本發(fā)明涉及一種均流偏差期望最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量灰色控制方法,用于并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊運行數(shù)量優(yōu)化控制,確保不同負(fù)載條件下并聯(lián)供電系統(tǒng)的均流偏差期望最小,該方法同樣適用于其他電子設(shè)備并聯(lián)均流性能指標(biāo)的要求。
背景技術(shù):
大功率并聯(lián)供電其為多個電源模塊并聯(lián)輸出結(jié)構(gòu),由于具備兼容性強、可N+m冗余備份、可靠性強、性價比高、設(shè)計難度較低、易于管理等一系列優(yōu)勢,成為解決大功率輸出電源設(shè)計的首選方案之一。均流技術(shù)已成為開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電的核心技術(shù)。均流技術(shù)是指在多個電源模塊并聯(lián)供電時,在滿足輸出電壓穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)響應(yīng)的前提下,有較高精度的均勻分配各個電源模塊負(fù)載電流。所以,開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能的高低直接關(guān)系到整機系統(tǒng)的安全、可靠和高性能工作。
由于并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流具有時變性和隨機性,導(dǎo)致采用傳統(tǒng)均流控制方案的并聯(lián)供電系統(tǒng)工作范圍涵蓋輕載,半載,額定負(fù)載及過載等工況。然而,不同負(fù)載工況下并聯(lián)供電系統(tǒng)運行時其系統(tǒng)均流性能存在一定差異,因而需要對并聯(lián)供電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制,確保系統(tǒng)在不同負(fù)載電流情況下始終能實現(xiàn)最優(yōu)的均流性能。現(xiàn)有的并聯(lián)供電系統(tǒng)均流控制策略能保證并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流在所有在線工作電源模塊進(jìn)行平均分配,但并不能始終實現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)。為了實現(xiàn)不同負(fù)載情況下并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能始終最優(yōu),就必須獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)條件下對應(yīng)負(fù)載電流,進(jìn)而獲取單個電源模塊在系統(tǒng)均流性能最優(yōu)情況下的負(fù)載電流。只要確保并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊輸出電流始終處于最優(yōu)輸出電流附近,就能確保并聯(lián)供電系統(tǒng)在不同負(fù)載情況下均流性能保持最優(yōu)。所以,在獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊輸出電流值最優(yōu)的情況下,通過優(yōu)化控制并聯(lián)供電系統(tǒng)中電源模塊的運行數(shù)量,使得電源模塊始終工作于均流性能最優(yōu)處,從而確保并聯(lián)供電系統(tǒng)的高效、可靠和長壽命運行。
然而,通過查詢現(xiàn)有的論文和專利表明,尚未發(fā)現(xiàn)一種可靠和實用的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法。因而,針對不同負(fù)載條件下,一種可靠和實用的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法就顯得尤為重要,其對于并聯(lián)供電系統(tǒng)的可靠運行具有重要的影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處,提出了一種均流偏差期望最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量灰色控制方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種均流偏差期望最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量灰色控制方法,其步驟如下:
(1)獲取K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流Iout從按照間隔為等間距變化到時,每個電源模塊在不同負(fù)載電流情況下采集V個輸出電流Datacurr(m')(i)(j),其中:m'為電源模塊序號;i為負(fù)載電流值對應(yīng)的序號值;j為輸出電流采集數(shù)據(jù)序號;m',i,j滿足m'={1,…K},i={1,…U},j={1,…V};IN為電源模塊的額定電流;
(2)獲取序號為m'的電源模塊輸出電流與均流期望電流相對偏差和數(shù)學(xué)期望絕對值獲取K個電源模塊在均流期望電流為時的Emi平均值
(3)對U個數(shù)據(jù)點i∈[1,U]擬合得出θ與電源模塊負(fù)載電流i之間的關(guān)系θ=Ψ(i);
(4)在允許輸出電流范圍內(nèi),獲取滿足θ=Ψ(Iref)最小的Iref;
(5)以周期Ts為間隔計算并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊數(shù)量M,并對M個在線電源模塊的輸出電流進(jìn)行采集,將第m個序號的在線電源模塊的輸出電流數(shù)據(jù)標(biāo)記為Curr(m),m為當(dāng)前在線電源模塊序號;
(6)獲取M個在線電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)的負(fù)載電流和在線電源模塊均流負(fù)載電流
(7)將Iref作為參考量,Ishare為比較量,獲得Iref、Ishare的關(guān)聯(lián)度r,其中,第二級最小差Δ(min)=0,第二級最大差Δ(max)=1,分辨系數(shù)γ=0.5,關(guān)聯(lián)度為r;
(8)r>=σ則繼續(xù)步驟(5)的操作;反之,則獲取在線電源模塊輸出電流調(diào)節(jié)量其中,σ為關(guān)聯(lián)度最大閾值,滿足0≤σ<1;
(9)獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊預(yù)期均流負(fù)載電流Ishare=Ishare+ΔI;
(10)獲取在線電源模塊輸出電流為參考電流Ishare時的在線電源模塊數(shù)量N*,
(11)N*≤1則設(shè)置N*=2;反之,則獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)需調(diào)節(jié)在線電源模塊數(shù)量ΔN*=N*-M;并根據(jù)ΔN*的正負(fù),集中控制器增加或減少|(zhì)ΔN*|個在線電源模塊。
步驟(3)中應(yīng)用多項式擬合、曲線擬合方法對U個數(shù)據(jù)點i∈[1,U]進(jìn)行擬合處理。
步驟(1)-步驟(4)中,
(一)在t∈((i-1)T,iT],(U≥i≥1),電子負(fù)載電流為獲取電源模塊的均流目標(biāo)參考電流:U≥i≥1,
(二)獲取序號為m'的電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù):Datacurr(m')(i)(j),(K≥m'≥1,U≥i≥1,V≥j≥1),并獲取其均流相對偏差δ(m')(i)(j):
(三)獲取序號為m'的電源模塊在條件下相對偏差δ(m')(i)(j)關(guān)于j的數(shù)學(xué)期望絕對值Em'i:
Em'i表示序號為m'的電源模塊在條件下的均流相對偏差的數(shù)學(xué)期望;
(四)獲取K個電源模塊在均流目標(biāo)電流為時的平均偏差數(shù)學(xué)期望:
(五)對U個數(shù)據(jù)點進(jìn)行處理得出θ與電源模塊負(fù)載電流i之間的關(guān)系:θ=Ψ(i),并在允許輸出電流范圍內(nèi),獲取滿足Ψ(Iref)≤Ψ(i)的負(fù)載電流Iref。
本發(fā)明的原理主要包含以下部分:首先,獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊均流偏差期望平均值θ與電源模塊負(fù)載電流i之間的表達(dá)式θ=Ψ(i)和Ψ(i)最小時對應(yīng)的負(fù)載電流Iref;其次,系統(tǒng)集中控制器獲取在線工作電源模塊數(shù)量M和總的負(fù)載電流Iout,并求取對應(yīng)系統(tǒng)均流值Ishare;然后,并聯(lián)供電系統(tǒng)集中控制器求出Iref與Ishare的關(guān)聯(lián)度系數(shù)r;最后,根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)控制算法實時控制在線電源模塊數(shù)量,確保系統(tǒng)始終工作于均流性能最優(yōu)。由于同一批次相同規(guī)格的電源模塊其特性基本保持一致,因而通過測量K(K的大小可由用戶確定,其值可以較小比如K設(shè)定為10)個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)其電源模塊在不同負(fù)載電流下并聯(lián)系統(tǒng)的均流性能即可確定在任意N個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)在不同負(fù)載情況下的均流性能。這是因為電源模塊的性能主要取決于模塊的輸出電流的大小,只要模塊的輸出電流不變,則模塊的均流性能指標(biāo)就基本相同,而與系統(tǒng)中模塊的數(shù)量大小無關(guān)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
(1)本發(fā)明覆蓋了負(fù)載電流全工作范圍工況,具有廣泛的適用性;
(2)本發(fā)明通過構(gòu)建并聯(lián)供電系統(tǒng)均流偏差期望與負(fù)載電流之間的函數(shù)θ=Ψ(i),并且求解均流偏差期望最小條件下的負(fù)載電流Iref,即Ψ(Iref)最小。該Iref值表征了并聯(lián)供電系統(tǒng)均流動態(tài)響應(yīng)過程中實際輸出電流值與均流目標(biāo)值偏差最小對應(yīng)的負(fù)載電流值,即并聯(lián)供電系統(tǒng)均流值與目標(biāo)值一致性最優(yōu)情況下對應(yīng)的負(fù)載電流,為并聯(lián)供電系統(tǒng)均流優(yōu)化控制提供依據(jù)。
(3)本發(fā)明以Iref為參考值,以當(dāng)前均流值Ishare為比較值,依據(jù)Iref、Ishare的關(guān)聯(lián)度系數(shù)r來調(diào)節(jié)目標(biāo)期望均流值Iref的大小,從而通過改變系統(tǒng)在線電源模塊數(shù)量實現(xiàn)關(guān)聯(lián)度系數(shù)r趨于1,從而確保系統(tǒng)均流點處于最優(yōu)工作點;
(4)本發(fā)明具有實時動態(tài)調(diào)整在線電源模塊數(shù)量,確保并聯(lián)供電系統(tǒng)始終工作于均流最優(yōu)工作點附近。
(5)本發(fā)明所述的一種均流偏差期望最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量灰色控制方法具有可靠性高,實用性強等特點,可有效降低并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能過低導(dǎo)致的故障,提高系統(tǒng)的壽命和可靠性,為并聯(lián)供電系統(tǒng)安全、高效運行提供可靠保證。
附圖說明
圖1為并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;
圖2為并聯(lián)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面針對附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明提供了一種均流偏差期望最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量灰色控制方法。圖1所示為并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,圖2所示為并聯(lián)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖1主要功能是獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊均流偏差期望平均值與負(fù)載電流的數(shù)學(xué)關(guān)系θ=Ψ(i),并確定最優(yōu)負(fù)載電流Iref。圖1主要包括上位機(PC機)、程控電子負(fù)載、電源模塊。上位機(PC機)主要功能為獲取在線電源模塊IP地址、電源模塊輸出電流、控制程控電子負(fù)載工作電流、計算θ=Ψ(i)對應(yīng)的最優(yōu)負(fù)載電流Iref;程控電子負(fù)載用于調(diào)節(jié)并聯(lián)供電系統(tǒng)的負(fù)載電流;電源模塊主要實現(xiàn)接收IP設(shè)定、接收上位機命令數(shù)據(jù)和上傳輸出電流給上位機。圖2主要包括并聯(lián)供電系統(tǒng)集中控制器,電源模塊和用電負(fù)載。集中控制器通過通信總線獲取在線電源模塊的IP及其輸出電流,優(yōu)化控制在線電源模塊的數(shù)量;電源模塊主要實現(xiàn)向負(fù)載供電、接收集中控制器的運行控制命令及上傳輸出電流;用電負(fù)載主要包含各類用電設(shè)備。均流調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn)有無通信總線自主均流方式和有通信總線均流方式,由專門的均流功能模塊實現(xiàn),本發(fā)明不贅述。
一、并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能測試系統(tǒng)變量說明如下:K為并聯(lián)供電測試系統(tǒng)電源模塊數(shù)量,K的具體值可根據(jù)實際情況設(shè)定。IN為電源模塊額定電流;為并聯(lián)供電系統(tǒng)額定輸出電流,滿足U為負(fù)載電流點數(shù)量,即并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流Iout從按照間隔為等間距變化到(涵蓋輕載、半載、額定載及過載工況,U必須為不小于20的正整數(shù),由用戶可根據(jù)系統(tǒng)工作的最大負(fù)載電流值確定);為電子負(fù)載在第i點時輸出電流,其中:U≥i≥1;m'為電源模塊序號,滿足:K個電源模塊的IP按照從小到大的次序映射為m'=1,2,…K,即m'=1為IP最小的電源模塊序號,m'=2為IP次最小電源模塊序號,…,以此類推m'=K為IP最大的電源模塊序號;V為并聯(lián)供電系統(tǒng)處于某一負(fù)載電流點時需對當(dāng)單個在線電源模塊輸出電流采樣數(shù)量,V可根據(jù)實際需要設(shè)定大小。Datacurr(m')(i)(j),(K≥m'≥1,U≥i≥1,V≥j≥1)為序號為m'的電源模塊在條件下第j個電流采樣數(shù)據(jù);δ(m')(i)(j)為序號為m'的電源模塊在條件下第j個采樣電流與均流參考目標(biāo)電流的相對偏差值,滿足:Em'i為序號為m'的電源模塊在條件下V個δ(m')(i)(j)的數(shù)學(xué)期望絕對值,滿足:θi為K個電源模塊均流偏差期望平均值,滿足
定義t=0為并聯(lián)供電系統(tǒng)空載運行的最后時刻;T為相鄰兩個負(fù)載電流間隔時間;則t∈((i-1)T,iT],(U≥i≥1)為并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流的運行時間。由于在運行過程中需要對每個電源模塊采集V個樣本數(shù)據(jù),因而,上位機共需采集K×V個數(shù)據(jù)。假設(shè)上位機采集一個數(shù)據(jù)的時間為T1,則并聯(lián)供電系統(tǒng)工作于狀態(tài)需要Ttotal=K×V×T1時間,因而必須滿足T≥Ttotal。又由于均流性能數(shù)據(jù)可靠性與采樣點數(shù)和采樣時間T1相關(guān),因而需根據(jù)實際需求綜合考慮T和T1大小,確保均流性能指標(biāo)的可靠性。
首先,由控制工程知識可知,評價系統(tǒng)的性能可通過系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量,調(diào)整時間和穩(wěn)態(tài)偏差指標(biāo)來衡量。因而,并聯(lián)供電系統(tǒng)在電子負(fù)載由階躍為時,我們同樣可以通過測量電源模塊的電流輸出與均流目標(biāo)參考值之間的動態(tài)響應(yīng)來評價電源模塊的均流性能。其次,由數(shù)理統(tǒng)計知識可知,并聯(lián)供電系統(tǒng)均流相對偏差的數(shù)學(xué)期望表征的是實際值與目標(biāo)值之間的總體一致性,體現(xiàn)其階躍響應(yīng)過程中的精確度,可反映電源模塊均流性能指標(biāo);最后,通過求取均流偏差期望平均值θ與電源模塊負(fù)載電流i之間的表達(dá)式θ=Ψ(i)及其對應(yīng)的最優(yōu)負(fù)載電流Iref。Iref物理意義表明并聯(lián)供電系統(tǒng)處在何種負(fù)載電流下實際均流值與目標(biāo)均流之一致性最好。
在t∈((i-1)T,iT],(U≥i≥1),電子負(fù)載電流為則電源模塊的均流目標(biāo)參考電流為:
獲取序號為m'的電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù):Datacurr(m')(i)(j),(K≥m'≥1,U≥i≥1,V≥j≥1),因而,其均流相對偏差δ(m')(i)(j)為:
求取序號為m'的電源模塊在條件下相對偏差δ(m')(i)(j)關(guān)于j的數(shù)學(xué)期望絕對值Em'i為:
Em'i的物理意義為:序號為m'的電源模塊在條件下的均流相對偏差的數(shù)學(xué)期望,Em'i越小表明電源模塊的在條件下均流一致性越好。
計算K個電源模塊在均流目標(biāo)電流為時的平均偏差數(shù)學(xué)期望:
應(yīng)用相關(guān)計算方法(諸如多項式擬合、曲線擬合、插補方法等)對U個數(shù)據(jù)點進(jìn)行處理得出θ與電源模塊負(fù)載電流i之間的表達(dá)式:
θ=Ψ(i), (5)
在允許輸出電流范圍內(nèi),求解負(fù)載電流Iref,滿足:
Ψ(Iref)≤Ψ(i)。 (6)
二、并聯(lián)供電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖變量說明如下:
Ts為集中控制器計算在線電源模塊數(shù)量和采集電源模塊輸出電流數(shù)據(jù)的周期;M為在線電源模塊數(shù)量;Iout為并聯(lián)供電系統(tǒng)的負(fù)載電流;Curr(m)為序號為m的在線電源模塊的輸出電流采樣值,m=1,2,┄,M;Ishare為并聯(lián)供電系統(tǒng)運行時在線電源模塊輸出電流均流目標(biāo)值;ΔI為均流目標(biāo)值調(diào)節(jié)值;Δ(min)為第二級最小差,令Δ(min)=0;Δ(max)為第二級最大差,令Δ(max)=1;γ為分辨系數(shù),令γ=0.5;r為關(guān)聯(lián)度;σ為設(shè)定關(guān)聯(lián)度閾值,滿足0≤σ<1;
在t=KTs,K=0,1,2,3,…時刻,并聯(lián)供電系統(tǒng)集中控制器通過通信總線開始采集M個在線電源模塊的輸出電流Curr(m),m=1,2,┄,M;
計算并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流Iout,滿足:
計算在線電源模塊輸出電流目標(biāo)值Ishare,滿足:
將Iref作為參考量,Ishare為比較量,求解Iref、Ishare的關(guān)聯(lián)度r,
判斷r是否滿足不等式:
r≥σ, (10)
在不等式(11)不滿足的情況下,表明系統(tǒng)在線電源模塊數(shù)量不是處于最優(yōu)值附近,計算在線電源模塊輸出電流調(diào)節(jié)量ΔI:
計算并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊預(yù)期均流負(fù)載電流:
Ishare=Ishare+ΔI, (12)
計算在線電源模塊輸出電流為參考電流Ishare時的在線電源模塊數(shù)量N*,
計算并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊數(shù)量調(diào)節(jié)量ΔN*,滿足:
ΔN*=N*-M, (14)
集中控制器增加(減少)|ΔN*|個在線電源模塊,確保并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能最優(yōu)。
本發(fā)明提供了一種均流偏差期望最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊數(shù)量灰色控制方法,包括如下步驟:
(1)事先獲取K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)負(fù)載電流Iout從按照間隔為等間距變化到時(為滿足涵蓋輕載、半載、額定載及過載工況,U必須為不小于20的正整數(shù);IN為電源模塊的額定電流),每個電源模塊在不同負(fù)載電流情況下采集V個輸出電流Datacurr(m')(i)(j)(V可由用戶根據(jù)實際確定大小);令第二級最小差Δ(min)=0,第二級最大差Δ(max)=1,分辨系數(shù)γ=0.5,關(guān)聯(lián)度為r,σ為關(guān)聯(lián)度最大閾值,滿足0≤σ<1。其中:m'為電源模塊序號;i為負(fù)載電流值對應(yīng)的序號值;j為輸出電流采集數(shù)據(jù)序號;m',i,j滿足m'={1,…K},i={1,…U},j={1,…V};
(2)計算序號為m'的電源模塊輸出電流與均流期望電流相對偏差和數(shù)學(xué)期望絕對值(Em'i越小表明電源模塊的實際輸出電流與均流目標(biāo)值一致性能越好);計算K個電源模塊在均流期望電流為時的Em'i平均值
(3)應(yīng)用相關(guān)計算方法(諸如多項式擬合、曲線擬合等)對U個數(shù)據(jù)點i∈[1,U]擬合得出θ與電源模塊負(fù)載電流i之間的表達(dá)式θ=Ψ(i);
(4)在允許輸出電流范圍內(nèi),求解Iref滿足θ=Ψ(Iref)最??;
(5)以周期Ts為間隔計算并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊數(shù)量M,并對M個在線電源模塊的輸出電流進(jìn)行采集,將第一個序號的在線電源模塊的輸出電流數(shù)據(jù)標(biāo)記為Curr(1),當(dāng)前在線電源模塊序號為m,令m=1;
(6)計算M個在線電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)的負(fù)載電流和在線電源模塊均流負(fù)載電流
(7)將Iref作為參考量,Ishare為比較量,求解Iref、Ishare的關(guān)聯(lián)度r,
(8)判斷r>=σ是否成立;若成立,返回步驟(5);否則,計算在線電源模塊輸出電流調(diào)節(jié)量
(9)計算并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊預(yù)期均流負(fù)載電流Ishare=Ishare+ΔI;
(10)計算在線模塊輸出電流為參考電流Ishare時的在線電源模塊數(shù)量N*,即
(11)判斷N*≤1?是否成立?如果是,則進(jìn)入步驟(12);反之,進(jìn)入步驟(13);
(12)設(shè)置N*=2;這是由于N*<2時是單電源模塊供電,不具備均流功能;
(13)計算并聯(lián)供電系統(tǒng)需調(diào)節(jié)在線電源模塊數(shù)量ΔN*=N*-M;
(14)判斷ΔN*>0?是否成立?如果是,則進(jìn)入步驟(15);反之,進(jìn)入步驟(16);
(15)集中控制器增加ΔN*個在線電源模塊,然后進(jìn)入步驟(5);
(16)集中控制器減少ΔN*個在線電源模塊,然后進(jìn)入步驟(5)。
實施例不應(yīng)視為對發(fā)明的限制,但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進(jìn),都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。