本發(fā)明涉及基于效率和均流偏差期望加權(quán)和矩陣的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)點確定方法，能準確快速確定并聯(lián)供電系統(tǒng)的效率和均流綜合性能指標最優(yōu)工作點，為并聯(lián)供電系統(tǒng)實現(xiàn)高的效率和均流性能綜合指標優(yōu)化控制提供支撐，該方法同樣適用于其他電子設(shè)備并聯(lián)運行時效率和均流綜合性能指標最優(yōu)工作點的確定。
背景技術(shù)：
：大功率并聯(lián)供電電源其為多個電源模塊并聯(lián)輸出結(jié)構(gòu)，由于具備兼容性強、可N+m冗余備份、可靠性強、性價比高、設(shè)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(shè)計的首選方案之一，均流技術(shù)已成為并聯(lián)供電的核心技術(shù)。均流技術(shù)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(yīng)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，并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能的高低直接關(guān)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(dǎo)致采用傳統(tǒng)均流控制方案(即在線運行電源模塊數(shù)量不變，通過均流控制算法調(diào)節(jié)每個電源模塊的輸出電流達到均流目標和負荷匹配目標的方案)的并聯(lián)供電系統(tǒng)中電源模塊工作范圍涵蓋輕載，半載，額定負載及過載等工況。一方面，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，不能確保系統(tǒng)在不同負載電流情況下都具有較高的均流性能；另一方面，電源模塊在不同負載情況下，其工作效率也不同，也不能確保系統(tǒng)在不同負載工況下均具有較高效率。所以，需要一種方法來確定并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流性能綜合指標最優(yōu)工作點。現(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。但是存在以下兩個問題：一、不能實現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)均流性能處于較好狀態(tài)；二、并聯(lián)供電系統(tǒng)不能實現(xiàn)較高的效率。為了實現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)在不同負載情況下效率和均流效果綜合性能指標，首要先決條件是必須確定并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流效果綜合性能指標最優(yōu)情況下的工作點，其為并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能優(yōu)化控制的前提。然而，通過檢索現(xiàn)有的論文和專利發(fā)現(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)一種可靠和實用的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)工作點確定方法用于確定效率和均流綜合性能最優(yōu)時系統(tǒng)工作點。因而要實現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流性能的優(yōu)化控制，一種兼顧效率和均流性能并且可靠和實用的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)工作點確定方法就顯得尤為重要，其對于并聯(lián)供電系統(tǒng)的優(yōu)化可靠運行具有重要的影響。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提出了基于效率和均流偏差期望加權(quán)和矩陣的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)點確定方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于效率和均流偏差期望加權(quán)和矩陣的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)點確定方法，其步驟如下：(1)以周期T為間隔時間對K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流Iout按照步進量為等增量調(diào)節(jié)；將第i次程控電子負載電流值標記為對應(yīng)的第i次電源模塊均流目標值標記為i為當前程控電子負載次數(shù)；(2)以周期Ts為間隔對并聯(lián)供電系統(tǒng)的電源模塊輸出電流、輸出電壓和輸入功率進行采集；(3)建立由K×U×V個元素構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)的電源模塊輸出電流數(shù)組{Datacurr(m)(i)(j)}，電源模塊輸出電壓數(shù)組{Datavolt(m)(i)(j)}和電源模塊輸入功率數(shù)組{P(m)(i)(j)}，其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U，j＝1,2,...V，K為并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量，其為大于1的正整數(shù)，U為程控電子負載工作電流的調(diào)節(jié)次數(shù)，V為每一次電子負載情況下需采集模塊輸出電流、輸出電壓和輸入功率的次數(shù)，其為大于1的正整數(shù)，m為當前電源模塊序號，i為當前程控電子負載次數(shù)，j為當前采集次數(shù)；(4)獲取序號為m的電源模塊的均流相對偏差其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U，j＝1,2,...V；(5)獲取序號為m的電源模塊的效率其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U，j＝1,2,...V；(6)獲取序號為m的電源模塊的均流相對偏差δ(m)(i)(j)的數(shù)學(xué)期望其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U；(7)獲取序號為m的電源模塊的效率η(m)(i)(j)的數(shù)學(xué)期望其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U；(8)獲取ηmi和Emi的加權(quán)和a∈[0,1]；并以γmi為元素構(gòu)建矩陣A＝(γmi)K×U,滿足(9)得到矩陣A＝(γmi)K×U的1范數(shù)||A||1對應(yīng)的負載電流序號a值，即成立所對應(yīng)的a值，其中：a∈[1,U],i∈[1,U]；該a值即為模塊負載電流為時系統(tǒng)的效率和均流綜合性能指標最優(yōu)；并得到令效率和均流綜合性能指標最優(yōu)的電源模塊的輸出電流為Iref：所述步驟(2)中，將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下采樣的第j個電流數(shù)據(jù)標記為Datacurr(m)(i)(j)；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下采樣的第j個電壓數(shù)據(jù)標記為Datavolt(m)(i)(j)；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下采樣的第j個輸入功率數(shù)據(jù)標記為P(m)(i)(j)；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下計算的第j個效率記為η(m)(i)(j)；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下效率平均值標記為ηmi；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下采樣的第j個電流數(shù)據(jù)與電源模塊均流目標值Iref(i)相對偏差標記為δ(m)(i)(j)；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下的電流數(shù)據(jù)與電源模塊均流目標值相對偏差的數(shù)學(xué)期望標記為Emi；將第m個序號的電源模塊在第i次電子負載電流情況下效率平均值和均流偏差數(shù)學(xué)期望的加權(quán)和標記為γmi。本發(fā)明首先，獲取由K個電源模塊組成的并聯(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)每個電源模塊效率η和實際電流值與期望均流值相對偏差的數(shù)學(xué)期望Ε；其次，求取不同負載情況下電源模塊的效率η和均流相對偏差期望Ε加權(quán)和a∈[0,1]并以γ為元素構(gòu)建K個電源模塊在不同負載情況下的矩陣A；最后，計算該矩陣的1范數(shù)||A||1及對應(yīng)情況下統(tǒng)效率和均流綜合性能指標最優(yōu)時電源模塊的負載工作點電流Iref。由于相同規(guī)格的電源模塊其特性總體保持一致，因而通過確定K(K的大小可由用戶確定，本發(fā)明K暫定為10)個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能最優(yōu)點的負載電流值即可獲得任意數(shù)量的電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能最優(yōu)工作點。其具有以下優(yōu)勢：(1)本發(fā)明能綜合兼顧并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流性能指標，具有顯著的經(jīng)濟性和系統(tǒng)可靠性；(2)本發(fā)明通過構(gòu)建全負載情況下的效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和矩陣A＝(γmi)K×U并計算A＝(γmi)K×U的1范數(shù)||A||1及其對應(yīng)的負載電流Iref。||A||1表征了并聯(lián)供電系統(tǒng)均流過程中效率和均流綜合性能指標最優(yōu)及其對應(yīng)的在線模塊負載電流值，為并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流優(yōu)化控制提供依據(jù)。(3)本發(fā)明所述的基于效率和均流偏差期望加權(quán)和矩陣的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)點確定方法具有可靠性高，實用性強、數(shù)據(jù)處理簡單易行等特點；可有效確定并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合指標最優(yōu)對應(yīng)的工作點，為并聯(lián)供電系統(tǒng)安全、高效、可靠運行提供可靠保證。附圖說明圖1為并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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)明提供了基于效率和均流偏差期望加權(quán)和矩陣的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)點確定方法，圖1所示為并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖1功能是獲取并聯(lián)供電系統(tǒng)在不同負載條件下在線模塊效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和矩陣，進而確定該矩陣1范數(shù)對應(yīng)的最優(yōu)負載電流，主要包括上位機(PC機)、程控電子負載、電源模塊、功率計等。上位機(PC機)1主要功能為獲取在線模塊IP地址、輸入功率、模塊輸出電流、輸出功率、控制程控電子負載工作電流、計算效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和矩陣1范數(shù)對應(yīng)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(shè)定、接收上位機命令數(shù)據(jù)和上傳輸出電流、輸出功率給上位機；功率計主要用于測量在線模塊的輸入功率。均流調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn)有無通信總線自主均流方式和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。并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能測試系統(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(shè)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為負載電流工作點數(shù)量，即并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流Iout按照步進量為等增量從變化到(涵蓋輕載、半載、額定載及過載工況，U必須為不小于20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最小的模塊序號，m＝2為IP次最小模塊序號，…，以此類推m＝K為IP最大的模塊序號；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在線電源模塊輸出電流、輸出電壓和輸入功率數(shù)據(jù)采樣數(shù)量，V可根據(jù)實際需要設(shè)定大小。Datacurr(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)；Datavolt(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個輸出電壓采樣數(shù)據(jù)；P(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個輸入功率采樣數(shù)據(jù)；η(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計算出來的第j個效率數(shù)據(jù)，滿足：ηmi為序號為m的電源模塊在條件下V個η(m)(i)(j)的數(shù)學(xué)期望，滿足：為模塊在條件下均流目標參考值，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：Emi為序號為m的電源模塊在條件下V個δ(m)(i)(j)的數(shù)學(xué)期望，滿足：α為加權(quán)系數(shù)，滿足：α∈[0,1]；γmi為序號為m的電源模塊在條件下效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和，滿足：A＝(γmi)K×U為效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和矩陣。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3V個樣本數(shù)據(jù)，因而，上位機共需采集3×K×V個數(shù)據(jù)。假設(shè)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＝3×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(guān)，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(yīng)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電源模塊的電流輸出與均流目標參考值之間的動態(tài)響應(yīng)來評價模塊的均流性能。由數(shù)理統(tǒng)計知識可知，均流相對偏差數(shù)列的數(shù)學(xué)期望表征的是實際值與目標值之間的總體一致性，體現(xiàn)其階躍響應(yīng)過程中的精確度，可反映電源模塊均流性能指標；其次，并聯(lián)供電系統(tǒng)在滿足均流性能指標的同時，應(yīng)該兼顧系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)運行經(jīng)濟效益由運行效率決定，其體現(xiàn)系統(tǒng)在運行過程中的能耗指標。為使并聯(lián)供電系統(tǒng)綜合考慮效率和均流指標，在基于最優(yōu)控制方面的理論的基礎(chǔ)上，構(gòu)建效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和及其對應(yīng)的矩陣；最后，通過求取效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和矩陣A＝(γmi)K×U的1范數(shù)||A||1確定并聯(lián)供電系統(tǒng)綜合性能最優(yōu)值及其對應(yīng)的負載電流。這是基于A＝(γmi)K×U的1范數(shù)||A||1的物理意義表明并聯(lián)供電系統(tǒng)處在何種負載電流下效率和均流綜合性能最好。在t∈((i-1)T,iT],(U≥i≥1)，電子負載電流為則模塊的均流目標參考電流為：Iref(i)=i20INpK=i20IN,U≥i≥1,---(1)]]>獲取序號為m的電源模塊輸出電流采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：Datacurr(m)(i)(j)，(K≥m≥1，U≥i≥1，V≥j≥1)，因而，其均流相對偏差δ(m)(i)(j)為：δ(m)(i)(j)=|Datacurr(m)(i)(j)-Iref(i)Iref(i)|,---(2)]]>求取序號為m的電源模塊在條件下δ(m)(i)(j)關(guān)于j的數(shù)學(xué)期望Emi為：Emi=1VΣj=1Vδ(m)(i)(j),---(3)]]>Emi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平均值，Emi越小表明電源模塊的在條件下均流性能越好。求取序號為m的電源模塊在條件效率η(m)(i)(j)為：η(m)(i)(j)=Datacurr(m)(i)(j)×Datavolt(m)(i)(j)P(m)(i)(j)×100%,---(4)]]>求取序號為m的電源模塊在條件下η(m)(i)(j)關(guān)于j的數(shù)學(xué)期望ηmi為：ηmi=Σj=1Vη(m)(i)(j)V,---(5)]]>ηmi的物理意義為：序號為m的電源模塊在條件下的效率的平均值，ηmi越大表明電源模塊的在條件下經(jīng)濟性能越好，越節(jié)能；求取效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和γmi為：γmi=(1-α)ηmi+αEmi,---(6)]]>γmi的物理意義為：將系統(tǒng)效率性能和均流性能統(tǒng)一到一個綜合的性能指標來考慮，其有利于系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計；構(gòu)建以效率和均流偏差數(shù)學(xué)期望加權(quán)和γmi為元素的矩陣A＝(γmi)K×U：A=γ11γ12...γ1Uγ21γ22...γ2U............γK1γK2...γKU,---(7)]]>求解矩陣A＝(γmi)K×U的1-范數(shù)||A||1：||A||1=maxi(Σm=1K|γmi|),i=1,2,...U,---(8)]]>||A||1的物理意義為：由K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能最優(yōu)。令||A||1對應(yīng)的i值為a，即滿足不等式：Σm=1K|γma|≥Σm=1K|γmi|,a∈[1,U],i=1,2,...U,---(9)]]>則并聯(lián)供電系統(tǒng)效率和均流綜合性能最優(yōu)時電源模塊對應(yīng)的負載電流Iref為：Iref=a20IN.---(10)]]>本發(fā)明提供了基于效率和均流偏差期望加權(quán)和矩陣的并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)點確定方法，包括如下步驟：(1)以周期T為間隔時間對K個電源模塊組成的并聯(lián)供電系統(tǒng)負載電流Iout按照步進量為等增量調(diào)節(jié)；將第一次程控電子負載電流值標記為對應(yīng)的第一次模塊均流目標值標記為當前電子負載次數(shù)為i，令i＝1；(2)以周期Ts為間隔對并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊輸出電流、輸出電壓和輸入功率進行采集。作為一個示例，將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下采樣的第一個電流數(shù)據(jù)標記為Datacurr(1)(1)(1)；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下采樣的第一個電壓數(shù)據(jù)標記為Datavolt(1)(1)(1)；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下采樣的第一個輸入功率數(shù)據(jù)標記為P(1)(1)(1)；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下計算的第一個效率記為η(1)(1)(1)；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下效率平均值標記為η11；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下采樣的第一個電流數(shù)據(jù)與模塊均流目標值Iref(1)相對偏差標記為δ(1)(1)(1)；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下的電流數(shù)據(jù)與模塊均流目標值相對偏差的數(shù)學(xué)期望標記為E11；將第一個序號的電源模塊在第一次電子負載電流情況下效率平均值和均流偏差數(shù)學(xué)期望的加權(quán)和標記為γ11；當前電源模塊序號為m，令m＝1；當前電子負載次數(shù)為i，令i＝1；當前采集電流次數(shù)為j，令j＝1；(3)建立由K×U×V個元素構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)的電源模塊輸出電流數(shù)組{Datacurr(m)(i)(j)}，電源模塊輸出電壓數(shù)組{Datavolt(m)(i)(j)}和電源模塊輸入功率數(shù)組{P(m)(i)(j)}，其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U，j＝1,2,...V；K為并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊數(shù)量，其為大于1的正整數(shù)；U為程控電子負載工作電流的調(diào)節(jié)次數(shù)。為滿足評價覆蓋輕載、半載、額定負載和過載情況，U的值大于20；V為每一次電子負載情況下需采集電源模塊輸出電流、輸出電壓和輸入功率的次數(shù)，其為大于1的正整數(shù)；m為當前電源模塊序號，i為當前程控電子負載次數(shù)，j為當前采集次數(shù)。(4)求解序號為m的電源模塊均流相對偏差其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U，j＝1,2,...V；(5)求解序號為m的電源模塊效率其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U，j＝1,2,...V；(6)求解序號為m的電源模塊δ(m)(i)(j)的數(shù)學(xué)期望其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U；(δ(m)(i)(j),Emi越小表明模塊的均流性能越好)(7)求解序號為m的電源模塊η(m)(i)(j)的數(shù)學(xué)期望其中m＝1,2,...K，i＝1,2,...U；(η(m)(i)(j),ηmi越大表明模塊的效率性能越好)(8)計算效率ηmi和期望Emi的加權(quán)和a∈[0,1](γmi越大表明模塊的綜合性能越好)；并以γmi為元素構(gòu)建矩陣A＝(γmi)K×U,滿足(9)求解矩陣A＝(γmi)K×U的1范數(shù)||A||1對應(yīng)的負載電流序號a值，即成立所對應(yīng)的a值，其中：a∈[1,U],i∈[1,U]；該a值即為模塊負載電流為時系統(tǒng)的效率和均流綜合性能指標最優(yōu)；令效率和均流綜合性能指標最優(yōu)情況下模塊輸出電流為Iref滿足(10)并聯(lián)供電系統(tǒng)最優(yōu)工作點確定結(jié)束；實施例不應(yīng)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(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3