CN107069704B - 多电路悬浮电压抑制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多电路悬浮电压抑制方法及系统，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，该方法包括对于所述输入支路中的悬空支路，判断是否存在大于所设定第一阈值的相间电压，若存在则对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件。本发明中，实现了在消除残余电压的同时，将悬浮能量转移到正负母线电容中去，抑制中点电位不平衡，消除了正负母线电压不平衡，从而降低开关管应力要求，降低电击风险。

Description

多电路悬浮电压抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种多电路悬浮电压抑制方法及系统。
背景技术
目前移动充电车中广泛使用的充电模块基本是基于三相维也纳结构，相较于传统的一字型三电平的PWM整流器，维也纳结构所需的功率器件仅为其一半，降低了开关损耗及复杂度，因此提高了可靠性，故在大功率PFC电路中受到了广泛应用。
在一些大功率场合，往往会采用两路维也纳整流电路并联，典型的电路如图1所示，其输入可以为两路独立的三相交流电源；可以是两路柴油机；或者一路柴油机，一路电网。确保在任意一路输入掉电时刻，另外一路也能够及时供电。正因为如此，在独立模式工况下，由于常规的电阻分压采样电路间存在共地耦合或者二极管在高压和高温下存在漏电流问题，当一路存在电源时，而另外一路悬空，悬空一路则有可能产生一个残余电压，该残余电压的存在一方面使得电击风险增大，一方面也会使得控制系统有产生误判的可能性。
目前存在的解决方案是加入消耗电阻，强制电压降低。由于一直存在的反向漏电流，使得功率损失相当可观，不利于效率的提高，同时也增加了硬件的成本。
另一个明显问题是三电平电路由于存在正负母线电容，在控制时刻很容易由于矢量时间分配不一致而造成电压偏差，从而影响开关管耐压不一致，也会影响输入电流的谐波，该问题一般通过调整正负小矢量作用时间来解决，但增加了软件开销和系统的复杂度。
在处理残余电压和电压不平衡这两个问题上，传统解决方案往往分别采用各自对应解决方案，无法从系统层面综合统筹，从而导致软件开销增加，导致在一些实时性要求比较高的场合很难满足要求。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何实现在消除残余电压的同时，将悬浮能量转移到正负母线电容中去，抑制中点电位不平衡，从而实现两个指标的优化问题，本发明提供了一种多电路悬浮电压抑制方法，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，所述方法包括：
对于所述输入支路中的悬空支路，判断是否存在大于所设定第一阈值的相间电压，若存在则对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件。
优选地，所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或
供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值。
优选地，所述对该相间电压对应的电容进行放电，为通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能。
优选地，所述对供电电路母线电容进行补能，包括：
对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
优选地，所述对供电电路母线电容进行补能，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
优选地，所述多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器或逆变器。
本发明还提供了一种多电路悬浮电压抑制系统，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，各输入支路中均设置有功率因数校正电路，所述系统包括：
第一处理单元，用于在所述输入支路中的悬空支路中选取具有大于所设定第一阈值的相间电压的悬空支路；
第二处理单元，用于对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件。
优选地，所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或
供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值。
优选地，所述第二处理单元，具体用于通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能。
优选地，所述第二处理单元，进一步用于对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
优选地，在对供电电路母线电容进行补能时，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
优选地，所述多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器或逆变器。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过本发明中多电路悬浮电压抑制方法及系统的设计，实现了在消除残余电压的同时，将悬浮能量转移到正负母线电容中去，抑制中点电位不平衡，从而实现了两个指标的优化。
方案1、一种多电路悬浮电压抑制方法，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，其特征在于，所述方法包括：
对于所述输入支路中的悬空支路，判断是否存在大于所设定第一阈值的相间电压，若存在则对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件。
方案2、根据方案1所述的方法，其特征在于，所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或
供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值。
方案3、根据方案2所述的方法，其特征在于，所述对该相间电压对应的电容进行放电，为通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能。
方案4、根据方案3所述的方法，其特征在于，所述对供电电路母线电容进行补能，包括：
对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
方案5、根据方案4所述的方法，其特征在于，所述对供电电路母线电容进行补能，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
方案6、根据方案1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器或逆变器。
方案7、一种多电路悬浮电压抑制系统，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，各输入支路中均设置有功率因数校正电路，其特征在于，所述系统包括：
第一处理单元，用于在所述输入支路中的悬空支路中选取具有大于所设定第一阈值的相间电压的悬空支路；
第二处理单元，用于对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件。
方案8、根据方案7所述的系统，其特征在于，所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或
供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值。
方案9、根据方案8所述的系统，其特征在于，所述第二处理单元，具体用于通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能。
方案10、根据方案9所述的系统，其特征在于，所述第二处理单元，进一步用于对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
方案11、根据方案10所述的系统，其特征在于，在对供电电路母线电容进行补能时，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
方案12、根据方案7～11中任一项所述的系统，其特征在于，所述多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器或逆变器。
附图说明
图1是现有技术中两路维也纳整流电路并联的连接示意图；
图2是本发明所提供的多电路悬浮电压抑制方法的流程示意图；
图3是本发明所提供的负母线电压偏低的流向示意图；
图4是本发明所提供的正母线电压偏低的流向示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明通过多电路悬浮电压抑制方法及系统设计，实现了在消除残余电压的同时，将悬浮能量转移到正负母线电容中去，抑制中点电位不平衡，从而实现了两个指标的优化。
本发明的多电路悬浮电压抑制方法及系统，多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器；当然，该供电电路也可以为逆变器。
本发明中，提供了一种多电路悬浮电压抑制方法，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤201，选取输入支路中的悬空支路。
步骤202，在悬空支路中，判断是否存在大于所设定第一阈值的相间电压。
若存在，转到步骤203，否则转到步骤205。
在该悬空支路中，所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值。
步骤203，对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件。
在达到预设放电结束条件时，转到步骤204。
所述对该相间电压对应的电容进行放电，为通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能；包括对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。其中，所述对供电电路母线电容进行补能，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
步骤204，结束放电。
步骤205，结束流程。
下面以一具体实施例对本发明所述方法做具体阐述，在该实施例中，在如图1的供电电路上有两条彼此独立的PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)输入支路，其中一条接三相电源，另外一条悬空；
以寄生电容C1所属电路为例，检测该PFC悬空支路的残余电压(相间电压)，采集其残余电压值，当所采集的残余电压值大于某一特定电压阈值时，根据采样得到的该PFC悬空支路的正母线电容C+和负母线电容C-的大小；其中，该残余电压的产生是在特定的工况下，比如高压，高温，会有漏电流经过二极管D1，D2，D3，从而在寄生电容C1，C2，C3中产生危险的残余电压。
在消除残余电压带来的危险能量时，如图3所示，当C+电容值大于C-电容值时，闭合双向开关S1和S2，则C1中残余能量经过L1，S1，S2，给负母线电容C-充电，负母线电容C-处电压上升，直至满足设定结束条件。此处的结束条件为C1中残余电压下降到预设的数值，还可以为负母线电容C-与正母线电容C+间的压差小于预设的数值。
如图4所示，当正母线电压值小于负母线电压值时，S1和S2工作于PWM模式，则C1中残余能量经过L1，D1，给正母线电容C+充电，正母线电容C+处电压上升，直至满足设定结束条件。此处的结束条件为C1中残余电压下降到预设的数值，还可以为负母线电容C-与正母线电容C+间的压差小于预设的数值
对于寄生电容C2和C3中所产生的残余电压的消除方式，与寄生电容C1的残余电压消除方式相同，故不再赘述。
本发明所选取的在供电电路上有两条彼此独立的PFC输入支路只是一种优选实施方式，对于接入供电电路的输入支路数量(三条输入支路、四条输入支路甚至更多条输入支路)的选取使用，均在本发明的保护范围之内，且接入供电电路的输入支路也不仅局限于PFC输入支路。
本发明中检测PFC输入支路是否独立，具体是通过开通T字型开关管发波，判断母线电压上升同时，另一支路电压值如果下降则认为独立，否则认为不独立。当然也可以采用其他方法来判断，相应的检测方法为本领域公知常识，此处不再赘述。
基于与上述所提供相同构思，本发明还提供了一种多电路悬浮电压抑制系统，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，各输入支路中均设置有功率因数校正电路，所述系统包括：
第一处理单元，用于在所述输入支路中的悬空支路中选取具有大于所设定第一阈值的相间电压的悬空支路。
第二处理单元，用于对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件；具体用于通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能；进一步用于对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
在对供电电路母线电容进行补能时，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多电路悬浮电压抑制方法，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，其特征在于，所述方法包括：
对于所述输入支路中的悬空支路，判断是否存在大于所设定第一阈值的相间电压，若存在则对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件；
所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或
供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值；
所述对该相间电压对应的电容进行放电，为通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对供电电路母线电容进行补能，包括：
对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对供电电路母线电容进行补能，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器或逆变器。
5.一种多电路悬浮电压抑制系统，应用于多条输入支路彼此独立的供电电路，每一输入支路的各相间分别设置有电容，各输入支路中均设置有功率因数校正电路，其特征在于，所述系统包括：
第一处理单元，用于在所述输入支路中的悬空支路中选取具有大于所设定第一阈值的相间电压的悬空支路；
第二处理单元，用于对该相间电压对应的电容进行放电直至达到预设放电结束条件；
所述预设放电结束条件为对应悬空支路中放电的电容电压达到所设定第二阈值，或
供电电路输出正、负母线间的压差小于所设定第三阈值；
所述第二处理单元，具体用于通过该相间电压对应的电容对供电电路母线电容进行补能。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二处理单元，进一步用于对放电的电容对应的正母线电压和负母线电压的大小进行判断，若正母线电压大于负母线电压则向供电电路的负母线电容补能，否则向供电电路的正母线电容补能。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在对供电电路母线电容进行补能时，通过开关管驱动信号控制放电电容所在的悬空支路中的开关管改变电流通路，进行所述负母线电容或所述正母线电容的补能。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的系统，其特征在于，所述多条输入支路彼此独立的供电电路为整流器或逆变器。
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