專利名稱：多價供電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流供電系統，它可以改變結構并適應負荷的型式及應用設計。它由一組并行布置的機箱組成，以充分利用該設備供給一個負荷或一組負荷或電池組。
本發明的系統特別適用于工作在高功率水平下的供電系統，這時必須將若干低功率水平的子系統組合起來，就需要避免當他們的輸出并聯在一起時的不一致性問題。
近年來供電系統的發展已趨向模塊及可變結構系統，使他們的容量可以與其供給的負荷相一致。因此，不利于適應不同輸出電流、電壓等范圍的大范圍的供電系統。
由M.J.Model和H.E.Gronloh于1992年10月華盛頓召開的第ⅩⅣ次國際無線電通訊能量會議(INTELEC)論文集359頁至364頁上發表的“一種新型集中的或分散應用的電源設備”文章中，提出了多價的概念，并敘述了其可能的結構。
為此，它從一個基本結構模塊開始，以下稱之為機箱，就是應用這種電源。該機箱由一組換流器模塊組成，它們將交流轉換為直流。其輸出提供直流電流，供給接到此機箱的電池或一組電池及負荷。電池組是當電力網故障時，向負荷供電用的。還必須有一個控制模塊來調節電壓和(或者)電流，以保持它們在予定的正常范圍內。
為了改善設備以提高可靠性，降低費用，將上述的幾個機箱組合在一起，因此得到一個模塊式供電系統，可容易地使其容量適合于負荷的需要。
這些安排是由將這些機箱的輸出并聯來達到的。有兩種結構型式集中式并聯，分散式并聯。在第一種型式中，所有的電池一般布置在同一個房間中，因此，所有機箱都以同樣的方式給負荷和電池供電。在第二種型式中，每個電池通常是在其所聯結的機箱內，并且也具有供給其自身聯結的負荷的功能。
但是，實際實現這種結構會帶來由于在負荷之間和(或者)機箱之間的不平衡所提出的多種問題。這至少會縮短電池和設備的使用壽命。
根據現有技術，這個問題通常由使用平衡機箱提供的電流水平的均衡棒來克服，作為代價是引入功率損耗。或由增加電子回路的方法。
所克服的技術問題是達到對由機箱提供的電流的控制，使其為不同的系統參數和結構的函數。因而電池、負荷和電源供給設備的有效壽命，不會由于電流過負荷和溫度等原因而減少。
為了克服上述問題，該系統應由一個交流分配器組成，它將由電力網來的電流供到若干機箱中，機箱內的一些換流器將交流轉換為直流，并且機箱中的電池能在電力網事故的情況下，向負荷供電。該系統根據由每個機箱提供的并集中到一個機箱的電流控制。該機箱內有一個整套設備控制模塊，它有提供整個系統控制的功能。它接收整套裝置的所有狀態變量的信息，從而建立每個機箱必須供給的電流，也包括它自身的電流，以便系統能按照所選擇的方案正確地工作。
為此目的，該系統有第一多點通訊通道，它們配置到每個機箱的控制模塊。這樣，就使每個機箱可將其狀態變量的值通知負責整個系統控制的機箱，供其運行和(或)計算某些測量量，該機箱還收到結構命令及應供出的電流值。
由此，在集中式并聯結構型式下，其目的是在整個機箱組合中每個運行的換流器應提供相同的電流，該電流就是每個機箱被通知的每個換流器應供給的電流。
在分散式并聯結構型式下，其目的是在正常運行條件下，棒中的電流為零。為此，每個機箱必須只向與其連結的電池和負荷提供電流，因此，從任何一個機箱中的若干換流器供出的電流必須總是相等的，但是并不一定等于另一個機箱的換流器供出的電流。
在上述任何一種情況下，該系統建立對任何輸出參數如輸出電壓，輸出電流等的調節。它是由負責整個系統控制的機箱的控制模塊控制的數字處理智能反饋回路完成的。由給定值的范圍及所控制的狀態變量的范圍解決帶有多個驅動源的回路固有的穩定問題。由此，將第一個窄范圍值給定到第一狀態變量或狀態變量的組合。當所述狀態變量位于該范圍以外時，一個機箱按照快速調整過程動作;當所述狀態變量位于該范圍之內時，則該機箱按照慢速調整過程動作。按類似的方式，帶有被加權到包括第一個范圍的較寬的第二范圍的第二狀態變量或狀態變量的組合，被給定到剩下的其余機箱。當第二個狀態變量或狀態變量的組合位于該范圍之外，同時第一變量在第一范圍之內時，按快速調整過程動作，在其它情況下，按慢速調整過程動作。
按照這種方法，由除了負責系統控制的機箱以外的其它機箱，以及由負責系統控制的機箱的調節可以達到一個近似平衡點。由這種方法，可以避免這類多回路所固有的不穩定性。
做為這種運行觀點的后果，可以對用集中式并聯結構或分散式并聯結構的任何數量的機箱組成的任何系統結構進行控制。也有可能使其與等值系統結合，組成高階系統。也有可能有一個遠程終端，利用到負責整個系統控制的機箱內的系統控制模塊的連線，進行結構數據輸入，并且顯示系統的總狀態。
根據所附的圖，本發明的更詳細的解釋給出如下-

圖1給出按照本發明由一系列分散式并聯結構(a)和集中式并聯結構(b)的機箱組成的電源系統的組成，-圖2示出將如圖1(a)的系統組合起來構成的高階系統。
方框圖1(a)和1(b)，各自給出一個電源系統的結構，分別為分散式并聯結構和集中式并聯結構。在第一種情況下，每個機箱由一個控制回路6和供電給電池3及所連接的負荷4的換流器5組成。每個機箱由一個交流電分配器1供電。該交流電分配器將由電力網11供應電流。
電池3的并聯結構允許由機箱21或22供給的電流全部或部分故障，此時由剩下的機箱替代，直到故障機箱被恢復。這樣就增強了系統的可靠性。類似地，在集中式并聯結構下，為了系統優化，每個換流器5供給的電流是相同的。在換流器5故障的情況下，所缺少的電流將由剩下的工作的換流器平均分擔。
為了正確地運行，所有機箱21、22及負荷4必須是相同的。在實際中做不到這種情況，只能用很昂貴的平衡辦法來達到。
由圖1可看出，本發明利用一個多點通訊通道7，它將所有機箱21、22的控制模塊6與整套設備的控制模塊8連接起來，以在一個負責整個系統控制的機箱21及剩下的其余機箱22之間交換信息，這些其余的機箱分別將它們得到的狀態變量值報告給負責整個系統控制的機箱，并且根據在負責整個系統控制的機箱21中的整套設備的控制模塊8中編入的準則，收到需要供出的電流的命令。
在此意義上，除了在負責整個系統控制的機箱21中的整套設備的控制模塊的決策準則以外，集中式并聯系統與分散式并聯系統是等效的。
還有一個遠方終端9，用于顯示和輸入數據，以形成系統并監視所發生的事件。
用這種方法組成的系統，可以對任何狀態變量或狀態變量的組合進行調整，使下述的集中式并聯結構(圖1(b))中的換流器之間達到均衡地分配總的輸出電流。
在此情況下，從所有換流器5來的電流是相同的，并且由所有機箱21、22來的總電流等于負荷所需要的電流。如果由于某種原因，例如負荷發生變化，總的電流就變化，便產生換流器分配電流的不均衡。
在這種情況下，整套設備的控制模塊8向一個機箱給定在第一范圍內調整所須保持的電壓值，同時向其它的機箱發出須供出電流的新值。該新值是經計算得到的，以使在第二較寬的范圍內使第一個范圍以加權的形式嵌套在第二個范圍中形成均衡。
如果這個值超出上述第一范圍，由所在的機箱快速地達到使其電壓的值維持恒定;如果在第一個范圍之內，則慢速地調整。但是，其它的機箱則按照一個慢速的適應過程，除非它們的電流超出了第二個范圍，同時電壓位于第一個范圍之內。
這些范圍值或容許偏差窗口以及狀態變量或狀態變量組合已經根據所用的機箱的參數的容許偏差，適當地進行了選擇，使系統可無條件地穩定，并且避免了多回路的問題。
在分散式并聯結構情況下，其控制方法是類似的。
最后，按這種方法組成的供電系統可以與其它類似系統依次并聯安裝。由第2多點通訊通道12互相連接，由系統控制模塊10控制。該模塊對所構成的另一個具有更高階數的系統進行全面控制，并且由與所述系統控制模塊10相連的同一個遠程終端9進行監視。
權利要求
1.由一個交流分配器(1)組成的多價供電系統。分配器將由電力網(11)來的電流供到N個機箱(21，22)組成的機箱組，并將交流電轉換為直流電，以供電給其所連接的負荷(4)。該系統中N個機箱(21，22)中的每一個有若干數量的換流器(5)及一個調節由該組換流器(5)供出電流的機箱控制模塊(6)，在分散式系統的情況下，還有一個電池(3)與之相連。或者在集中式系統的情況下所有的機箱共用同一個電池(3)。這些電池的任務是當電力網故障的情況下，供電給負荷(4)。其特征是，一個機箱(21)負責整個系統的控制，含有整套設備的控制模塊(8)。該模塊根據系統的結構、負荷及在其發生的情況，利用與所有機箱(21，22)的機箱控制模塊(6)的連接的第一多點通訊通道(7)，向所有機箱(21，22)，發出有關構形，控制和監視命令。
2.根據權利要求1的系統，其特征是它也可以與另一由M個等值系統組成的組連接，其中一個等值系統含有一個系統控制模塊(10)，因此，它可以按與前述例子類似的方法，利用第二多點通訊通道(12)，對M個系統組成的組進行全面控制，因此形成一個更高階數的系統。
3.根據權利要求1的系統，其特征是它可以支持集中式及分散式并聯結構。由于在負責整個系統控制(21)的機箱內的整套設備的控制模塊(8)所進行的控制，根據相應的結構，建立機箱(21，22)中所有的換流器應供給的電流。
4.根據權利要求3的系統，其特征是在集中式并聯結構的情況下，根據其結構，負責整個系統控制(21)的機箱建立由所有機箱(21，22)供給的電流，使不管屬于哪個機箱(21，22)的每個和每個運行的換流器(5)供出的正常電流相等。
5.根據權利要求3的系統，其特征是在分散式并聯結構的情況下，根據其結構，在負責整個系統控制(21)的機箱內的整套設備的控制模塊(8)建立由所有機箱(21，22)供出的電流。使得它們每一個供出的正常電流都與其自身的負荷及在對稱的事故中的電池相符合。除了其中一個機箱或換流器故障，此時，向其所連接的負荷的電流的缺少值是由剩下的運行中的機箱(21，22)提供。
6.根據權利要求1的系統，其特征是負責整個系統控制(21)的機箱中的整套設備的控制模塊(8)將帶有第一范圍值的第一狀態變量或狀態變量組合分派給一個機箱，并且將帶有比第一范圍有更廣加權的第二范圍的第二狀態變量或狀態變量的組合分派給其它的那些機箱，從而-不論第二狀態變量的值如何，當第一狀態變量或狀態變量的組合的值在第一范圍之外，該變量所分派的機箱負責快速調整過程，-當第一狀態變量或狀態變量的組合在第一范圍之內時，分派給該第一變量的機箱負責慢的修正過程，-當第二狀態變量或狀態變量組合在第二范圍之內時，分派該第二變量的機箱負責慢的修正過程，-當第二狀態變量或狀態變量組合在第二范圍之外時，如果同時，第一狀態變量在第一范圍之內，分派該第二狀態變量及狀態變量組合的機箱負責快速過程;如果同時，第一狀態變量在第一范圍之外，則分派該第二狀態變量及狀態變量組合的機箱負責慢速過程。
7.根據權利要求1的系統，其特征是它有一個遠程終端(9)，用于顯示及輸入數據。該終端連到負責整個系統控制(21)的機箱內的整套設備的控制模塊(8)。由此可以構形、控制和監視任何參數和系統狀態。
8.根據權利要求2的系統，其特征是在更高階數的系統中，用于顯示和輸入數據的遠程終端(9)與其所在的機箱的系統控制模塊(10)相連，可以完成對任何參數及更高階數的系統的構形、控制及監視。
全文摘要
一種多價供電系統由一個交流分配器(1)組成，它將由電力網(11)來的電流供到一組機箱(21，22)，每一個機箱有若干數量的換流器(5)。有一個機箱控制模塊(6)和一個電池(3)，它可以構成一個集中式或分散式并聯結構，供電給負荷(4)。為了最好地分享設備，其中一個機箱具有一個整套設備的控制模塊(8)，它有控制整個系統的功能。通過通訊通道(7)對于剩下的其它和機箱(22)發出構形、控制和監視命令。
文檔編號G05F1/66GK1093500SQ9410117
公開日1994年10月12日 申請日期1994年1月29日 優先權日1993年1月29日
發明者約塞·菲利克斯·桑克·羅杰爾 申請人:阿爾卡塔爾標準電氣公司