CN117438887A - 固态断路器配电板卡、控制方法、配电机箱及配电机柜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种固态断路器配电板卡、控制方法、配电机箱及配电机柜，应用于数据中心等大量阵列式设备供配电需求环境中，固态断路器配电装置的基本组成单元是固态断路器配电板卡，每条固态断路器配电板卡由多路固态断路器配电回路与一条机械式受控开关回路并联，后与机械式受控总开关串联，构成固态断路器配电板卡；减小了整张配电板卡的功率消耗和发热量，具有低成本、低功耗、智能化的特点。
Description
技术领域
本发明属于阵列设备低压配电系统领域，具体涉及一种固态断路器配电板卡、控制方法、配电机箱及配电机柜。
背景技术
数字经济时代，随着 5G、物联网、工业互联网的推广应用，带来数据指数级增长，大量数据都将进入数据机房进行集中处理，这对数据中心都提出了更新更高的要求。面对数据中心高密化、规模化的发展，供电系统作为数据中心的“心脏”，为满足数据中心的增长，以及绿色能源的发展趋势，在建设中不仅要保障供电的安全性，更要对供电系统进行技术创新，提高智能化水平，降低功率消耗和产热，减少电力消耗，为客户创造更大价值。
预制化和模块化将是数据中心未来发展的一个方向。与目前广泛使用的微模块相同，采用模块化设计将数据中心供配电分解成多个预制化结构在进行预制组装供配电系统，标准化生产，将复杂的工程变成统一的产品，实现供配电系统的快速部署。
对于数据中心而言，供配电系统的可靠性与可用性直接影响着其安全稳定运行，而末端配电更是整个供配电系统的关键环节。如何兼顾低功耗、低成本和智能化、可靠性，是数据中心阵列式电气设备配电装置的重要方向之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种固态断路器配电板卡、控制方法、配电机箱及配电机柜，实现数据中心阵列式设备的低功耗、低成本、智能化、可靠配电管理。
本发明采用如下技术方案予以实现。
第一方面，本发明提供一种固态断路器配电板卡，包括：多路固态断路器配电通道、一路机械式受控开关通道以及受控总开关；
所述多路固态断路器配电通道与一路机械式受控开关通道并联；多路固态断路器配电通道与一路机械式受控开关通道后的整体与受控总开关串联。
进一步的，所述机械式受控开关通道由总控制MCU和受控机械开关组成，所述总控制MCU由板卡控制单元、板卡通信单元、采集单元构成；
进一步的，所述多路固态断路器配电通道之间相互独立，每路固态断路器配电通道包含控制单元、采集单元、通信单元和受控固态开关；控制单元采用微处理器作为控制中心；采集单元包括通过并联的分压电阻采集输入电压、输出电压，通过串联的采样电阻输出电流；通信单元采用CAN通信与板卡通信单元通信，上报闭合断开状态、电压电流数据和故障信息；受控固态开关实现无弧通断。
第二方面，本发明提供一种固态断路器配电板卡的控制方法，所述方法基于第一方面所述的固态断路器配电板卡实现，所述方法包括：
所述固态断路器配电板卡的闭合控制方法如下：首先闭合受控总开关，每路固态断路器配电通道的控制单元根据通道闭合控制指令，闭合功率回路，如果每一路固态断路器配电通道处于闭合状态，将闭合并联于固态断路器配电通道的受控机械开关，受控机械开关闭合后，断开固态断路器配电通道。
第三方面，一种固态断路器配电板卡的控制方法，其特征在于，所述方法基于第一方面所述的固态断路器配电板卡实现，所述方法包括：
所述的固态断路器配电板卡的断开控制方法如下：在固态断路器配电板卡的受控总开关和与多路固态断路器配电通道并联的受控机械开关闭合的情况下，当需要某一路或多路固态断路器配电通道断开时，首先闭合所有固态断路器配电通道，然后断开与多路固态断路器配电通道并联的受控机械开关，最后根据通道断开指令，断开相应的固态断路器配电通道；如果所有固态断路器通道均断开，则将受控总开关断开。
第四方面，本发明提供一种固态断路器配电机箱，包括多张如第一方面所述的固态断路器配电板卡，以及机箱总开关、机箱通信模块；
所述多张固态断路器配电板卡与机箱总开关、机箱通信模块串联。
第五方面，本发明提供一种固态断路器配电机柜，包括：多个如第四方面所述的固态断路器配电机箱、不间断电源、机柜总开关，且多个固态断路器配电机箱和不间断电源并联，与机柜总开关串联；所述固态断路器配电机箱为抽屉式。
第六方面，本发明提供一种固态断路器配电装置，包括：多个如第五方面所述的固态断路器配电机柜。
本发明公开一种固态断路器配电板卡、控制方法、配电机箱及配电机柜，应用于数据中心等大量阵列式设备供配电需求环境中，固态断路器配电装置的基本组成单元是固态断路器配电板卡，每条固态断路器配电板卡由多路固态断路器配电回路与一条机械式受控开关回路并联，后与机械式受控总开关串联，构成固态断路器配电板卡；减小了整张配电板卡的功率消耗和发热量，具有低成本、低功耗、智能化的特点。
附图说明
图1是机柜式数据中心配电装置布局图；
图2是机柜式数据中心配电装置架构设计图；
图3是固态配电机箱架构原理图；
图4是固态配电板卡架构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是机柜式数据中心配电装置布局图，功率电首先经过机房总功率开关，功率总开关采用机械式，能够实现过流自动跳闸，通过放射性连接方式，接入并联的机柜式固态断路器配电装置中。每个机柜式固态断路器配电装置相互独立，单独一台故障不会导致其他装置的故障。
图2是机柜式数据中心配电装置架构设计图，功率输入首先经过机柜式数据中心配电装置的总开关，总开关采用机械式，能够实现过流自动跳闸。机柜式数据中心配电装置分为多层，每层放置一台固态断路器配电中心机箱，每台固态断路器配电中心机箱之间相互独立，采用功率并联方式。机柜式数据中心配电装置配有不间断供电电源，用于双余度配电，防止主功率线故障时无法供电，由不间断电源保障供电。机柜式数据中心配电装置配有冷气通风装置，通风管道接入每层的固态配电机箱中，用于提供制冷功能。在机柜表面，安装有通信显示模块，采集并显示每个固态配电机箱的供电状态。
图3是固态配电机箱架构原理图，功率输入首先经过固态配电机箱的总开关，总开关采用机械式，能够实现过流自动跳闸。固态配电机箱包含多路固态配电板卡和数据通信板卡，固态配电板卡之间相互独立，数据通信板卡与每个固态配电板卡通信，采集每张固态断路器配电板卡的供电状态。
图4是固态配电板卡架构原理图，功率输入首先经过固态配电板卡的总开关，总开关采用机械式，能够实现过流自动跳闸。固态配电板卡由多路固态断路器配电通道与一条机械式受控开关通道并联构成。
机械式受控开关通道，由板卡控制单元、板卡通信单元、机械式受控开关器件、采集单元构成。
多路固态断路器配电通道之间相互独立，每路固态断路器配电通道包含控制单元、采集单元、通信单元和功率单元，控制单元采用微处理器作为控制中心，采集单元包括通过并联的分压电阻采集输入电压、输出电压，通过串联的采样电阻才输出电流，通信单元采用CAN通信与板卡通信单元通信，上报闭合断开状态、电压电流数据和故障信息，功率单元采用固态功率器件，实现无弧通断。
本发明实施例提供一种固态断路器配电装置，由可放射性并联固态断路器配电机柜、可替换固态断路器配电机箱、可替换固态断路器配电板卡及相配套的连接器、线缆等部件构成。
本发明实施例提供一种固态断路器配电机柜，由多个固态断路器配电机箱与不间断电源并联，与机械式受控总开关串联，以及相配套的机柜架、连接器、线束、显示屏、冷风通道等部件构成，固态断路器配电机箱为抽屉式，可快捷更换。固态断路器配电机柜具有显示界面，显示输入电压、输入电流、各个固态断路器配电通道开通关断状态、故障信息等信息，具有声光故障报警。如图2所示。
本发明实施例提供一种固态断路器配电机箱，由多张固态断路器配电板卡与机械式受控总开关串联及控制通信板卡、机箱壳体等部件构成，固态断路器配电板卡可快捷更换。如图3所示。
本发明实施例提供一种固态断路器配电板卡，由多路固态断路器配电通道与一条机械式受控开关通道并联，后与机械式受控总开关串联构成。如图4所示。
所述机械式受控开关通道，由板卡控制单元、板卡通信单元、机械式受控开关器件、采集单元构成。
所述多路固态断路器配电通道之间相互独立，每路固态断路器配电通道包含控制单元、采集单元、通信单元和功率单元，控制单元采用微处理器作为控制中心，采集单元包括通过并联的分压电阻采集输入电压、输出电压，通过串联的采样电阻才输出电流，通信单元采用CAN通信与板卡通信单元通信，上报闭合断开状态、电压电流数据和故障信息，功率单元采用固态功率器件，实现无弧通断。
所述的固态断路器配电机柜可以通过并联，采用放射式功率连接方式，扩展更多固态断路器配电通道，适用于数据中心等集中大量通道配电的应用场景。如图1所示。
固态断路器配电板卡的闭合控制逻辑如下：首先闭合板卡机械总开关，每路固态断路器配电通道的控制单元根据通道闭合控制指令，闭合功率回路，如果同一张板卡的每一路固态断路器配电通道处于闭合状态，将闭合并联于固态断路器配电通道的机械开关，机械开关闭合后，断开固态断路器配电通道，降低固态断路器配电通道内阻的功率消耗，减少热量产生。
固态断路器配电板卡的断开控制逻辑如下：在固态断路器配电板卡的机械式总开关和与多路固态断路器配电通道并联的机械式开关闭合情况下，当需要某一路或多路固态断路器配电通道断开时，首先闭合所有固态断路器配电通道，然后断开与多路固态断路器配电通道并联的机械式开关，最后根据通道断开指令，断开相应的固态断路器配电通道。如果所有固态断路器通道均断开，则需将机械式受控总开关断开。
固态断路器配电板卡的单路固态断路器配电通道故障控制逻辑如下：检测到总电流超过预设值，首先闭合所有固态断路器配电通道，然后断开与多路固态断路器配电通道并联的机械式开关，再次检测每一路固态断路器配电通道电流，超过对应固态断路器通道的预设值，则该路固态断路器通道启动热累积计算，达到保护值后，断开该路固态断路器通道，实现故障隔离。
固态断路器配电板卡的低成本设计原理：通过一路机械开关与多路固态开关并联，在通过固态开关满足无弧开通关断的同时，全部通道导通后，通过机械开关降低导通后的电力消耗和产热。考虑到数据中心的配电方式是相对固定、稳定的，通道全部导通是常态，因此此种架构原理设计非常贴合此应用场景，实现低功耗设计。
本发明公开一种固态断路器配电板卡、控制方法、配电机箱及配电机柜，应用于数据中心等大量阵列式设备供配电需求环境中，固态断路器配电装置的基本组成单元是固态断路器配电板卡，每条固态断路器配电板卡由多路固态断路器配电回路与一条机械式受控开关回路并联，后与机械式受控总开关串联，构成固态断路器配电板卡；减小了整张配电板卡的功率消耗和发热量，具有低成本、低功耗、智能化的特点。
Claims (8)
1.一种固态断路器配电板卡，其特征在于，包括：多路固态断路器配电通道、一路机械式受控开关通道以及受控总开关；
所述多路固态断路器配电通道与一路机械式受控开关通道并联；多路固态断路器配电通道与一路机械式受控开关通道并联后的整体与受控总开关串联。
2.根据权利要求1所述的一种固态断路器配电板卡，其特征在于，
所述机械式受控开关通道由总控制MCU和受控机械开关组成，所述总控制MCU由板卡控制单元、板卡通信单元、采集单元构成。
3.根据权利要求1所述的一种固态断路器配电板卡，其特征在于，
所述多路固态断路器配电通道之间相互独立，每路固态断路器配电通道包含控制单元、采集单元、通信单元和受控固态开关；
控制单元采用微处理器作为控制中心；
采集单元包括通过并联的分压电阻采集输入电压、输出电压，通过串联的采样电阻输出电流；
通信单元采用CAN通信与板卡通信单元通信，上报闭合断开状态、电压电流数据和故障信息；
受控固态开关实现无弧通断。
4.一种固态断路器配电板卡的控制方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1-3中任一项所述的固态断路器配电板卡实现，所述方法包括：
所述固态断路器配电板卡的闭合控制方法如下：首先闭合受控总开关，每路固态断路器配电通道的控制单元根据通道闭合控制指令，闭合功率回路，如果每一路固态断路器配电通道处于闭合状态，将闭合并联于固态断路器配电通道的受控机械开关，受控机械开关闭合后，断开固态断路器配电通道。
5.一种固态断路器配电板卡的控制方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1-3中任一项所述的固态断路器配电板卡实现，所述方法包括：
所述的固态断路器配电板卡的断开控制方法如下：在固态断路器配电板卡的受控总开关和与多路固态断路器配电通道并联的受控机械开关闭合的情况下，当需要某一路或多路固态断路器配电通道断开时，首先闭合所有固态断路器配电通道，然后断开与多路固态断路器配电通道并联的受控机械开关，最后根据通道断开指令，断开相应的固态断路器配电通道；如果所有固态断路器通道均断开，则将受控总开关断开。
6.一种固态断路器配电机箱，其特征在于，包括多张如权利要求1-3中任一项所述的固态断路器配电板卡，以及机箱总开关、机箱通信模块；
多张固态断路器配电板卡与机箱总开关、机箱通信模块串联。
7.一种固态断路器配电机柜，其特征在于，包括：多个如权利要求6所述的固态断路器配电机箱，以及不间断电源、机柜总开关，且多个固态断路器配电机箱和不间断电源并联，与机柜总开关串联；所述固态断路器配电机箱为抽屉式。
8.一种固态断路器配电装置，其特征在于，包括：多个如权利要求7所述的固态断路器配电机柜。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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