CN104467368A - 一种电压源的均流方法及电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电压源的均流方法及电源系统，所述均流方法主要包括以下步骤：每个电压源接收通信总线的广播信息，以根据每个电压源的编号及工作状态统计正在工作的电压源的总数量NUM；每个电压源通过通信总线上的广播信息获取到每个正在运行的电压源所在的支路的电流In并结合所电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg；每个电压源根据其所在的支路的电流In及均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；每个电压源的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。本发明提供的均流方法及电源系统能使多个电压源并联的系统安全可靠的实现均流、且结构简单、成本较低。

Description

一种电压源的均流方法及电源系统

技术领域

本发明涉及电流均衡领域，尤其涉及一种电压源的均流方法及电源系统。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展进步，电压源被越来越广泛地应用于工业自动化、军工、航空航天等高端设备系统中。用户对电压源的性能、容量、可靠性的要求也越来越高，在很多应用场合，单台电压源已无法满足用户需求，而多台电压源并联运行则可以很好满足用户对电源的要求。

多台电压源并联运行时，通常需要并联的各个支路输出相同的电流（即实现均流）。然而，多台电压源并联时，经常会有各种因素导致其不能实现均流的输出。例如，如果电源系统控制存在问题，会导致各台电压源的负载电流不均衡，在各个电压源之间产生环流。环流会影响电压源的效率，减少电压源使用寿命，甚至会损坏电压源。再例如，随着电压源的使用时间的增加，各电压源受到外界的干扰或老化等因素也会导致并联的各电压源不能实现均流输出。为了保证多台电压源并联的系统能够稳定可靠运行，系统中每台电压源的负载电流必须保持均衡，以抑制并联模块之间的环流。

现有技术中通常是通过增加数字控制电路来实现多台并联电压源的均流。这样一方面使得整个电源系统的结构复杂化且增加了整个电源系统的成本，另一方面，采用了数字控制电路后，当数字控制电路失效时，电压源系统将无法工作，故数字控制电路存在失效风险。

可以理解的是，本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中多个电压源并联时，其实现均流的结构复杂、成本较高、且均流不够可靠的缺陷，提供一种电压源的均流方法，以使得多个电压源并联时能安全可靠的实现均流，且均流的结构简单、成本较低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种电压源的均流方法，于将由N个电压源并联形成的电源系统进行均流，其包括以下步骤：

S10、每个电压源接收通信总线的广播信息，以根据每个电压源的编号及工作状态统计正在工作的电压源的总数量NUM；

S20、每个电压源通过通信总线上的广播信息获取到每个正在运行的电压源所在的支路的电流In并结合所述电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg；

S30、每个电压源根据其所在的支路的电流In及所述平均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；

S40、每个电压源的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。

在上述均流方法中，在步骤S10中，当某个电压源的输出电压信息能从通信总线上获取时，该单个电压源被统计为正在工作的电压源。

在上述均流方法中，所述电压差值△Un= (Iavg-In)*Rn，其中，Rn为第N个电压源的输出阻抗。

在上述均流方法中，在步骤S20与步骤S30之间还包括：每个电压源判断所述平均电流Iavg是否超过该单个电压源允许输出的最大电流，若是 ，则返回步骤S10，若否，则执行步骤S30。

在上述均流方法中，所述N个电压源为型号相同的恒压源。 

在上述均流方法中，所述均流方法的一个周期的执行时间t为单个恒压源的恒压调节周期T的20倍至200倍之间。

在上述均流方法中，所述步骤S40包括：每个电压源根据其所在支路的当前输出电压及电压差值△Un得出该电压源所在支路的目标输出电压，且该电压源通过电压调节控制模块使其输出所述目标输出电压。

为了更好的解决上述技术问题，本发明还提供了一种电源系统，其包括N个电压源，且N个电压源并联后同时接通信总线，其中，每个电压源包括：采样模块，用于采集该电压源所在支路的电流In并将所述电流In发送至通信总线；接收判断模块，用于从通信总线接收广播信息及判断统计电源系统中正在工作的电压源的总数量NUM；均流处理模块，用于根据该电压源所在的支路的电流In及所述正在运行的电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg，同时根据该电压源所在的支路的电流In及所述平均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；及电压调节控制模块，用于调节该电压源的输出电压并使该电压源输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。

在上述电源系统中，当所述接收判断模块能从通信总线上获取到第N个电压源处于有电压输出的状态时，则该第N个电压源被统计为正在工作的电压源。

在上述电源系统中，所述N个电压源为型号相同的恒压源。

在上述电源系统中，所述采样模块还用于采集该电压源所在支路的当前输出电压，所述均流处理模块根据其所在支路的当前输出电压及电压差值△Un得出该电压源所在支路的目标输出电压，且该电压源通过电压调节控制模块使其输出所述目标输出电压。 

在上述电源系统中，所述通信总线为CAN总线。

本发明提供的均流方法中，其主要通过各个电压源独自从通信总线上自动获取其它电压源的工作状态、工作电流等信息，以获取整个并联后的电源系统的平均电流并控制使其自己调节输出所需的电压，进而实现均流。具体的，每个电压源通过通信总线获取到其它的哪些电压源处于工作状态以统计正在工作的电压源的总数量NUM，且每个电压源通过通信总线获取其它正在工作的电压源所在的支路的电流后结合上述总数量得出整个并联系统的平均电流，同时，每个电压源根据其所在的支路的电流及平均电流得出其所在支路需要调节的电压差值△Un，进而每个电压源的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。因此，本发明提供的均流方法及电源系统无需借助其它辅助电路，其结构简单、成本较低，且可以避免受到数字电路等的不稳定因素的影响，即其能通过各个电压源独自去实现均流输出，其均流方式安全可靠。  

附图说明

图1是本发明提供的电源系统连接负载的结构框图；

图2是本发明提供的一实施例中电源系统里某个电压源与通信总线连接的结构示意图；

图3是本发明提供的一实施例中均流方法的流程图；

图4是本发明提供的又一实施例中均流方法的流程图。   

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图4所示，本发明提供了一种用于对电源系统进行均流的均流方法，该电源系统由N个电压源并联形成。本发明提供的均流方法依次包括以下步骤：

S10、每个电压源接收通信总线的广播信息，以根据每个电压源的编号及工作状态统计正在工作的电压源的总数量NUM；具体的，每个电压源均通过接收通信总线广播的信息，可以获取到其余的所有电压源的ID编号、工作状态、工作参数等信息，进而每一个电压源都可以获取到其余的电压源中哪些电压源处于正在工作的状态且能统计出正在工作的电压源的总数量NUM。

S20、每个电压源通过通信总线上的广播信息获取到每个正在运行的电压源所在的支路的电流In并结合所述电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg；具体的，每个电压源可以通过通信总线获取到其余的每个正在运行的电压源所在支路的电流In（即第N个电压源所在的支路为第N个支路，则该第N个支路的负载电流为In）。进而，每个电压源可以结合上述总数量NUM得出N个支路的平均电流。例如，由20个电压源并联形成的电源系统中，第2个电压源可以获取到其余的19个电压源中正在工作的电压源的总数量为15，则这15个电压源所在支路的电流均可以被第2个电压源获取到，同时，该第2个电源能获取到上述信息也表明该第2个电源处于正在运行的状态，则其可以统计出整个电源系统中正在运行的电压源的总数量NUM为16，且该第2个电压源将这16个电压源所在支路的电流进行累计得出这16个电压源的总电流Isum，则该第2个电压源可以得出这20个支路的平均电流Iavg=Isum/NUM（实际上，由于有4个电压源由于损坏等原因而没有工作，则该20个支路的平均电流也即上述正在工作的16个电压源的平均电流）。

S30、每个电压源根据其所在的支路的电流In及所述平均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；所述平均电流Iavg即为整个电源系统实现电流均衡的目标电流，则每个电压源所在的支路需要输出的目标电流为Iavg，故每个电压源根据其自身所在支路的电流In(即当前电流)及目标电流Iavg可得出其自身所在支路需要调节的电压差值△Un。

S40、每个电压源的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。即每个电压源根据上述电压差值△Un得知其需输出的电压需要修正的电压量为△Un，则每个电压源通过自身的电压调节控制模块使其输出的电压改变△Un，则每个正在运行的电压源的支路输出的电流即为所述平均电流Iavg。

因此，通过上述方法，本发明不需要额外增加数字电路，其通过每个电压源独立的去获取其它电压源的相关信息，进而可以使其与其它电压源的输出电流一致，故整个电压源中每个电压源即可输出一致的平均电流Iavg。该均流方法易于实现，且能使整个电源系统安全可靠的实现均流，且实现均流的结构简单、成本较低。

在上述步骤S10中，每个电压源可以通过多种方式统计哪些电源正在工作。由于通常情况下，电压源从开始启动到有电压输出需要一定的时间，所以进行均流时通常是将有电压输出的电压源进行均流处理，故优选地，当某个电压源的输出电压信息能从通信总线上获取时，该单个电压源被统计为正在工作的电压源。即某个电压源正在工作时，其必然会有负载电流及电压的输出，则其它电压源可以从通信总线上获取到该电压源的输出电压信息并判断其为正在工作的电压源。

当电源系统中有电压源出现了问题而无法继续运行时，则这台电压源当前处于未工作的状态通过通信总线进行广播。所有的电压源会定周期统计正在运行的电压源数量NUM和电源系统的总负载电流Isum（即有各个支路的电流In累计得到Isum），并实时计算当前的电源系统的平均电流Iavg。为了使电压系统更安全可靠的运行，在本发明的优选实施例中，在步骤S20与步骤S30之间还包括：每个电压源判断所述平均电流Iavg是否超过该单个电压源允许输出的最大电流（即每个电压源均判断所述平均电流Iavg是否超过其自身允许输出的最大电流），若是 ，则返回步骤S10，若否，则执行步骤S30。即只要计算得到的平均电流Iavg不超过单台电压源允许输出的最大电流，则电源系统可以继续运行，以保证电源系统的健壮性，否则，该均流周期返回初始状态S10以停止该周期的均流过程。

再次参见图4，结合该实施例对本发明提供的均流方法的过程及原理进一步说明如下：

在该实施例中，电源系统由N个电压源并联形成，电压源的类型可以是DC/DC或AC/DC等输出电压可控的电压源，且N个电压源均通过通信线与通信总线连接。各台电压源的设备编号x(x = 1~N)、运行状态、负载电流等信息都通过通信总线进行广播，则每台电压源都可以从通信总线获取到其它电压源的运行参数。值得说明的是，本发明的电源系统中，电压源均为可程控的电压源，以对其输出的电压进行适当的修正调节，进而可以使每个支路输出的电流实现均衡。本发明提供的均流方法是由连接到通信总线上的所有电压源共同作用完成的，其不用借助其它的数字电路等辅助设备，而是通过每个电压源一起协调实现电流均衡，具体均流过程如下：

单台电压源x在接收到启动命令后启动并输出电压，且单台电压源开始接收通信总线上的报文（即广播信息）并进行定周期处理；单台电压源x接收通信总线上传输的电压源编号以及各台电压源的状态，统计当前正在工作的电压源的总数量NUM。所述总数量NUM定期进行更新，更新时初值设置为0，随后对其它电压源状态进行分析，如果对应电压源处于工作状态，则NUM加1，最后每个电压源可以独自得出正在工作的电压源的总数量NUM。

单台电压源x接收通信总线上传输的各台电压源所在支路的的负载电流In，定周期对各台电压源的负载电流进行累加，进而得到某一周期内电源系统输出的总负载电流Isum = ∑In ；单台电压源x根据各自计算得到的总负载电流Isum和统计得到的正在工作的电压源的总数量NUM得出每台正在运行电压源x对应的平均电流Iavg（即N个支路的平均电流Iavg） = Isum / NUM；

单台电压源x根据平均电流Iavg和自身的输出电流In计算得到其所在的支路与平均电流的电流差值△I = Iavg –In，并将△I作为均流目标以进行均流调节，该单台电压源X根据所述△I得出其所在的支路需要调节的电压差值△Un，则该单台电压源X的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。所以当每个电压源均按照上述单台电压源X的方式去将其输出的电压改变△Un时，则该特定周期内，电源系统中每个支路输出的电流均为所述平均电流Iavg，故电源系统即实现了电流均衡的目的。其中，第N个支路所在的电压源需要修正的电压差值△Un可以通过多种方式得出，优选地，电压差值△Un= (Iavg-In)*Rn，其中，Rn为第N个电压源的输出阻抗，则该第N个电压源可以快捷的得出其需要修正的电压差值。

为了防止电压修正量（即上述电压差值△Un）过大，以致修正时可能导致电源系统的输出不稳定，电源系统可以对电压差值△Un进行限定。例如，当电压差值△Un介于10以内时，电源系统可以继续进行上述均流过程，否则，电源系统停止上述均流过程。

当电源系统中有电压源出现了问题，无法继续运行，则当前的非运行状态在通信总线进行广播。所有的电压源会定周期统计正在运行的电压源数量NUM和电源系统的总负载电流Isum，并实时计算电源系统当前的平均电流Iavg。只要计算得到的平均电流Iavg不超过单台电压源允许输出的最大电流时，电源系统继续运行。

本发明提供的均流方法可以应用于由不同型号的电压源并联形成的电源系统，在本发明的优选实施例中，电源系统中N个电压源为型号相同的恒压源。如果均流PI的调节周期过快，电压源内部的恒压控制算法无法及时响应均流输出的电压目标修正量，可能会导致电压源输出电压不稳定，甚至可能导致输出电压失控；如果均流的调节周期过慢，则无法对不均衡的电流造成抑制，使电源系统中产生环流。为了更好的实现均流的效果，需要选择合适的时间作为均流的调节周期。优选地，完成一个均流周期的执行时间t为单个恒压源的恒压调节周期T的20倍至200倍之间。具体的t与T之间的关系可以根据需要进行适当的调节。

值得说明的是，所述步骤S40可以通过多种方式使每个电压源的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，为了使各电压源更准确快捷的输出均衡的电流，优选地，每个电压源根据其所在支路的当前输出电压及电压差值△Un得出该电压源所在支路的目标输出电压，且该电压源通过电压调节控制模块使其输出所述目标输出电压。而且，上述均流方法中是指每个电压源均按照上述步骤S10至步骤S40来执行均流操作，当每个电压源均按照上述步骤执行时，则整个电源系统通过各个电压源的协调即可实现整体的均流输出。每个电压源可以按照预定的顺序来执行上述步骤。当然，若某个电压源损耗掉，则其无法工作也无法输出电压等信息，则其无法从通信总线获取广播信息，其余电压源也无法从通信总线获取到该电压源的工作信息，故该电压源无法执行上述均流过程，则电源系统自动的由其余的电压源依次去执行上述均流操作。

本发明还提供了一种电源系统，其包括N个电压源，且N个电压源并联后同时接通信总线。其中，每个电压源包括：采样模块100，用于采集该电压源所在支路的电流In并将所述电流In发送至通信总线；接收判断模块200，用于从通信总线接收广播信息及判断统计电源系统中正在工作的电压源的总数量NUM；均流处理模块300，用于根据该电压源所在的支路的电流In及所述正在运行的电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg，同时根据该电压源所在的支路的电流In及所述平均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；及电压调节控制模块400，用于调节该电压源的输出电压并使该电压源输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。每个电压源包括的上述各模块的具体工作原理及过程可参见上述均流方法中的描述。

优选地，当电压源中的接收判断模块能从通信总线上获取到第N个电压源处于有电压输出的工作状态时，则该第N个电压源被统计为正在工作的电压源，这样可以快捷准确的统计整个电源系统中正在工作且需要均衡输出电流的电压源的总数量。在本发明的优选实施例中，N个电压源为型号相同的恒压源，则每个支路的电压源的输出相差不大，进而可以使电源系统能更稳定可靠的实现均流输出。采样模块还用于采集该电压源所在支路的当前输出电压，所述均流处理模块根据其所在支路的当前输出电压及电压差值△Un得出该电压源所在支路的目标输出电压，且该电压源通过电压调节控制模块使其输出所述目标输出电压，这样可以使电源系统快捷的实现均流输出。同时优选地，通信总线为CAN总线，其可以提高多个电压源之间通信的准确度及速度。当然，除去CAN总线以外，其它任何支持多节点双工通信总线都可以用作本发明的通信总线。

综上所述，本发明提供的均流方法可以将多个电压源并联的电源系统安全可靠的进行均流，其更能解决多个恒压源并联时的均流问题；而且，其不用额外增加数字电路或主机等辅助设备，只需通过所有的电压源一起协调完成均流，这样可以使电源系统结构简单、成本较低且还能加快均流速度，也可以避免主机失效导致无法运行的风险。而且，由于本发明提供的电源系统及均流方法是动态实时的从通信总线获取每个电压源的工作状态等参数，所以，即使电源系统中有某台或某几台电压源出现问题，其余电压源依然能进行均流控制并在允许条件下继续工作以使电源系统实现均流输出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电压源的均流方法，用于将由N个电压源并联形成的电源系统进行均流，其特征在于，包括以下步骤：

S10、每个电压源接收通信总线的广播信息，以根据每个电压源的编号及工作状态统计正在工作的电压源的总数量NUM；

S20、每个电压源通过通信总线上的广播信息获取到每个正在运行的电压源所在的支路的电流In并结合所述电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg；

S30、每个电压源根据其所在的支路的电流In及所述平均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；

S40、每个电压源的电压调节控制模块使其输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。

2.如权利要求1所述的均流方法，其特征在于，在步骤S10中，当某个电压源的输出电压信息能从通信总线上获取时，该单个电压源被统计为正在工作的电压源。

3.如权利要求1所述的均流方法，其特征在于，所述电压差值△Un= (Iavg-In)*Rn，其中，Rn为第N个电压源的输出阻抗。

4.如权利要求3所述的均流方法，其特征在于，在步骤S20与步骤S30之间还包括：每个电压源判断所述平均电流Iavg是否超过该单个电压源允许输出的最大电流，若是 ，则返回步骤S10，若否，则执行步骤S30。

5.如权利要求1所述的均流方法，其特征在于，所述N个电压源为型号相同的恒压源。

6.如权利要求5所述的均流方法，其特征在于，所述均流方法的一个周期的执行时间t为单个恒压源的恒压调节周期T的20倍至200倍之间。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的均流方法，其特征在于，所述步骤S40包括：每个电压源根据其所在支路的当前输出电压及电压差值△Un得出该电压源所在支路的目标输出电压，且该电压源通过电压调节控制模块使其输出所述目标输出电压。

8.一种电源系统，其特征在于，包括N个电压源，且N个电压源并联后同时接通信总线，其中，每个电压源包括：

采样模块，用于采集该电压源所在支路的电流In并将所述电流In发送至通信总线；

接收判断模块，用于从通信总线接收广播信息及判断统计电源系统中正在工作的电压源的总数量NUM；

均流处理模块，用于根据该电压源所在的支路的电流In及所述正在运行的电压源的总数量NUM得出N个支路的平均电流Iavg，同时根据该电压源所在的支路的电流In及所述平均电流Iavg得出其所在的支路需调节的电压差值△Un；及

电压调节控制模块，用于调节该电压源的输出电压并使该电压源输出的电压改变所述电压差值△Un，以使得每个正在运行的电压源的支路输出所述平均电流Iavg。

9.如权利要求8所述的电源系统，其特征在于，当所述接收判断模块能从通信总线上获取到第N个电压源处于有电压输出的状态时，则该第N个电压源被统计为正在工作的电压源。

10.如权利要求8或9所述的电源系统，其特征在于，所述N个电压源为型号相同的恒压源。

11.如权利要求10所述的电源系统，其特征在于，所述采样模块还用于采集该电压源所在支路的当前输出电压，所述均流处理模块根据其所在支路的当前输出电压及电压差值△Un得出该电压源所在支路的目标输出电压，且该电压源通过电压调节控制模块使其输出所述目标输出电压。

12.如权利要求11所述的电源系统，其特征在于，所述通信总线为CAN总线。