本發(fā)明涉及諧振電路，具體為用于交流和直流、或直流和直流之間的轉(zhuǎn)換以及用于與電源或類似的供電系統(tǒng)一起使用的設(shè)備，尤其涉及一種控制和傳輸電能的裝置及電路控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對電能控制和傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性提出了越來越高的要求。特別是在數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器機(jī)房這類關(guān)鍵it設(shè)施中，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的完整性和業(yè)務(wù)的連續(xù)性。雙向llc諧振變換器作為一種先進(jìn)的電力電子變換器，具有高效率、高功率密度和軟開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，因此在諸多電力應(yīng)用場合中展現(xiàn)出巨大的潛力。

2、然而，盡管雙向llc諧振變換器在理論上可以實(shí)現(xiàn)高效的電能轉(zhuǎn)換和傳輸，但在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器機(jī)房等關(guān)鍵設(shè)施中，其性能往往受到多種因素的影響。其中，最為關(guān)鍵的問題之一是負(fù)載不間斷供電的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。在主電源斷電后，備用電源的切換過程中存在的時(shí)間差和電壓差可能導(dǎo)致負(fù)載供電的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3、目前，現(xiàn)有技術(shù)雖然在一定程度上解決了電能轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)膯栴}，但在應(yīng)對主電源斷電等突發(fā)情況時(shí)，往往難以保證負(fù)載不間斷供電的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。這不僅可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和設(shè)備損壞，還可能對整個(gè)業(yè)務(wù)流程造成嚴(yán)重影響。

4、因此，如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化一種控制和傳輸電能的裝置及電路控制方法，以確保在數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器機(jī)房等關(guān)鍵設(shè)施中，即使在主電源斷電的情況下，也能實(shí)現(xiàn)負(fù)載的不間斷、穩(wěn)定供電，成為當(dāng)前亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種控制和傳輸電能的裝置及電路控制方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種控制和傳輸電能的裝置，包括依次連接的主電源、整流器、雙向llc諧振變換器和逆變器，以及控制系統(tǒng)，所述整流器的輸出端還連接有備用電源，所述備用電源的輸出端與所述雙向llc諧振變換器連接；

3、所述整流器，用于將來自主電源的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出至所述雙向llc諧振變換器，同時(shí)為所述備用電源補(bǔ)充電能；

4、所述雙向llc諧振變換器，用于控制所述主電源或所述備用電源的供電模式切換，并保持輸出電壓穩(wěn)定，包括：主諧振電路和高速靜態(tài)開關(guān)；

5、所述逆變器，用于將來自所述雙向llc諧振變換器的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供給負(fù)載使用；

6、所述控制系統(tǒng)，用于控制所述主電源到所述備用電源供電模式的切換過程，包括：

7、監(jiān)測模塊，用于實(shí)時(shí)采集所述主電源和所述備用電源的運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行參數(shù)包括：電壓、電流、頻率和波形；

8、預(yù)測模塊，根據(jù)所述主電源的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，使用預(yù)測模型預(yù)測所述主電源未來可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)；

9、故障預(yù)警模塊，根據(jù)所述預(yù)測模塊預(yù)測的所述主電源未來可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)，提前發(fā)出預(yù)警；

10、切換模塊，根據(jù)所述預(yù)測模塊預(yù)測的所述主電源未來可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)，設(shè)定過渡時(shí)間，在調(diào)整周期內(nèi)逐步調(diào)整所述雙向llc諧振變換器的開關(guān)頻率和pwm占空比，完成所述主電源到所述備用電源供電模式的平滑切換。

11、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述主電源的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)包括：歷史運(yùn)行狀態(tài)和歷史運(yùn)行參數(shù)，以及對應(yīng)的時(shí)間戳，其中，歷史運(yùn)行狀態(tài)為正常和故障狀態(tài)。

12、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述預(yù)測模型的構(gòu)建，具體為：

13、收集主電源的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，將該歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測試集；

14、使用多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建預(yù)測模型，構(gòu)建多個(gè)預(yù)測模型，使用訓(xùn)練集對預(yù)測模型分別進(jìn)行訓(xùn)練，向預(yù)測模型輸入主電源運(yùn)行參數(shù)，預(yù)測模型的輸出為主電源未來可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)；

15、使用測試集分別對訓(xùn)練好的多個(gè)預(yù)測模型進(jìn)行測試，分析預(yù)測模型輸出的故障時(shí)間點(diǎn)的準(zhǔn)確率，選擇準(zhǔn)確率最高的預(yù)測模型進(jìn)行交叉驗(yàn)證，評估該預(yù)測模型的準(zhǔn)確性和泛化能力；

16、根據(jù)交叉驗(yàn)證的評估結(jié)果，對預(yù)測模型的學(xué)習(xí)率或正則化系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提高預(yù)測精度。再使用測試集對其進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果調(diào)整預(yù)測模型參數(shù)，迭代優(yōu)化，將合格的預(yù)測模型投入使用。

17、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)還包括有波形同步模塊，根據(jù)所述監(jiān)測模塊監(jiān)測到的所述主電源輸出波形，控制所述逆變器調(diào)整其輸出波形，與所述主電源輸出波形參數(shù)一致。

18、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)還設(shè)置有電壓穩(wěn)定模塊，所述電壓穩(wěn)定模塊包括：與所述主諧振電路并聯(lián)設(shè)置的輔助諧振電路，以及計(jì)算單元；

19、所述監(jiān)測模塊還監(jiān)測所述備用電源切換過程中所述雙向llc諧振變換器的輸出電壓波動(dòng)，當(dāng)輸出電壓波動(dòng)超過設(shè)定閾值時(shí)，控制所述輔助諧振電路對輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償；

20、所述計(jì)算單元，根據(jù)超出閾值的輸出電壓波動(dòng)值，計(jì)算所述輔助諧振電路的補(bǔ)償值；

21、所述輔助諧振電路包括：可調(diào)諧振電感，以及串聯(lián)在所述可調(diào)諧振電感一端的輔助開關(guān)；當(dāng)輸出電壓波動(dòng)超過設(shè)定閾值時(shí)，所述輔助開關(guān)啟動(dòng)，導(dǎo)通所述輔助諧振電路；所述可調(diào)諧振電感根據(jù)所述計(jì)算單元輸出的補(bǔ)償值，調(diào)整其電感，進(jìn)而微調(diào)所述雙向llc諧振變換器的諧振頻率，平復(fù)其電壓波動(dòng)。

22、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)還包括有記錄模塊，用于對每一次的電源切換時(shí)間進(jìn)行記錄歸檔和評估。

23、基于上述中任一項(xiàng)所述的一種控制和傳輸電能的裝置的電路控制方法，包括以下步驟：

24、步驟一、建立參數(shù)關(guān)系模型，根據(jù)備用電源的運(yùn)行參數(shù)和當(dāng)前負(fù)載需求，確定雙向llc諧振變換器在切換到備用電源供電模式后的開關(guān)頻率和pwm占空比；

25、其中負(fù)載需求包括：負(fù)載的功率和電壓需求；

26、步驟二、根據(jù)預(yù)測模塊預(yù)測的主電源未來可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)，設(shè)定過渡時(shí)間，根據(jù)開關(guān)頻率和pwm占空比總調(diào)整量，以及過渡時(shí)間，制定調(diào)整策略；

27、步驟三、實(shí)施調(diào)整策略，在過渡時(shí)間內(nèi)逐步調(diào)整雙向llc諧振變換器的工作狀態(tài)，直至平滑切換到備用電源供電模式。

28、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟一中，參數(shù)關(guān)系模型的建立方法，包括以下步驟：

29、前置試驗(yàn)：在備用電源的不同運(yùn)行參數(shù)下，和雙向llc諧振變換器的開關(guān)頻率和pwm占空比不同設(shè)置下，記錄實(shí)際輸出至負(fù)載的功率和電壓；

30、模型建立：基于前置試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)分析建立備用電源的運(yùn)行參數(shù)、負(fù)載需求與雙向llc諧振變換器開關(guān)頻率、pwm占空比之間的關(guān)系模型。

31、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟二中，過渡時(shí)間為10s～60s，根據(jù)預(yù)警時(shí)間當(dāng)前到故障時(shí)間點(diǎn)之間的留有時(shí)間確定，留有時(shí)間從5min～0.5min，過渡時(shí)間按比例減少；

32、過渡時(shí)間的計(jì)算公式為：過渡時(shí)間，其中，t留有為預(yù)警時(shí)間到預(yù)測的主電源故障時(shí)間點(diǎn)的剩余時(shí)間；

33、調(diào)整策略具體為，設(shè)定在過渡時(shí)間內(nèi)分別進(jìn)行m次開關(guān)頻率調(diào)整和n次pwm占空比調(diào)整，那么每次調(diào)整量分別為與，相鄰兩次調(diào)整的間隔時(shí)間分別為與，其中，為開關(guān)頻率調(diào)整量，為pwm占空比調(diào)整量，t過渡為過渡時(shí)間。

34、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，過渡時(shí)間內(nèi)的開關(guān)頻率調(diào)整次數(shù)m與pwm占空比調(diào)整次數(shù)n相等，過渡時(shí)間t過渡為10s～20s,m與n的值為10；過渡時(shí)間t過渡為21s～40s,m與n的值為15；過渡時(shí)間t過渡為41s～60s,m與n的值為20。

35、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：

36、（1）本發(fā)明提供了一種控制和傳輸電能的裝置及電路控制方法，主電源、備用電源和雙向llc諧振變換器的配合設(shè)置，并通過控制系統(tǒng)統(tǒng)籌控制主電源到備用電源供電模式的切換過程，能夠在主電源發(fā)生故障時(shí)，快速地切換到備用電源接管供電任務(wù)，避免了因電源中斷導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)或數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)一步的，使用預(yù)測模型根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，預(yù)測主電源可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)，提前進(jìn)行備用電源切換的準(zhǔn)備，減少電源切換時(shí)的電壓和電流波動(dòng)，提高了為數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器供電的可靠性。

37、（2）本發(fā)明中，設(shè)置了預(yù)測模型，基于主電源的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并使用監(jiān)測模塊監(jiān)測的主電源實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，預(yù)測主電源未來可能發(fā)生故障的時(shí)間點(diǎn)，提前布設(shè)應(yīng)對措施，確保本發(fā)明控制和傳輸電能的裝置對主電源故障有及時(shí)的響應(yīng)，減少意外停電或主電源故障緊急切換備用電源時(shí)出現(xiàn)的電壓或電流不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，提高本發(fā)明控制和傳輸電能的裝置可靠性。

38、（3）本發(fā)明中，切換模塊的設(shè)置，使用預(yù)測模塊對主電源的故障進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測的故障時(shí)間點(diǎn)，提前布局切換任務(wù)，在主電源故障前，通過逐步調(diào)整雙向llc諧振變換器的開關(guān)頻率和pwm占空比，可以控制切換過渡時(shí)間中的備用電源輸出電壓變化速率，使其緩慢而平穩(wěn)地過渡到備用電源供電模式。相對于現(xiàn)有技術(shù)中，故障時(shí)備用電源的直接切換，本發(fā)明切換模塊的設(shè)置，可以有效減少切換過程中的電壓波動(dòng)和沖擊，保護(hù)負(fù)載設(shè)備免受損害。

39、（4）本發(fā)明中，電壓穩(wěn)定模塊的設(shè)置，在進(jìn)行電源模式的切換時(shí)，當(dāng)檢測到輸出的電壓波動(dòng)超過設(shè)定閾值時(shí)，控制激活輔助諧振電路，通過調(diào)整可調(diào)諧振電感的電感值，可以改變諧振頻率和相位，從而影響輸出電壓的波形，從而抵消或減小主電源與備用電源切換時(shí)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。