CN113964945A - 一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法 - Google Patents

一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法 Download PDF

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Abstract

一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法。提供了一种高效实现电源模块均流控制，降低信号误差的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法。本发明在并联模块启机之后，在并联电源模块之间进行CAN总线通讯联机，由CPU处理器计算出主模块，并获取到当前总线上所并接的模块数量，计数为N；通过CPU处理器采集所有并联模块自身的输出电流I；各电源模块将理想电流值与并联模块自身的输出电流I进行比较，通过CPU处理器中PID算法，对输出PWM波进行计算调整，从而控制输出电压微调，从而增大或减小输出电流，达到均流目的。本发明具有高效实现电源模块均流控制，降低信号误差等特点。

Description

一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法
技术领域
本发明涉及一种一体化电源系统，尤其涉及一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法。
背景技术
一体化电源系统，作为站用电的主要供电设备，其本身的工作性能、供电质量和损耗等其他方面因素都作为该套系统是否成熟的检验指标。在目前的变电站内部，通常使用串联电源，提高电池组端电压以达到220V来接入直流母线，并在交流停电时充当备用电源接入正常工作电源系统。本发明涉及一种并联电源，其本质是通过并联模块搭载12V电池组，由16个模块并联接入系统，实现供电的一种一体化电源系统。
并联模块取缔了传统的市面上的4830模块和4850模块等等，将上述模块的性能综合集成至并联模块内部，且并联模块内部同时具备AC/DC整流功能和DC/DC升压、充电、放电功能，从根本上杜绝了模块功能的冗余性，且可以节约站用电屏的使用空间，节省变电站内部的资源损耗。
并联模块搭载的基本环境是并联电源，其中16个并联模块是本该算法搭载的硬件设备。由于16个模块并联运行，则涉及到模块之间均流工作的问题。由于运行过程中的种种外界因素，很可能导致某些模块的工作电流无法稳定在额定值，产生上下波动。
目前市面上的均流法一般包括：输出阻抗法、主从控制均流法、最大电流自动均流法、热应力自动均流法、外加均流控制器均流法等。
前面叙述的各项均流方法，有的需要协从机共同作用：比如主从和最大均流控制法，有的则需要外部添加设备进行均流控制，如外接均流控制器，其物料成本和研发成本相对来说较高，且非系统自定义均流控制可能导致均流精度无法达到要求，甚至可能导致均流过程异常，如果此时发生交流失电现象，则很难保证一体化电源的供电可靠性。而且上述方式均采用从模块内部经过运算放大器引出均流信号，该信号为模拟量信号，往往因为外界因素(线的规格、材质、接插件的紧固程度)造成接收端接收的信号与实际所发出的信号存在较大误差，在工艺上很难避免。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种高效实现电源模块均流控制，降低信号误差的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法。
本发明的技术方案是：一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，包括以下步骤：
所述并联电源监控系统包括若干并联的电源模块，各所述电源模块内分别设有CPU处理器；
S1：推举主模块并联模块启机之后，在并联模块之间进行CAN总线通讯联机，由CPU处理器计算出主模块，并获取到当前总线上所并接的模块数量，计数为N；
S2：自采集
通过CPU处理器采集所有并联模块自身的输出电流I；
S3：主模块轮询
主模块通过CAN总线读取总线上其他电源模块的输出电流I的数值，并计算出模块输出总电流I总；
S4：取得理想电流值IAVG＝I总/N；
S5:主模块向总线上广播发出计算得出的理想电流值IAVG；
S6:各电源模块将IAVG与并联模块自身的输出电流I进行比较，通过CPU处理器中PID算法，对输出PWM波进行计算调整，从而控制输出电压微调，从而增大或减小输出电流，达到均流目的。
所述步骤S6调整方式为：
当IAVG小于自身电流I时，CPU处理器调整PWM波，将其占空比调低，达到微调模块输出电压，从而实现降低自身电流I，以达到均流目的；
当IAVG大于自身电流I时，CPU处理器调整PWM波，将其占空比调高，达到微调模块输出电压，从而实现提高自身电流I，以达到均流目的。
步骤S1中，当主模块在指定时间内未发出信号时，其余模块根据外设的地址拨码推举出新的主模块；在计算平均电流时，将故障模块排除在外。
若经过重新推举出新的主模块之后，出现设置值与理想值偏差较大时，可判定排除在外的主模块还在工作，此时需重新计算，将该模块纳入计算范围。
若故障模块排除故障后，回归电源系统，此时继续由原先的主模块重新接管，其他模块只接收命令。
主模块的推举方法为：
通过外设地址拨码，判断各电源模块的优先级，地址越小，优先级越高，即优先选用1#电源模块为主模块；
当1#电源模块发生故障时，优先选举2#电源模块，以此类推。
各电源模块之间通过CAN总线相互通讯。
本发明在并联模块启机之后，在并联电源模块之间进行CAN总线通讯联机，由CPU处理器计算出主模块，并获取到当前总线上所并接的模块数量，计数为N；通过CPU处理器采集所有并联模块自身的输出电流I；各电源模块将理想电流值与并联模块自身的输出电流I进行比较，通过CPU处理器中PID算法，对输出PWM波进行计算调整，从而控制输出电压微调，从而增大或减小输出电流，达到均流目的。本发明具有高效实现电源模块均流控制，降低信号误差等特点。
附图说明
图1是本发明流程示意图，
图2是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明如图1-2所示，一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，包括以下步骤：所述并联电源监控系统包括若干并联的电源模块，各所述电源模块内分别设有CPU处理器；S1：推举主模块并联模块启机之后，在并联电源模块之间(本案优选采用16个并联电源模块)进行CAN总线通讯联机，由CPU处理器计算出主模块(主模块可实现自推举，以避免主模块损耗异常等原因导致无法进行均流)，并获取到当前总线上所并接的模块数量(包括主模块)，计数为N；S2：自采集通过CPU处理器采集所有并联模块自身的输出电流I；单个电源模块的输出端分别设有用于采集实时电流的电流霍尔传感器；
S3：主模块轮询
主模块通过CAN总线读取总线上其他(除主模块自身外)电源模块的输出电流I的数值，并计算出模块输出总电流I总，I总＝I1+I2+.......+IN；
S4：取得理想电流值IAVG＝I总/N；
S5:主模块向总线上广播发出计算得出的理想电流值IAVG；
S6:各电源模块将IAVG与并联模块自身的输出电流I进行比较，通过CPU处理器中PID算法，对输出PWM波进行计算调整，从而控制输出电压微调，从而增大或减小输出电流，达到均流目的。
PID算法：
在工业过程中，连续控制系统的理想PID控制规律为：
Figure BDA0003328042380000041
式中，KP——比例增益，KP与比例度成倒数关系；
Tt——积分时间常数；
TD——微分时间常数；
u(t)——PID控制器的输出信号；
e(t)——给定值r(t)与测量值之差。
所述步骤S6调整方式为：
当IAVG小于自身电流I时，CPU处理器调整PWM波，将其占空比调低，达到微调模块输出电压，从而实现降低自身电流I，以达到均流目的；
当IAVG大于自身电流I时，CPU处理器调整PWM波，将其占空比调高，达到微调模块输出电压，从而实现提高自身电流I，以达到均流目的。
当主模块在指定时间内未发出信号时，其余模块根据外设的地址拨码推举出新的主模块；在计算平均电流时，将故障模块排除在外。
若经过一次调整之后，出现设置值与理想值偏差较大时，可判定排除在外的主模块还在工作，此时需重新计算，将该模块纳入计算范围。
若故障模块排除故障后，回归电源系统，此时继续由原先的主模块(最初)重新接管，其他模块只接收命令。
主模块的推举方法为：
通过外设地址拨码，判断各电源模块的优先级，地址越小，优先级越高，即优先选用1#电源模块为主模块；
当1#电源模块发生故障时，优先选举2#电源模块，以此类推。采用此种方式可以快速推举出主模块，从而提高均流响应速度；而且便于在电源模块CPU或系统发生故障(如采样电流偏差较大、电阻温度过高等情况)时，维护人员可快速找出主模块进行检修排查。
各电源模块之间通过CAN总线相互通讯，相较于RS485(传统电源模块)通讯方式，CAN通讯方式为全双工通讯方式，可以实现多主机在同一总线通过报文ID进行优先级仲裁机制来判别监控与主模块的优先级，从而保证多主机运行的可靠性。
1、在整定PID控制器参数时，可以根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数。
2、为了减少需要整定的参数，首先可以采用PID控制器。为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保守的参数，例如比例系数不要太大，积分时间不要太小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。
3、如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应减小比例系数、增大积分时间。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
(1)、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
(2)、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述并联电源监控系统包括若干并联的电源模块，各所述电源模块内分别设有CPU处理器；
S1：推举主模块
并联模块启机之后，在并联模块之间进行CAN总线通讯联机，由CPU处理器计算出主模块，并获取到当前总线上所并接的模块数量，计数为N；
S2：自采集
通过CPU处理器采集所有并联模块自身的输出电流I；
S3：主模块轮询
主模块通过CAN总线读取总线上其他电源模块的输出电流I的数值，并计算出模块输出总电流I总；
S4：取得理想电流值IAVG＝I总/N；
S5:主模块向总线上广播发出计算得出的理想电流值IAVG；
S6:各电源模块将IAVG与并联模块自身的输出电流I进行比较，通过CPU处理器中PID算法，对输出PWM波进行计算调整，从而控制输出电压微调，从而增大或减小输出电流，达到均流目的。
2.根据权利要求1所述的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，所述步骤S6调整方式为：
当IAVG小于自身电流I时，CPU处理器调整PWM波，将其占空比调低，达到微调模块输出电压，从而实现降低自身电流I，以达到均流目的；
当IAVG大于自身电流I时，CPU处理器调整PWM波，将其占空比调高，达到微调模块输出电压，从而实现提高自身电流I，以达到均流目的。
3.根据权利要求1所述的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，步骤S1中，当主模块在指定时间内未发出信号时，其余模块根据外设的地址拨码推举出新的主模块；在计算平均电流时，将故障模块排除在外。
4.根据权利要求3所述的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，若经过重新推举出新的主模块之后，出现设置值与理想值偏差较大时，可判定排除在外的主模块还在工作，此时需重新计算，将该模块纳入计算范围。
5.根据权利要求3所述的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，若故障模块排除故障后，回归电源系统，此时继续由原先的主模块重新接管，其他模块只接收命令。
6.根据权利要求1所述的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，主模块的推举方法为：
通过外设地址拨码，判断各电源模块的优先级，地址越小，优先级越高，即优先选用1#电源模块为主模块；
当1#电源模块发生故障时，优先选举2#电源模块，以此类推。
7.根据权利要求1所述的一种基于一体化并联电源监控系统的自均流方法，其特征在于，各电源模块之间通过CAN总线相互通讯。
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