制该负载继续正常工作；若当前时刻功耗数据为400W，则二者差值为100W，此时需要利用上述公式确定波动系数，以判定负载的功耗波动是否过大，若过大，则控制开关单元130断开；若当前时刻功耗数据为600W，则二者差值为300W，则表示负载可能出现故障，此时主控单元140直接控制开关单元130断开。

不仅如此，在配置每条支路的输出功率，主控单元140还用于当直流配电单元110的额定输出功率大于或等于所有负载的需求功率总和时，配置每条支路的输出功率等于对应负载的需求功率；当直流配电单元110的额定输出功率小于所有负载的需求功率总和时，依据每个负载的配电优先级确定对应支路的输出功率。

其中，负载的需求功率可以通过功率采集单元等获取，在此不做限定，当直流配电单元110的额定功率足够时，则在每条支路输出时，可以按照负载的需求功率输出，即每条支路上的输出功率等于负载的需求功率。而当直流配电单元110的额定功率不能满足负载的总需求功率时，则需要按照负载的优先级配置支路的输出功率。

其中，负载的优先级可以预先设置，或者按照一定规则进行判断，例如，以负载所处范围作为判断规则，在预设范围内的负载为第一优先级，并按照距离越远，优先级越低的方式确定其余负载的优先级；或者，可以按照负载的类型确定其优先级，例如，某些负载对应不断电负载，其优先级最高，如玻璃厂等企业的设备，可设置为不断电负载，优先级最高，其余复杂优先级较低。

在确定优先级后，本申请可通过两种方式实现对各支路的配置：

第一种，各支路均可配置输出功率，在此基础上，每条支路的输出功率均设置小于其需求功率，能够保证负载的运行即可。并且，优先级越大的负载，对应支路的输出功率越接近需求功率。

在此基础上，每条支路的输出功率满足公式：

P＝P_需-(1-a)*(P_额-P_需)

其中，P表示每条支路的输出功率，a表示配电权重，P_额表示直流配电单元110的额定输出功率，P_需表示所有负载的需求功率总和，并且，各个负载的配电权重之和等于1。

在另一种实现方式中，每条支路的输出功率满足公式：

P＝P_需-(1-a)*(P_额-P_需)/n

其中，n表示负载数量。

第二种：

控制直流配电单元110按优先级从高至低进行配电，并控制未被配电的负载对应的开关单元130断开。

即在该控制方式中，优先满足优先级高的负载的配电，并在当直流配电单元110的额定输出功率不能满足所有负载的总需求功率时，则将优先级排序靠后的负载对应的开关单元130断开。

在此基础上，当优先级排序靠后的几个负载的优先级相同时，则可以按照负载位置进一步控制主控单元140的关闭顺序，其中，针对相同优先级的负载，控制直流配电单元110按与目标点的距离，由近至远进行配电，以保证优先满足本区域内的负载的供电。

基于上述实现方式，本申请实施例还提供了一种直流配电方法，应用于上述的直流配电系统，请参阅图2，该方法包括：

S102，获取功耗监测单元发送的每条支路的功耗数据；

S104，依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元与开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。

其中，S104包括：

S1041，周期性获取每条支路的功耗数据；

S1042，在任一支路的功耗数据波动时，依据目标时段内每个时刻的功耗数据，确定对应支路的波动系数；其中，目标时段包括当前时刻；

S1043，当波动系数大于阈值时，控制对应开关单元断开。

可选地，S104还包括：

S1044，当直流配电单元的额定输出功率大于或等于所有负载的需求功率总和时，配置每条支路的输出功率等于对应负载的需求功率；

S1045，当直流配电单元的额定输出功率小于所有负载的需求功率总和时，依据每个负载的配电优先级确定对应支路的输出功率。

综上所述，本申请提供了一种直流配电系统与方法，直流配电系统包括直流配电单元、功耗监测单元、开关单元以及主控单元，直流配电单元、功耗监测单元以及开关单元依次通过多条支路电连接，开关单元还与多个负载电连接，且每个负载对应一条支路，主控单元分别与直流配电单元、功耗监测单元以及开关单元电连接；其中，功耗监测单元用于获取每条支路的功耗数据；主控单元用于依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元与开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。由于主控单元能够依据功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制直流配电单元与开关单元的工作状态，而无须采用无差别供电，因此本申请提供的配电方式更加灵活。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种直流配电系统，其特征在于，所述直流配电系统包括直流配电单元、功耗监测单元、开关单元以及主控单元，所述直流配电单元、所述功耗监测单元以及所述开关单元依次通过多条支路电连接，所述开关单元还与多个负载电连接，且每个负载对应一条支路，所述主控单元分别与所述直流配电单元、所述功耗监测单元以及所述开关单元电连接；其中，

所述功耗监测单元用于获取每条支路的功耗数据；

所述主控单元用于依据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。

2.根据权利要求1所述的直流配电系统，其特征在于，所述主控单元用于周期性获取每条支路的功耗数据，并在任一支路的功耗数据波动时，依据目标时段内每个时刻的功耗数据，确定对应支路的波动系数；其中，所述目标时段包括当前时刻；

当所述波动系数大于阈值时，所述主控单元还用于控制对应开关单元断开。

3.根据权利要求2所述的直流配电系统，其特征在于，所述波动系数满足公式:

其中，B表示波动系数，Sn表示第n个时刻的功耗数据，S1表示初始时刻的功耗数据。

4.根据权利要求2所述的直流配电系统，其特征在于，所述主控单元还用于获取当前时刻与前一时刻的功耗数据差值；

当任一支路的所述功耗数据差值大于第一阈值时，确定对应支路的波动系数；

当任一支路的所述功耗数据差值大于第二阈值，且当前时刻的功耗数据大于前一时刻的功耗数据时，控制对应开关单元断开，其中，所述第二阈值大于所述第一阈值。

5.根据权利要求1所述的直流配电系统，其特征在于，所述主控单元还用于当所述直流配电单元的额定输出功率大于或等于所有负载的需求功率总和时，配置每条支路的输出功率等于对应负载的需求功率；

当所述直流配电单元的额定输出功率小于所有负载的需求功率总和时，依据每个负载的配电优先级确定对应支路的输出功率。

6.根据权利要求5所述的直流配电系统，其特征在于，所述主控单元还用于依据每个负载的配电优先级确定配电权重；

每条支路的输出功率满足公式：

P＝P_需-(1-a)*(P_额-P_需)

其中，P表示每条支路的输出功率，a表示配电权重，P_额表示直流配电单元的额定输出功率，P_需表示所有负载的需求功率总和。

7.根据权利要求5所述的直流配电系统，其特征在于，所述主控单元用于控制直流配电单元按优先级从高至低进行配电，并控制未被配电的负载对应的开关单元断开。

8.一种直流配电方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7任一项所述的直流配电系统，所述方法包括：

获取所述功耗监测单元发送的每条支路的功耗数据；

依据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态，以配置每条支路的输出功率。

9.根据权利要求8所述的直流配电方法，其特征在于，据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态的步骤包括：

周期性获取每条支路的功耗数据；

在任一支路的功耗数据波动时，依据目标时段内每个时刻的功耗数据，确定对应支路的波动系数；其中，所述目标时段包括当前时刻；

当所述波动系数大于阈值时，控制对应开关单元断开。

10.根据权利要求8所述的直流配电方法，其特征在于，据所述功耗数据、每个负载的需求功率与配电优先级控制所述直流配电单元与所述开关单元的工作状态的步骤包括：

当所述直流配电单元的额定输出功率大于或等于所有负载的需求功率总和时，配置每条支路的输出功率等于对应负载的需求功率；

当所述直流配电单元的额定输出功率小于所有负载的需求功率总和时，依据每个负载的配电优先级确定对应支路的输出功率。

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