本發(fā)明屬于投切阻抗限流裝置，具體而言，涉及一種自動投切阻抗限流裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代社會對供電可靠性的要求不斷提高，傳統(tǒng)的被動式供電方式已無法滿足一些關(guān)鍵應(yīng)用場景的需求。在軍事通信、鐵路信號、醫(yī)療手術(shù)等領(lǐng)域，供電系統(tǒng)一旦發(fā)生中斷或故障，將導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失甚至生命安全隱患。因此，對電源供電的可靠性、穩(wěn)定性和連續(xù)性提出了更高的要求。

2、目前，常見的高可靠供電系統(tǒng)主要采用主備電源熱備份的方式，在主電源發(fā)生故障時，快速切換至備用電源，確保負(fù)載電源不間斷。這種被動式投切控制技術(shù)需要人工監(jiān)控主電源狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，人工立即發(fā)出投切指令，切換至備用電源。這種被動式控制存在以下幾個主要問題:

3、1.反應(yīng)滯后性:人工監(jiān)控和操作響應(yīng)較慢，在主電源故障與備用電源切換之間存在時間延遲，可能導(dǎo)致短暫中斷甚至造成負(fù)載損壞。

4、2.操作不確定性:依賴于人工經(jīng)驗(yàn)判斷，難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，存在失誤和差錯的可能，容易引發(fā)錯誤投切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種自動投切阻抗限流裝置，能夠解決現(xiàn)有的被動式投切控制存在反應(yīng)滯后、依賴人工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種自動投切阻抗限流裝置，其中，包括：主控單元、采集單元、投切單元、限流單元；

4、所述主控單元,用于根據(jù)采集單元輸入的數(shù)據(jù),判斷是否需要進(jìn)行投切或限流操作,并發(fā)出相應(yīng)的控制指令；

5、所述采集單元,用于實(shí)時采集輸入電源的電壓、電流、頻率,并將這些數(shù)據(jù)傳送給主控單元,作為投切和限流的判據(jù)依據(jù)；

6、所述投切單元,用于在主控單元的投切指令控制下,從主電源快速切換到備用電源,實(shí)現(xiàn)無縫供電切換；

7、所述限流單元,用于根據(jù)主控單元的限流指令,調(diào)節(jié)等效阻抗量,從而限制當(dāng)前在線的電源輸出的電流在安全范圍內(nèi)；

8、其中，所述主控單元，包括預(yù)測模塊和判斷模塊，所述預(yù)測模塊用于根據(jù)實(shí)時采集的參數(shù)，以預(yù)設(shè)的預(yù)警時間為提前量進(jìn)行預(yù)警,預(yù)熱投切電路或阻抗調(diào)節(jié)電路；所述判斷模塊，用于根據(jù)實(shí)時采集的參數(shù)判斷是否需要立即啟動投切或限流，當(dāng)需要立即啟動投切或限流時，立即向投切控制單元發(fā)出投切指令或向阻抗控制單元發(fā)出所述阻抗量限流指令。

9、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的一種自動投切阻抗限流裝置還可以做如下改進(jìn):

10、其中，所述預(yù)測模塊用于執(zhí)行以下步驟：

11、s11、接收采集單元傳輸?shù)膶?shí)時數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、頻率；

12、s12、基于歷史數(shù)據(jù),建立電壓、電流、頻率的時間序列模型；

13、s13、將實(shí)時數(shù)據(jù)輸入時間序列模型,預(yù)測未來一段時間內(nèi)的電壓、電流、頻率變化趨勢；

14、s14、根據(jù)預(yù)測趨勢,判斷是否會在未來的預(yù)測時間內(nèi)觸及預(yù)設(shè)的投切閾值或限流閾值；

15、s15、若預(yù)測將觸及投切閾值或限流閾值,以預(yù)設(shè)的預(yù)警時間為提前量進(jìn)行預(yù)警,預(yù)熱投切電路或阻抗調(diào)節(jié)電路；

16、s16、持續(xù)更新實(shí)時數(shù)據(jù),重復(fù)執(zhí)行s11-s15步驟,動態(tài)調(diào)整預(yù)測時間和預(yù)警時間。

17、或者，所述預(yù)測模塊用于執(zhí)行以下步驟：

18、步驟1、接收采集單元傳輸?shù)膶?shí)時數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、頻率；

19、步驟2、基于歷史數(shù)據(jù)，建立電壓、電流、頻率的時間序列模型；

20、步驟3、初始化三只灰狼，分別代表電壓、電流和頻率，給每只灰狼隨機(jī)分配初始位置，代表對應(yīng)指標(biāo)當(dāng)前的狀態(tài)；

21、步驟4、將所述實(shí)時數(shù)據(jù)輸入時間序列模型，評估三只灰狼的適應(yīng)度值，即三個指標(biāo)當(dāng)前的狀態(tài)與預(yù)期目標(biāo)狀態(tài)的偏差程度；

22、步驟5、根據(jù)灰狼捕獵算法，模擬三只灰狼的領(lǐng)導(dǎo)者-追隨者行為，調(diào)整三只灰狼的位置，以最小化三個指標(biāo)的偏差，調(diào)整后的三只灰狼的位置代表預(yù)測的電壓、電流和頻率的變化趨勢；

23、步驟6、根據(jù)調(diào)整后的三只灰狼的位置，判斷是否會在未來的預(yù)測時間內(nèi)觸及預(yù)設(shè)的投切閾值或限流閾值；

24、步驟7、若預(yù)測將觸及投切閾值或限流閾值，以預(yù)設(shè)的預(yù)警時間為提前量進(jìn)行預(yù)警，預(yù)熱投切電路或阻抗調(diào)節(jié)電路；

25、步驟8、持續(xù)更新實(shí)時數(shù)據(jù)，重復(fù)執(zhí)行步驟4-步驟7，動態(tài)調(diào)整預(yù)測時間和預(yù)警時間。

26、其中，所述判斷模塊，用于執(zhí)行以下步驟：

27、s21、接收采集單元傳輸?shù)膶?shí)時數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、頻率；

28、s22、將實(shí)時數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的投切閾值或限流閾值進(jìn)行比較,判斷是否已經(jīng)觸及投切或限流條件；

29、s23、若觸及投切條件,立即向投切控制單元發(fā)出投切指令；

30、s24、若觸及限流條件,計算所需調(diào)節(jié)的阻抗量，并立即向阻抗控制單元發(fā)出所述阻抗量限流指令；

31、s25、持續(xù)監(jiān)控實(shí)時數(shù)據(jù),重復(fù)執(zhí)行s21-s24步驟,實(shí)時作出投切或限流決策。

32、進(jìn)一步的，所述時間序列模型采用arima模型。

33、進(jìn)一步的，所述步驟s14的具體步驟包括:設(shè)置投切電壓閾值為[0.9vn,1.1vn],其中vn為額定電壓；設(shè)置投切頻率閾值為[0.95fn,1.05fn],其中fn為額定頻率；設(shè)置限流電流閾值為1.2in,其中in為額定電流；將預(yù)測出的未來電壓、頻率序列與對應(yīng)投切閾值區(qū)間進(jìn)行比較,將實(shí)時電流值與限流電流閾值進(jìn)行比較,若預(yù)測時間內(nèi)存在超出閾值的情況,則判定將觸及投切或限流閾值。

34、進(jìn)一步的，所述步驟s15的具體步驟包括:設(shè)定預(yù)警時間為t秒,當(dāng)預(yù)測到將在t秒后觸及投切閾值時,主控單元的預(yù)測模塊向投切控制單元發(fā)出預(yù)熱信號,投切控制單元接收該信號后為后備電源充電、檢測后備電源狀態(tài)、預(yù)熱投切電路,使投切電路進(jìn)入就緒狀態(tài)；當(dāng)預(yù)測到將在t秒后觸及限流閾值時,主控單元的預(yù)測模塊向阻抗控制單元發(fā)出預(yù)熱信號,阻抗控制單元根據(jù)該信號計算所需調(diào)節(jié)的阻抗量,并對阻抗調(diào)節(jié)電路進(jìn)行預(yù)熱。

35、其中，所述投切電路包括主電源切換模塊、備用電源切換模塊、切換控制模塊和并聯(lián)逆變器模塊,主電源切換模塊和備用電源切換模塊均包括靜態(tài)開關(guān)和保護(hù)單元,靜態(tài)開關(guān)通常采用可控硅或igbt；切換控制模塊由控制器、驅(qū)動電路和時序邏輯電路組成,接收投切指令后協(xié)調(diào)主備電源切換模塊動作；并聯(lián)逆變器模塊包括兩個并聯(lián)的逆變器電路,基于正交矢量逆變控制算法實(shí)現(xiàn)無縫切換；所述預(yù)熱投切電路指的是：對所述并聯(lián)逆變器模塊和切換控制模塊進(jìn)行通電2～3倍預(yù)設(shè)的預(yù)警時間。

36、其中，所述阻抗調(diào)節(jié)電路包括可控阻抗單元和阻抗控制模塊,可控阻抗單元由多個可控電阻器或電抗器并聯(lián)構(gòu)成,能夠動態(tài)調(diào)節(jié)等效阻抗；阻抗控制模塊包括控制器和編碼器,控制器根據(jù)公式計算目標(biāo)阻抗r',編碼器將r'編碼為開關(guān)控制碼,可控阻抗單元根據(jù)控制碼調(diào)整總等效阻抗至r'；所述預(yù)熱阻抗調(diào)節(jié)電路指的是：對所述阻抗控制模塊進(jìn)行預(yù)編碼，即，控制器根據(jù)公式計算目標(biāo)阻抗r',編碼器將r'編碼為開關(guān)控制碼并存儲。

37、投切控制單元或阻抗控制單元發(fā)出預(yù)熱信號，使相應(yīng)的執(zhí)行電路提前做好準(zhǔn)備。

38、投切環(huán)節(jié)接收預(yù)測模塊的預(yù)熱信號后，立即為后備電源充電并檢測其狀態(tài)，同時對并聯(lián)逆變器、切換控制電路進(jìn)行預(yù)熱，一旦接收到投切指令，可在幾毫秒內(nèi)完成切換動作，實(shí)現(xiàn)主備電源的無縫切換。

39、限流環(huán)節(jié)接收預(yù)測模塊的預(yù)熱信號后，計算出將要調(diào)整的目標(biāo)等效阻抗值，并對可控阻抗單元的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)熱編碼。一旦接收到限流指令，可在幾微秒內(nèi)完成阻抗調(diào)整，將電流限制在安全閾值以內(nèi)。

40、進(jìn)一步的，所述步驟s23的具體步驟包括:判斷模塊發(fā)現(xiàn)已觸及投切條件時,立即向投切控制單元發(fā)出投切指令,投切控制單元對備用電源進(jìn)行狀態(tài)檢測并發(fā)出切換信號,控制投切電路將負(fù)載與主電源分離并與備用電源連接,控制主電源和備用電源的并聯(lián)逆變器實(shí)現(xiàn)無縫切換,最后關(guān)閉主電源。

41、進(jìn)一步的，所述步驟s24的具體步驟包括:判斷模塊發(fā)現(xiàn)已觸及限流條件時,根據(jù)實(shí)時電流值計算所需調(diào)節(jié)的等效阻抗量,立即向阻抗控制單元發(fā)出相應(yīng)的阻抗量限流指令,阻抗控制單元根據(jù)指令中的電流值計算目標(biāo)阻抗r',并控制可控阻抗單元將總等效阻抗調(diào)節(jié)至r',從而將電流限制在安全范圍內(nèi)。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種自動投切阻抗限流裝置的有益效果是：

43、1.提高投切響應(yīng)速度

44、傳統(tǒng)的被動式投切控制方式依賴于人工監(jiān)控和操作，存在著反應(yīng)滯后的問題。而本發(fā)明采用主動預(yù)測的方式，能夠精準(zhǔn)預(yù)測到將要發(fā)生的投切條件，提前做好一切準(zhǔn)備，一旦達(dá)到投切閾值，立即發(fā)出投切指令，投切電路可在幾毫秒內(nèi)完成切換動作。這種主動式投切控制的響應(yīng)速度大大超越了人工操作，有效避免了電源中斷，保證了關(guān)鍵負(fù)載的連續(xù)可靠供電。

45、2.提高投切可靠性

46、傳統(tǒng)投切方式完全依賴于人工經(jīng)驗(yàn)判斷，存在操作不確定性和失誤風(fēng)險。而本發(fā)明采用智能判斷模塊，將預(yù)測結(jié)果與設(shè)定的投切閾值條件進(jìn)行比對，通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)判據(jù)自動決策是否投切，避免了人為操作的不確定性，提升了投切控制的可靠性。同時，通過時間序列分析，能夠充分考慮電源數(shù)據(jù)的波動性和突發(fā)性，提高了對復(fù)雜故障場景的響應(yīng)適應(yīng)性。

47、3.消除限流能耗浪費(fèi)

48、現(xiàn)有的限流控制技術(shù)通常采用固定限流元件，在電路中永久串聯(lián)電阻或電感，這種做法雖然可以防止過載，但在正常工作時也會帶來額外的壓降和能量損耗，影響整體供電效率。而本發(fā)明采用動態(tài)阻抗調(diào)節(jié)的限流控制方式，只在電流達(dá)到限流閾值時才調(diào)節(jié)等效內(nèi)阻，將電流限制在安全范圍內(nèi)，在正常工況下不產(chǎn)生額外損耗，從根本上消除了固定限流的能量浪費(fèi)問題。

49、4.提高輸出性能

50、固定限流元件不僅會帶來能量損耗，還會永久性地限制住電源的最大輸出能力。而本發(fā)明的動態(tài)限流技術(shù)在正常工況下保持最小的等效內(nèi)阻，電源可以完全發(fā)揮其額定輸出能力，不受任何人為限制。同時，動態(tài)調(diào)節(jié)內(nèi)阻能夠及時抑制電流的瞬間沖擊，有效避免了電流的暫態(tài)過載，從而進(jìn)一步提高了電源的輸出性能和可靠性。

51、綜上所述，本發(fā)明的方案解決了現(xiàn)有的被動式投切控制存在反應(yīng)滯后、依賴人工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)問題。