一种电源控制系统及其控制方法与流程

1.本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种电源控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着电子设备以及物联网技术的发展，野外无人值守的观测站逐渐成为天气监测、地震监测、安全监测等领域中一种观测手段。观测站中的监测设备运行稳定性和可靠性对观测质量至关重要。观测站不仅受环境考验，而且受建设条件影响，一般野外在线监测站的供电中不会备用专业变压器，多以配电网尚直接获取输入性电源来满足或者以太阳能、风能满足系统供电需求。因此，为保障野外观测系统内监测设备连续稳定运行，需要提供稳定可靠的供电电源。
3.目前供电电源控制一般采用电源监控系统，一般的电源监控系统包括电源开关参数及状态检测、蓄电池状态及充放电控制、发电机组运行状态检测，例如，公告号为cn102306944b的专利文献公开的一种灾害地质监测仪器专用的智能蓄电池管理器。
4.随着网络技术的发展，电源监控系统具备网络传输功能，能实现远距离、大范围分布。一些小型化的电源监控系统还可以同时适用于ac
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dc、dc
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dc、dc
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ac和ac
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ac四类电源，基本实现了电源监控智能管理的需求。但是，在电源监控中仍然存在冗余供电能源浪费的问题，尤其是一些偏远地区监测系统的供电上。目前的电源监控系统仅能保障供电不断，但没有考虑冗余供电模块的寿命以及绿色能源的优先使用问题，造成了野外观测系统中供电浪费或者运行成本较高。


技术实现要素：

5.基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种电源控制系统及其控制方法，以合理化、智能化、低能耗为原则，具有供电方式优先选择功能，操作简单，能有效利用电力来源，提高各供电设备的使用寿命，且能有效监控输出参数，解决野外无人值守观测系统中供电成本高、高能耗的问题。
6.为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种电源控制系统，包括：
8.中央控制模块；
9.人机交互模块，与中央控制模块信号连接，用于输入控制命令；
10.输入控制模块，与中央控制模块信号连接，用于根据控制命令控制第一目标电源类型的输入；其中，第一目标电源类型为交流电或直流电；
11.冗余备电模块，与中央控制模块信号连接，用于根据控制命令控制备用电源的输入；
12.输出控制模块，与中央控制模块信号连接，用于根据控制命令控制第二目标电源类型的输出；其中，第二目标电源类型为交流电或直流电。
13.作为优选方案，所述输入控制模块包括交流输入端、直流输入端、第一电压检测模块和控制开关，交流输入端用于连接市电，直流输入端用于连接太阳能光伏板或风力发电机，交流输入端和直流输入端分别连接第一电压检测模块，第一电压检测模块用于检测交流输入端、直流输入端的电压信息并将其传输至中央控制模块；交流输入端和直流输入端的输出端通过控制开关连接至中央控制模块；
14.中央控制模块根据电压信息并通过控制开关控制交流电的输入与直流电的输入之间的切换。
15.作为优选方案，所述冗余备电模块包括输入开关、输出开关、蓄电池和第二电压检测模块，中央控制模块分别通过输入开关和输出开关连接蓄电池，蓄电池连接第二电压检测模块，第二电压检测模块用于检测蓄电池的电压并传输至中央控制模块；
16.当第二电压检测模块检测到蓄电池的电压低于第一电压阈值时，输入开关打开，中央控制模块对蓄电池充电；
17.当第二电压检测模块检测到蓄电池的电压高于第二电压阈值时，输入开关关闭；
18.当第一电压检测模块检测的交流输入端及直流输入端的电压均为零时，中央控制模块控制输出开关打开，以将蓄电池作为备用电源并进行输入。
19.作为优选方案，所述输出控制模块包括电源变换器、直流输出端、交流输出端和电流电压检测模块，中央控制模块连接电源变换器，电源变换器分别连接直流输出端和交流输出端，直流输出端和交流输出端分别连接电流电压检测模块，电流电压检测模块用于检测第二目标电源类型输出的电流和电压并传输至中央控制模块。
20.作为优选方案，所述电源变换器包括ac
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ac变换器、ac
‑
dc整流器、dc
‑
dc变换器和dc
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ac逆变器，ac
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ac变换器分别与中央控制模块、交流输出端连接，ac
‑
dc整流器分别与中央控制模块、直流输出端连接，dc
‑
dc变换器分别与中央控制模块、直流输出端连接，dc
‑
ac逆变器分别与中央控制模块、交流输出端连接。
21.作为优选方案，所述直流输出端和/或交流输出端的数量有多个。
22.作为优选方案，所述人机交互模块为触摸屏，用于输入第一目标电源类型、第二目标电源类型以及电压范围、备用电源的定时工作时间以构成控制命令，还用于显示中央控制模块接收的电压及电流信息。
23.作为优选方案，电源控制系统，还包括网络通讯模块，与中央控制模块信号连接，用于将中央控制模块接收的电压及电流信息传输至远程数据端。
24.作为优选方案，所述网络通讯模块包括无线通信模块和锂电池，无线通信模块用于中央控制模块与远程数据端通信连接，锂电池用于对无线通信模块和中央控制模块供电。
25.本发明还提供如上方案所述的电源控制系统的电源控制方法，包括：
26.根据输入的第一目标电源类型，中央控制模块控制交流电或直流电的输入；若为交流电的输入，当第一电压检测模块检测的电压为零时，中央控制模块控制切换为直流电的输入；若为直流电的输入，当第一电压检测模块检测的电压低于10v时，中央控制模块控制切换为交流电的输入；
27.根据负载类型选择第二目标电源类型以及电压范围，中央控制模块控制电源变换器向直流输出端或交流输出端进行第二目标电源类型的输出，并通过电流电压检测模块监
测第二目标电源类型输出的电流和电压；
28.设置备用电源的定时工作时间，当到达设定的工作时间，中央控制模块关闭第一目标电源类型的输入，打开冗余备电模块的输出开关，以进行备用电源的输入；
29.当蓄电池的电压低于10v，输出开关关闭，中央控制模块控制第一目标电源类型的输入，冗余备电模块的输入开关打开，以对蓄电池进行充电；
30.当蓄电池的电压高于12v，冗余备电模块的输入开关关闭；
31.当第一电压检测模块检测的交流输入端及直流输入端的电压均为零时，中央控制模块控制输出开关打开，以将蓄电池作为备用电源并进行输入；
32.中央控制模块接收的电压及电流信息通过网络通讯模块的通信模块传输至远程数据端；
33.当电源控制系统存在故障时，网络通讯模块的锂电池对中央控制模块和无线通信模块短暂供电，以使故障信息无线传输至远程数据端从而实现报警。
34.本发明与现有技术相比，有益效果是：
35.(1)交直流输入控制，根据实际需求可控制交流或直流输入优先，并通过电压检测可实现交直流输入自动切换，不仅保障了供电的连续性，同时有效利用绿色能源，避免交流与直流同时供电的能源浪费情况；
36.(2)冗余备电模块可在线自动充放电，无需人工维护保养，提高了蓄电池的使用寿命，同时达到了节能效果；
37.(3)通过无线网络传输电源控制系统的电源输入、输出情况，便于操作人员判断野外在线监测系统的供电是否正常，且可在电源控制系统故障时或者交直流电均无输入时提供报警信息，方便操作人员判断故障原因，提高运维效率。
附图说明
38.图1是本发明实施例的电源控制系统的构架图；
39.图2是本发明实施例的电源控制方法的流程图。
具体实施方式
40.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图，并获得其他的实施方式。
41.如图1所示，本发明实施例的电源控制系统，包括中央控制模块1、输入控制模块、输出控制模块、冗余备电模块、人机交互模块5和网络通讯模块，具体地，人机交互模块与中央控制模块信号连接，用于输入控制命令；输入控制模块与中央控制模块信号连接，用于根据控制命令控制第一目标电源类型的输入；其中，第一目标电源类型为交流电或直流电；冗余备电模块与中央控制模块信号连接，用于根据控制命令控制备用电源的输入；输出控制模块与中央控制模块信号连接，用于根据控制命令控制第二目标电源类型的输出；其中，第二目标电源类型为交流电或直流电。
42.其中，输入控制模块包括交流输入端2
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1、直流输入端2
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2、电压检测模块2
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3和控
制开关2
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4，交流输入端2
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1用于连接110～240v市电，直流输入端2
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2用于连接太阳能光伏板或风力发电机，交流输入端2
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1和直流输入端2
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2分别连接电压检测模块2
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3，电压检测模块2
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3用于检测交流输入端、直流输入端的电压信息并将其传输至中央控制模块1；交流输入端和直流输入端的输出端通过控制开关2
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4连接至中央控制模块1，以便通过控制开关2
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4控制交流电或直流电或无电的输入；另外，中央控制模块1根据电压信息并通过控制开关控制交流电的输入与直流电的输入之间的切换；具体地，操作人员选择优先供电模式，如果交流供电优先，则交流输入端开启，当电压检测模块2
‑
3检测电压为零时，中央控制模块控制开启直流输入端；如果直流电供电优先，则直流输入端开启，当电压检测模块2
‑
3检测电压低于10v时，中央控制模块控制开启交流输入端；最终实现交流电的输入与直流电的输入之间的切换，不仅保障了供电的连续性，同时有效利用绿色能源，避免交流与直流同时供电的能源浪费情况。
43.本发明实施例的输出控制模块包括电源变换器3
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1、直流输出端3
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2、交流输出端3
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3和电流电压检测模块3
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4，中央控制模块1连接电源变换器3
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1，电源变换器3
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1分别连接直流输出端3
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2和交流输出端3
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3，直流输出端3
‑
2和交流输出端3
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3分别连接电流电压检测模块3
‑
4，电流电压检测模块3
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4用于检测第二目标电源类型输出的电流和电压并传输至中央控制模块1。其中，电源变换器包括ac
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ac变换器、ac
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dc整流器、dc
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dc变换器和dc
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ac逆变器，ac
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ac变换器分别与中央控制模块、交流输出端连接，ac
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dc整流器分别与中央控制模块、直流输出端连接，dc
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dc变换器分别与中央控制模块、直流输出端连接，dc
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ac逆变器分别与中央控制模块、交流输出端连接；具体根据输入控制模块的输入方式以及输出控制模块连接的负载设备，中央控制模块1控制电源变换器的工作和输出电压范围。
44.当交流电输入时：若负载设备为交流电设备，电源变换器的ac
‑
ac变换器工作；若负载设备为直流电设备，ac
‑
dc整流器工作。
45.当直流电输入时：若负载设备为交流电设备，电源变换器的dc
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ac逆变器工作；若负载设备为直流电设备，dc
‑
dc变换器工作。
46.另外，电源变换器根据中央控制模块1的控制命令调节输出的电压范围。
47.本发明实施例的上述直流输出端和/或交流输出端的数量有多个，各对多个负载设备进行区分供电。
48.本发明实施例的冗余备电模块包括输入开关4
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1、输出开关4
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2、蓄电池4
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3和电压检测模块4
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4，中央控制模块1分别通过输入开关4
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1和输出开关4
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2连接蓄电池4
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3，蓄电池4
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3连接电压检测模块4
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4，电压检测模块4
‑
4用于检测蓄电池4
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3的电压并传输至中央控制模块；
49.当电压检测模块4
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4检测到蓄电池的电压低于第一电压阈值时，输入开关4
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1打开，中央控制模块1控制对蓄电池4
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3充电；
50.当电压检测模块4
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4检测到蓄电池的电压高于第二电压阈值时，输入开关4
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1关闭，停止对蓄电池4
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3充电，防止过充，提升蓄电池的寿命；
51.当电压检测模块2
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3检测的交流输入端及直流输入端的电压均为零时，中央控制模块1控制输出开关4
‑
2打开，以将蓄电池4
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3作为备用电源并进行输入，实现备用电源供电。
52.本发明实施例的人机交互模块5用于操作人员向电源控制系统输出控制命令。具
体地，人机交互模块5为触摸屏，用于输入第一目标电源类型、第二目标电源类型以及电压范围、备用电源的定时工作时间以构成控制命令，还用于显示中央控制模块接收的电压及电流信息，便于现场查看。
53.本发明实施例的网络通讯模块与中央控制模块信号连接，用于将中央控制模块接收的电压及电流信息传输至远程数据端。具体地，网络通讯模块包括无线通信模块(以4g模块6
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1示例说明，还可以为5g模块等)和锂电池6
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2，4g模块6
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1用于中央控制模块与远程数据端通信连接，锂电池6
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2用于对无线通信模块和中央控制模块供电。当交直流电均无输入或者电源控制系统故障时，锂电池6
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2短暂供电，使中央控制模块的故障信息通过4g模块传送至远程数据端，以便进行远程报警。
54.本发明实施例的中央控制模块是以微处理器为核心控制各功能模块的运行，中央控制模块接收人机交互模块的命令，根据供电优选通过输入控制模块中的电压检测模块控制交流和直流输入，根据负载设备的类型控制输出控制模块的电源变换器的输出电压范围，并接收电流电压检测模块检测，中央控制模块控制冗余备电模块的输入开关和输出开关对蓄电池进行充放电，人机交互模块和网络通讯模块向操作人员或者远程数据端显示电源控制系统的运行情况。
55.另外，如图2所示，本发明实施例还提供如上所述的电源控制系统的电源控制方法，包括：
56.根据输入的第一目标电源类型，中央控制模块控制交流电或直流电的输入；若为交流电的输入，当第一电压检测模块检测的电压为零时，中央控制模块控制切换为直流电的输入；若为直流电的输入，当第一电压检测模块检测的电压低于10v时，中央控制模块控制切换为交流电的输入；具体地，操作人员选择优先供电模式，中央控制模块控制连接交流电或直流电，电压检测模块检测电压，当电压检测供电异常时，中央控制模块控制连接另一供电。其中，若交流供电优先时，则交流输入端开启，当电压检测模块检测电压为0时，中央控制模块控制开启直流输入端；若直流电供电优先时，则直流输入端开启，当电压检测模块检测电压低于10v时，中央控制模块控制开启交流输入端，实现切换。
57.根据负载类型选择第二目标电源类型以及电压范围，中央控制模块控制电源变换器向各直流输出端或交流输出端进行第二目标电源类型的输出，并通过电流电压检测模块监测第二目标电源类型输出的电流和电压；
58.设置备用电源的定时工作时间，当到达设定的工作时间，中央控制模块关闭第一目标电源类型的输入，打开冗余备电模块的输出开关，以进行备用电源的输入；
59.当蓄电池的电压低于10v，输出开关关闭，中央控制模块控制第一目标电源类型的输入，冗余备电模块的输入开关打开，以对蓄电池进行充电；
60.当蓄电池的电压高于12v，冗余备电模块的输入开关关闭；
61.当第一电压检测模块检测的交流输入端及直流输入端的电压均为零时，中央控制模块控制输出开关打开，以将蓄电池作为备用电源并进行输入；
62.中央控制模块接收的电压及电流信息(即采集信息)通过网络通讯模块的通信模块传输至远程数据端(即客户端)；
63.当电源控制系统存在故障时，例如，输入控制模块和冗余备电模块均无法提供电源时，或者其他故障造成电源控制系统无法正常运行时，网络通讯模块的锂电池对中央控
制模块和无线通信模块短暂供电，以使故障信息无线传输至远程数据端从而实现报警。
64.以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。