自动转换开关以及用于自动转换开关的控制装置和控制方法与流程

本公开涉及电气控制领域，更具体地，涉及自动转换开关(Auto Transfer Switch，ATS)以及用于自动转换开关的控制装置和控制方法。

背景技术：

自动转换开关，又称双电源自动转换开关主要用在紧急供电系统中，用于检测两路供电电源的工作状态，当其中一路电源供电不正常时，将一个或多个负载电路从不正常电源自动转换到另一路正常电源以保证负载正常工作。

目前，自动转换开关被用于机场、车站、医院、商业、政府机关、企业机房、居民大厦等对电源系统的可靠性要求较高的场合。因此，期望提供响应快、精度高的用于自动转换开关的控制装置和控制方法，以确保重要的负载连续、可靠地运行。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来确定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

根据本公开的一方面，提供了一种用于自动转换开关的控制装置，自动转换开关用于在第一电源与第二电源之间切换。该控制装置包括：滤波单元，其接收反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量的采样值，并且对采样值进行滤波处理以输出经滤波的采样值；校正单元，其对经滤波的采样值进行校正处理以获得第一电源和第二电源的物理量的实际值；以及判断单元，其根据第一电源和第二电源的物理量的实际值判断是否需要在第一电源与第二电源之间切换，并且当确定需要在第一电源与第二电源 之间切换时输出切换命令。

根据本公开的实施例，反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量可以是第一电源和第二电源的电压、电流、功率或者它们的任意组合。

根据本公开的另一实施例，滤波处理可以是如下一阶滞后滤波处理：

NV_AB＝(1-K)×PE0+K×NV_AB0

其中

K是预定滤波系数，其大于0并且小于或等于1，

PE0是当前获得的物理量的采样值，

NV_AB0是上一次输出的经滤波的采样值，以及

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值。

根据本公开的另一实施例，滤波处理可以是如下二阶滞后滤波处理：

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是预定滤波系数，其中Kc大于0，

PE0是当前获得的物理量的采样值，

NV_AB0是上一次输出的经滤波的采样值，以及

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值。

根据本公开的另一实施例，校正处理可以是如下单点校正处理：

NV＝NV_AB×Kv1

其中

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值，

NV是物理量的实际值，以及

Kv1是预定校正系数。

根据本公开的另一实施例，校正处理可以是如下两点校正处理：

NV＝NV_AB×Kv2+Zv

其中

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值，

NV是物理量的实际值，

Kv2是预定校正系数，以及

Zv是预定常数。

根据本公开的另一实施例，控制装置可以进一步包括存储单元，其采用多区域备份方式存储在控制过程中使用的数据。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于在第一电源与第二电源之间切换的自动转换开关。该自动转换开关包括：采样装置，其连接到第一电源和第二电源，用于对反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量进行采样，并且分别输出第一电源和第二电源的物理量的采样值；根据本公开的前述方面的控制装置；以及切换装置，其根据控制装置的控制在第一电源和第二电源之间进行切换以对负载进行供电。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于自动转换开关的控制方法，自动转换开关用于在第一电源与第二电源之间切换。该控制方法包括：接收反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量的采样值，并且对采样值进行滤波处理以输出经滤波的采样值；对经滤波的采样值进行校正处理以获得第一电源和第二电源的物理量的实际值；根据第一电源和第二电源的物理量的实际值判断是否需要在第一电源与第二电源之间切换，并且当确定需要在第一电源与第二电源之间切换时输出切换命令。

附图说明

本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的详细描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并形成说明书的一部分，用来进一步举例说明本公开的优选实施例和解释本公开的原理和优点。其中：

图1是示出根据本公开的实施例的自动转换开关的总体结构的框图；

图2是示出根据本公开的实施例的用于自动转换开关的控制装置的总体架构的框图；

图3a至3c是示出滤波单元采用二阶滞后滤波处理对电源电压的采样值进行滤波的仿真波形的波形图。

图4是示出根据本公开的实施例的用于自动转换开关的控制方法的操作步骤的流程图；以及

图5是示出可用来实现根据本公开的实施例的方法和装置的通用机器的结构简图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中需要做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

此外，在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的设备结构，而省略了与本公开关系不大的其他公知的细节。

首先，将参照图1描述根据本公开的实施例的自动转换开关的总体结构。图1是示出根据本公开的实施例的自动转换开关10的总体结构的框图。

图1中所示的自动转换开关10用于在第一电源与第二电源之间切换。自动转换开关10可以用于检测两路供电电源的工作状态，当其中一路电源供电不正常时，将一个或多个负载电路从不正常电源自动转换到另一路正常电源以保证负载电路正常工作。

在具体应用中，第一电源可以是主电源，而第二电源可以是备用电源。本领域技术人员应理解，备用电源可以是一个或更多个电源。换言之，自动转换开关10在实际应用中可以扩展成连接到一路主电源以及一路或更多路备用电源，以在主电源出现异常时在备用电源中选择最合适的一路电源对负载进行供电。

如图1中所示，自动转换开关10可以包括采样装置100、控制装置200和切换装置300。

采样装置100可以连接到第一电源和第二电源，用于对反映第一电源 和第二电源的工作状态的物理量进行采样，并且分别输出第一电源和第二电源的物理量的采样值。

在一个实施例中，采样装置100可以包括用于对第一电源的物理量进行采样的第一子采样电路和用于对第二电源的物理量进行采样的第二子采样电路。此外，在另一实施例中，采样装置100可以包括仅一个采样电路，该一个采样电路以分时复用的方式对两路电源的物理量进行采样以简化电路结构。

在一个实施例中，采样装置100可以对第一电源和第二电源的电压、电流、功率或者它们的任何组合进行采样，并且分别输出第一电源和第二电源的电压、电流、功率或者它们的任何组合的采样值。

作为示例，下文将描述采样装置100对第一电源和第二电源的电压进行采样并且输出电压的采样值的情况。然而，本领域技术人员应理解，采样装置100的功能在于对反映供电电源的工作状态的物理量进行采样，该物理量可以是供电电源的电压、电流、功率或者它们的任意组合。因此，所有这样的变型例均涵盖于本公开的范围内。

采样装置100的采样功能的具体实现形式可以是本领域公知的任何形式。在一个实施例中，采样装置100的采样电路可以采用模数转换器(ADC)的形式。在另一实施例中，采样装置100的采样电路可以采用电阻分压的形式，该方式易于实现并且具有较强的经济性。

控制装置200可以用于实现对自动转换开关10的总体控制，其具体配置将在下文中参照图2进行进一步的说明。

切换装置300可以用于根据控制装置200的控制在两路供电电源之间进行切换以使用最合适的一路供电电源对负载进行供电。

在一个实施例中，切换装置300可以是电机。该电机通过来自第一电源或第二电源的电力进行操作，用于在控制装置200的控制下在第一电源与第二电源之间切换。

此外，根据本公开的一个实施例，自动转换开关10可以进一步包括接口装置400。

在一个实施例中，接口装置400可以包括用户接口(未示出)，其可用于接收用户对自动转换开关的工作模式的设置。例如，自动转换开关10的用户可以通过该用户接口手动设置优先使用哪一路供电电源。

在一个实施例中，接口装置400还可以包括用于外接直流电源的接口(未示出)，从而可由外部直流电源来对控制装置200和切换装置300供电，这使得该自动转换开关10可作为远程转换开关(Remote Transform Switch，RTS)来工作。

在一个实施例中，接口装置400还可以包括通信接口(未示出)，该通信接口可实现自动转换开关10与其他设备之间的通信。

以上列举了接口装置400的各种示例，这些示例仅是说明性的而非限制性的，本领域技术人员可以根据具体应用定制接口装置400以实现所需的各种功能。

接下来，将参照图2描述根据本公开的实施例的用于自动转换开关的控制装置200的总体架构。图2是示出根据本公开的实施例的用于自动转换开关10的控制装置200的总体架构的框图。

如图2所示，根据本实施例的用于自动转换开关的控制装置200可以包括滤波单元201、校正单元202和判断单元203。

滤波单元201用于从采样装置100接收反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量的采样值，并且对这些采样值进行滤波处理以输出经滤波的采样值。例如，滤波单元201接收第一电源和第二电源的电源电压的采样值。

在一个实施例中，为了抑制噪声、提高精度，滤波单元201可以使用如下一阶滞后滤波处理对采样值进行滤波处理以输出经滤波的采样值：

NV_AB＝(1-K)×PE0+K×NV_AB0…(1)

其中

K是预定滤波系数，其大于0并且小于或等于1，

PE0是当前获得的物理量的采样值，

NV_AB0是上一次输出的经滤波的采样值，以及

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值。

在式(1)中，预定滤波系数K可以是例如根据经验或者通过实验预先设定。例如，预定滤波系数K可以被设定为1/tF，其中滤波时间为t，采样频率为F。该预定滤波系数K将决定一阶滞后滤波方法的相位滞后的程度。

该一阶滞后滤波方法的优点在于对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合适用于波动频率较高的场合。

此外，在本公开的另一实施例中，滤波单元201可以使用如下二阶滞后滤波处理进行滤波：

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是预定滤波系数，其中Kc大于0，

PE0是当前获得的物理量的采样值，

NV_AB0是上一次输出的经滤波的采样值，以及

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值。

在式(2)和(3)中，预定滤波系数K0、K1、Kc可以是例如根据经验或者通过实验预先设定。

图3a至3c是示出滤波单元201采用二阶滞后滤波处理对电源电压的采样值进行滤波的仿真波形的波形图。图3a是示出电源电压的采样值的仿真波形的波形图。图3b是示出上一次输出的经滤波的采样值的仿真波形的波形图。图3c是示出本次输出的经滤波的采样值的仿真波形的波形图。

根据以上仿真波形可见，通过采用上述二阶滞后滤波处理，可以进一步减少相位滞后、提高灵敏度，而且能够消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。

本领域技术人员应认识到，为了实现不同的滤波效果，本领域技术人员可以设想采用各种不同的滤波处理对反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量的采样值进行滤波，诸如算术平均滤波算法等。所获得的所有这些变型例同样涵盖于本公开的范围内。

校正单元202对滤波单元201输出的经滤波的采样值进行校正处理以获得第一电源和第二电源的物理量的实际值。例如，校正单元202对滤波单元201输出的第一电源和第二电源的电源电压的经滤波的采样值进行校正，得到第一电源和第二电源的电源电压的实际值。

由于滤波单元201输出的电源电压的经滤波的采样值NV_AB与被采 样的电源电压的实际值之间存在线性关系，因此有必要对电源电压的经滤波的采样值NV_AB进行校正以获得电源电压的实际的电压值。

在一个实施例中，校正单元202可以采用如下单点校正处理对第一电源和第二电源的经滤波的采样值NV_AB进行校正：

NV＝NV_AB×Kv1…(4)

其中

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值，

NV是物理量的实际值，以及

Kv1是预定校正系数。

在式(4)中，预定校正系数Kv1可以是例如根据经验或者通过实验预先设定。上述单点校正方法的优点在于响应速度高，能够提供约±3％的校正精度。

为了进一步提高校正精度，在本公开的另一实施例中，校正单元202可以采用如下两点校正处理对第一电源和第二电源的经滤波的采样值NV_AB进行校正：

NV＝NV_AB×Kv2+Zv…(5)

其中

NV_AB是本次输出的经滤波的采样值，

NV是物理量的实际值，

Kv2是预定校正系数，以及

Zv是预定常数。

例如，在校正单元202的初始化阶段，可以预先取得两对NV_AB和NV的数据来获得一阶线性方程组，从而求解预定校正系数Kv2和预定常数Zv，并且在使用两点校正方法期间使用这样获得的校正系数Kv2和预定常数Zv对采样值NV_AB进行校正。

通过采用上述两点校正方法，可以将校正精度进一步提高至±1％。

本领域技术人员应认识到，为了实现不同的校正效果，本领域技术人员可以设想采用各种不同的校正处理对滤波单元输出的经滤波的采样值进行校正以获得第一电源和第二电源的物理量的实际值。所获得的所有这 些变型例同样涵盖于本公开的范围内。

判断单元203可以根据第一电源和第二电源的物理量的实际值判断是否需要在第一电源与第二电源之间切换，并且当确定需要在第一电源与第二电源之间切换时输出切换命令。例如，判断单元203可以根据通过上述校正处理获得的电源电压的实际值确定是否需要在第一电源与第二电源之间切换。例如，判断单元203可将第一电源的电压的实际值和第二电源的电压的实际值分别与预定的电压阈值进行比较，如果第一电源的电压的实际值不满足阈值条件而第二电源的电压的实际值满足阈值条件，则确定需要将第一电源切换至第二电源以对负载电路进行供电。

本领域技术人员应认识到，可以根据所获得的第一电源的物理量的实际值和第二电源的物理量的实际值通过各种判断方式来判断第一电源和第二电源的工作状态，从而确定是否在第一电源与第二电源之间切换。所获得的所有这些变型例应涵盖于本公开的范围内。

当确定需要在第一电源与第二电源之间切换时，判断单元203可以输出切换命令。

在一个实施例中，判断单元203可以将切换命令输出到接口装置400以向用户通知需要在第一电源与第二电源之间切换，或者可以经由接口装置400传递到其他设备以进行另外的处理。

在本公开的一个实施例中，控制装置200可以进一步包括存储单元(未示出)，该存储单元可以采用多区域备份方式存储在控制过程中使用的数据。

接下来对存储单元所采用的多区域备份方式进行进一步的描述。具体地，在控制过程中使用的数据可以存储在不同的两个区域，即A区和B区中。作为一个具体示例而非限制，两个区域A区和B区可以设置在通过EEPROM实现的存储单元中。

对于所存储的数据的完整性，在读取时采用校验和的形式进行检验。具体处理如下：

1.读取A区和B区中存储的数据；

2.计算A区和B区中存储的数据的校验和；

3.通过校验和分别对A区和B区中存储的数据的有效性进行检验；

4.如果A区和B区中存储的数据无效，则将数据重新写入A区和B 区；

5.如果A区和B区中存储的数据有效且A区和B区中存储的数据相同，则读取数据；

6.如果A区和B区中存储的数据有效，但是A区中存储的数据与B区中存储的数据不同，则以A区中存储的数据为准，覆盖B区中存储的数据；

7.如果A区中存储的数据有效且B区中存储的数据无效，则以A区中存储的数据为准，覆盖B区中存储的数据；

8.如果A区中存储的数据无效且B区中存储的数据有效，则以B区中存储的数据为准，覆盖A区中存储的数据。

通过采用以上多区域备份处理，可以有效地避免数据的干扰破坏，消除了丢失数据的可能性，同时提高了用于存储数据的存储设备的寿命。

本公开还提供了一种用于自动转换开关的控制方法。接下来，将参照图4描述根据本公开的实施例的用于自动转换开关的控制方法。图4是示出根据本公开的实施例的用于自动转换开关的控制方法的操作步骤的流程图。

在图4中，根据本公开的实施例的用于自动转换开关的控制方法开始于步骤S40。在步骤S41中，接收反映第一电源和第二电源的工作状态的物理量的采样值，并且对接收到的采样值进行滤波处理以输出经滤波的采样值。在步骤S42中，对经滤波的采样值进行校正处理以获得第一电源和第二电源的物理量的实际值。在步骤S43中，根据第一电源和第二电源的物理量的实际值判断是否需要在第一电源与第二电源之间切换。

当确定需要在第一电源与第二电源之间切换时(步骤S43中的“是”)，该处理前往步骤S44。当确定不需要在第一电源与第二电源之间切换时(步骤S43中的“否”)，该处理结束。

在步骤S44中，输出切换命令并且该处理结束。

在一个实施例中，当确定不需要在第一电源与第二电源之间切换时(步骤S43中的“否”)，该处理可以返回步骤S41。此外，在步骤S44之后，该处理也可以返回步骤S41。通过这样设置，可以使上述处理按预定间隔重复执行以实现对第一电源和第二电源的实时监控和切换。

上文已通过框图、流程图和/或实施例进行了详细描述，阐明了根据 本公开的实施例的装置和/或方法的具体实施方式。当这些框图、流程图和/或实施例包含一个或多个功能和/或操作时，本领域的技术人员应理解，这些框图、流程图和/或实施例中的各功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合而单独地和/或共同地实施。在一种实施方式中，本说明书中描述的主题的几个部分可通过特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其他集成形式实现。然而，本领域的技术人员会认识到，本说明书中描述的实施方式的一些方面能够全部或部分地在集成电路中以在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序的形式(例如，以在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个计算机程序的形式)、以在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序的形式(例如，以在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序的形式)、以固件的形式、或以实质上它们的任意组合的形式等效地实施，并且，根据本说明书中公开的内容，设计用于本公开的电路和/或编写用于本公开的软件和/或固件的代码完全是在本领域技术人员的能力范围之内。

例如，上述图2中所示的控制装置200可以通过软件、固件、硬件或其任意组合的方式进行配置。在通过软件或固件实现的情况下，可从存储介质或网络向具有专用硬件结构的通用机器安装构成该软件的程序，该通用机器在安装有各种程序时，能够执行上述的各种功能。

图5是示出可用来实现根据本公开的实施例的方法和装置的通用机器500的结构简图。通用机器500只是一个示例，并非暗示对本公开的方法和装置的使用范围或者功能的局限。

在图5中，中央处理单元(CPU)501根据只读存储器(ROM)502中存储的程序或从存储部分508加载到随机存取存储器(RAM)503的程序执行各种处理。在ROM 502和/或RAM 503中，还根据需要存储当CPU 501执行各种处理等等时所需的数据。CPU 501、ROM 502和RAM 503经由总线504彼此连接。

此外，输入/输出接口505也可以连接到总线504。下述部件也可以连接到输入/输出接口505：输入部分506(包括键盘、鼠标等等)、输出部分507(包括显示器，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等，和扬声器等)、存储部分508(包括硬盘等)、通信部分509(包括网络接口卡例如LAN卡、调制解调器等)。通信部分509经由网络例如因特网执行通信处理。

根据需要，驱动器510也可以连接到输入/输出接口505。可拆卸介质511例如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等可以根据需要被安装在驱动器510上，使得从中读出的计算机程序可根据需要被安装到存储部分508中。

在通过软件实现上述系列处理的情况下，可以从网络例如因特网或从存储介质例如可拆卸介质511安装构成软件的程序。

本领域的技术人员应当理解，这种存储介质不局限于图5所示的其中存储有程序、与设备相分离地分发以向用户提供程序的可拆卸介质511。可拆卸介质511的例子包含磁盘(包含软盘)、光盘(包含光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光盘(包含迷你盘(MD)(注册商标))和半导体存储器。

或者，存储介质可以是ROM 502、存储部分508中包含的硬盘等，其中存有程序，并且与包含它们的设备一起被分发给用户。

在上面对本公开的具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。涉及序数的术语“第一”，“第二”等并不表示这些术语所限定的特征、要素、步骤或组件的实施顺序或者重要性程度，而仅仅是为了描述清楚起见而用于在这些特征、要素、步骤或组件之间进行标识。

此外，本公开的各实施例的方法不限于按照说明书中描述的或者附图中示出的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本公开的技术范围构成限制。

尽管上面已经通过对本公开的具体实施例的描述对本公开进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本公开的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本公开的保护范围内。