发电机的加载控制系统的制作方法

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种发电机的加载控制系统。

背景技术：

目前，柴油发电机组并机使用的供电配置，逐渐成为数据中心的后备供电组网的常用架构。虽然在数据中心配置的柴油发电机组的额定容量大于负载容量，但是由于数据中心的多个负载的同时启用系数接近1，且多数负载为非线性负载，因此，柴油发电机组的传统加载流程已经不能满足正常的生产需求，存在加载启动成功率较低的问题。

针对上述启动成功率低的问题，现有技术中的解决方案包括变频启动和调压启动。但是，变频启动和调压启动的适用范围有限。具体地，在对发电机的频率特性、电压特性和波形特性要求不严格的情况下，变频启动和调压启动能够提高发电机的加载启动成功率；但是在对发电机的频率特性、电压特性和波形特性要求严格的情况下，比如，对电信系统中数据中心的多个负载的加载启动，变频启动和调压启动则无法提高发电机的加载启动成功率。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种发电机的加载控制系统，能够在对发电机的频率特性、电压特性和波形特性要求严格的情况下，提高发电机的加载启动成功率。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种发电机的加载控制系统，包括：电压变送器、加载控制器和N个框架开关，N为大于等于2的正整数；

发电机、电压变送器和加载控制器依次连接；各个框架开关的一端均与加载控制器连接，另一端均连接有相应的负载。

在第一方面的一些实施例中，加载控制系统还包括设置于电压变送器和加载控制器之间的线路上的第一光电隔离器；第一光电隔离器的光发射端与电压变送器连接，第一光电隔离器的光接收端与加载控制器连接。

在第一方面的一些实施例中，第一光电隔离器的光发射端和光接收端分别为第一发光二极管和第一光电二极管；第一发光二极管的第一端与电压变送器连接，第一发光二极管的第二端接地；第一光电二极管的第一端与加载控制器连接，第一光电二极管的第二端接地。

在第一方面的一些实施例中，第一发光二极管的第二端接模拟地，第一光电二极管的第二端接数据地。

在第一方面的一些实施例中，加载控制系统还包括设置于加载控制器和第一光电隔离器之间的线路上的第一电阻，第一电阻的两端分别与加载控制器和第一光电隔离器的光接收端连接。

在第一方面的一些实施例中，加载控制系统还包括N个第二光电隔离器和N个第三光电隔离器，且各个框架开关均设置有合闸控制点和开闸控制点。

在加载控制器和任意一个框架开关之间的线路上，均并联设有一个第二光电隔离器和一个第三光电隔离器，第二光电隔离器的光发射端和第三光电隔离器的光发射端均与加载控制器连接，第二光电隔离器的光接收端与框架开关的合闸控制点连接，第三光电隔离器的光接收端与框架开关的开闸控制点连接。

在第一方面的一些实施例中，第二光电隔离器的光发射端和光接收端分别为第二发光二极管和第二光电二极管，第二发光二极管的第一端与加载控制器器连接，第二发光二极管的第二端接地；第二光电二极管的第一端与框架开关的合闸控制点连接，第二光电二极管的第二端接地。

第三光电隔离器的光发射端和光接收端分别为第三发光二极管和第三光电二极管，第三发光二极管的第一端与加载控制器连接，第三发光二极管的第二端接地；第三光电二极管的第一端与框架开关的开闸控制点连接，第三光电二极管的第二端接地。

在第一方面的一些实施例中，加载控制系统还包括N个第二电阻和N 个第三电阻。

在加载控制器和任意一个第二光电隔离器之间的线路上，均设有一个第二电阻；在加载控制器和任意一个第三光电隔离器之间的线路上，均设有一个第三电阻。

在第一方面的一些实施例中，加载控制系统还包括N个电流变送器；在加载控制器和任意一个框架开关之间的线路上，均设有一个电流变送器。

在第一方面的一些实施例中，加载控制系统还包括N个第四光电隔离器；在加载控制器和任意一个电流变送器之间的线路上，均设有一个第四光电隔离器，且第四光电隔离器的光发射端与电流变送器连接，第四光电隔离器的光接收端与加载控制器连接。

由于本实用新型实施例提供的发电机的加载控制系统具有如上所述的结构，在满足对发电机的频率特性、电压特性和波形特性要求严格的情况下，对数据中心的多个负载进行加载时，电压变送器可以实时监测发电机的输出电压，加载控制器可以根据发电机的输出电压对发电机的加载状态进行判断，只有当发电机的加载状态为稳定时，才会控制框架开关合闸，逐个加载各个该框架开关对应的负载。因此，能够避免在发电机的加载状态为未稳定时就对负载进行加载，从而能够提高发电机的加载启动成功率。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型实施例，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为现有技术中的发电机的加载控制系统的结构的示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的发电机的加载控制系统的结构的示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的发电机的加载控制系统的结构的示意图；

图4为本实用新型又一实施例提供的发电机的加载控制系统的结构的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型实施例的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型实施例可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型实施例的示例来提供对本实用新型实施例的更好的理解。本实用新型实施例决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型实施例的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型实施例造成不必要的模糊。

本实用新型实施例中的发电机的加载控制系统，应用于通信行业中的发电机。能够根据发电机的运行状态，管理负载的加载过程，从而提高发电机的加载启动的成功率。

需要说明的是，通信行业中的发电机属于G3级发电机。根据《GB2820.1-2009往复式内燃机驱动的交流发电机组用途、定额和性能》，指出了G3级的发电机适用于所连接的设备，即待加载的负载，对发电机的频率特性、电压特性和波形特性有严格要求的情况。比如电信负载和晶闸管控制的负载。由于通信行业中的机楼存在装有整流器的开关电源和晶闸管的UPS，以及无线电通讯设备，因此，在对负载进行加载启动时，需要对发电机的频率特性、电压特性和波形特性进行特殊考虑。

图1为现有技术中的发电机的加载控制系统的结构的示意图。参看图 1，市电与发电机101之间通过ATS切换开关102进行切换。ATS切换开关102的还分别与各个负载103对应的框架开关104连接。当市电停电后，ATS切换开关102将切换到发电机101端，使得发电机101与框架开关104之间的线路导通。

图2为本实用新型实施例提供的发电机的加载控制系统的结构的示意图。图2中的发电机的加载控制系统包括电压变送器201、加载控制器 202和N个框架开关104，N为大于等于2的正整数。其中，发电机101、电压变送器201和加载控制器202依次连接；各个框架开关104的一端均与加载控制器202连接，另一端均连接有相应的负载。

其中，电压变送器201用于实时检测发电机101的输出电压，并将检测的电压值发送给加载控制器202。电压变送器201是指能够将被测交流电压、直流电压或脉冲电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流的装置。

加载控制器202用于接收电压变送器201检测的电压值，并据发电机 101的输出电压，控制各负载对应的框架开关104的开闸与合闸。

由于本实用新型实施例提供的发电机101的加载控制系统具有如上所述的结构，在满足对发电机101的频率特性、电压特性和波形特性要求严格的情况下，对数据中心的多个负载进行加载时，电压变送器201可以实时监测发电机101的输出电压，加载控制器202可以根据发电机101的输出电压对发电机101的加载状态进行判断，只有当发电机101的加载状态为稳定时，才会控制框架开关104合闸，逐个加载各个该框架开关104对应的负载。因此，能够避免在发电机101的加载状态为未稳定时就对负载进行加载，从而能够提高发电机的加载启动成功率。

图3为本实用新型另一实施例提供的发电机的加载控制系统的结构的示意图。参看图3，加载控制系统还包括设置于电压变送器201和加载控制器202之间的线路上的第一光电隔离器301；第一光电隔离器301的光发射端与电压变送器201连接，第一光电隔离器301的光接收端与加载控制器202连接。

其中，光电隔离器包括光发射端和光接收端。光发射端用于接收输入的电信号，并发出光信号；光接收端用于接收该光信号，并产生光电流，光电流经过放大后输出。光电隔离器内部能够完成电—光—电转换，从而能够对输入信号和输出信号进行隔离，进而提高发电机101的输出电压信号的抗干扰能力。

图4为本实用新型又一实施例提供的发电机的加载控制系统的结构的示意图。参看图4，第一光电隔离器301的光发射端和光接收端分别为第一发光二极管和第一光电二极管；第一发光二极管401的第一端与电压变送器201连接，第一发光二极管401的第二端接地；第一光电二极管402 的第一端与加载控制器202连接，第一光电二极管402的第二端接地。图 4中的XI为电压变压器在电路中的表示符号。

需要说明的是，为了防止发电机的加载控制系统在加载过程中受到共模信号干扰，参看图4，本实用新型实施例中的第一发光二极管401的第二端接模拟地403，即接模拟信号对应的地线。第一光电二极管402的第二端接数据地404，即接数据信号对应的地线。

进一步地，为使发电机101的输出电压能够稳定传输，参看图3，加载控制系统还包括设置于加载控制器202和第一光电隔离器301之间的线路上的第一电阻302，第一电阻302的两端分别与加载控制器202和第一光电隔离器301的光接收端连接。

类似地，为提高加载控制器202的控制信号的抗干扰能力。参看图 3，加载控制系统还包括N个第二光电隔离器303和N个第三光电隔离器 304，且各个框架开关104均设置有合闸控制点和开闸控制点。响应于加载控制器202的合闸控制信号，框架开关104的合闸控制点导通，负载加载生效。响应于加载控制器202的开闸控制信号，框架开关104的开闸控制点导通，负载断开。

参看图3，在加载控制器202和任意一个框架开关104之间的线路上，均并联设有一个第二光电隔离器303和一个第三光电隔离器304，第二光电隔离器303的光发射端和第三光电隔离器304的光发射端均与加载控制器202连接，第二光电隔离器303的光接收端与框架开关104的合闸控制点连接，第三光电隔离器304的光接收端与框架开关104的开闸控制点连接。

具体地，可以参看图4，第二光电隔离器303的光发射端和光接收端分别为第二发光二极管405和第二光电二极管406，第二发光二极管405 的第一端与加载控制器202器连接，第二发光二极管405的第二端接地；第二光电二极管406的第一端与框架开关104的合闸控制点连接，第二光电二极管406的第二端接地。

进一步地，可以参看图4，第三光电隔离器304的光发射端和光接收端分别为第三发光二极管407和第三光电二极管408，第三发光二极管 407的第一端与加载控制器202连接，第三发光二极管407的第二端接地；第三光电二极管408的第一端与框架开关104的开闸控制点连接，第三光电二极管408的第二端接地。

类似地，参看图3，为使加载控制器202的控制信号能够稳定传输，加载控制系统还包括N个第二电阻305和N个第三电阻306。在加载控制器202和任意一个第二光电隔离器303之间的线路上，均设有一个第二电阻305；在加载控制器202和任意一个第三光电隔离器304之间的线路上，均设有一个第三电阻306。

接下来，为方便本领域技术人员理解，下面对本实用新型实施例的发电机101的加载控制系统的工作过程进行详细说明。

市电停电后，加载控制器202控制所有框架开关104开闸。响应于市电停电，发电机101开始发电，ATS切换开关102自动切换到发电机101 端，使得发电机101与框架开关104之间能够导通。接下来，加载控制器 202根据电压变送器201检测的发电机101的输出电压，对发电机101的加载状态进行判断。

在一个例子中，如果发电机101的输出电压到达平稳，则判断发电机 101的加载状态稳定。此时，加载控制器202控制一个框架开关104合闸，此时发电机101加上一个负载。接下来，加载控制器202继续对增加一个负载后的发电机101的加载状态进行判断，如果发电机101的输出电压重新到达平稳，则判断发电机101的加载状态稳定，加载控制器202控制下一个框架开关104合闸，直到所有负载的框架开关104全部合闸，则发电机101启动成功。

需要说明的是，为保证发电机101能够稳定加载，如果检测到发电机101的输出电压未到达平稳，则加载控制器202不会控制下一个框架开关 104合闸。因为在发电机101的输出电压未到达平稳的情况下，一旦合闸，发电机101可能宕机。

在另一个例子中，如果检测到发电机101的输出电压未到达平稳，加载控制器202将继续检测发电机101的输出电压是否低于阈值电压。如果发电机101的输出电压低于阈值电压，则加载控制器202可以控制将已加载的负载对应的框架开关104开闸，以维持发电机101输出电压的稳定。

在又一个例子中，如果检测到发电机101的输出电压低于阈值电压，加载控制器202还可以延迟一个预设周期(比如，50ms)后，重新检测发电机101的输出电压是否低于阈值电压。

根据本实用新型的实施例，为优化发电机101的加载流程，使得发电机101在加载启动时能够保持稳定，加载控制器202在控制增加一个负载，或者减去一个负载时，可以根据负载的阻值对负载队列进行排序。比如，当发电机101的输出电压到达稳定时，加载控制器202可以从未加载队列中选取加载阻值最小的负载进行加载，或者当发电机101的输出电压低于阈值电压时，加载控制器202可以从已加载队列中选取减去阻值最小的负载。

为获得各个负载的阻值，参看图3和图4，加载控制系统还包括N个电流变送器3071；在加载控制器202和任意一个框架开关104之间的线路上，均设有一个电流变送器3071。图4中的XI为电流变压器在电路中的表示符号，XI后的数字为电流变压器的编号，电流变压器的编号与框架开关104或者负载一一对应。

类似地，为提高加电流变送器的电流信号的抗干扰能力。参看图3，加载控制系统还包括N个第四光电隔离器308；在加载控制器202和任意一个电流变送器3071之间的线路上，均设有一个第四光电隔离器308，且第四光电隔离器308的光发射端与电流变送器307连接，第四光电隔离器 308的光接收端与加载控制器202连接。

类似地，为使电流变送器307的电流信号能够稳定传输，参看图3，加载控制系统还包括N个第四电阻309。在加载控制器202和任意一个第四光电隔离器308之间的线路上，均设有一个第四电阻309。

需要说明的是，根据本实用新型的实施例，也可以通过输入装置(图中未示出)提前将各负载的阻值录入到加载控制器202的负载队列中。此处不进行限定。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的加载控制器202的具体实现形式可以是硬件电路，也可以是载入计算机存储介质中运行的程序代码，此处不进行限制。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本实用新型实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。