供电控制系统及供电控制方法

技术领域

本公开涉及电力电子技术，尤其涉及云技术或云领域等数据中心的供电技术，具体涉及一种供电控制系统及供电控制方法。

背景技术

数据中心是信息整合的核心区域，设置有承载存储或计算功能的负载。为了保证数据中心的正常运行，数据中心需要有充足的电力电源保障。数据中心的不间断供电设备通常采用配置铅酸电池、锂电池或其它种类电池的方式，通过电池组来实现市电断电后的不间断供电。

发明内容

本公开提供了一种供电控制系统及供电控制方法。

根据本公开的一方面，提供了一种供电控制系统，包括：主用电池组、第一开关、备用电池组、第二开关和供电控制模块；

其中，所述主用电池组通过所述第一开关与负载连接，用于为所述负载供电；所述备用电池组通过所述第二开关与所述负载连接，用于为所述负载供电；

所述供电控制模块与所述第一开关连接，以及与所述第二开关连接，所述供电控制模块用于：在市电断电后，控制所述第一开关闭合，由所述主用电池组为所述负载供电；或者，在市电断电后且所述主用电池组故障时，控制所述第二开关闭合，由所述备用电池组为所述负载供电，并控制所述第一开关断开，以断开所述主用电池组与所述负载的连接。

根据本公开的另一方面，提供了一种供电控制方法，由如上所述的供电控制系统执行，所述方法包括：

在市电断电后，控制所述第一开关闭合，由所述主用电池组为所述负载供电；

判断所述主用电池组是否发生故障；

当所述主用电池组故障时，控制所述第二开关闭合，由所述备用电池组为所述负载供电，并控制所述第一开关断开，以断开所述主用电池组与所述负载的连接。

根据本公开的技术解决了目前为负载供电的电池组在发生故障时无法迅速隔离的问题，可以借助第一开关和第二开关的设置，实现主用电池组与备用电池组间的自动切换，从而实现对发生故障的主用电池组的迅速隔离。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是本公开实施例中的供电控制系统的结构示意图；

图2是本公开实施例中的共用备用电池组方案的示意图；

图3是本公开具体实施例中的供电控制系统的示意图；

图4是本公开具体实例中提供的备用电池组配置方案的示意图；

图5是本公开具体实例中的直流柜的示意图；

图6是本公开具体实例中的PLC的示意图；

图7是本公开实施例中的供电控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一。

请参见图1，图1是本公开实施例提供的一种供电控制系统的结构示意图，如图1所示，该供电控制系统10包括：主用电池组11、第一开关12、备用电池组13、第二开关14和供电控制模块15。

其中，主用电池组11通过第一开关12与负载F连接，用于为负载F供电。备用电池组13通过第二开关14与负载F连接，用于为负载F供电。供电控制模块15与第一开关12连接，以及还与第二开关14连接。供电控制模块15用于：在市电断电后，控制第一开关12闭合，由主用电池组11为负载F供电；或者，在市电断电后且主用电池组11故障时，控制第二开关14闭合，由备用电池组13为负载F供电，并控制第一开关12断开，以断开主用电池组11与负载F的连接。

可选的，上述负载F可以为数据中心中的用于承载存储或计算等功能的负载，但不以此为限，也可为其他场景下的需不间断供电的负载，比如服务器集群中的负载等。上述主用电池组11和/或备用电池组13中的单节电池可以为铅酸电池、锂电池或其它种类电池。上述的第一开关12可选为以下任意一项：断路器、分断开关等。上述的第二开关14可选为以下任意一项：断路器、分断开关等。

可选的，上述供电控制模块15可以为可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)，或者直接数字控制器(Direct Digital Control，DDC)等具备接收、发送及判断的逻辑执行器件，本实施例不对此进行限制。

可理解的，上述主用电池组故障可以表现为单节电池电压过低、单节电池内阻过高、单节电池温度过高、和/或电池组整体电压过低等。上述控制第一开关12闭合的前提条件包括主用电池组11正常，即主用电池组11正常时才由其为负载F供电。上述控制第二开关14闭合的前提条件包括备用电池组13正常，即备用电池组13正常时才由其为负载F供电。

作为一种可选的实施方式，为了保证数据中心的不间断供电，可以先控制第二开关14闭合，由备用电池组13为负载F供电后，再控制第一开关12断开，以断开主用电池组11与负载F的连接，从而在保证数据中心的不间断供电的前提下，避免故障范围扩大化。比如高温起火等故障若不及时断开，容易引发火灾等重大事故。

本公开实施例中的供电控制系统10，借助第一开关12和第二开关14的设置，可以在市电断电后，由主用电池组11为负载F供电，并且在市电断电后且主用电池组11故障时，由备用电池组13为负载F供电，并控制第一开关12断开，以断开主用电池组11与负载F的连接。由此，可以实现主用电池组11与备用电池组13间的自动切换，从而实现对发生故障的主用电池组的迅速隔离，避免故障范围扩大化。进一步的，通过配置除主用电池组11外的备用电池组13，可以增加供电控制系统10的可用性，即在主用电池组11故障时可以利用备用电池组13为负载供电。

可理解的，若单个负载在配置主用电池组的情况下，再配置备用电池组，则在存在多负载的场景下，需要配置多组备用电池即多个备用电池组来供电。而备用电池组通常是在主用电池组故障时才会使用，正常情况下不会使用，因此，配置多组备用电池可能会造成资源浪费，进一步还会使得相应供电控制系统的投入成本高且占用面积大。

而为了避免冗余的备用电池组，节省资源，本实施例中可以选择多个主用电池组共用备用电池组。并且可以基于实际需求自主选择备用电池配置数量及规模，满足定制需求。

可选的，在本公开实施例中，如图2所示，主用电池组11可以包括M个子主用电池组111，第一开关12包括M个第一子开关121，第二开关14包括M个第二子开关141，负载F包括M个子负载F1。M为大于1的整数。可理解的，基于图2中内容，M等于3，但本实施例不以此限，M也可以等于其他值，比如等于5或10等，M的取值可以基于用户需求来选择设置。

其中，M个子主用电池组111分别通过M个第一子开关121与M个子负载F1连接，即，每个子主用电池组111通过一个第一子开关121与一个子负载F1连接，这三者之间是一一对应的关系。备用电池组13分别通过M个第二子开关141与M个子负载F1连接，即，备用电池组13通过一个第二子开关141与一个子负载F1连接，第二子开关141与子负载F1之间是一一对应的关系。

这样，可以实现M个子主用电池组共用备用电池组，从而避免冗余的备用电池组，节省资源。

一种实施方式中，如图3所示，以供电控制系统具有两路高压直流为例，在市电正常供电的情况下，在进线开关S以及开关Q1至Q8闭合时，市电经整流模块后可将交流电整流成直流电供负载使用，并为主/备用电池组充电。每路高压直流均配置1组主用电池组，即两路高压直流分别配置了主用电池组31-1和主用电池组31-2，同时为两路高压直流共同配置一组备用电池组32。当主用电池组31-1故障时，可以闭合备用电池组32的断路器B1后，由备用电池组32为负载供电，并断开主用电池组31-1的断路器A1，将故障的主用电池组31-1进行隔离，以实现不间断供电并避免故障范围扩大化。和/或，当主用电池组31-2故障时，可以闭合备用电池组32的断路器B2后，由备用电池组32为负载供电，并断开主用电池组31-2的断路器A2，将故障的主用电池组31-2进行隔离，以实现不间断供电并避免故障范围扩大化。

本公开实施例中，在M个子主用电池组共用备用电池组的情况下，当市电断电之后，根据备用电池组的供能能力，可以为发生故障的所有子主用电池组供电，也可以在超出备用电池组的供电能力时，选择为发生故障的部分子主用电池组供电。

可选的，本实施例中的供电控制模块15分别与M个第一子开关121连接，以及还分别与M个第二子开关141连接。该供电控制模块15可以用于：获取M个子主用电池组111的状态信息，并当M个子主用电池组111中的N个子主用电池组111故障，且所述N小于或者等于预先获取的备用电池组13的最大供电负载数量时，分别控制所述N个子主用电池组111对应的N个子负载F1对应的N个第二子开关141闭合，由备用电池组13为N个子负载F1供电，并分别控制N个子负载F1对应的N个第一子开关121断开，以断开发生故障的N个子主用电池111与对应子负载F1的连接，从而避免故障范围扩大化。N为大于1的整数，且N小于或等于M。这样，可以保证为发生故障的多个子主用电池组111对应的多个子负载F1正常供电，实现不间断供电。

比如，假设备用电池组13的最大供电负载数量为三个，即备用电池组13的供电能力能够为三个子负载F1供电，则在两个子主用电池组111发生故障后，可以利用备用电池组13为该两个子主用电池组111对应的两个子负载F1供电。

进一步的，本实施例中的供电控制模块15还用于：当所述N大于预先获取的备用电池组13的最大供电负载数量时，从N个子负载F1中选择第一子负载，并控制第一子负载对应的第二子开关141闭合，由备用电池组13为第一子负载供电，并分别控制N个子负载F1对应的N个第一子开关121断开，以断开发生故障的N个子主用电池组111与对应多个子负载F1的连接，从而避免故障范围扩大化。

其中，第一子负载可以为发生故障的N个子主用电池组111中的最早出现故障的至少一个子主用电池组111对应的子负载F1。比如，假设备用电池组13的最大供电负载数量为三个，即备用电池组13的供电能力能够为三个子负载F1供电，则在五个子主用电池组111发生故障的情况下，可以基于发生故障的时间，利用备用电池组13依次分别为前三个发生故障的子主用电池组111对应的三个子负载F1供电。而对于发生故障的后两个子主用电池组111对应的子负载F1，不进行备用电池组13的投入，即不利用备用电池组13为此两个子负载F1供电。这样，可以在备用电池组13的供电能力范围内，依次为发生故障的子主用电池组111对应的子负载F1供电，保证不间断供电。

或者，上述的第一子负载可以为发生故障的N个子主用电池组111对应的N个子负载F1中的供电优先级最高的至少一个子负载F1。比如，假设备用电池组13的最大供电负载数量为三个，即备用电池组13的供电能力能够为三个子负载F1供电，则在五个子主用电池组111发生故障的情况下，可以基于该五个子主用电池组111对应的五个子负载F1的供电优先级，选择供电优先级最高的三个子负载F1，并利用备用电池组13分别为该供电优先级最高的三个子负载F1供电。而对于另外两个子负载F1，不进行备用电池组13的投入，即不利用备用电池组13为该两个子负载F1供电。这样，可以在备用电池组13的供电能力范围内，优先选择为优先级较高的子负载F1进行供电，从而实现优先保证重要子负载F1的不间断供电。

本公开实施例中，为了确认主用电池组是否发生故障，上述供电控制系统10还可以包括采集模块，该采集模块与M个子主用电池组111连接，以及还与供电控制模块15连接。该采集模块用于：采集M个子主用电池组111的状态信息，并向供电控制模块15传递所述状态信息。

可理解的，在主用电池组11包括M个子主用电池组111的情况下，上述采集模块需分别采集每个子主用电池组111的状态信息，以便供电控制模块15判定M个子主用电池组111中发生故障的子主用电池组111，并控制备用电池组13为发生故障的子主用电池组111对应的子负载F1进行供电。

可选的，上述采集的状态信息可以包括以下至少一项：单节电池电压、单节电池内阻、单节电池温度、电池组电压。

进一步的，供电控制模块15还用于：在上述N个子主用电池组111中的每个子主用电池组111满足以下任意一项的情况下，确定相应子主用电池组111发生故障：

单节电池电压低于第一阈值；

单节电池内阻高于第二阈值；

单节电池温度高于第三阈值；

电池组电压低于第四阈值。

其中，上述的第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值可以基于实际需求预先设置，以便在单节电池电压过低、单节电池内阻过高、单节电池温度过高或者电池组电压过低时，切换相应子主用电池组111，并由备用电池组13供电。

可选的，本公开具体实例中提供的备用电池组配置方案可以如图4所示。其中，主用电池组11和备用电池组13分别连接至电池开关柜40中的主用分断开关(即上述的第一开关12)和备用分断开关(即上述的第二开关14)，主用分断开关与备用分断开关的输出并联给负载F供电，同时主用分断开关与备用分断开关的状态信息即闭合/断开状态信息传输至PLC 15(即上述的供电控制模块15)。电池监控可以通过采集模块获取主/备用电池组中单节电池的电压、内阻、温度等，以及获取整组电池的电压、电流等，并将获取到的信息传输至PLC 15。PLC 15可以根据接收到的信息比如主用分断开关状态、备用分断开关状态、主用电池组状态以及备用电池组状态等信息，将闭合/断开的控制信号发送到主用/备用分断开关。同时，上述产生的各信息和信号可以上传至监控主机41，以进行实时显示及告警。

在本公开具体实例中，主/备用电池组与分段开关之间可以通过直流柜连接，即采用直流柜为主/备用电池组与分段开关的连接设备。如图5所示，为本公开具体实例中的直流柜的示意图。该直流柜可以包括两个进线L和一个信号线S，该两个进线L分别连接主用电池组和备用电池组，该信号线S用于接入控制主/备用分断开关的信号。此外，直流柜也可选为高压直流、UPS等其它设备。

如图6所示，为本公开具体实例中的PLC的示意图，PLC为逻辑判断模块，可以包括信号接收发送端子T、通讯接口D等。进一步的，PLC控制主用分断开关断开的可选条件可以为：主用电池组中单节电池的温度过高、内阻过高或电压过低，或者主用电池组的整组电压过低。PLC控制备用分断开关闭合的可选条件可以为：主用电池组电池故障，备用电池组电池均正常，且为超过备用电池组的供电能力。

此外，本公开实施例还提供了一种由上述供电控制系统执行的供电控制方法，如图7所示，图7是本公开实施例提供的一种供电控制方法的流程图，该方法包括：

步骤71：在市电断电后，控制所述第一开关闭合，由所述主用电池组为所述负载供电；

步骤72：判断所述主用电池组是否发生故障；

步骤73：当所述主用电池组故障时，控制所述第二开关闭合，由所述备用电池组为所述负载供电，并控制所述第一开关断开。

本公开实施例提供的供电控制方法，可以实现主用电池组与备用电池组间的自动切换，从而实现对发生故障的主用电池组的迅速隔离，避免故障范围扩大化。进一步的，通过配置除主用电池组外的备用电池组，可以增加供电控制系统的可用性，即在主用电池组故障时可以利用备用电池组为负载供电。

可选的，所述主用电池组包括M个子主用电池组，所述第一开关包括M个第一子开关，所述第二开关包括M个第二子开关，所述负载包括M个子负载；所述M为大于1的整数；所述M个子主用电池组分别通过所述M个第一子开关与所述M个子负载连接，所述备用电池组分别通过所述M个第二子开关与所述M个子负载连接；

所述步骤72可以包括：

获取所述M个子主用电池组的状态信息，并根据所述状态信息，判断所述M个子主用电池组是否发生故障；

所述步骤73可以包括：

当所述状态信息表示所述M个子主用电池组中的N个子主用电池组故障，且所述N小于或者等于预先获取的所述备用电池组的最大供电负载数量时，分别控制所述N个子主用电池组对应的N个子负载对应的N个第二子开关闭合，由所述备用电池组为所述N个子负载供电，并分别控制所述N个子负载对应的N个第一子开关断开；所述N为大于1的整数，且所述N小于或等于所述M。

进一步的，所述步骤73还可以包括：

当所述N大于预先获取的所述备用电池组的最大供电负载数量时，从所述N个子负载中选择第一子负载，并控制第一子负载对应的第二子开关闭合，由所述备用电池组为所述第一子负载供电，并分别控制所述N个子负载对应的N个第一子开关断开；

其中，所述第一子负载为所述N个子主用电池组中的最早出现故障的至少一个子主用电池组对应的子负载，或者，所述第一子负载为所述N个子负载中的供电优先级最高的至少一个子负载。

可选的，所述状态信息包括以下至少一项：单节电池电压、单节电池内阻、单节电池温度、电池组电压。

进一步的，上述供电控制方法还包括：

在所述N个子主用电池组中的每个子主用电池组满足以下任意一项的情况下，确定所述每个子主用电池组发生故障：

单节电池电压低于第一阈值；

单节电池内阻高于第二阈值；

单节电池温度高于第三阈值；

电池组电压低于第四阈值。

其中，上述的第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值可以基于实际需求预先设置，以便在单节电池电压过低、单节电池内阻过高、单节电池温度过高或者电池组电压过低时，切换相应子主用电池组，并由备用电池组为负载供电。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。