本發(fā)明涉及基于均流標準差矩陣列和最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法，用于優(yōu)化控制電源模塊并聯(lián)運行數(shù)量，達到均流性能最優(yōu)，該方法同樣適用于其他電子設備并聯(lián)運行時均流優(yōu)化控制。
背景技術：
：大功率并聯(lián)供電其為多個電源模塊并聯(lián)輸出結(jié)構，由于具備兼容性強、可N+m冗余備份、可靠性強、性價比高、設計難度較低、易于管理等一系列優(yōu)勢，成為解決大功率輸出電源設計的首選方案之一。均流技術已成為開關電源模塊并聯(lián)供電的核心技術。均流技術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)響應的前提下，有較高精度的均勻分配各個電源模塊負載電流。所以，開關電源并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能的高低直接關系到整機系統(tǒng)的安全、可靠和高性能工作。由于并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流具有時變性和隨機性，導致采用傳統(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，額定負載及過載等工況。然而，不同負載工況下并聯(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)進行優(yōu)化控制，確保系統(tǒng)在不同負載電流情況下始終能實現(xiàn)最優(yōu)的均流性能?，F(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)負載電流在所有在線工作電源模塊進行平均分配，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)條件下對應負載電流，進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，提出了基于均流標準差矩陣列和最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法。本發(fā)明的技術方案是：一種基于均流標準差矩陣列和最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法，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)負載電流Iout從按照間隔為等間距變化到時電源模塊在不同負載電流情況下的均流標準差矩陣A＝(σm'i)K×U，其中：標準差電源模塊均流相對偏差相對偏差期望電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)為Data(m')(i)(j)；m'＝{1,…K},i＝{1,…U},j＝{1,…V}；U為不小于10的正整數(shù)，IN為電源模塊的額定電流；(2)從均流標準偏差矩陣A＝(σm'i)K×U中得到滿足成立所對應的k值，其中：k∈[1,U]；該k值即為電源模塊負載電流為時系統(tǒng)的均流性能最優(yōu)；(3)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及對M個在線電源模塊的輸出電流進行采集，將第M個序號的在線電源模塊的輸出電流數(shù)據(jù)標記為Curr(m)，m為當前在線電源模塊的序號；(4)獲取M個在線電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)的負載電流和在線電源模塊均流期望負載電流(5)當|Ishare-Iref|≤σ，獲得在線電源模塊輸出電流為參考電流Iref時的在線電源模塊數(shù)量N*，即(6)當N*<＝1成立，則設置N*＝2，當N*<＝1不成立，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；(7)當ΔN*＞0成立，集中控制器則增加ΔN*個在線電源模塊；當其不成立，集中控制器則減少ΔN*個在線電源模塊，通過增減ΔN*個在線電源模塊確保并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)。步驟(1)-步驟(2)中詳細步驟如下：一、在t∈((i-1)T,iT],(U≥i≥1)，電子負載電流為獲取電源模塊的均流目標參考電流：二、獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)序號為m'的電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：Data(m')(i)(j)，(K≥m'≥1，U≥i≥1，V≥j≥1)，獲得其均流相對偏差數(shù)據(jù)δ(m')(i)(j)：δ(m′)(i)(j)=Data(m′)(i)(j)-Iref(i)Iref(i);]]>三、獲取序號為m'的電源模塊在條件下相對偏差δ(m')(i)(j)關于j的數(shù)學期望Em'i：四、獲取序號為m'的在線電源模塊均流相對偏差的標準差σm'i：σm′i=1VΣj=1V(δ(m′)(i)(j)-Em′i)2,]]>其中σm'i表示序號為m'的電源模塊在條件下的相對偏差的集中度；五、以σm'i為元素構建標準偏差矩陣A＝(σm'i)K×U：A=σ11σ12...σ1Uσ21σ22...σ2U............σK1σK2...σKU;]]>六、定義標準差矩陣A＝(σm'i)K×U的列和最小為||A||min：該||A||min表示由K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)均流集中度總體性能最優(yōu)時所對應的負載電流及其性能值；七、通過獲得并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)時電源模塊對應的負載電流Iref：步驟(3)-步驟(7)中，在t＝KTs，K＝0，1，2，3，…時，并聯(lián)供電系統(tǒng)的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；其中m為當前在線電源模塊的序號，并獲得并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流Iout：并獲得在線電源模塊輸出電流目標值Ishare：通過獲取在線電源模塊輸出電流目標值Ishare與均流性能最優(yōu)時在線電源模塊輸出電流Iref之差的絕對值ΔI：ΔI＝|Ishare-Iref|；通過判斷ΔI是否滿足不等式：ΔI＜σ；在ΔI＜σ不滿足的情況下，獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流為Iout時，均流性能最優(yōu)條件下在線電源模塊數(shù)量N*：獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊調(diào)節(jié)量ΔN*：ΔN*＝N*-M；根據(jù)ΔN*的正負，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)均流性能最優(yōu)。本發(fā)明首先，構建并聯(lián)供電系統(tǒng)在不同負載情況下(涵蓋輕載、半載，額定負載及過載工況)模塊實際電流值與期望均流值偏差的標準差矩陣，計算該標準差矩陣的列和最小值及對應的負載電流值，進而確定并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)情況下模塊的輸出電流；其次，并聯(lián)供電系統(tǒng)集中控制器通過實時獲取在線工作電源模塊的輸出電流求取系統(tǒng)總的負載電流值并除以前面測量得出的均流性能最優(yōu)情況下模塊的輸出電流值，得出并聯(lián)供電系統(tǒng)在線運行電源模塊數(shù)量；最后，并聯(lián)供電系統(tǒng)集中控制器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就基本相同，而與系統(tǒng)中模塊的數(shù)量大小無關。其具有以下的優(yōu)勢：①本發(fā)明覆蓋了負載電流全工作范圍工況，具有廣泛的適用性；②本發(fā)明通過構建各種負載情況下的均流標準差矩陣A＝(σmi)K×U并計算A＝(σmi)K×U的列和最小值。該值表征了并聯(lián)供電系統(tǒng)均流動態(tài)響應過程中相對超調(diào)量最小對應的負載電流值，即并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)情況下對應的負載電流，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，具有很高的均流性能。④本發(fā)明所述的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量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)結(jié)構圖。圖2為并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)結(jié)構圖。具體實施方式下面針對附圖對本發(fā)明的實施例作進一步說明：本發(fā)明提供了基于均流標準差矩陣列和最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法，圖1所示為并聯(lián)供電系統(tǒng)結(jié)構圖，圖2所示為并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)結(jié)構圖。圖1主要包括并聯(lián)供電系統(tǒng)集中控制器，電源模塊和用電負載。集中控制器通過通信總線獲取在線工作模塊的IP及其輸出電流，控制在線電源模塊的數(shù)量；電源模塊主要實現(xiàn)向負載供電、接收集中控制器的運行控制命令及上傳輸出電流；用電負載主要包含各類用電設備。均流功能的實現(xiàn)可通過無通信總線自主均流方式或者通過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。圖2主要功能是實現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)在不同負載條件下模塊實際電流與理想?yún)⒖茧娏髦g標準差矩陣列和最小對應負載電流的獲取，主要包括上位機(PC機)、程控電子負載和電源模塊等。上位機(PC機)主要功能為獲取模塊IP地址及模塊輸出電流、控制程控電子負載工作電流和計算均流標準差矩陣及得出列和最小對應的負載電流；程控電子負載用于調(diào)節(jié)并聯(lián)供電系統(tǒng)的負載電流；電源模塊主要實現(xiàn)接收IP設定、接收上位機命令數(shù)據(jù)和上傳輸出電流給上位機。一、并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能數(shù)據(jù)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為負載電流點數(shù)量，即并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流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10的正整數(shù)，由用戶可根據(jù)系統(tǒng)工作的最大負載電流值確定)；為電子負載在第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)處于某一負載電流點時需對當單個電源模塊輸出電流值采樣數(shù)量，V可根據(jù)實際需要設定大小。Data(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)；為模塊均流目標參考值，其中：U≥i≥1；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個相對偏差值δ(m')(i)(j)的數(shù)學期望，滿足：σm'i為均流相對偏差δ(m')(i)(j)的標準差，滿足：A＝(σm'i)K×U為標準差矩陣，m'為電源模塊序號；i為負載電流值對應的序號值；j為輸出電流采集數(shù)據(jù)序號；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)。假設上位機采集一個數(shù)據(jù)的時間為T1，則系統(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，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)階躍響應的超調(diào)量，調(diào)整時間和穩(wěn)態(tài)偏差指標來衡量。因而，并聯(lián)供電系統(tǒng)在電子負載由階躍為時，我們同樣可以通過測量模塊的電流輸出與均流目標參考值之間的動態(tài)響應來評價模塊的均流性能。其次，由數(shù)理統(tǒng)計知識可知，均流的標準差表征的是系統(tǒng)均流動態(tài)響應過程相對超調(diào)量大小，體現(xiàn)其階躍響應過程中的集中度，可反映電源模塊均流性能指標；最后，由數(shù)學知識可知，可通過求取均流的標準差矩陣A＝(σm'i)K×U的列和最小值來綜合評價并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能。這是基于A＝(σm'i)K×U的列和最小值的物理意思表明并聯(lián)供電系統(tǒng)處在何種負載電流下均流總體集中度性能最好。在t∈((i-1)T,iT],(U≥i≥1)，電子負載電流為則電源模塊的均流目標參考電流為：Iref(i)=i10INpK=i10IN,U≥i≥1,---(1)]]>獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)序號為m'的電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：Data(m')(i)(j)，(K≥m'≥1，U≥i≥1，V≥j≥1)，因而，其均流相對偏差數(shù)據(jù)δ(m')(i)(j)為：δ(m′)(i)(j)=Data(m′)(i)(j)-Iref(i)Iref(i),---(2)]]>求取序號為m'的電源模塊在條件下相對偏差δ(m')(i)(j)關于j的數(shù)學期望Em'i為：Em′i=Σj=1Vδ(m′)(i)(j)V,---(3)]]>求取序號為m'的電源模塊均流相對偏差的標準差σm'i為：σm′i=1VΣj=1V(δ(m′)(i)(j)-Em′i)2,---(4)]]>σm'i的物理意義為：序號為m'的電源模塊在條件下的相對偏差的集中度，Sm'i越小表明電源模塊的在條件下均流集中度性能越好。以σm'i為元素構建標準偏差矩陣A＝(σm'i)K×U：A=σ11σ12...σ1Uσ21σ22...σ2U............σK1σK2...σKU,---(5)]]>定義標準差矩陣A＝(σm'i)K×U的列和最小為||A||min：||A||min=mink(Σm′=1Kσm′k),k=1,2,...U,---(6)]]>||A||min的物理意義為：由K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)均流集中度總體性能最優(yōu)時所對應的負載電流及其性能值||A||min。公式(6)即滿足不等式：Σm′=1Kσm′k≤Σm′=1Kσm′i,k∈[1,U],i=1,2,...U,---(7)]]>則并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)時在線電源模塊對應的負載電流Iref為：Iref=k10IN.---(8)]]>二、并聯(lián)供電系統(tǒng)優(yōu)化控制結(jié)構圖變量說明如下：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)的負載電流；Curr(m)為序號為m的電源模塊的輸出電流采樣值，m＝1,2，┄，M；m為當前在線電源模塊的序號，Iref為并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能最優(yōu)時電源模塊對應的負載電流；Ishare為并聯(lián)供電系統(tǒng)運行時在線運行電源模塊輸出電流目標值；ΔI為Ishare與Iref之差的絕對值；σ為ΔI絕對值的最大允許值；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開始采集M個在線電源模塊的輸出電流Curr(m)，m＝1,2，┄，M；并計算并聯(lián)系統(tǒng)負載電流Iout，滿足：Iout=Σm=1MCurr(m),---(9)]]>計算在線電源模塊輸出電流目標值Ishare，滿足：Ishare=IoutM,---(10)]]>計算在線電源模塊輸出電流目標值Ishare與均流性能最優(yōu)時在線電源模塊輸出電流Iref之差的絕對值ΔI，滿足：ΔI＝|Ishare-Iref|，(11)判斷ΔI是否滿足不等式：ΔI＜σ，(12)在不等式(12)不滿足的情況下，計算并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流為Iout時，均流性能最優(yōu)條件下在線電源模塊數(shù)量N*，滿足：N*=[IoutIref],---(13)]]>在不等式(12)不滿足的情況下，計算并聯(lián)供電系統(tǒng)在線電源模塊調(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)均流性能最優(yōu)。本發(fā)明提供了基于均流標準差矩陣列和最小的并聯(lián)供電系統(tǒng)模塊數(shù)量控制方法，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)負載電流Iout從按照間隔為等間距變化到時(為涵蓋輕載、半載、額定載及過載工況，U必須為不小于10的正整數(shù)，由用戶可根據(jù)系統(tǒng)工作的最大負載電流值確定；IN為電源模塊的額定電流)電源模塊在不同負載電流情況下(電源模塊在每個負載電流情況下采集V個輸出電流數(shù)據(jù)，可由用戶根據(jù)實際確定大小)的均流標準差矩陣A＝(σm'i)K×U(其中：標準差電源模塊均流相對偏差相對偏差期望電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)為Data(m')(i)(j)；m'＝{1,…K},i＝{1,…U},j＝{1,…V})；(2)求解事先獲得的均流標準偏差矩陣A＝(σm'i)K×U滿足成立所對應的k值，其中：k∈[1,U]；該k值即為電源模塊負載電流為時系統(tǒng)的均流性能最優(yōu)；令均流性能最優(yōu)情況下的電源模塊參考電流為(3)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及對M個在線電源模塊的輸出電流進行采集，將第一個序號的在線電源模塊的輸出電流數(shù)據(jù)標記為Curr(1)，當前在線電源模塊序號為m，令m＝1；(4)計算M個在線電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)的負載電流和在線電源模塊均流期望負載電流(5)判斷|Ishare-Iref|≤σ是否成立？如果是，則進入步驟(3)；反之，則進入步驟(6)；(6)計算在線電源模塊輸出電流為參考電流Iref時的在線電源模塊數(shù)量N*，即(7)判斷N*<＝1？是否成立？如果是，則進入步驟(8)；反之，進入步驟(9)；(8)設置N＝2；這是由于N<2時是單電源模塊供電，可靠性低。(9)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；(10)判斷ΔN*＞0？是否成立？如果是，則進入步驟(11)；反之，進入步驟(12)；(11)集中控制器增加ΔN*個在線電源模塊，然后進入步驟(3)；(12)集中控制器減少ΔN*個在線電源模塊，然后進入步驟(3)。實施例不應視為對發(fā)明的限制，但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進，都應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3