直流电压平衡控制的方法、装置和换流器与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种直流电压平衡控制的方法、装置和换流器。


背景技术：

2.目前，受电力电子器件制造水平的限制，高电压的换流器一般采用多个模块串联的拓扑结构，例如，静止同步补偿器采用多个全桥模块串联，模块化多电平换流器采用多个半桥模块串联，直流固态变压器采用多个双主动模块串联。考虑到模块化生产的需要，以及电气隔离和绝缘耐压的要求，各模块的控制电源均采用高电位取能的方式。
3.一般来说，控制电源为恒功率特性，当换流器处于待机状态时，将影响直流电压的平衡，为了实现直流电压平衡，可以采用并联电阻的方法，恒阻负载的电压和电流呈现正特性，恒功率负载的电压和电流呈现负特性，用正特性的恒阻负载抵消负特性的恒功率负载，从而实现直流电压平衡控制，但这种方法存在耗能严重的不足。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种耗能低的直流电压平衡控制的方法、装置和换流器。
5.一种直流电压平衡控制的方法，用于控制换流器中多个串联的换流单元，方法包括：
6.分别获取各换流单元的直流电压值；
7.获取多个直流电压值中的电压最小值；
8.分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应；
9.分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的直流电压值。
10.在其中一个实施例中，各换流单元分别包括一个可变电阻器，分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，包括：
11.分别获取各直流电压值与电压最小值之间的电压差值；
12.获取预设平衡系数，分别根据各换流单元的电压差值和预设平衡系数获取对应的目标占空比；
13.生成具有目标占空比的控制信号，控制信号用于控制可变电阻器的阻值。
14.在其中一个实施例中，可变电阻器包括电力电子开关和功率电阻，可变电阻器的阻值与电子电子开关的通断状态相关，获取预设平衡系数，包括：
15.分别根据预设比例系数和电力电子开关的开关周期获取预设平衡系数，其中，预设比例系数根据功率电阻的阻值、电力电子开关的开关周期、换流模块的直流电容值和电源模块的功率中的至少一个确定；
16.分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，包括：
17.分别将各控制信号传输至对应的各电力电子开关的控制端，以控制各电力电子开
关的通断状态。
18.在其中一个实施例中，分别根据各换流单元的电压差值和预设平衡系数获取对应的目标占空比，包括：
[0019][0020]
其中，d为目标占空比，k为预设比例系数，ts为电力电子开关的开关周期，vi为当前换流单元对应的直流电压值，v
min
为电压最小值，0≤d≤1。
[0021]
一种直流电压平衡控制装置，包括：
[0022]
电压值获取模块，用于分别获取换流器中各换流单元的直流电压值；
[0023]
最小值获取模块，用于获取多个直流电压值中的电压最小值；
[0024]
控制模块，用于分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应；分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的直流电压值。
[0025]
一种换流器，包括：
[0026]
多个换流单元，多个换流单元串联连接，各换流单元分别具有对应的直流电压值；
[0027]
多个可变电阻器，多个可变电阻器分别与多个换流单元一一对应设置，各可变电阻器分别与对应的换流单元并联连接，可变电阻器的阻值被配置为根据对应的换流单元的直流电压值变化，以平衡多个换流单元的直流电压值。
[0028]
在其中一个实施例中，可变电阻器包括：
[0029]
功率电阻，功率电阻的一端与对应的换流单元的一端连接；
[0030]
电力电子开关，电力电子开关的一端与功率电阻连接，电力电子开关的另一端与对应的换流单元的另一端连接，电力电子开关的控制端用于接收控制信号，电力电子开关用于在控制信号的控制下导通和断开，以改变可变电阻器的阻值。
[0031]
在其中一个实施例中，电力电子开关包括晶体管和二极管；
[0032]
其中，晶体管的发射极与二极管的正极连接，晶体管的基极用于接收控制信号，晶体管的集电极与二极管的负极连接。
[0033]
一种换流器系统，包括：
[0034]
电源模块，用于提供具有恒定功率的电源信号；
[0035]
如上述的换流器，换流器与电源模块连接；
[0036]
控制器，与换流器连接，用于分别获取换流器中各换流单元的直流电压值；获取多个直流电压值中的电压最小值；分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应；分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的直流电压值。
[0037]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。
[0038]
上述直流电压平衡控制的方法，用于控制换流单元中多个串联的换流单元，所述方法包括：分别获取各换流单元的直流电压值；获取多个直流电压值中的电压最小值；分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应；分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的
直流电压值。传统技术中，为了实现直流电压的平衡，在每个换流单元中，并联一个固定的电阻，虽然可以实现直流电压的平衡，但是由于并联的电阻需要一直存在于电路中，并且为实现较大的电压平衡，并联电阻本身的功率也是较大的，就会导致功耗的增加。而本发明通过追踪多个换流单元中的最低电压值，分别根据各换流单元中当前的电压值获取控制信号，以不同的而控制信号合理的调整各换流单元中电压值的变化，以平衡各换流单元的直流电压值，避免了传统技术中的由于统一并联固定电阻值的电阻，而产生的功耗较大的问题。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1为一实施例中直流电压平衡控制的方法的流程示意图之一；
[0041]
图2为一实施例中直流电压平衡控制的方法的流程示意图之二；
[0042]
图3为一实施例中直流电压平衡控制的方法的流程示意图之三；
[0043]
图4为一实施例中直流电压平衡控制结果图；
[0044]
图5为一实施例中直流电压平衡控制装置的结构示意图；
[0045]
图6为一实施例中换流器的结构示意图；
[0046]
图7为一实施例中换流器系统的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
[0048]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
[0049]
可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
[0050]
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
[0051]
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
[0052]
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的
描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0053]
在其中一个实施例中，如图1所示，提供了一种直流电压平衡控制的方法，用于控制换流单元中多个串联的换流单元，所述直流电压平衡控制的方法包括步骤s100～s400。
[0054]
步骤s100，分别获取各换流单元的直流电压值。
[0055]
步骤s200，获取多个直流电压值中的电压最小值。
[0056]
具体地，本实施例中，同时获取了各换流单元的直流电压值，并将多个直流电压值汇总成一个直流电压集，并通过算法，找出该直流电压集中的电压最小值，例如，当本实施例中有n个换流单元时，首先获取n个直流电压值，并形成含有n个直流电压值的直流电压集，通过算法找出该直流电压集中的最小值：
[0057]vmin
＝min{v1，v2，v3，......vi，......vn}
[0058]
其中，v
min
为电压最小值，v1，v2，v3，......vi，......vn分别为获取到的各换流单元的直流电压值。
[0059]
步骤s300，分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应。
[0060]
其中，每一个换流单元可以单独被配置一个对应的控制模块，该控制模块可以与上述获取电压最小值的最小值获取模块以及上述获取直流电压值的电压值获取模块连接，该最小值获取模块可以将电压最小值下发到与各换流单元的控制模块中，控制模块用于接收电压最小值和各换流单元的直流电压值，并根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，以平衡换流单元中的电压值。
[0061]
步骤s400，分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的直流电压值。
[0062]
本实施例中，获取多个换流单元中的直流电压值，并通过合理为各换流单元分配控制信号，以实现平衡直流电压的目的，同时，本实施例中的控制信号是根据当前各换流单元的实际直流电压产生的，因此，能够避免传统技术中由于只并联一个电阻值的电阻带来的功耗较大问题。
[0063]
在其中一个实施例中，上述各换流单元分别包括一个可变电阻器，如图2所示，提供了一种直流电压平衡控制的方法，所述方法步骤中，步骤s300包括步骤s310～s330。
[0064]
步骤s310，分别获取各直流电压值与电压最小值之间的电压差值。
[0065]
具体地，本实施例中可以根据预设时间间隔，在达到直流电压平衡之前，不断获取的各换流单元中的直流电压值，并根据当前时间点获取到的各直流电压值获取电压最小值，再分别获取各直流电压值与电压最小值之间的电压差值。以实时监控各换流单元中的电压值，实现实时追踪直流电压最小值。
[0066]
其中，预设间隔可以依据各换流单元中的电压差值合理设置。例如，若各换流单元的直流电压值差值较小，则可设置较大的时间间隔，并在较短时间内实现电压平衡。若各换流单元的直流电压值差值较大，则可设置较小的时间间隔，在直流电压平衡前，实现实时追踪电压最小值的目的。
[0067]
步骤s320，获取预设平衡系数，分别根据各换流单元的电压差值和预设平衡系数
获取对应的目标占空比。
[0068]
其中，占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。通过调控目标占空比，可以改变流过可变电阻器的电流值，即调节了可变电阻器的电阻值。其中，占空比越小，表示电阻值越大，当占空比为0时，电阻值无穷大；占空比越小，表示电阻值越小，当占空比为1时，电阻值最小。
[0069]
步骤s330，生成具有目标占空比的控制信号，控制信号用于控制可变电阻器的阻值。
[0070]
其中，可以理解的是，控制可变电阻器的阻值变化，可以调节耗能。例如，若当前的换流单元的直流电压值等于所得到的电压最小值，即，直流电压值与电压最小值之间的电压差值为0，则，根据各换流单元的电压差值和预设平衡系数获取对应的目标占空比也为0，即，可变电阻器中的电阻值无穷大，相当于断路，也就不消耗任何电能。以此类推，若当前的换流单元的直流电压值远大于所得到的电压最小值，为所得到的直流电压值的最大值时，目标占空比约等于1，可变电阻器中的电阻值最小，消耗电能也就最多。而，若当前的换流单元的直流电压值介于所得到的直流电压值的最大值和电压最小值时，目标占空比介于0和1之间，此时，换流单元的耗能也是介于耗能最小和耗能最大之间。
[0071]
在其中一个实施例中，上述可变电阻器包括电力电子开关和功率电阻，可变电阻器的阻值与电子电子开关的通断状态相关，如图3所示，提供了一种直流电压平衡控制的方法，所述方法步骤s320包括步骤s321和步骤s322。
[0072]
步骤s321，分别根据预设比例系数和电力电子开关的开关周期获取预设平衡系数，其中，预设比例系数根据功率电阻的阻值、电力电子开关的开关周期、换流模块的直流电容值和电源模块的功率中的至少一个确定。
[0073]
其中，预设比例系数，主要与输入至换流单元中的恒功率电源的功率值，功率电阻的电阻值，电力电子开关频率等有关。
[0074]
步骤s322，分别根据各换流单元的电压差值和预设平衡系数获取对应的目标占空比。
[0075]
其中，本实施例中的目标占空比即决定了电子电子开关的通断状态，例如占空比为0.5，则在一个电力电子开关周期内，电子电子开关控制导通时间与断开时间是相等的，此时的电阻值大于功率电阻，耗能也是介于耗能最小和耗能最大之间。
[0076]
步骤s400包括步骤s410。
[0077]
步骤s410，分别将各控制信号传输至对应的各电力电子开关的控制端，以控制各电力电子开关的通断状态，平衡各换流单元的直流电压值。
[0078]
具体地，电力电子开关为全控型电力电子开关，其中，全控型电力电子开关通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。全控型电力电子开关具备在一个固定的时间周期内，灵活调控开关的通断时间的功能。
[0079]
本实施例通过电力电子开关根据占空比调控可边电阻器中的通断状态，以改变电阻值，提高了可变电阻器的灵活性。
[0080]
在其中一个实施例中，上述直流电压平衡控制的方法中，步骤s322包括：
[0081][0082]
其中，d为目标占空比，k为预设比例系数，ts为电力电子开关的开关周期，vi为当前换流单元对应的直流电压值，v
min
为电压最小值，0≤d≤1。
[0083]
具体地，本实施例中的电力电子开关可以为全控型电力电子开关。其开关周期稳定，便于计算。
[0084]
在其中一个实施例中，继续参看图3，提供了一种直流电压平衡控制的方法，所述方法包括：
[0085]
步骤s100，分别获取各换流单元的直流电压值。
[0086]
步骤s200，获取多个直流电压值中的电压最小值。
[0087]
步骤s310，分别获取各直流电压值与电压最小值之间的电压差值。
[0088]
步骤s321，分别根据预设比例系数和电力电子开关的开关周期获取预设平衡系数。
[0089]
步骤s322，分别根据各换流单元的电压差值和预设平衡系数获取对应的目标占空比，其中，占空比可以根据下式所得：
[0090][0091]
其中，d为目标占空比，k为预设比例系数，ts为电力电子开关的开关周期，vi为当前换流单元对应的直流电压值，v
min
为电压最小值，0≤d≤1。
[0092]
步骤s330，生成具有目标占空比的控制信号，控制信号用于控制可变电阻器的阻值。
[0093]
步骤s410，分别将各控制信号传输至对应的各电力电子开关的控制端，以控制各电力电子开关的通断状态，平衡各换流单元的直流电压值。
[0094]
具体地，如图4所示，为三个双主动全桥单元串联的直流电压状态，横坐标表示时间，纵坐标表示电压值，可以看出直流电压并不平衡，v12》v13》v11，当t0时刻时，开始使用本实施例的直流电压平衡控制的方法，由于v12对应的双主动全桥单元直流电压最高，电力电子开关s02全导通，直流电压降低，同时v11对应的双主动全桥单元的直流电压开始升高。当t1时刻，三个双主动全桥单元的直流电压不平衡度降低，电力电子开关s02周期性开通和关断。当t2时刻，三个双主动全桥单元的直流电压实现平衡，s02的导通时间减小。最终实现了三个双主动全桥单元直流电压的均衡控制。
[0095]
本实施例中各步骤的具体解释与上述内容一致，在此不在赘述。通过追踪电压最小值，在实现平衡直流电压目的的同时，能够避免传统技术中由于只并联一个电阻值带来的功耗问题。
[0096]
在其中一个实施例中，如图5所示，提供一种直流电压平衡控制装置100，所述直流电压平衡控制装置100包括：电压值获取模块110、最小值获取模块120和控制模块130。电压值获取模块110用于分别获取换流器中各换流单元的直流电压值；最小值获取模块120用于获取多个直流电压值中的电压最小值；控制模块130用于分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应；分别
将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的直流电压值。
[0097]
在其中一个实施例中，如图6所示，提供一种换流器200，换流器200包括多个换流单元210，以图6为例，本实施例中的“多个”可以是“两个”。多个换流单元210串联连接，各换流单元210分别具有对应的直流电压值；多个可变电阻器220，多个可变电阻器220分别与多个换流单元210一一对应设置，各可变电阻器220分别与对应的换流单元210并联连接，可变电阻器220的阻值被配置为根据对应的换流单元210的直流电压值变化，以平衡多个换流单元210的直流电压值。
[0098]
在其中一个实施例中，继续参看图6，以其中一个可变电阻220为例，可变电阻器220包括：功率电阻221和电力电子开关222。功率电阻221的一端与对应的换流单元210的一端连接；电力电子开关222的一端与功率电阻221连接，电力电子开关222的另一端与对应的换流单元210的另一端连接，电力电子开关222的控制端用于接收控制信号，电力电子开关222用于在控制信号的控制下导通和断开，以改变可变电阻器的阻值。
[0099]
其中，功率电阻221的电阻值远大于传统技术并联于各换流单元中电阻的阻值，但功率电阻221的电阻值并非无穷大不可导通的，可以根据实际应用场景，设置功率电阻221的电阻值。
[0100]
在其中一个实施例中，继续参看图6，以其中一个电力电子开关222为例，电力电子开关222包括晶体管和二极管；其中，晶体管的发射极与二极管的正极连接，晶体管的基极用于接收控制信号，晶体管的集电极与二极管的负极连接。
[0101]
具体地，以本实施例所包括的电力电子开关222为例的换流器200，包括了一个第一端和和一个第二端，换流器200的第一端连接本实施例中电子电子开关222中晶体管的集电极，换流器200的第一端连接本实施例中电子电子开关222中晶体管的集电极的发射极。
[0102]
在其中一个实施例中，如图7所示，提供一种换流器系统300，包括：电源模块310、如上述的换流器200和控制器320。电源模块310用于提供具有恒定功率的电源信号；换流器200与电源模块310连接；控制器320与换流器200连接，用于分别获取换流器中各换流单元的直流电压值；获取多个直流电压值中的电压最小值；分别根据各换流单元的直流电压值和电压最小值生成对应的控制信号，多个控制信号分别和多个换流单元一一对应；分别将各控制信号传输至对应的各换流单元，以平衡各换流单元的直流电压值。
[0103]
具体地，电源模块310的正极和负极分别连接于所述换流器200的两端。为使附图简洁，图7中未示。例如，本实施例中的电源模块310的正负极可以分别连接于上述实施例中换流器200的第一端和第二端。
[0104]
本实施例中的系统，合理的调控各换流单元中的电压值，避免了传统技术中的由于统一并联固定电阻值的电阻，而产生的功耗增加的问题。
[0105]
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述直流电压平衡控制的方法的步骤。
[0106]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述直流电压平衡控制的方法的各步骤。
[0107]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，
本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
[0108]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0109]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。