CN109842184A - 一种电源系统的节能控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源系统的节能控制装置及方法，包括电源模块和控制单元；控制单元通过通讯方式获取系统所连接的电能交换装置的电能交换功率需求，通过一个控制算法计算变换功率与电源模块数量的对应关系，选择对应的电源模块数量组合进行变换工作，使电源系统的变换效率达到最优。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源系统的节能控制装置及方法。
背景技术
随着电动汽车充电和储能充放电是当前两大新兴行业普遍需求，继续发展下，电动汽车作为储能装置也会向电网放电，未来的电能变换技术和设备也会普遍应用。
大量的电能在不同性质之间进行变换，变换效率无疑是意义重大，高效的变换是人们无止境的追求。
大功率的变换装置模块化是大势所趋，提高每个模块的变换效率是一个方向。而因为技术的限制，无论是何种变换模块都存在一个不足，在输出功率全范围内，效率不是一成不变的，而是随功率的变化而变化。因此，合理控制并联工作的变换模块的变换功率，则是另一个提高整体变换效率的新途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种电源系统的节能控制装置及方法，根据不同的负载需求选择不同数量的电能变换模块组合，以最高效率进行变换。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种电源系统的节能控制装置，包括电源模块、控制单元、第一电源端、第二电源端；电源模块的两个功率接口至少有一个相互并联，两端分别并联连接到第一电源端和第二电源端，控制单元通过通讯总线连接电源模块，通过通讯线路连接上位机；控制单元通过与外界连接的通讯线路,获取输入电能功率或输出电能功率的需求，根据预先设定的电源模块变换功率与效率的关系，以及并联工作的电源模块的工作状态，通过算法计算电源模块的组合数量，并选择对应的电源模块启动工作。
作为优选的技术方案，所述控制单元通过总线连接第一电源端或第二电源端所连接的电能交换装置，或同时连接第一电源端和第二电源端所连接的电能交换装置。
作为优选的技术方案，电源变换将交流或直流单一方向变换为直流，或从交流或直流到直流双方向变换，在系统中的相同或不同变换功能的电源，或相同变换功能不同效率特性的电源，至少有一端并联，在并联一端的输入或输出时平均分担变换的功率。
作为优选的技术方案，电源模块与控制单元通过通讯总线连接，控制单元通过通讯总线获取每个电源模块的变换输出的电流、电压、内部温度、功率、工作状态和故障情况；控制单元通过通讯总线与连接到第一或第二电源连接端的电能交换装置进行信息交换，获取所需变换功率需求；控制单元通过通讯线路与上位机通讯，通过上位机获取与第一或第二电源连接点的电能交换装置的功率需求。
作为优选的技术方案，与系统连接的电能交换装置，通过第一连接点和第二连接点与电源系统进行电能交换，电源系统将一个电能交换装置输出的电能，根据所连接电能交换装置的功率需求，变换为另一种电能交换装置可接收的电能，并连续运行。
作为优选的技术方案，控制单元包括中央处理单元、存储器、外围电路、接口电路、通讯电路；通讯电路通过通讯总线与电源模块和所需充电装置通讯，中央处理器进行算法运算，存储器存储所管理的电源模块的不同输出功率对应的效率的参数表，以及不同输出电压下的输出电流或功率参数表。
作为优选的技术方案，电源模块包括本地控制电路，以及功率变换电路，将输入交流电或直流电变换为直流电输出，或进行双向变换；电源模块与控制单元通过通讯总线通讯，上报电源的工作状态，接收控制指令，通过自身的控制电路，控制输出；对于并联的电源模块，通过通讯总线与其它模块通讯，进行地址分配、均流控制。
一种电源系统的节能控制方法，内部存有所管理的电源模块不同输出功率对应的效率的参数表，以及不同输出电压下的输出电流或功率参数表，并具有算法1：根据系统所连接的电能交换装置的功率要求及输入或输出电压，以及可正常工作的模块数量，以及电源模块的电压电流参数表或电压功率参数表，计算出所需要的所有可能的模块数量组合；算法2：根据不同模块效率参数表，查出对应的效率，根据模块的数量组合，计算综合效率，比较并找出最高效率对应的模块数量组合；控制单元根据算法1和算法2的结果，控制所计算出的模块数量组合进行电能变换工作，并控制其余模块进入待机状态。
作为优选的技术方案，在变换过程中，控制单元随时接收所连接的电能交换装置的功率请求，以及电源模块的工作状态，根据请求以及模块工作状态的变化情况，实时进行所述算法1和算法2的计算，选择电源模块的数量组合，停止或启动电源模块。
本发明的有益效果是：本发明根据不同的负载需求选择不同数量的电能变换模块组合，以最高效率进行变换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
如图1所示，包括电源模块1、控制单元2、第一电源端3、第二电源端4；电源模块1的两个功率接口至少有一个相互并联，两端分别并联连接到第一电源端3和第二电源端4，控制单元2通过总线连接第一电源端3或第二电源端4所连接的电能交换装置，或同时连接第一电源端和第二电源端所连接的电能交换装置，总控制单元7通过通讯总线6连接电源模块，通过通讯线路连接上位机5；控制单元通过与外界连接的通讯线路，获取输入电能功率或输出电能功率的需求，根据预先设定的电源模块变换功率与效率的关系，以及可并联工作的电源模块的工作状态，通过算法计算电源模块的组合数量，选择对应的电源模块启动工作，使系统的变换效率达到最优。
本电源系统的功率变换由模块化的电源承担，电源将一种性质电能变换为另一种性质的电能，典型地，将交流变换为直流，或将直流变换为直流；所述的电源变换将交流或直流单一方向变换为直流，或从交流或直流到直流双方向变换。在系统中的相同或不同变换功能的电源，或相同变换功能不同效率特性的电源，至少有一端并联，在并联一端的输入或输出时平均分担变换的功率。
电源系统电源模块与控制单元通过通讯总线6连接，控制单元通过通讯总线获取每个电源模块的变换输出的电流、电压、内部温度、功率、工作状态和故障情况，并控制可正常工作的电源模块的输出功率。控制单元通过通讯总线与连接到第一或第二电源连接端的电能交换装置进行信息交换，获取所需变换功率需求；控制单元通过通讯线路与上位机通讯，通过上位机获取与第一或第二电源连接点的电能交换装置的功率需求。
系统所连接的电能交换装置，通过第一连接点和第二连接点与电源系统进行电能交换，电源系统将一个电能交换装置输出的电能，根据所连接电能交换装置的功率需求，变换为另一种电能交换装置可接收的电能，并连续运行；典型地，系统一端连接电网，另一端连接电动汽车或电池；对于配有双向变换电源模块的电源系统，根据所连接的电能变换装置的需求，一个时间将电能从一个装置变换到另一个装置，另一个时间，进行反方向变换。
电源系统的控制单元，内部存有所管理的电源模块不同输出功率对应的效率的参数表，以及不同输出电压下的输出电流或功率参数表，并具有算法1：根据系统所连接的电能交换装置的功率要求及输入或输出电压，以及可正常工作的模块数量，以及电源模块的电压电流参数表或电压功率参数表，计算出所需要的所有可能的模块数量组合；算法2：根据不同模块效率参数表，查出对应的效率，根据模块的数量组合，计算综合效率，比较并找出最高效率对应的模块数量组合；控制单元根据算法1和算法2的结果，控制所计算出的模块数量组合进行电能变换工作，并控制其余模块进入待机状态。
电源系统在变换过程中，控制单元随时接收所连接的电能交换装置的功率请求，以及电源模块的工作状态，根据请求以及模块工作状态的变化情况，实时进行所述算法1和算法2的计算，选择电源模块的数量组合，停止或启动电源模块。
电源系统的电源模块具有本地控制电路，以及功率变换电路，将输入交流电或直流电变换为直流电输出，或进行双向变换；电源模块与控制单元通过通讯总线通讯，上报电源的工作状态，接收控制指令，通过自身的控制电路，控制输出；对于并联的电源模块，通过通讯总线与其它模块通讯，进行地址分配、均流控制。
电源系统的控制单元具有中央处理单元、存储器，以及外围电路，接口电路、通讯电路；通讯电路通过通讯总线与电源模块和所需充电装置通讯，中央处理器进行算法运算，存储器存储所管理的电源模块的不同输出功率对应的效率的参数表，以及不同输出电压下的输出电流或功率参数表。
表1：不同配置的充电系统的模块数量；
表2：充电模块输出功率与效率的参数表；
举例：例如一个配置120kw的充电桩，用于从电网将电能变换为电动汽车所需要的直流电，配置20kw充电模块6个，充电模块的输入和输出分别并联，控制单元通过通讯总线从电动汽车取的充电的功率需求，不同电动汽车，或者相同的电动汽车在充电的不同阶段，功率的需求不同。控制单元中存储了充电模块的充电功率与效率的参数表，见表2。当需要给一个功率需求为60kw的电动汽车充电，不同的电源模块组合经过算法1和算法2；
表3：不同模块组合的效率；
根据上述结果，控制单元选择启动3个充电模块给电动汽车充电，比所有充电模块启动效率提高1.4％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电源系统的节能控制装置，其特征在于：包括电源模块、控制单元、第一电源端、第二电源端；电源模块的两个功率接口至少有一个相互并联，两端分别连接到第一电源端和第二电源端，控制单元通过通讯总线连接电源模块，通过通讯线路连接上位机；控制单元通过与外界连接的通讯线路,获取输入电能功率或输出电能功率的需求，根据预先设定的电源模块变换功率与效率的关系，以及并联工作的电源模块的工作状态，通过算法计算电源模块的组合数量，并选择对应的电源模块启动工作。
2.如权利要求1所述的电源系统的节能控制装置，其特征在于：所述控制单元通过总线连接第一电源端或第二电源端所连接的电能交换装置，或同时连接第一电源端和第二电源端所连接的电能交换装置。
3.如权利要求1所述的电源系统的节能控制装置，其特征在于：电源变换将交流或直流单一方向变换为直流，或从交流或直流到直流双方向变换，在系统中的相同或不同变换功能的电源，或相同变换功能不同效率特性的电源，至少有一端并联，在并联一端的输入或输出时平均分担变换的电能功率。
4.如权利要求1所述的电源系统的节能控制装置，其特征在于：电源模块与控制单元通过通讯总线连接，控制单元通过通讯总线获取每个电源模块的变换输出的电流、电压、内部温度、功率、工作状态和故障情况；控制单元通过通讯总线与连接到第一或第二电源连接端的电能交换装置进行信息交换，获取所需变换功率需求；控制单元通过通讯线路与上位机通讯，通过上位机获取与第一或第二电源连接点的电能交换装置的功率需求。
5.如权利要求1所述的电源系统的节能控制装置，其特征在于：与系统连接的电能交换装置，通过第一连接点和第二连接点与电源系统进行电能交换，电源系统将一个电能交换装置输出的电能，根据所连接电能交换装置的功率需求，变换为另一种电能交换装置可接收的电能，并连续运行。
6.如权利要求1所述的电源系统的节能控制装置，其特征在于：控制单元包括中央处理单元、存储器、外围电路、接口电路、通讯电路；通讯电路通过通讯总线与电源模块和所需充电装置通讯，中央处理器进行算法运算，存储器存储所管理的电源模块的不同输出功率对应的效率的参数表，以及不同输出电压下的输出电流或功率参数表。
7.如权利要求1所述的电源系统的节能控制方法，其特征在于：电源模块包括本地控制电路，以及功率变换电路，将输入交流电或直流电变换为直流电输出，或进行双向变换；电源模块与控制单元通过通讯总线通讯，上报电源的工作状态，接收控制指令，通过自身的控制电路，控制输出；对于并联的电源模块，通过通讯总线与其它模块通讯，进行地址分配、均流控制。
8.一种电源系统的节能控制方法，其特征在于：内部存有所管理的电源模块不同输出功率对应的效率的参数表，以及不同输出电压下的输出电流或功率参数表，并具有算法1：根据系统所连接的电能交换装置的功率要求及输入或输出电压，以及可正常工作的模块数量，以及电源模块的电压电流参数表或电压功率参数表，计算出所需要的所有可能的模块数量组合；算法2：根据不同模块效率参数表，查出对应的效率，根据模块的数量组合，计算综合效率，比较并找出最高效率对应的模块数量组合；控制单元根据算法1和算法2的结果，控制所计算出的模块数量组合进行电能变换工作，并控制其余模块进入待机状态。
9.如权利要求8所述的电源系统的节能控制方法，其特征在于：在变换过程中，控制单元随时接收所连接的电能交换装置的功率请求，以及电源模块的工作状态，根据请求以及模块工作状态的变化情况，实时进行所述算法1和算法2的计算，选择电源模块的数量组合，停止或启动电源模块。
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