智能式双电源供电系统自动切换装置的研制

林惠平

摘要：双电源的结构能够满足供电系统不断电的需求，近些年来双电源的模式使用范围不断扩展，双电源供电系统一般需要使用智能控制系统实现控制，而能够满足双电源供电系统智能控制系统设计要求：系统能够在单片机上进行运算，且能够对系统当前运行情况实现实时的监督，并能够根据系统当前的运行情况及时进行电源的改换。文章从硬件以及软件两个方面的，对双电源供电系统如何设计，如何得到稳定保障进行了分析，并给出了装置设计的可行方案。

关键词：供电系统 智能系统 双电源 自动切换装置

引言

供电系统在长时间运行过程中可能出现故障，同样可能存在无法正常供电的情况，但为满足电能的使用安全以及供电系统本身的安全，因此当前供电系统开始更为普遍采用双电源的模式，双电源模式能够在单一电源无法正常供电的情况下通过自动化的电源切换，使得供电安全能够得到更为充分的保证。本文对如何设计智能化的双电源供电系统自动切换装置，进行了硬件以及软件两方面的整体分析。

1 自动切换装置功能划分

在邮政通讯、军政机要、交通枢纽（如机场、火车站等）在内的重要性相对较高的地区，需要保证供电的稳定性，即需要保持稳定的不间断供电。对需要避免断电情况出现的场所，一旦常用电路发生故障原本需要工作人员手动将电路有原本的常用电路切换到当前依然能够正常供电的备用电路。人工切换首先存在不及时的情况，对地铁线路、医院等突然断电可能出现严重风险的地区，人工切换电路可能导致较为严重的安全事故。其次人工切换电路成本相对较高，采用人工切换模式的情况下必然需要专门工作人员监督当前电路的运行情况。因此在信息技术不断发展以及完善的情况下，已经能够通过使用智能切换装置采用自动化技术完成切换。本文所述的装置就是能够满足双电源智能切换的装置。

该装置具有如下几个主要的功能单元：（1）电压信号采集单元；（2）电压信号判断单元；（3）常用电路以及备用电路切换单元。所有单元当中单元（2）需要使用软件进行采集以及控制，本文采用的软件控制设备为单片机，判断过程中需要根据电压允许的变化范围以及电压实际的变化范围，判断当前电路电压是否处于正常状态，根据对应的结果软件能够给出反馈并使得电路自动化切换。

2 硬件设计

2.1 控制电路

本文所述的电路结构如图1所示。

图1 智能化控制装置基本电路结构

如图所示，该装置工作基本原理为：装置启动后，单片机进行运行状态，同时AD574同样进入启动状态，启动后上图当中开关1以及开关2均需要关闭，常用电路的KM1A以及备用电路的KM2A能够实现互相锁定的功能，通过互相锁定的功能能够避免常用电路以及备用电路同时接入用户电路当中。而KM1B以及KM2B则具有自锁定的功能，通过自锁定功能能够保证KA1以及KA2功能的正常实现。在该装置当中，8031能够由AD574获得电压检测相关信息以及数据，并判断当前电路电压是否存在正常情况。检测显示AD574电压正常的情况下，8031能够向KA2发生“0”信号，并使得KM2进入断电状态，此时供电系统当中备用电路能够与用户电路断开；同时能够向KA1发出“1”信号，并使得KM1进入通电状态，此时供电系统当中常用电路能够重新与用户电路连接。检测显示AD574电压并不正常，并超过允许范围时，装置同样能够自动进行电路的切换。即8031能够向KA1发生“0”信号，并使得KM1进入断电状态，此时供电系统当中常用电路能够与用户电路断开；同时能够向KA2发出“1”信号，并使得KM2进入通电状态，此时供电系统当中备用电路能够与用户电路连接。

2.2 芯片连接

电路的供电保障情况需要根据电力的质量进行判断，判断电力质量的主要标准为电压偏差以及频率偏差。我国标准供电网络（非特殊工业用电）额定电压220V、额定频率50Hz，按照电力供应质量保障的相关要求，在这一标准下电压的偏差不能超过7%，频率的偏差则必须控制在0.2Hz以内。

该装置当中传感器的设定参数应当为输入电压为220V，输出电压为6V。该装置使用的AD574是12位模拟转换器，该设备每秒的采样率为4×104，设备输入的模拟电压允许范围为-10V到10V之间，AD574设备的电压区域与传感器的电压区间能够保持匹配。AD574输出为0FFFH时模拟的输入电压10V，而输出为0H时模拟的输入电压为-10V。如图2所示，当AD574的输入电压显示为07FFH时该设备的输入电压则为0V。

图2 AD574功能引脚整体结构图

AD574主要引脚具备如下功能：（1）引脚，能够控制读出数据的长度，在该引脚的控制下一次性能够读取数据的长度能够被控制在允许的范围内，AD574在该引脚的控制下一次性读取数据的长度不能超过8位；（2），是片选以及片使信号控制的引脚；（3）引脚，能够对数据进行读取，并能够根据需求对信号进行转化；（4）引脚

是12/8位控制转化的控制引脚；（5）引脚STS能够显示控制器当前运行情况，单片机通过对P1.5以及P1.6的查询能够查询当前是否处于可读取数据的状态。

3 软件设计

3.1 电源连接判断

根据检测结果分析供电是否正常时需要明确电路电压有效值的误差范围，即需要根据单个周期的误差值变化情况确定上下限。本文所述电源的上下界如表所示。

表 最大值情况下电压上下界

对应项目	上界235V	下界204V
传感器有效值	6.409V	5.564V
传感器最大值	9.064V	7.868V
单片机存储空间	1100111111B	111001001010B
对应16进制数	0F3FH	0E4AH

以电源8031为例，当电源8031的变化范围处于上表所示范围内，则表明该电源的电压变化处于合理范围内。

模数转化同样可能导致误差，该误差能够导致单片机误差的实际上下界与反馈信号的上下界存在较大的差别。该误差与上述误差的最大值基本相同，且两个误差的最大值均为AD574二进制转化后得到的12为数据第一位“1”对应的模拟电压的一半，即应当为（10×2）/（0FFFH×2）=2.45mV。

分辨率的误差能够导致电压误差，而电压误差的判断需要根据采样值上下界误差的综合情况进行。在一个周期当中，该数据并不会发生变化。因此在该电压当中，这个电压能够被称为系统的绝对电压，而系统的相对电压则存在变化的范围，如某个点的信号电压为2V，则仅考虑该点的情况下该点的误差值应当为0.00245/2=0.1225%。

供电系统当中电压必然存在随机的波动，为避免波动导致的过度敏感情况，因此在软件监测效果探讨时需要对连续10个周期进行连续的检测，以此保证给出的结果具有准确性。

3.2 工作单元分配

根据10个周期连续110次频率的标准进行判断，并确定常用电路以及备用电路当前的实际情况后，需要对系统重新进行初始化，并开始另一个循环。常用电路以及备用电路的电压信号需要按照下述计数要求进行设定。在一个周期内，对电压连续偏差状态进行计数时当计数器显示超过允许范围的点数超过12个时则应当认为该周期内电压不合格，超过10则应当认定不满足要求。

按照以上装置整体结构图能够确定，R7为50周期判断使用的计数器；22H以及23H分别是常用电路以及备用电路的状态标志位，两者显示为0时代表电路处于正常使用状态，而显示为1时则代表电路处于故障状态。装置工作单元的具体分配情况如表所示。

表 工作单元分配情况

电路	数据采集点		区分标志位	连续状态点数计数器		连续电压偏差计数器		连续频率偏差计数器
	底字节	高字节		合格	不合格	合格	不合格	合格	不合格
常用	20H=00H	21H=00H	初始R0=00H R0=00H	R1=00H	R2=00H	R3=00H	R4=00H	R5=00H	R6=00H
备用

结语

本文提出的装置设计方案，适用于多种不同类型的双电源供电系统，该装置能够快速对信号进行识别、判断，该装置在不同类型电网上均能够达到稳定使用的效果。本文所述装置使用范围较广的主要原因在于该装置自身对硬件的影响相对较小。为判断该装置的使用效果，本文对三相电路当中的一相进行了实验，并取得了较好的效果。而在软件当中加入频谱识别的功能，即能够有效避免干扰信号的影响，保证检测的准确性。

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