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基于效率优化的直流电源负荷分配控制技术研究

摘要

当前世界对于节能减排愈发重视，船舶对于直流电源系统的容量需求也与日俱增，

而单个大容量电源的可靠性远不如多电源模块并联而成的直流电源系统，当前对直流电

源系统不同模块之间的控制方式多为均流控制，但这种控制方式并未考虑到系统效率，

所以对于并联直流电源系统效率优化的控制技术也成为未来的发展方向之一。本文设计

一种通过负荷分配方式来提升电源系统效率的控制策略，并对不同并联数目的电源系统

在不同控制方式下的效率进行了对比分析，最后通过仿真测试与硬件实验相互印证。

首先经对比分析后设计移相全桥作为并联电源系统的基础拓扑，设计双闭环控制策

略，并验证在仿真环境下控制策略对负载、基准电压突变等工况下的控制效果，为基于

效率优化的负荷分配控制提供稳定运行环境。

为了与负荷分配控制策略的优化效果进行对比，设计了电源系统的均流控制策略，

并在仿真环境下对控制模型进行搭建，验证基于最大均流法的控制策略能够快速实现电

路的均流运行，并在负载突变的工况下也能维持电流的均流和电压的稳定运行，使电路

具有良好的动态响应特性和稳态性能。

为得到系统的效率模型，对电源模块的能量损耗进行了分析，并基于能量守恒定律

和戴维南等效原理搭建了电路等效损耗的数学模型和仿真模型，通过正交多项式最小二

乘拟合法对电源的效率和损耗进行了曲线拟合方法设计，得到了电路等效损耗与效率的

拟合曲线，验证了基于能量损耗的分析方式能够正确计算出电源效率。

随后推导了电流与效率相关的函数，以此为目标函数对效率优化方案进行设计，并

在仿真环境下编写基于灰狼算法的优化程序，分别验证两个电源和四个电源并联而成的

电源系统在负载突变工况下的负荷分配情况，以此为基础绘制了两种控制方式下的电源

系统的效率图，经对比分析验证了负荷分配控制方案对效率的提升效果。

最后设计了单个电源模块的硬件与控制程序，搭建了基于DSP-28335的硬件实验平

台。在半实物仿真平台上验证了并联电源系统在两种控制策略下的分配效果和效率计

算，并在硬件平台上验证了方案的可实施性。

关键词：直流电源；效率优化；灰狼算法；移相全桥

基于效率优化的直流电源负荷分配控制技术研究

ABSTRACT

Atpresent,theworldpaysmoreandmoreattentiontoenergyconservationandemission

reduction,andthecapacitydemandofshipsforDCpowersupplysystemisalsoincreasing

daybyday,andthereliabilityofasinglelarge-capacitypowersupplyisfarlessthanthatof

theDCpowersupplysystemformedinparallelbymultiplepowermodules.Inthispaper,a

controlstrategyisdesignedtoimprovetheefficiencyofthepowersupplysystemthrough

loaddistribution,andtheefficiencyofthepowersupplysystemwithdifferentparallel

numbersunderdifferentcontrolmodesiscomparedandanalyzed,andfinallythesimulation

testandhardwareexperimentconfirmeachother.Firstly,aftercomparativeanalysis,the

phase-shiftingfullbridgeisdesignedasthebasictopologyoftheparallelpowersupply

system,thedoubleclosed-loopcontrolstrategyisdesigned,andthe