一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法。本發(fā)明每個(gè)電源模塊獲得其它電源模塊的工作參數(shù)后，結(jié)合自身的工作參數(shù)計(jì)算平均負(fù)載率、電流校正量、平均控制通道響應(yīng)速度和當(dāng)前電壓環(huán)控制器的比例增益，實(shí)現(xiàn)電流校正量和電壓環(huán)控制器的比例增益的更新。本發(fā)明采用CAN總線或者I2C總線通信方式，特別是I2C總線能被絕大多數(shù)微處理器支持，具有高性價(jià)比，各電源模塊地位均等，支持“N+m”冗余設(shè)計(jì)，若其中某個(gè)電源模塊故障，對(duì)整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的輸出無(wú)影響，并可在線進(jìn)行故障電源替換，可實(shí)現(xiàn)具有相同輸出電壓，但不同功率等級(jí)的電源模塊并聯(lián)，且在負(fù)載大變化時(shí)具有較好的動(dòng)態(tài)均流特性，對(duì)數(shù)據(jù)通信的速率要求不高。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多個(gè)直流電源模塊通過(guò)并聯(lián)而組成的大功率電源系統(tǒng)的均流技術(shù)，具體涉及一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在大功率直流電源供電系統(tǒng)中，往往采用多個(gè)較小功率的電源模塊并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)大電流輸出，通過(guò)并聯(lián)組合滿足不同功率需求，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，還可通過(guò)冗余備份獲得高可靠性保障。由于工藝水平、元器件參數(shù)差異和溫漂等因素，即使采用同型號(hào)的電源模塊僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單并聯(lián)做不到均流輸出。負(fù)載電流大的電源模塊將縮短壽命，甚至出現(xiàn)多米諾骨牌效應(yīng)，加速整個(gè)電源系統(tǒng)的損壞。均流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)分布式電源模塊并聯(lián)供電的關(guān)鍵技術(shù)，良好的均流不僅要求每個(gè)電源模塊在負(fù)載恒定時(shí)具有相近的電流，而且在負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)也能以相近速度跟隨負(fù)載的變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均流。
[0003]數(shù)字均流是采用數(shù)據(jù)通信技術(shù)獲得并聯(lián)電源系統(tǒng)的全局信息，按照均流的要求給每個(gè)電源模塊分配負(fù)載電流，最后通過(guò)數(shù)字控制的方法使得每個(gè)電源模塊電流相等。數(shù)字均流因其需要元件較少、受環(huán)境影響少和可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制等優(yōu)點(diǎn)而受重視。但是，現(xiàn)有數(shù)據(jù)均流技術(shù)存在如下缺點(diǎn):一般需要外置均流控制器完成各模塊的電流數(shù)據(jù)的收集和分配，一旦外置控制器故障，整個(gè)電源系統(tǒng)將失去均流作用；通過(guò)數(shù)據(jù)通信獲取的信息只有電流信息，均流算法過(guò)于簡(jiǎn)單，主要以靜態(tài)均流(穩(wěn)態(tài)均流)為主，沒(méi)有考慮每個(gè)電源模塊的動(dòng)態(tài)特性(暫態(tài)特性)的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，具體技術(shù)方案如下。
[0005]一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，所述直流電源系統(tǒng)采用N個(gè)電源模塊通過(guò)并聯(lián)構(gòu)成，各個(gè)電源模塊之間采用CAN總線或者I2C總線通信連接，每個(gè)電源模塊為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)電源模塊工作原理相同，每個(gè)電源模塊的工作步驟包括:
[0006]I)每個(gè)電源模塊廣播本節(jié)點(diǎn)的消息包，每個(gè)電源模塊接收直流電源系統(tǒng)中其他電源模塊發(fā)送的消息包，所述消息包含有發(fā)送該消息包的電源模塊的電源模塊地址、工作狀態(tài)、最大容許電流、當(dāng)前電流和當(dāng)前控制通道響應(yīng)速度。
[0007]2)每個(gè)電源模塊采用電壓控制環(huán)為外環(huán)、電流控制環(huán)為內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，都采用PI控制器模式。每個(gè)電源模塊根據(jù)各個(gè)電源模塊的最大容許電流值和當(dāng)前電流值來(lái)計(jì)算平均負(fù)載率，然后根據(jù)所得的平均負(fù)載率計(jì)算各自的電流校正量Iadj。由電流校正量Iadj和電壓環(huán)PI控制器的輸出I。。相加并經(jīng)過(guò)限幅后得到電流參考值iMf，電流環(huán)PI控制器調(diào)節(jié)輸出電流使其達(dá)到Id。調(diào)節(jié)過(guò)程所需的時(shí)間AT反映電流環(huán)的響應(yīng)速度，Λ IMf為電流變化量，據(jù)此計(jì)算本模塊的控制通道響應(yīng)速度。每個(gè)電源模塊根據(jù)所有電源模塊的控制通道響應(yīng)速度計(jì)算電源系統(tǒng)的平均控制通道響應(yīng)速度；每個(gè)電源模塊根據(jù)所得電源系統(tǒng)的平均控制通道響應(yīng)速度計(jì)算各自的電壓環(huán)PI控制器增益。
[0008]3)每個(gè)電源模塊根據(jù)上述計(jì)算得到的電流參考值和電壓環(huán)PI控制器增益更新各自的電流參考值和電壓環(huán)PI控制器增益。
[0009]4)循環(huán)上述步驟I)至步驟3)實(shí)現(xiàn)無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選地，每個(gè)電源模塊有唯一的7位地址碼，當(dāng)采用CAN總線通信時(shí)，把電源模塊的7位地址碼嵌入CAN消息幀的ID中，據(jù)此識(shí)別數(shù)據(jù)的發(fā)送方；當(dāng)采用I2C總線通信時(shí)，把電源模塊的7位地址碼在消息包的廣播地址之后發(fā)送，用于電源模塊身份識(shí)別，I2C總線節(jié)點(diǎn)在主機(jī)-發(fā)送器模式和從機(jī)-接收器模式之間切換，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，處于主機(jī)-發(fā)送器模式，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，立即切換回從機(jī)-接收器模式。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟I)中每個(gè)電源模塊發(fā)送的消息包中的數(shù)據(jù)域包括有電源模塊的工作狀態(tài)、最大容許電流、當(dāng)前電流、控制通道響應(yīng)速度，其中用I個(gè)字節(jié)表示工作狀態(tài)，用2個(gè)字節(jié)表示最大容許電流，用2個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前電流，用2個(gè)字節(jié)表示控制通道響應(yīng)速度。
[0012]進(jìn)一步地，步驟2)中每個(gè)電源模塊的平均負(fù)載率為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，所述直流電源系統(tǒng)采用N個(gè)電源模塊通過(guò)并聯(lián)構(gòu)成，各個(gè)電源模塊之間采用CAN總線或者I2C總線通信連接，每個(gè)電源模塊為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)電源模塊的工作原理相同，每個(gè)電源模塊的工作步驟包括: 1)每個(gè)電源模塊廣播本節(jié)點(diǎn)的消息包，每個(gè)電源模塊接收直流電源系統(tǒng)中其他電源模塊發(fā)送的消息包，所述消息包含有發(fā)送該消息包的電源模塊的電源模塊地址、工作狀態(tài)、最大容許電流、當(dāng)前電流和當(dāng)前控制通道響應(yīng)速度； 2)每個(gè)電源模塊采用電壓控制環(huán)為外環(huán)、電流控制環(huán)為內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式，每個(gè)電源模塊計(jì)算平均負(fù)載率并根據(jù)所得的平均負(fù)載率計(jì)算本模塊的電流校正量Iatu，由電流校正量Iadj和電壓環(huán)PI控制器的輸出I。。相加并經(jīng)過(guò)限幅后得到電流參考值Iref，電流環(huán)PI控制器調(diào)節(jié)輸出電流使其達(dá)到IMf ;調(diào)節(jié)過(guò)程所需的時(shí)間AT反映電流環(huán)的響應(yīng)速度，AIref為電流變化量，據(jù)此計(jì)算控制通道響應(yīng)速度；每個(gè)電源模塊根據(jù)所有電源模塊的控制通道響應(yīng)速度計(jì)算電源系統(tǒng)的平均控制通道響應(yīng)速度；每個(gè)電源模塊根據(jù)所得的電源系統(tǒng)的平均控制通道響應(yīng)速度計(jì)算本模塊的電壓環(huán)的PI控制器增益； 3)各個(gè)電源模塊根據(jù)計(jì)算得到的電流參考值和電壓環(huán)控制器增益更新各自的電流參考值和電壓環(huán)的PI控制器增益； 4)循環(huán)上述步驟I)至步驟3)實(shí)現(xiàn)無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，每個(gè)電源模塊有唯一的7位地址碼，當(dāng)采用CAN總線通信時(shí)，把電源模塊的7位地址碼嵌入CAN消息幀的ID中，據(jù)此識(shí)別數(shù)據(jù)的發(fā)送方；當(dāng)采用I2C總線通信時(shí)，把電源模塊的7位地址在消息包的廣播地址之后發(fā)送，用于電源模塊身份識(shí)別，I2C總線節(jié)點(diǎn)在主機(jī)-發(fā)送器模式和從機(jī)-接收器模式之 間切換，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，處于主機(jī)-發(fā)送器模式，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，立即切換回從機(jī)-接收器模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，步驟I)中每個(gè)電源模塊發(fā)送的消息包中的數(shù)據(jù)域包括有電源模塊的工作狀態(tài)、最大容許電流、當(dāng)前電流、控制通道響應(yīng)速度，其中用I個(gè)字節(jié)表示工作狀態(tài)，用2個(gè)字節(jié)表示最大容許電流， 用2個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前電流，用2個(gè)字節(jié)表示控制通道響應(yīng)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，步驟2)每個(gè)電源模塊的平均負(fù)載率為:
^ 每個(gè)模塊的當(dāng)前電流々之和
平均負(fù)載率=-1-。
每個(gè)模塊的最大容許電流之和
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，步驟2)中所述每個(gè)電源模塊的電流校正量為:— _ +|/_認(rèn))，|/_ (λ-和0.1X最大容許電流Iadj(k) lail^k 1)+|().:^最大容許電流，|n)|>0.1x最大容許電流 其中其中IgMl (k)=平均負(fù)載率X每個(gè)模塊的最大容許電流_It，ItS電源模塊當(dāng)前電流，k代表第k次計(jì)算，k-Ι代表第k-Ι次計(jì)算，Iatu為電流校正量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，步驟2)所述每個(gè)電源模塊各自的平均控制通道響應(yīng)速度為:

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，步驟2)所述每個(gè)電源模塊各自的電壓環(huán)PI控制器的比例增益為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，步驟2)中所述每個(gè)電源模塊各自調(diào)整后的電壓環(huán)PI控制器的輸出電流為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，所述直流電源系統(tǒng)的各個(gè)電源模塊之間若采用CAN總線通信連接，則CAN總線需要接2個(gè)匹配阻抗；所述直流電源系統(tǒng)的各個(gè)電源模塊之間若采用I2C總線通信連接，則I2C總線的兩根傳輸線SCL和SDA都需要接上拉電阻，上拉電阻的取值為NX4.7ΚΩ，其中N為所述直流電源系統(tǒng)并聯(lián)電源模塊的個(gè)數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)主分散型直流電源系統(tǒng)的數(shù)字均流方法，其特征在于，所述雙環(huán)控制方式中的電壓環(huán)控制器PIu和電流環(huán)控制器PIi都采用PI控制器。
【文檔編號(hào)】H02J1/10GK104009465SQ201410189204
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】李向陽(yáng) 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)