基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于工业互联网的群组协同控制分布式大电流电源系统。电源系统为多个机柜组成的机柜集群；主机柜上相对于从机柜额外设有机柜群组控制模块，机柜群组控制模块能获取来自负载端的用电需求，并根据机柜集群中每个机柜实时反馈的柜内电气参数生成每个机柜的机柜级控制指令，再将其发送给包括主机柜在内的每个没有故障的机柜；每个机柜接收到来自主机柜的机柜级控制指令后，根据机柜内部各模块化电源实时反馈的自身电气参数生成模块级控制指令，并发送给机柜内部每一个没有故障的模块化电源。相较于传统大电流发生系统，本发明专利技术具备输出上限动态调整、故障隔离、等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统
本专利技术属于电源设备领域，具体涉及一种基于群组协同控制的分布式物联网大电流电源系统。
技术介绍
目前，随着工业生产规模的不断扩大，工业机械生产所需的电流也越来越大，在诸多领域中需要用到大电流电源，如高性能LED材料的测试，超级电容器的充电，超导线圈的充电等场景中。与此同时，传统的大电流电源的发生方式主要采用并管技术，即使用IGBT管并联来提高晶体管管桥的通过电流上限，但这样的电路设计存在一定缺陷。首先，并管技术需要并联的IGBT管均一性良好，因此，在需要替换损坏的IGBT管时，往往很难找到同一批次的原件，造成修复后能耗高，寿命差；其次，并管技术母线电流较大，通过滤波电感的电流也较大。大电流的电感成本巨大，同时因大电流引发的巨大磁场易使现今的永磁材料磁性变化，导致使用周期中电感值发生变化，增加电路损耗；最后，对于传统的并管大电流电源，一个IGBT管被击穿烧毁后往往会造成整条桥臂烧毁，甚至损坏输入源，不能做到故障隔离，并且修复时间长、可修复性差。有鉴于此，确有必要提出一种适应于现代工业生产、立足于智能工厂的工业4.0大电流电源来解决上述问题，并拓展功能，使之更加易用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统，来解决传统基于并管技术的大电流电源故障率高、转化率低、不易修复、不可热扩容等问题。为解决传统大电流电源的相关缺点，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统，所述电源系统为多个机柜组成的机柜集群，通过群组调控多个机柜中的模块化电源，使其同时对负载供电；每个机柜中包含柜内控制模块、柜内并网控制器和若干个支持热插拔且独立工作的模块化电源；所述模块化电源为基于PWM波调制的晶体管开关电源，其通过所在槽位获取交流输入，同时通过检测模块检测自身电气参数并将其反馈至柜内控制模块，模块化电源能够接收来自柜内控制模块的模块级控制指令，在自我保护模块保护下根据收到的模块级控制指令通过PWM发生器驱动晶体管工作，产生可控的直流输出；每个机柜内所有模块化电源的输出通过柜内并网控制器整合，对外输出当前机柜的直流输出并将该直流输出反馈至柜内控制模块；所述机柜集群以其中一个机柜为主机柜，其余机柜为从机柜，主机柜与从机柜之间通过网络模块构成通信连接并以群组工作模式工作；所述主机柜上相对于从机柜额外设有机柜群组控制模块，机柜群组控制模块能获取来自负载端的用电需求，并根据机柜集群中每个机柜实时反馈的柜内电气参数生成每个机柜的机柜级控制指令，再将其发送给包括主机柜在内的每个没有故障的机柜；每个机柜接收到来自主机柜的机柜级控制指令后，根据机柜内部各模块化电源实时反馈的自身电气参数生成模块级控制指令，并发送给机柜内部每一个没有故障的模块化电源。作为优选，所述模块化电源包括MCU控制模块、MOSFET晶体管控制器、辅助电源和电流电压传感器；MCU控制模块通信端口接收来自机柜的模块级控制指令并解析执行，驱动MOSFET晶体管控制器工作将交流输入转换为模块级控制指令对应的直流输出，同时MCU控制模块中运行优先级高于电源外部的模块级控制指令的电源内部自我保护程序；所述辅助电源用于为MCU控制模块和MOSFET晶体管控制器提供电源；所述电流电压传感器用于监测模块化电源内部电气参数，为电源内部自我保护程序提供实时驱动数据，同时这些数据也通过通信端口上传至柜内控制模块以及主机柜中的机柜群组控制模块，为群组工作模式下的机柜间协同控制提供实时驱动数据。作为优选，所述自我保护模块中的保护功能包括单一模块故障下线、过流输入、过流输出报警和安全锁。作为优选，所述机柜上还设有显示模块，用于显示机柜内的系统信息与工作状态。作为优选，所有从机柜均周期性地向主机柜发送心跳包，保证从机柜处于连接保持；每个从机柜在与主机柜进行连接保持的同时，一旦监测到柜内电气参数发生变化时，需要将更新数据实时发送至主机柜，以更新主机柜中机柜集群的状态数据库。作为优选，在一个机柜内工作的模块化电源发生故障后，机柜内的柜内控制模块能够在短时间内将该模块化电源下线，切断其输入与输出，并发出故障警示，将下线报警以及实时电气参数信息写入系统日志。作为优选，当负载端的所需电流大于整个机柜集群的输出电流上限时，需对电源系统进行不停机扩容；不停机扩容的方式包括在机柜中采取热插入的方式增加模块化电源数量、提高机柜内的模块化电源模块规格或在机柜集群内加入更多的机柜。作为优选，所述电源系统存在完备的日志系统；机柜集群中的每个机柜以及机柜中的每个模块化电源的所有状态、操作、指令信息都记载于系统日志中，并通过设置网络日志进行备份。作为优选，所述柜内控制模块为运行Linux操作系统的控制器，柜内控制程序均运行于Linux操作系统上；且所述主机柜中的柜内控制模块中还运行有相对于从机柜额外增加的机柜群组控制算法，作为主机柜中的机柜群组控制模块。作为优选，所述电源系统可以在恒流源工作模式与恒压源工作模式之间切换。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的分布式大电流电源系统具有输出上限动态调整、故障隔离、不停机扩容和减容、负载均衡、网络检测与控制等诸多优点，可满足工业4.0时代背景下的智能工厂生产要求。此外，该系统修复时间短、可修复性良好。附图说明图1是电源系统的整体系统架构示意图。图2是电源系统的机柜外观示意图。图3是电源系统的模块化电源外观示意图。图4是电源系统的模块化电源内部结构示意图。图5是电源系统的机柜内部结构示意图。图6是电源系统在群组工作模式下的结构示意图。图7是电源系统在群组工作模式下的运行流程示意图。具体实施方式通过在智能工业设备上添加本专利技术提供的大电流电源系统，可以方便地实现电源的扩容和减容，同时易于维护和故障隔离，从而更加便捷地满足智能工厂时代的电源需求。为使本专利技术的上述目的、特征和优势能够更加明显易懂，下面结合一种具体实施方式的系统结构组成、群组工作模式下机柜的工作流程，对该基于群组协同控制的分布式物联网大电流电源系统进行进一步说明。显然所描述的实施方式是本专利技术的一部分实施方式，并不代表本专利技术的全部保护范围。任何基于本专利技术所述的权利要求的实施例并且没有附加创造的具体实施均为本专利技术申请的保护范围。本专利技术提供的是一种基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统，图1显示的是该大电源系统的整体系统架构示意图。硬件层实现了模块化电源和机柜内部电路的控制，以及各模块工作状态的LED显示和交流输入直流输出；通讯层主要实现柜内综合控制器与模块化电源之间的通信，主要基于串口方式以及RS485协议；控制层基于linux操作系统，所运行的程序算法主要实现对模块化电源以及机柜的输出任务分配、功率管理、安全保护等功能；网络层主要实现在群组工作模式下的柜间通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统，其特征在于，所述电源系统为多个机柜组成的机柜集群，通过群组调控多个机柜中的模块化电源，使其同时对负载供电；/n每个机柜中包含柜内控制模块、柜内并网控制器和若干个支持热插拔且独立工作的模块化电源；所述模块化电源为基于PWM波调制的晶体管开关电源，其通过所在槽位获取交流输入，同时通过检测模块检测自身电气参数并将其反馈至柜内控制模块，模块化电源能够接收来自柜内控制模块的模块级控制指令，在自我保护模块保护下根据收到的模块级控制指令通过PWM发生器驱动晶体管工作，产生可控的直流输出；每个机柜内所有模块化电源的输出通过柜内并网控制器整合，对外输出当前机柜的直流输出并将该直流输出反馈至柜内控制模块；/n所述机柜集群以其中一个机柜为主机柜，其余机柜为从机柜，主机柜与从机柜之间通过网络模块构成通信连接并以群组工作模式工作；/n所述主机柜上相对于从机柜额外设有机柜群组控制模块，机柜群组控制模块能获取来自负载端的用电需求，并根据机柜集群中每个机柜实时反馈的柜内电气参数生成每个机柜的机柜级控制指令，再将其发送给包括主机柜在内的每个没有故障的机柜；每个机柜接收到来自主机柜的机柜级控制指令后，根据机柜内部各模块化电源实时反馈的自身电气参数生成模块级控制指令，并发送给机柜内部每一个没有故障的模块化电源。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统，其特征在于，所述电源系统为多个机柜组成的机柜集群，通过群组调控多个机柜中的模块化电源，使其同时对负载供电；
每个机柜中包含柜内控制模块、柜内并网控制器和若干个支持热插拔且独立工作的模块化电源；所述模块化电源为基于PWM波调制的晶体管开关电源，其通过所在槽位获取交流输入，同时通过检测模块检测自身电气参数并将其反馈至柜内控制模块，模块化电源能够接收来自柜内控制模块的模块级控制指令，在自我保护模块保护下根据收到的模块级控制指令通过PWM发生器驱动晶体管工作，产生可控的直流输出；每个机柜内所有模块化电源的输出通过柜内并网控制器整合，对外输出当前机柜的直流输出并将该直流输出反馈至柜内控制模块；
所述机柜集群以其中一个机柜为主机柜，其余机柜为从机柜，主机柜与从机柜之间通过网络模块构成通信连接并以群组工作模式工作；
所述主机柜上相对于从机柜额外设有机柜群组控制模块，机柜群组控制模块能获取来自负载端的用电需求，并根据机柜集群中每个机柜实时反馈的柜内电气参数生成每个机柜的机柜级控制指令，再将其发送给包括主机柜在内的每个没有故障的机柜；每个机柜接收到来自主机柜的机柜级控制指令后，根据机柜内部各模块化电源实时反馈的自身电气参数生成模块级控制指令，并发送给机柜内部每一个没有故障的模块化电源。


2.如权利要求1所述的基于工业互联网的群组协同控制的分布式大电流电源系统，其特征在于，所述模块化电源包括MCU控制模块、MOSFET晶体管控制器、辅助电源和电流电压传感器；MCU控制模块通信端口接收来自机柜的模块级控制指令并解析执行，驱动MOSFET晶体管控制器工作将交流输入转换为模块级控制指令对应的直流输出，同时MCU控制模块中运行优先级高于电源外部的模块级控制指令的电源内部自我保护程序；所述辅助电源用于为MCU控制模块和MOSFET晶体管控制器提供电源；所述电流电压传感器用于监测模块化电源内部电气参数，为电源内部自我保护程序提供实时驱动数据，同时这些数据也通过通信端口上传至柜内控制模块以及主机柜中的机柜群组控制模块，为群组工作模式下的机柜间协同控制提供实时驱动数据。


3.如权利要求1所述的基于工业互联网的群组协同控制的分布式大...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘宇，姚巩鑫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33