多价供电系统

本发明涉及一种直流供电系统，它可以改变结构并适应负荷的型式及应用设计。它由一组并行布置的机箱组成，以充分利用该设备供给一个负荷或一组负荷或电池组。

本发明的系统特别适用于工作在高功率水平下的供电系统，这时必须将若干低功率水平的子系统组合起来，就需要避免当他们的输出并联在一起时的不一致性问题。

近年来供电系统的发展已趋向模块及可变结构系统，使他们的容量可以与其供给的负荷相一致。因此，不利于适应不同输出电流、电压等范围的大范围的供电系统。

由M.J.Model和H.E.Gronloh于1992年10月华盛顿召开的第ⅩⅣ次国际无线电通讯能量会议（INTELEC）论文集359页至364页上发表的“一种新型集中的或分散应用的电源设备”文章中，提出了多价的概念，并叙述了其可能的结构。

为此，它从一个基本结构模块开始，以下称之为机箱，就是应用这种电源。该机箱由一组换流器模块组成，它们将交流转换为直流。其输出提供直流电流，供给接到此机箱的电池或一组电池及负荷。电池组是当电力网故障时，向负荷供电用的。还必须有一个控制模 块来调节电压和（或者）电流，以保持它们在予定的正常范围内。

为了改善设备以提高可靠性，降低费用，将上述的几个机箱组合在一起，因此得到一个模块式供电系统，可容易地使其容量适合于负荷的需要。

这些安排是由将这些机箱的输出并联来达到的。有两种结构型式：集中式并联，分散式并联。在第一种型式中，所有的电池一般布置在同一个房间中，因此，所有机箱都以同样的方式给负荷和电池供电。在第二种型式中，每个电池通常是在其所联结的机箱内，并且也具有供给其自身联结的负荷的功能。

但是，实际实现这种结构会带来由于在负荷之间和（或者）机箱之间的不平衡所提出的多种问题。这至少会缩短电池和设备的使用寿命。

根据现有技术，这个问题通常由使用平衡机箱提供的电流水平的均衡棒来克服，作为代价是引入功率损耗。或由增加电子回路的方法。

所克服的技术问题是达到对由机箱提供的电流的控制，使其为不同的系统参数和结构的函数。因而电池、负荷和电源供给设备的有效寿命，不会由于电流过负荷和温度等原因而减少。

为了克服上述问题，该系统应由一个交流分配器组成，它将由电力网来的电流供到若干机箱中，机箱内的一些换流器将交流转换为直流，并且机箱中的电池能在电力网事故的情况下，向负荷供电。该 系统根据由每个机箱提供的并集中到一个机箱的电流控制。该机箱内有一个整套设备控制模块，它有提供整个系统控制的功能。它接收整套装置的所有状态变量的信息，从而建立每个机箱必须供给的电流，也包括它自身的电流，以便系统能按照所选择的方案正确地工作。

为此目的，该系统有第一多点通讯通道，它们配置到每个机箱的控制模块。这样，就使每个机箱可将其状态变量的值通知负责整个系统控制的机箱，供其运行和（或）计算某些测量量，该机箱还收到结构命令及应供出的电流值。

由此，在集中式并联结构型式下，其目的是在整个机箱组合中每个运行的换流器应提供相同的电流，该电流就是每个机箱被通知的每个换流器应供给的电流。

在分散式并联结构型式下，其目的是在正常运行条件下，棒中的电流为零。为此，每个机箱必须只向与其连结的电池和负荷提供电流，因此，从任何一个机箱中的若干换流器供出的电流必须总是相等的，但是并不一定等于另一个机箱的换流器供出的电流。

在上述任何一种情况下，该系统建立对任何输出参数：如输出电压，输出电流等的调节。它是由负责整个系统控制的机箱的控制模块控制的数字处理智能反馈回路完成的。由给定值的范围及所控制的状态变量的范围解决带有多个驱动源的回路固有的稳定问题。由此，将第一个窄范围值给定到第一状态变量或状态变量的组合。 当所述状态变量位于该范围以外时，一个机箱按照快速调整过程动作;当所述状态变量位于该范围之内时，则该机箱按照慢速调整过程动作。按类似的方式，带有被加权到包括第一个范围的较宽的第二范围的第二状态变量或状态变量的组合，被给定到剩下的其余机箱。当第二个状态变量或状态变量的组合位于该范围之外，同时第一变量在第一范围之内时，按快速调整过程动作，在其它情况下，按慢速调整过程动作。

按照这种方法，由除了负责系统控制的机箱以外的其它机箱，以及由负责系统控制的机箱的调节可以达到一个近似平衡点。由这种方法，可以避免这类多回路所固有的不稳定性。

做为这种运行观点的后果，可以对用集中式并联结构或分散式并联结构的任何数量的机箱组成的任何系统结构进行控制。也有可能使其与等值系统结合，组成高阶系统。也有可能有一个远程终端，利用到负责整个系统控制的机箱内的系统控制模块的连线，进行结构数据输入，并且显示系统的总状态。

根据所附的图，本发明的更详细的解释给出如下：

-图1给出按照本发明由一系列分散式并联结构（a）和集中式并联结构（b）的机箱组成的电源系统的组成，

-图2示出将如图1（a）的系统组合起来构成的高阶系统。

方框图1（a）和1（b），各自给出一个电源系统的结构，分别为分散式并联结构和集中式并联结构。在第一种情况下，每个机箱由一 个控制回路6和供电给电池3及所连接的负荷4的换流器5组成。每个机箱由一个交流电分配器1供电。该交流电分配器将由电力网11供应电流。

电池3的并联结构允许由机箱21或22供给的电流全部或部分故障，此时由剩下的机箱替代，直到故障机箱被恢复。这样就增强了系统的可靠性。类似地，在集中式并联结构下，为了系统优化，每个换流器5供给的电流是相同的。在换流器5故障的情况下，所缺少的电流将由剩下的工作的换流器平均分担。

为了正确地运行，所有机箱21、22及负荷4必须是相同的。在实际中做不到这种情况，只能用很昂贵的平衡办法来达到。

由图1可看出，本发明利用一个多点通讯通道7，它将所有机箱21、22的控制模块6与整套设备的控制模块8连接起来，以在一个负责整个系统控制的机箱21及剩下的其余机箱22之间交换信息，这些其余的机箱分别将它们得到的状态变量值报告给负责整个系统控制的机箱，并且根据在负责整个系统控制的机箱21中的整套设备的控制模块8中编入的准则，收到需要供出的电流的命令。

在此意义上，除了在负责整个系统控制的机箱21中的整套设备的控制模块的决策准则以外，集中式并联系统与分散式并联系统是等效的。

还有一个远方终端9，用于显示和输入数据，以形成系统并监视所发生的事件。

用这种方法组成的系统，可以对任何状态变量或状态变量的组合进行调整，使下述的集中式并联结构（图1（b））中的换流器之间达到均衡地分配总的输出电流。

在此情况下，从所有换流器5来的电流是相同的，并且由所有机箱21、22来的总电流等于负荷所需要的电流。如果由于某种原因，例如负荷发生变化，总的电流就变化，便产生换流器分配电流的不均衡。

在这种情况下，整套设备的控制模块8向一个机箱给定在第一范围内调整所须保持的电压值，同时向其它的机箱发出须供出电流的新值。该新值是经计算得到的，以使在第二较宽的范围内使第一个范围以加权的形式嵌套在第二个范围中形成均衡。

如果这个值超出上述第一范围，由所在的机箱快速地达到使其电压的值维持恒定;如果在第一个范围之内，则慢速地调整。但是，其它的机箱则按照一个慢速的适应过程，除非它们的电流超出了第二个范围，同时电压位于第一个范围之内。

这些范围值或容许偏差窗口以及状态变量或状态变量组合已经根据所用的机箱的参数的容许偏差，适当地进行了选择，使系统可无条件地稳定，并且避免了多回路的问题。

在分散式并联结构情况下，其控制方法是类似的。

最后，按这种方法组成的供电系统可以与其它类似系统依次并联安装。由第2多点通讯通道12互相连接，由系统控制模块10控 制。该模块对所构成的另一个具有更高阶数的系统进行全面控制，并且由与所述系统控制模块10相连的同一个远程终端9进行监视。