自動轉換開關以及用于自動轉換開關的控制裝置和控制方法與流程

本公開涉及電氣控制領域，更具體地，涉及自動轉換開關(Auto Transfer Switch，ATS)以及用于自動轉換開關的控制裝置和控制方法。

背景技術：

自動轉換開關，又稱雙電源自動轉換開關主要用在緊急供電系統中，用于檢測兩路供電電源的工作狀態，當其中一路電源供電不正常時，將一個或多個負載電路從不正常電源自動轉換到另一路正常電源以保證負載正常工作。

目前，自動轉換開關被用于機場、車站、醫院、商業、政府機關、企業機房、居民大廈等對電源系統的可靠性要求較高的場合。因此，期望提供響應快、精度高的用于自動轉換開關的控制裝置和控制方法，以確保重要的負載連續、可靠地運行。

技術實現要素：

在下文中給出了關于本公開的簡要概述，以便提供關于本公開的某些方面的基本理解。但是，應當理解，這個概述并不是關于本公開的窮舉性概述。它并不是意圖用來確定本公開的關鍵性部分或重要部分，也不是意圖用來限定本公開的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出關于本公開的某些概念，以此作為稍后給出的更詳細描述的前序。

根據本公開的一方面，提供了一種用于自動轉換開關的控制裝置，自動轉換開關用于在第一電源與第二電源之間切換。該控制裝置包括：濾波單元，其接收反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量的采樣值，并且對采樣值進行濾波處理以輸出經濾波的采樣值；校正單元，其對經濾波的采樣值進行校正處理以獲得第一電源和第二電源的物理量的實際值；以及判斷單元，其根據第一電源和第二電源的物理量的實際值判斷是否需要在第一電源與第二電源之間切換，并且當確定需要在第一電源與第二電源 之間切換時輸出切換命令。

根據本公開的實施例，反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量可以是第一電源和第二電源的電壓、電流、功率或者它們的任意組合。

根據本公開的另一實施例，濾波處理可以是如下一階滯后濾波處理：

NV_AB＝(1-K)×PE0+K×NV_AB0

其中

K是預定濾波系數，其大于0并且小于或等于1，

PE0是當前獲得的物理量的采樣值，

NV_AB0是上一次輸出的經濾波的采樣值，以及

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值。

根據本公開的另一實施例，濾波處理可以是如下二階滯后濾波處理：

NV_AB0＝PE0×PE0×K0/Kc+NV_AB0×(Kc-K0)/Kc

NV_AB＝NV_AB0/(NV_AB/Kc)+NV_AB×(Kc-K1)/Kc

其中

K0、K1、Kc是預定濾波系數，其中Kc大于0，

PE0是當前獲得的物理量的采樣值，

NV_AB0是上一次輸出的經濾波的采樣值，以及

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值。

根據本公開的另一實施例，校正處理可以是如下單點校正處理：

NV＝NV_AB×Kv1

其中

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值，

NV是物理量的實際值，以及

Kv1是預定校正系數。

根據本公開的另一實施例，校正處理可以是如下兩點校正處理：

NV＝NV_AB×Kv2+Zv

其中

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值，

NV是物理量的實際值，

Kv2是預定校正系數，以及

Zv是預定常數。

根據本公開的另一實施例，控制裝置可以進一步包括存儲單元，其采用多區域備份方式存儲在控制過程中使用的數據。

根據本公開的另一方面，提供了一種用于在第一電源與第二電源之間切換的自動轉換開關。該自動轉換開關包括：采樣裝置，其連接到第一電源和第二電源，用于對反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量進行采樣，并且分別輸出第一電源和第二電源的物理量的采樣值；根據本公開的前述方面的控制裝置；以及切換裝置，其根據控制裝置的控制在第一電源和第二電源之間進行切換以對負載進行供電。

根據本公開的另一方面，提供了一種用于自動轉換開關的控制方法，自動轉換開關用于在第一電源與第二電源之間切換。該控制方法包括：接收反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量的采樣值，并且對采樣值進行濾波處理以輸出經濾波的采樣值；對經濾波的采樣值進行校正處理以獲得第一電源和第二電源的物理量的實際值；根據第一電源和第二電源的物理量的實際值判斷是否需要在第一電源與第二電源之間切換，并且當確定需要在第一電源與第二電源之間切換時輸出切換命令。

附圖說明

本公開可以通過參考下文中結合附圖所給出的詳細描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細說明一起包含在本說明書中并形成說明書的一部分，用來進一步舉例說明本公開的優選實施例和解釋本公開的原理和優點。其中：

圖1是示出根據本公開的實施例的自動轉換開關的總體結構的框圖；

圖2是示出根據本公開的實施例的用于自動轉換開關的控制裝置的總體架構的框圖；

圖3a至3c是示出濾波單元采用二階滯后濾波處理對電源電壓的采樣值進行濾波的仿真波形的波形圖。

圖4是示出根據本公開的實施例的用于自動轉換開關的控制方法的操作步驟的流程圖；以及

圖5是示出可用來實現根據本公開的實施例的方法和裝置的通用機器的結構簡圖。

具體實施方式

在下文中將結合附圖對本公開的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中需要做出很多特定于實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常復雜和費時的，但對得益于本公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。

此外，在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本公開，在附圖中僅僅示出了與根據本公開的方案密切相關的設備結構，而省略了與本公開關系不大的其他公知的細節。

首先，將參照圖1描述根據本公開的實施例的自動轉換開關的總體結構。圖1是示出根據本公開的實施例的自動轉換開關10的總體結構的框圖。

圖1中所示的自動轉換開關10用于在第一電源與第二電源之間切換。自動轉換開關10可以用于檢測兩路供電電源的工作狀態，當其中一路電源供電不正常時，將一個或多個負載電路從不正常電源自動轉換到另一路正常電源以保證負載電路正常工作。

在具體應用中，第一電源可以是主電源，而第二電源可以是備用電源。本領域技術人員應理解，備用電源可以是一個或更多個電源。換言之，自動轉換開關10在實際應用中可以擴展成連接到一路主電源以及一路或更多路備用電源，以在主電源出現異常時在備用電源中選擇最合適的一路電源對負載進行供電。

如圖1中所示，自動轉換開關10可以包括采樣裝置100、控制裝置200和切換裝置300。

采樣裝置100可以連接到第一電源和第二電源，用于對反映第一電源 和第二電源的工作狀態的物理量進行采樣，并且分別輸出第一電源和第二電源的物理量的采樣值。

在一個實施例中，采樣裝置100可以包括用于對第一電源的物理量進行采樣的第一子采樣電路和用于對第二電源的物理量進行采樣的第二子采樣電路。此外，在另一實施例中，采樣裝置100可以包括僅一個采樣電路，該一個采樣電路以分時復用的方式對兩路電源的物理量進行采樣以簡化電路結構。

在一個實施例中，采樣裝置100可以對第一電源和第二電源的電壓、電流、功率或者它們的任何組合進行采樣，并且分別輸出第一電源和第二電源的電壓、電流、功率或者它們的任何組合的采樣值。

作為示例，下文將描述采樣裝置100對第一電源和第二電源的電壓進行采樣并且輸出電壓的采樣值的情況。然而，本領域技術人員應理解，采樣裝置100的功能在于對反映供電電源的工作狀態的物理量進行采樣，該物理量可以是供電電源的電壓、電流、功率或者它們的任意組合。因此，所有這樣的變型例均涵蓋于本公開的范圍內。

采樣裝置100的采樣功能的具體實現形式可以是本領域公知的任何形式。在一個實施例中，采樣裝置100的采樣電路可以采用模數轉換器(ADC)的形式。在另一實施例中，采樣裝置100的采樣電路可以采用電阻分壓的形式，該方式易于實現并且具有較強的經濟性。

控制裝置200可以用于實現對自動轉換開關10的總體控制，其具體配置將在下文中參照圖2進行進一步的說明。

切換裝置300可以用于根據控制裝置200的控制在兩路供電電源之間進行切換以使用最合適的一路供電電源對負載進行供電。

在一個實施例中，切換裝置300可以是電機。該電機通過來自第一電源或第二電源的電力進行操作，用于在控制裝置200的控制下在第一電源與第二電源之間切換。

此外，根據本公開的一個實施例，自動轉換開關10可以進一步包括接口裝置400。

在一個實施例中，接口裝置400可以包括用戶接口(未示出)，其可用于接收用戶對自動轉換開關的工作模式的設置。例如，自動轉換開關10的用戶可以通過該用戶接口手動設置優先使用哪一路供電電源。

在一個實施例中，接口裝置400還可以包括用于外接直流電源的接口(未示出)，從而可由外部直流電源來對控制裝置200和切換裝置300供電，這使得該自動轉換開關10可作為遠程轉換開關(Remote Transform Switch，RTS)來工作。

在一個實施例中，接口裝置400還可以包括通信接口(未示出)，該通信接口可實現自動轉換開關10與其他設備之間的通信。

以上列舉了接口裝置400的各種示例，這些示例僅是說明性的而非限制性的，本領域技術人員可以根據具體應用定制接口裝置400以實現所需的各種功能。

接下來，將參照圖2描述根據本公開的實施例的用于自動轉換開關的控制裝置200的總體架構。圖2是示出根據本公開的實施例的用于自動轉換開關10的控制裝置200的總體架構的框圖。

如圖2所示，根據本實施例的用于自動轉換開關的控制裝置200可以包括濾波單元201、校正單元202和判斷單元203。

濾波單元201用于從采樣裝置100接收反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量的采樣值，并且對這些采樣值進行濾波處理以輸出經濾波的采樣值。例如，濾波單元201接收第一電源和第二電源的電源電壓的采樣值。

在一個實施例中，為了抑制噪聲、提高精度，濾波單元201可以使用如下一階滯后濾波處理對采樣值進行濾波處理以輸出經濾波的采樣值：

NV_AB＝(1-K)×PE0+K×NV_AB0…(1)

其中

K是預定濾波系數，其大于0并且小于或等于1，

PE0是當前獲得的物理量的采樣值，

NV_AB0是上一次輸出的經濾波的采樣值，以及

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值。

在式(1)中，預定濾波系數K可以是例如根據經驗或者通過實驗預先設定。例如，預定濾波系數K可以被設定為1/tF，其中濾波時間為t，采樣頻率為F。該預定濾波系數K將決定一階滯后濾波方法的相位滯后的程度。

該一階滯后濾波方法的優點在于對周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動頻率較高的場合適用于波動頻率較高的場合。

此外，在本公開的另一實施例中，濾波單元201可以使用如下二階滯后濾波處理進行濾波：

NV_AB0＝PE0×PE0×K0/Kc+NV_AB0×(Kc-K0)/Kc…(2)

NV_AB＝NV_AB0/(NV_AB/Kc)+NV_AB×(Kc-K1)/Kc...(3)

其中

K0、K1、Kc是預定濾波系數，其中Kc大于0，

PE0是當前獲得的物理量的采樣值，

NV_AB0是上一次輸出的經濾波的采樣值，以及

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值。

在式(2)和(3)中，預定濾波系數K0、K1、Kc可以是例如根據經驗或者通過實驗預先設定。

圖3a至3c是示出濾波單元201采用二階滯后濾波處理對電源電壓的采樣值進行濾波的仿真波形的波形圖。圖3a是示出電源電壓的采樣值的仿真波形的波形圖。圖3b是示出上一次輸出的經濾波的采樣值的仿真波形的波形圖。圖3c是示出本次輸出的經濾波的采樣值的仿真波形的波形圖。

根據以上仿真波形可見，通過采用上述二階滯后濾波處理，可以進一步減少相位滯后、提高靈敏度，而且能夠消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號。

本領域技術人員應認識到，為了實現不同的濾波效果，本領域技術人員可以設想采用各種不同的濾波處理對反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量的采樣值進行濾波，諸如算術平均濾波算法等。所獲得的所有這些變型例同樣涵蓋于本公開的范圍內。

校正單元202對濾波單元201輸出的經濾波的采樣值進行校正處理以獲得第一電源和第二電源的物理量的實際值。例如，校正單元202對濾波單元201輸出的第一電源和第二電源的電源電壓的經濾波的采樣值進行校正，得到第一電源和第二電源的電源電壓的實際值。

由于濾波單元201輸出的電源電壓的經濾波的采樣值NV_AB與被采 樣的電源電壓的實際值之間存在線性關系，因此有必要對電源電壓的經濾波的采樣值NV_AB進行校正以獲得電源電壓的實際的電壓值。

在一個實施例中，校正單元202可以采用如下單點校正處理對第一電源和第二電源的經濾波的采樣值NV_AB進行校正：

NV＝NV_AB×Kv1…(4)

其中

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值，

NV是物理量的實際值，以及

Kv1是預定校正系數。

在式(4)中，預定校正系數Kv1可以是例如根據經驗或者通過實驗預先設定。上述單點校正方法的優點在于響應速度高，能夠提供約±3％的校正精度。

為了進一步提高校正精度，在本公開的另一實施例中，校正單元202可以采用如下兩點校正處理對第一電源和第二電源的經濾波的采樣值NV_AB進行校正：

NV＝NV_AB×Kv2+Zv…(5)

其中

NV_AB是本次輸出的經濾波的采樣值，

NV是物理量的實際值，

Kv2是預定校正系數，以及

Zv是預定常數。

例如，在校正單元202的初始化階段，可以預先取得兩對NV_AB和NV的數據來獲得一階線性方程組，從而求解預定校正系數Kv2和預定常數Zv，并且在使用兩點校正方法期間使用這樣獲得的校正系數Kv2和預定常數Zv對采樣值NV_AB進行校正。

通過采用上述兩點校正方法，可以將校正精度進一步提高至±1％。

本領域技術人員應認識到，為了實現不同的校正效果，本領域技術人員可以設想采用各種不同的校正處理對濾波單元輸出的經濾波的采樣值進行校正以獲得第一電源和第二電源的物理量的實際值。所獲得的所有這 些變型例同樣涵蓋于本公開的范圍內。

判斷單元203可以根據第一電源和第二電源的物理量的實際值判斷是否需要在第一電源與第二電源之間切換，并且當確定需要在第一電源與第二電源之間切換時輸出切換命令。例如，判斷單元203可以根據通過上述校正處理獲得的電源電壓的實際值確定是否需要在第一電源與第二電源之間切換。例如，判斷單元203可將第一電源的電壓的實際值和第二電源的電壓的實際值分別與預定的電壓閾值進行比較，如果第一電源的電壓的實際值不滿足閾值條件而第二電源的電壓的實際值滿足閾值條件，則確定需要將第一電源切換至第二電源以對負載電路進行供電。

本領域技術人員應認識到，可以根據所獲得的第一電源的物理量的實際值和第二電源的物理量的實際值通過各種判斷方式來判斷第一電源和第二電源的工作狀態，從而確定是否在第一電源與第二電源之間切換。所獲得的所有這些變型例應涵蓋于本公開的范圍內。

當確定需要在第一電源與第二電源之間切換時，判斷單元203可以輸出切換命令。

在一個實施例中，判斷單元203可以將切換命令輸出到接口裝置400以向用戶通知需要在第一電源與第二電源之間切換，或者可以經由接口裝置400傳遞到其他設備以進行另外的處理。

在本公開的一個實施例中，控制裝置200可以進一步包括存儲單元(未示出)，該存儲單元可以采用多區域備份方式存儲在控制過程中使用的數據。

接下來對存儲單元所采用的多區域備份方式進行進一步的描述。具體地，在控制過程中使用的數據可以存儲在不同的兩個區域，即A區和B區中。作為一個具體示例而非限制，兩個區域A區和B區可以設置在通過EEPROM實現的存儲單元中。

對于所存儲的數據的完整性，在讀取時采用校驗和的形式進行檢驗。具體處理如下：

1.讀取A區和B區中存儲的數據；

2.計算A區和B區中存儲的數據的校驗和；

3.通過校驗和分別對A區和B區中存儲的數據的有效性進行檢驗；

4.如果A區和B區中存儲的數據無效，則將數據重新寫入A區和B 區；

5.如果A區和B區中存儲的數據有效且A區和B區中存儲的數據相同，則讀取數據；

6.如果A區和B區中存儲的數據有效，但是A區中存儲的數據與B區中存儲的數據不同，則以A區中存儲的數據為準，覆蓋B區中存儲的數據；

7.如果A區中存儲的數據有效且B區中存儲的數據無效，則以A區中存儲的數據為準，覆蓋B區中存儲的數據；

8.如果A區中存儲的數據無效且B區中存儲的數據有效，則以B區中存儲的數據為準，覆蓋A區中存儲的數據。

通過采用以上多區域備份處理，可以有效地避免數據的干擾破壞，消除了丟失數據的可能性，同時提高了用于存儲數據的存儲設備的壽命。

本公開還提供了一種用于自動轉換開關的控制方法。接下來，將參照圖4描述根據本公開的實施例的用于自動轉換開關的控制方法。圖4是示出根據本公開的實施例的用于自動轉換開關的控制方法的操作步驟的流程圖。

在圖4中，根據本公開的實施例的用于自動轉換開關的控制方法開始于步驟S40。在步驟S41中，接收反映第一電源和第二電源的工作狀態的物理量的采樣值，并且對接收到的采樣值進行濾波處理以輸出經濾波的采樣值。在步驟S42中，對經濾波的采樣值進行校正處理以獲得第一電源和第二電源的物理量的實際值。在步驟S43中，根據第一電源和第二電源的物理量的實際值判斷是否需要在第一電源與第二電源之間切換。

當確定需要在第一電源與第二電源之間切換時(步驟S43中的“是”)，該處理前往步驟S44。當確定不需要在第一電源與第二電源之間切換時(步驟S43中的“否”)，該處理結束。

在步驟S44中，輸出切換命令并且該處理結束。

在一個實施例中，當確定不需要在第一電源與第二電源之間切換時(步驟S43中的“否”)，該處理可以返回步驟S41。此外，在步驟S44之后，該處理也可以返回步驟S41。通過這樣設置，可以使上述處理按預定間隔重復執行以實現對第一電源和第二電源的實時監控和切換。

上文已通過框圖、流程圖和/或實施例進行了詳細描述，闡明了根據 本公開的實施例的裝置和/或方法的具體實施方式。當這些框圖、流程圖和/或實施例包含一個或多個功能和/或操作時，本領域的技術人員應理解，這些框圖、流程圖和/或實施例中的各功能和/或操作可以通過各種硬件、軟件、固件或實質上它們的任意組合而單獨地和/或共同地實施。在一種實施方式中，本說明書中描述的主題的幾個部分可通過特定用途集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、數字信號處理器(DSP)或其他集成形式實現。然而，本領域的技術人員會認識到，本說明書中描述的實施方式的一些方面能夠全部或部分地在集成電路中以在一個或多個計算機上運行的一個或多個計算機程序的形式(例如，以在一個或多個計算機系統上運行的一個或多個計算機程序的形式)、以在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序的形式(例如，以在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程序的形式)、以固件的形式、或以實質上它們的任意組合的形式等效地實施，并且，根據本說明書中公開的內容，設計用于本公開的電路和/或編寫用于本公開的軟件和/或固件的代碼完全是在本領域技術人員的能力范圍之內。

例如，上述圖2中所示的控制裝置200可以通過軟件、固件、硬件或其任意組合的方式進行配置。在通過軟件或固件實現的情況下，可從存儲介質或網絡向具有專用硬件結構的通用機器安裝構成該軟件的程序，該通用機器在安裝有各種程序時，能夠執行上述的各種功能。

圖5是示出可用來實現根據本公開的實施例的方法和裝置的通用機器500的結構簡圖。通用機器500只是一個示例，并非暗示對本公開的方法和裝置的使用范圍或者功能的局限。

在圖5中，中央處理單元(CPU)501根據只讀存儲器(ROM)502中存儲的程序或從存儲部分508加載到隨機存取存儲器(RAM)503的程序執行各種處理。在ROM 502和/或RAM 503中，還根據需要存儲當CPU 501執行各種處理等等時所需的數據。CPU 501、ROM 502和RAM 503經由總線504彼此連接。

此外，輸入/輸出接口505也可以連接到總線504。下述部件也可以連接到輸入/輸出接口505：輸入部分506(包括鍵盤、鼠標等等)、輸出部分507(包括顯示器，例如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)等，和揚聲器等)、存儲部分508(包括硬盤等)、通信部分509(包括網絡接口卡例如LAN卡、調制解調器等)。通信部分509經由網絡例如因特網執行通信處理。

根據需要，驅動器510也可以連接到輸入/輸出接口505。可拆卸介質511例如磁盤、光盤、磁光盤、半導體存儲器等等可以根據需要被安裝在驅動器510上，使得從中讀出的計算機程序可根據需要被安裝到存儲部分508中。

在通過軟件實現上述系列處理的情況下，可以從網絡例如因特網或從存儲介質例如可拆卸介質511安裝構成軟件的程序。

本領域的技術人員應當理解，這種存儲介質不局限于圖5所示的其中存儲有程序、與設備相分離地分發以向用戶提供程序的可拆卸介質511。可拆卸介質511的例子包含磁盤(包含軟盤)、光盤(包含光盤只讀存儲器(CD-ROM)和數字通用盤(DVD))、磁光盤(包含迷你盤(MD)(注冊商標))和半導體存儲器。

或者，存儲介質可以是ROM 502、存儲部分508中包含的硬盤等，其中存有程序，并且與包含它們的設備一起被分發給用戶。

在上面對本公開的具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。涉及序數的術語“第一”，“第二”等并不表示這些術語所限定的特征、要素、步驟或組件的實施順序或者重要性程度，而僅僅是為了描述清楚起見而用于在這些特征、要素、步驟或組件之間進行標識。

此外，本公開的各實施例的方法不限于按照說明書中描述的或者附圖中示出的時間順序來執行，也可以按照其他的時間順序、并行地或獨立地執行。因此，本說明書中描述的方法的執行順序不對本公開的技術范圍構成限制。

盡管上面已經通過對本公開的具體實施例的描述對本公開進行了披露，但是，應該理解，本領域的技術人員可在所附權利要求的精神和范圍內設計對本公開的各種修改、改進或者等同物。這些修改、改進或者等同物也應當被認為包括在本公開的保護范圍內。