CN106020304A - 一种自适应主从多模式并机均流控制方法 - Google Patents

一种自适应主从多模式并机均流控制方法 Download PDF

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Abstract

一种自适应主从多模式并机均流控制方法，包括电气隔离的主电路和控制电路；主电路包括N个模块电路，N为自然数；控制电路包括对主电路的各个模块电路进行驱动逻辑控制的核心控制器；该控制方法包括以下步骤：一，核心控制器从主电路的N个模块电路中选出第M个模块电路作为主模块，M=rand()%N+1，其余模块电路为从模块；二，根据使用者的需求设定自适应主从多模式并机均流控制电路的工作模式，工作模式包括恒压模式、恒流模式和恒功率模式；三，核心控制器在选定的工作模式下，监控并调节主电路的系统电流、系统电压、系统功率均小于预先设定值。该控制方法的主模块选择相对均匀，而且系统控制模式多样化，灵活性强，安全可靠。

Description

一种自适应主从多模式并机均流控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种自适应主从多模式并机均流控制方法。
背景技术
电源并机技术是大功率分布式电源系统的核心技术，而实现电源并机技术的关键就是如何高效可靠地使用均流技术。所谓的均流技术，是指在多个电源模块并联的系统中，均匀分配各个电源模块负载电流的措施，要求每个模块能承受电流的自平衡，同时在输入电压和负载电流变化时保持输出电压稳定，并且均流精度和瞬态响应好。
专利号为“ZL201510357553.7 ”的《一种基于 CAN 总线通信的自主均流数字控制》，该发明是N+1个并联的电源模块通过CAN通信发布自身信息的主从竞争机制的数字均流控制方法，其每个电源都可以成为主机或从机，根据竞争机制竞争出来的主从机。竞争出来的主机直接并联母线电压作为基准从而调节自身的负载电流，从机根据主机的电流调整自身的负载电流。
上述发明所述的控制方法比较单一，只是对均流系统简单的进行电流调节，因此其有很大的局限性；此外，该系统选用的是通过CAN总线这种非仲裁冲突的方式选取主站，通信总线在大功率工业控制中受干扰的概率很大，若通信系统损坏，直接影响到整个系统的正常运行；而且，上述发明选取主站的方法比较单一，这有可能导致ID号小的那个电源模块经常被设定为主站，主站在满载时需要承受的应力相当巨大，如果多次使同一个电源模块充当主站将对其造成损害，严重时将影响整个系统的正常运行。
因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种主站选择概率均匀、控制模式多样化的均流控制方式显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种自适应主从多模式并机均流控制方法，该控制方法的主模块选择相对均匀，而且系统控制模式多样化，灵活性强，安全可靠。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种自适应主从多模式并机均流控制方法，自适应主从多模式并机均流控制电路包括电气隔离的主电路和控制电路；所述主电路为三相交流输入，主电路包括N个模块电路，N为自然数；所述控制电路包括对主电路的各个模块电路进行驱动逻辑控制的核心控制器；所述自适应主从多模式并机均流控制方法包括以下步骤：
步骤一，核心控制器从主电路的N个模块电路中选出第M个模块电路作为主模块，M= rand()%N+1，其余N-1个模块电路为从模块；
步骤二，根据使用者的需求设定自适应主从多模式并机均流控制电路的工作模式，所述工作模式包括恒压模式、恒流模式和恒功率模式；
步骤三，核心控制器在选定的工作模式下，监控并调节主电路的系统电流、系统电压、系统功率均小于预先设定值。
其中，当步骤二中设定的工作模式为恒压模式时，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电压值和给定电流值；
主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，
若是，则主模块限定系统电压小于Um；
若否，主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，若否，则主模块根据采样回来的电压值对给定电压值进行PI调节，使得系统电压稳定在给定电压值，同时，从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值。
其中，当步骤二中设定的工作模式为恒流模式时，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电流值；
主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，
若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，
若否，主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，若是，则主模块限定系统电压小于Um，若否，则主模块和从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值。
其中，当步骤二中设定的工作模式为恒功率模式时，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电压值、给定电流值和给定功率；
主模块检测主电路的系统功率是否超过了Pm，Pm=UmIm，若是，则主模块和从模块分别限定各自的功率小于Pm；
若否，则主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，若否，则主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，若是，则主模块限定系统电压小于Um，若否，则主模块根据采样回来的电压值对给定电压值进行PI调节，使得系统电压稳定在给定电压值，同时，从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值，此时，输出的系统功率稳定为给定功率。
其中，所述步骤一还包括：核心控制器检测选出的主模块是否存在故障，若是，则核心控制器初始化，重新开始步骤一；若否，则继续步骤二。
其中，所述主电路的每个模块电路均包括以此连接的输入整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器和输出整流电路。
本发明的有益效果在于：
通过均匀概率算法随机地对有能力成为主模块的模块电路进行选取，可以避免同一个模块电路长时间地充当主机，减少该模块电路的受损，提供整个系统的稳定性，安全可靠；仅采用核心控制器完成了所有的数据采集及系统的控制，且主电路与控制电路之间进行了电气隔离，有效避免了控制电路受主电路这种大功率驱动设备的电气干扰，使系统更加长久稳定地运行；另外，该控制方法可以在不同模式下进行电流、电压、功率等调整，对不同需求的用户采用该并机均流系统都可以满足，大大地提高了其灵活性。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的一种自适应主从模式并机均流控制电路的原理图。
图2为本发明的控制电路的恒压模式工作流程图。
图3为本发明的控制电路的恒流模式工作流程图。
图4为本发明的控制电路的恒功率模式工作流程图。
图5为本发明的一种自适应主从模式并机均流控制电路的参数范围示意图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例
本发明的一种自适应主从多模式并机均流控制方法，如图1所示，自适应主从多模式并机均流控制电路包括电气隔离的主电路和控制电路；主电路为三相交流输入，主电路包括N个模块电路，N为自然数；其中，主电路的每个模块电路均包括以此连接的输入整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器和输出整流电路。控制电路包括对主电路的各个模块电路进行驱动逻辑控制的核心控制器；控制电路主要是通过核心控制器对主电路的各个模块电路进行驱动逻辑控制，参数给定以及各部分的电压、电流、温度等采样检测。本发明所述的均流控制电路是通过核心控制器芯片直接控制驱动的，无需通过任何现场总线协议，抗干扰能力强且控制稳定，一个核心控制器已具备控制多个模块的能力。此外，核心控制器还可以通过外设接口与触摸屏、上位机等连接，方便人机进行交互，可供人们实时地检测系统的运行实况。
自适应主从多模式并机均流控制方法包括以下步骤：
步骤一，核心控制器从主电路的N个模块电路中选出第M个模块电路作为主模块，M= rand()%N+1，其余N-1个模块电路为从模块；
步骤二，根据使用者的需求设定自适应主从多模式并机均流控制电路的工作模式，工作模式包括恒压模式、恒流模式和恒功率模式；
步骤三，核心控制器在选定的工作模式下，监控并调节主电路的系统电流、系统电压、系统功率均小于预先设定值。
通过均匀概率算法随机地对有能力成为主模块的模块电路进行选取，可以避免同一个模块电路长时间地充当主机，减少该模块电路的受损，提供整个系统的稳定性，安全可靠；仅采用核心控制器完成了所有的数据采集及系统的控制，且主电路与控制电路之间进行了电气隔离，有效避免了控制电路受主电路这种大功率驱动设备的电气干扰，使系统更加长久稳定地运行；另外，该控制方法可以在不同模式下进行电流、电压、功率等调整，对不同需求的用户采用该并机均流系统都可以满足，大大地提高了其灵活性。
其中，当步骤二中设定的工作模式为恒压模式时，如图2所示，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电压值和给定电流值；
主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，
若是，则主模块限定系统电压小于Um；
若否，主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，若否，则主模块根据采样回来的电压值对给定电压值进行PI调节，使得系统电压稳定在给定电压值，同时，从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值。
其中，当步骤二中设定的工作模式为恒流模式时，如图3所示，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电流值；
主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，
若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，
若否，主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，若是，则主模块限定系统电压小于Um，若否，则主模块和从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值。
其中，当步骤二中设定的工作模式为恒功率模式时，如图4所示，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电压值、给定电流值和给定功率；
主模块检测主电路的系统功率是否超过了Pm，Pm=UmIm，若是，则主模块和从模块分别限定各自的功率小于Pm；
若否，则主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，若否，则主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，若是，则主模块限定系统电压小于Um，若否，则主模块根据采样回来的电压值对给定电压值进行PI调节，使得系统电压稳定在给定电压值，同时，从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值，此时，输出的系统功率稳定为给定功率。
如图5所示，图中的阴影边界为自适应主从多模式并机均流控制电路的最大限定电压、最大限定电流及功率范围。控制电路有设定最大电压值Um，最大电流值Im。根据P=UI，在最大限度电压值Um与最大限度电流值Im处的交点为最大限定功率值Pm。若控制电路中任何一个指标（功率、电流、电压）超过了其对应的限定值，控制电路就会进入调节模式，例如在恒流模式时，控制电路的电压超过了限定范围，那么控制电路就会进入调压模式，此时主模块就会调整电压使电压稳定在限定的范围内，即使得U<=Um。
其中，步骤一还包括：核心控制器检测选出的主模块是否存在故障，若是，则核心控制器初始化，重新开始步骤一；若否，则继续步骤二。
本发明对主模块的选取采用的是均匀概率的方法，随机地对有能力成为主机的模块进行选取。选取完全由与主电路隔离的控制电路中的核心控制器完成，采用这种方法选取主模块，受干扰的概率极低，保证了控制电路的稳定运行。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种自适应主从多模式并机均流控制方法，其特征在于：自适应主从多模式并机均流控制电路包括电气隔离的主电路和控制电路；所述主电路为三相交流输入，主电路包括N个模块电路，N为自然数；所述控制电路包括对主电路的各个模块电路进行驱动逻辑控制的核心控制器；所述自适应主从多模式并机均流控制方法包括以下步骤：
步骤一，核心控制器从主电路的N个模块电路中选出第M个模块电路作为主模块，M= rand()%N+1，其余N-1个模块电路为从模块；
步骤二，根据使用者的需求设定自适应主从多模式并机均流控制电路的工作模式，所述工作模式包括恒压模式、恒流模式和恒功率模式；
步骤三，核心控制器在选定的工作模式下，监控并调节主电路的系统电流、系统电压、系统功率均小于预先设定值。
2.根据权利要求1所述的一种自适应主从多模式并机均流控制方法，其特征在于：当步骤二中设定的工作模式为恒压模式时，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电压值和给定电流值；
主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，
若是，则主模块限定系统电压小于Um；
若否，主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，若否，则主模块根据采样回来的电压值对给定电压值进行PI调节，使得系统电压稳定在给定电压值，同时，从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值。
3.根据权利要求1所述的一种自适应主从多模式并机均流控制方法，其特征在于：当步骤二中设定的工作模式为恒流模式时，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电流值；
主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，
若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，
若否，主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，若是，则主模块限定系统电压小于Um，若否，则主模块和从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值。
4.根据权利要求1所述的一种自适应主从多模式并机均流控制方法，其特征在于：当步骤二中设定的工作模式为恒功率模式时，步骤三的监控调节方法具体为：
预先设定最大电压限定值为Um、最大电流限定值为Im，并设定主电路工作的给定电压值、给定电流值和给定功率；
主模块检测主电路的系统功率是否超过了Pm，Pm=UmIm，若是，则主模块和从模块分别限定各自的功率小于Pm；
若否，则主模块和从模块分别检测各自的电流值是否超过了Im，若是，则主模块和从模块分别限定各自的电流值小于Im，若否，则主模块检测主电路的系统电压是否超过了Um，若是，则主模块限定系统电压小于Um，若否，则主模块根据采样回来的电压值对给定电压值进行PI调节，使得系统电压稳定在给定电压值，同时，从模块根据采样回来的各自的输出电流值对给定电流值经过PI调节，使得输出电流稳定在给定电流值，此时，输出的系统功率稳定为给定功率。
5.根据权利要求1所述的一种自适应主从多模式并机均流控制方法，其特征在于：所述步骤一还包括：核心控制器检测选出的主模块是否存在故障，若是，则核心控制器初始化，重新开始步骤一；若否，则继续步骤二。
6.根据权利要求1所述的一种自适应主从多模式并机均流控制方法，其特征在于：所述主电路的每个模块电路均包括以此连接的输入整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器和输出整流电路。
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