一种多模块输出控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种多模块输出控制方法及系统。

背景技术

随着电子电力技术的不断提升和能源行业的持续发展，模块化电源被广泛地应用于各类电力领域。在电源模块串联系统中，由于各电源模块是串联输出，输出电流相同，通过控制每个电源模块输出相同的电压，使系统中各电源模块的输出功率保持一致，可以理论上提升系统的无故障运行时间。虽然传统的控制方法将各电源模块的使用寿命进行了均衡设计，但在实际应用中，由于返修和替换等因素，每个电源模块的工作时长并非完全一致，因此采用直接均压的方式不能完全保证系统的无故障运行时间的延长，此外，每个电源模块的输出电压和输出电流完全取决于负载的需求，也不能保证系统中的电源模块工作在最优效率点，导致整个系统的工作效率较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种多模块输出控制方法及系统，可以延长电源模块串联系统的无故障运行时间，且能够提高系统的工作效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种多模块输出控制方法，所述方法适用于电源模块串联系统，所述电源模块串联系统包括N个电源模块，所述N个电源模块串联，所述电源模块包括第一电源模块和至少一个第二电源模块，所述N为大于1的整数，所述方法包括：所述第一电源模块获取所述电源模块串联系统的总输出电压，以及所述N个电源模块中每个电源模块对应的满载工作时长；所述第一电源模块根据所述总输出电压，计算得到第一平均电压，确定所述第一平均电压所属的电压区间；所述第一电源模块根据所述第一平均电压所属的电压区间，确定所述总输出电压的分配策略，按照所述分配策略对所述总输出电压进行分配，得到N个电压分量；所述第一电源模块根据所述满载工作时长，确定所述每个电源模块对应的电压分量，所述N个电压分量与所述N个电源模块为一一映射关系。

通过主从电源模块控制方式，在电源模块串联系统中，第一电源模块通过效率寻优控制算法和寿命均衡控制方法，控制每个电源模块的工作状态，让串联系统中的绝大部分电源模块工作在最高效率工作点，并动态平衡系统中各电源模块的工作寿命时长，从而大幅延长无故障运行时间，实现串联系统的高效运行，并提升串联系统的鲁棒性。

在一种可能的设计中，当所述第一平均电压所属第一电压区间时，将所述第一电压区间对应的第一峰值效率工作电压作为所述N个电源模块中M个电源模块的电压分量，所述M为大于等于0、且小于等于N的整数；根据所述M个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述N个电源模块中除所述M个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。当第一平均电压在第一电压区间时，基于总输出电压和第一电压区间对应的第一峰值效率工作电压，第一电源模块通过效率寻优控制算法，让绝大部分电源模块工作在第一电压区间对应的最高效率工作点，既保证了串联系统需求的总输出电压，又能够实现串联系统在该分配策略下的最高效率工作。

在另一种可能的设计中，所述N个电源模块中除所述M个电源模块之外的其他电源模块的电压分量满足：

其中，所述V

在另一种可能的设计中，当所述第一平均电压属于第二电压区间时，将所述第二电压区间对应的第二峰值效率工作电压作为所述N个电源模块中K个电源模块的电压分量，所述K为大于等于0、且小于等于N的整数；根据所述K个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述N个电源模块中除所述K个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。当第一平均电压在第二电压区间时，基于总输出电压和第二电压区间对应的第二峰值效率工作电压，第一电源模块通过效率寻优控制算法，尽可能地让电源模块工作在第二电压区间对应的最高效率工作点，既保证了串联系统需求的总输出电压，又能够实现串联系统在该分配策略下的最高效率工作。

在另一种可能的设计中，当N-K大于等于2时，根据所述K个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述N个电源模块中除所述K个电源模块之外的其他电源模块的第二平均电压；当所述第二平均电压属于所述第一电压区间，将所述第一电压区间对应的第一峰值效率工作电压作为所述其他电源模块中P个电源模块的电压分量，所述P为大于等于0、且小于等于N-K的整数；根据所述K个电源模块的电压分量、所述P个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述其他电源模块中除所述P个电源模块之外的剩余电源模块的电压分量。当所述第二平均电压属于所述第一电压区间，尽可能地让其他电源模块工作在第一电压区间对应的最高效率工作点，让串联系统中绝大部分的电源模块都工作在最高效率工作点，既保证了串联系统需求的总输出电压，又能够实现串联系统在该分配策略下的最高效率工作。

在另一种可能的设计中，所述第二平均电压满足：

所述其他电源模块中除所述P个电源模块之外的剩余电源模块的电压分量满足：

其中，所述V

在另一种可能的设计中，当N-K等于1时，将所述总输出电压减去所述K个电源模块的电压分量之和，得到剩余电压，将所述剩余电压作为所述N个电源模块中除所述K个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。将剩余电压作为一个电源模块的电压分量，保证了串联系统需求的总输出电压，又能够实现串联系统在该分配策略下的最高效率工作。

在另一种可能的设计中，将所述满载工作时长按照从小到大的顺序与所述N个电压分量按照从大到小的顺序一一映射，得到所述N个电源模块中每个电源模块对应的电压分量。第一电源模块通过寿命均衡控制方法控制每个电源模块的工作状态，既可以实现串联系统的高效运行，同时也能动态平衡系统中各电源模块的工作寿命时长，提升串联系统的鲁棒性。

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块获取所述电源模块串联系统的输出电流；根据所述输出电流，确定所述第一电源模块对应的第一输出限制电流和所述第二电源模块对应的第二输出限制电流。根据串联系统的输出电流和电源模块自身的输出电流限制策略，确定第一输出限制电流和第二输出限制电流，保证第二电源模块的电流输出能力大于第一电源模块的输出电流能力，让各电源模块工作在恒压状态，从而确保每个电源模块能准确执行第一电源模块分配的电压控制值。

第二方面，本申请实施例提供了一种多模块输出控制系统，所述系统适用于电源模块串联系统，所述电源模块串联系统包括N个电源模块，所述N个电源模块串联，所述电源模块包括第一电源模块和至少一个第二电源模块，所述N为大于1的整数；

第一电源模块，用于获取所述电源模块串联系统的总输出电压和输出电流，以及所述N个电源模块中每个电源模块对应的满载工作时长。

第一电源模块，还用于根据所述总输出电压，计算得到第一平均电压，确定所述第一平均电压所属的电压区间。

第一电源模块，还用于根据所述第一平均电压所属的电压区间，确定所述总输出电压的分配策略，按照所述分配策略对所述总输出电压进行分配，得到N个电压分量。

第一电源模块，还用于根据所述满载工作时长，确定所述每个电源模块对应的电压分量，所述N个电压分量与所述N个电源模块为一一映射关系。

第一电源模块，还用于当所述第一平均电压所属第一电压区间时，将所述第一电压区间对应的第一峰值效率工作电压作为所述N个电源模块中M个电源模块的电压分量，所述M为大于等于0、且小于等于N的整数；根据所述M个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述N个电源模块中除所述M个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。

在一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于计算N个电源模块中除M个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。所述N个电源模块中除M个电源模块之外的其他电源模块的电压分量满足：

其中，所述V

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于当所述第一平均电压属于第二电压区间时，将所述第二电压区间对应的第二峰值效率工作电压作为所述N个电源模块中K个电源模块的电压分量，所述K为大于等于0、且小于等于N的整数；根据所述K个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述N个电源模块中除所述K个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于当N-K大于等于2时，根据所述K个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述N个电源模块中除所述K个电源模块之外的其他电源模块的第二平均电压；当所述第二平均电压属于所述第一电压区间，将所述第一电压区间对应的第一峰值效率工作电压作为所述其他电源模块中P个电源模块的电压分量，所述P为大于等于0、且小于等于N-K的整数；根据所述K个电源模块的电压分量、所述P个电源模块的电压分量以及所述总输出电压，确定所述其他电源模块中除所述P个电源模块之外的剩余电源模块的电压分量。

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于计算第二平均电压和其他电源模块中除P个电源模块之外的剩余电源模块的电压分量。所述第二平均电压满足：

所述其他电源模块中除P个电源模块之外的剩余电源模块的电压分量满足：

其中，所述V

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于当N-K等于1时，将所述总输出电压减去所述K个电源模块的电压分量之和，得到剩余电压，将所述剩余电压作为所述N个电源模块中除所述K个电源模块之外的其他电源模块的电压分量。

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于将所述满载工作时长按照从小到大的顺序与所述N个电压分量按照从大到小的顺序一一映射，得到所述N个电源模块中每个电源模块对应的电压分量。

在另一种可能的设计中，所述第一电源模块，还用于根据所述输出电流，确定所述第一电源模块对应的第一输出限制电流和所述第二电源模块对应的第二输出限制电流。

该多模块输出控制系统执行的操作及有益效果可以参见上述第一方面所述的方法以及有益效果，重复之处不再赘述。

第三方面，本申请实施例提供了一种多模块输出控制系统，该多模块输出控制系统包括通信总线、第一电源模块以及至少一个第二电源模块。其中，通信总线用于实现第一电源模块和各第二电源模块之间连接通信；第一电源模块用于获取电源模块串联系统的总输出电压、输出电流以及N个电源模块中每个电源模块对应的满载工作时长，根据效率寻优控制算法和电源模块的效率特征曲线计算得到N个电压分量，使串联系统中绝大部分的电源模块都工作在最高效率点，通过寿命均衡控制方法，将所述满载工作时长按照从小到大的顺序与所述N个电压分量按照从大到小的顺序一一映射，得到N个电源模块中每个电源模块对应的电压分量，通过动态调整每个电源模块的电压分量，从而平衡各电源模块的使用寿命；第二电源模块用于上传自身的满载工作时长，接收第一电源模块分配的电压分量，以及执行自身的输出电流限制策略，确保工作在恒压状态。采用主从模块控制方式，通过第一电源模块控制各电源模块的工作状态，根据效率寻优算法让绝大部分的电源模块工作在最高效率点，根据寿命均衡方法动态调整各电源模块的使用寿命，实现系统的高效率和长寿命工作，提升系统的鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是本申请提供的一种多模块输出控制系统的结构示意图；

图2是本申请提供的一种多模块输出控制方法的流程示意图；

图3是本申请提供的一种电源模块的效率特征曲线示意图；

图4是本申请提供的一种多模块输出控制系统的串联接线方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

如图1所示，图1是本申请实施例提供的一种多模块输出控制系统的结构示意图，该多模块输出控制系统包括通信总线101、第一电源模块102以及至少一个第二电源模块103。其中，各个模块的详细描述如下。

通信总线101，用于实现第一电源模块102和各第二电源模块103之间的连接通信，传递指令和/或数据信号，通信总线101可以是外设部件互连标准PCI总线或扩展工业标准结构EISA总线等，所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图1中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

第一电源模块102，用于获取电源模块串联系统的总输出电压、输出电流以及N个电源模块中每个电源模块对应的满载工作时长，根据效率寻优控制算法和电源模块的效率特征曲线计算得到N个电压分量，使串联系统中绝大部分的电源模块都工作在最高效率点，通过寿命均衡控制方法，将所述满载工作时长按照从小到大的顺序与所述N个电压分量按照从大到小的顺序一一映射，得到N个电源模块中每个电源模块对应的电压分量，通过动态调整每个电源模块的电压分量，从而平衡各电源模块的使用寿命。

第二电源模块103，用于上传自身的满载工作时长，接收第一电源模块分配的电压分量，以及执行自身的输出电流限制策略，确保工作在恒压状态。

可选的，多模块输出控制系统还可以包括监控系统模块104，监控系统模块104用于设置电源模块串联系统中的总输出电压和输出电流，同时控制所有电源模块的开关机。

可选的，通信总线101还用于实现监控系统模块104与第一电源模块102、第二电源模块103之间连接通信。

需要说明的是，上述多模块输出控制系统可以是一个与用户交互的系统，这个系统可以是硬件系统也可以是软硬件结合的系统，本申请对此不作具体限定。还需说明的是，图1仅是示例性地展示了多模块输出控制系统的一种结构化示意图，在实际应用中可以根据具体情况对图1的多模块输出控制系统进行相应的变换。

如图2所示，图2是本申请实施例提供的一种多模块输出控制方法的流程示意图，该方法包括但不限于如下步骤：

步骤S201：获取电源模块串联系统的总输出电压和输出电流，以及N个电源模块中每个电源模块对应的满载工作时长，N为大于1的整数。

在一种实现方式中，接收监控系统发送的设置电压指令和各电源模块发送的满载工作时长。具体地，多模块输出控制系统包括监控系统，监控系统包括电压设置接口和电流设置接口，用户可以通过电压设置接口设置电源模块串联系统的总输出电压，通过电流设置接口设置电源模块串联系统的输出电流；各第二电源模块将自身的满载工作时长发送到第一电源模块，第一电源模块获取串联系统中每个电源模块的满载工作时长，并统计电源模块的总数N。

在另一种实现方式中，读取第一电源模块保存的默认输出电压和默认输出电流，并接收各电源模块发送的满载工作时长。将默认输出电压作为电源模块串联系统的总输出电压，将默认输出电流作为电源模块串联系统的输出电流；各第二电源模块将自身的满载工作时长发送到第一电源模块，第一电源模块获取串联系统中每个电源模块的满载工作时长，并统计电源模块的总数N。

在一种实施例中，电源模块A以满载输出功率的工作时长为T

其中，T

可选的，计算满载功率时长的过程中也可以引入其他的寿命相关因素，例如工作环境温度，具体过程包括：电源模块B以满载输出功率的工作时长为T

K

其中，T

步骤S202：根据总输出电压，计算得到第一平均电压，确定第一平均电压所属的电压区间。

在本申请实施例中，第一电源模块根据总输出电压和电源模块总数，计算得到第一平均电压，根据多电压档位切换的电压区间分布情况，确定第一平均电压所属的电压区间。其中，第一平均电压的计算公式如下：

其中，V

步骤S203：根据第一平均电压所属的电压区间，确定总输出电压的分配策略，按照分配策略对总输出电压进行分配，得到N个电压分量。

在本申请实施例中，电源模块在实现宽输出电压、高效率、宽输出电流能力时，通常会设置成多电压档位切换。如图3所示，电源模块在整个输出电压范围内的工作效率并非完全一致，甚至会呈现出非线性的特征，根据不同的电压档位切换，在整个输出电压范围内，存在六个电压区间，分别对应着六个峰值效率工作电压V

在一种实现方式中，当第一平均电压小于等于第一峰值效率工作电压时，第一平均电压所属电压区间1，将电压区间1对应的第一峰值效率工作电压作为N个电源模块中M

其中，N个电源模块中除M

其中，V

在另一种实现方式中，当第一平均电压大于第一峰值效率工作电压、且小于等于第二峰值效率工作电压时，第一平均电压所属电压区间2，将电压区间2对应的第二峰值效率工作电压作为N个电源模块中M

当N-M

其他电源模块中除P

其中，V

当N-M

其中，第一剩余电压满足：

V

其中，V

在另一种实现方式中，当第一平均电压大于第二峰值效率工作电压、且小于等于第三峰值效率工作电压时，第一平均电压所属电压区间3，将电压区间3对应的第三峰值效率工作电压作为N个电源模块中M

当N-M

第四平均电压满足：

N-M

其中，V

当N-M

V

其中，V

当N-M

其中，第三剩余电压满足：

V

其中，V

在另一种实现方式中，当第一平均电压大于第三峰值效率工作电压、且小于等于第四峰值效率工作电压时，第一平均电压所属电压区间4，将电压区间4对应的第四峰值效率工作电压作为N个电源模块中M

当N-M

当N-M

其中，第四剩余电压满足：

V

其中，V

在另一种实现方式中，当第一平均电压大于第四峰值效率工作电压、且小于等于第五峰值效率工作电压时，第一平均电压所属电压区间5，将电压区间5对应的第五峰值效率工作电压作为N个电源模块中M

当N-M

当N-M

其中，第五剩余电压满足：

V

其中，V

在另一种实现方式中，当第一平均电压大于第五峰值效率工作电压、且小于等于第六峰值效率工作电压时，第一平均电压所属电压区间6，将电压区间6对应的第六峰值效率工作电压作为N个电源模块中M

当N-M

当N-M

其中，第六剩余电压满足：

V

其中，V

例如，当电源模块串联系统的总输出电压为9000V，电源模块总数为12时，计算得到平均电压为750V，确定所述平均电压750V所属电压区间5，按照上述电压区间5对应的分配方法得到12个电压分量。根据总输出电压和电压区间5对应的第五峰值效率工作电压，按照公式

步骤S204：根据满载工作时长和N个电压分量，确定N个电源模块中每个电源模块对应的电压分量。

在本申请实施例中，将满载工作时长按照从小到大的顺序与N个电压分量按照从大到小的顺序一一映射，得到N个电源模块中每个电源模块对应的电压分量。具体过程包括：将N个电压分量中的最小电压作为满载工作时长最大值的电源模块的电压分量，将N个电压分量中的最大电压作为满载工作时长最小值的电源模块的电压分量。

例如，当电源模块串联系统中有三个电源模块时，根据效率寻优控制算法和总输出电压，计算得到V

V

V

其中，V

取出满载工作时长最小的电源模块，将该电源模块的输出电压设置为V

步骤S205：根据输出电流，确定第一电源模块对应的第一输出限制电流和第二电源模块对应的第二输出限制电流。

在本申请实施例中，为了保证串联系统中每个电源模块工作在恒压状态，第二电源模块的电流输出能力大于第一电源模块的电流输出能力，根据输出电流，将输出电流作为第一电源模块对应的第一输出限制电流I

如图4所示，图4是本申请实施例提供的一种多模块输出控制系统的串联接线方式的结构示意图，该多模块输出控制系统包括N个交流/直流(alternating current/directcurrent，AC/DC)电源模块(AC/DC电源模块1、AC/DC电源模块2、……、AC/DC电源模块N)，N为大于1的整数，N个AC/DC电源模块串联输出。以AC/DC电源模块2为例，AC/DC电源模块2的一端与二极管Do_2的一端、电容Co_2的一端、二极管Dr_2的一端、二极管Do_1的一端、电容Co_1的一端、AC/DC电源模块1的一端连接，为AC/DC电源模块2的正极输出端Vo2+，AC/DC电源模块2的另一端与二极管Do_2的另一端、电容Co_2的另一端、二极管Do_3的一端、电容Co_3的一端、二极管Dr_3的一端、AC/DC电源模块3的一端连接，为AC/DC电源模块2的负极输出端Vo2-，AC/DC电源模块2的正极输出端Vo2+与相邻AC/DC电源模块1的正负极输出端Vo3-串联，AC/DC电源模块2的负极输出端Vo2-与相邻AC/DC电源模块3的正极输出端Vo3+串联，除AC/DC电源模块1和AC/DC电源模块N以外的AC/DC电源模块以此类推。其中，AC/DC电源模块1的一端与二极管Do_1的一端、电容Co_1的一端、二极管Dr_1的一端、串联系统的正极输出端Vout+连接，为AC/DC电源模块1的正极输出端Vo1+，AC/DC电源模块1的另一端与二极管Do_1的另一端、电容Co_1的另一端、二极管Do_2的一端、电容Co_2的一端、二极管Dr_2的一端、AC/DC电源模块2的一端连接，为AC/DC电源模块1的负极输出端Vo1-；AC/DC电源模块N的一端与二极管Do_N的一端、电容Co_N的一端、二极管Dr_N的一端、二极管Do_N-1的一端、电容Co_N-1的一端、AC/DC电源模块N-1的一端连接，为AC/DC电源模块N的正极输出端VoN+，AC/DC电源模块N的另一端与二极管Do_N的另一端、电容Co_N的另一端、电容Co_2的一端、负载RL的另一端连接,为AC/DC电源模块N的负极输出端VoN-。此外，在电源模块串联电路中，每个AC/DC电源模块分别与一个三相交流输入连接，AC/DC电源模块1的正极输出端Vo1+与串联系统的正极输出端Vout+连接，AC/DC电源模块N的负极输出端VoN-与串联系统的负极输出端Vout-连接，串联系统的正极输出端Vout+与负载RL的一端连接，串联系统的负极输出端Vout-与负载RL的另一端连接。在电源模块串联系统中，为了防止AC/DC电源模块的启动时序问题而造成电源系统震荡，因此，在每个AC/DC电源模块的输出端连接二极管进行防护，为了降低反射纹波对串联系统的影响，在每个AC/DC电源模块的输入端采用滤波电容进行滤波。

在本申请实施例中，通过主从电源模块控制方式，第一电源模块根据效率寻优控制算法和电源模块自身的效率特征曲线，让串联系统中绝大部分的电源模块都工作在最高效率点，从而实现整个串联系统的最优工作效率，第一电源模块通过寿命均衡控制方法，当电源模块寿命不均衡时，通过控制各电源模块的电压分量，动态调整每个电源模块的满载工作时长，从而平衡各电源模块的使用寿命，大幅延长无故障运行时间，当串联系统输出端突然连接深度限流负载时，也能快速稳定各电源模块的输出电压，通过控制策略，快速恢复在各电源模块输出功率平衡的稳定工作状态，并提升串联系统的鲁棒性。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。

本申请实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对描述的对象个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。