CN109792210A - 用于直流电压转换器的调节设备、直流电压转换器和用于调节直流电压转换器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有多个并联连接的直流电压变换器模块的直流电压转换器的调节。在此，对于所有直流电压变换器模块的调节形成用于电压调节的共同参量。附加地，对于每个直流电压变换器模块设置单独的电流调节器。对于每个直流电压变换器模块，可以由单独求取的电流调节和共同求取的电压调节形成调节参量。

Description

用于直流电压转换器的调节设备、直流电压转换器和用于调 节直流电压转换器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于直流电压转换器的调节设备以及一种具有所述调节设备的直流电压转换器。此外，本发明涉及一种用于调节直流电压转换器的方法。本发明尤其涉及具有多个直流电压变换器模块的直流电压转换器的调节。

背景技术

直流电压变换器被用于，将在输入侧提供的直流电压转换成另外的直流电压。在此，经转换的直流电压与在输入侧提供的直流电压例如可以在电压高度方面不同。为了提高功率，可以使多个直流电压变换器并联连接。在多个直流电压变换器的这样的并联连接中，例如能够实现主从运行。在此，主机直流电压变换器承担输出侧的总系统中的电压调节。所述直流电压变换器或另外的直流电压变换器作为由主机控制的电流源有助于输出功率的提高。

出版文献EP 1 143 591 Bl公开用于调节直流电压变换器的并行运行的方法和设备，其中，直流电压变换器之一执行主机功能，而其他的直流电压变换器执行从机功能。主机直流电压变换器在此实施电压调节，而另外的直流电压变换器作为电流源工作。

发明内容

本发明公开一种具有权利要求1的特征的用于直流电压转换器的调节设备，一种具有权利要求6的特征的直流电压转换器以及一种具有权利要求8的特征的用于调节直流电压转换器的方法。

据此设置：用于具有多个直流电压变换器模块的直流电压转换器的调节设备。所述调节设备包括预控制装置、电压调节器和多个电流调节器。调节设备中的电流调节器的数目尤其相应于直流电压转换器中的直流电压变换器模块的数目。预控制装置被设计用于生成第一调节参量。通过预控制装置基于直流电压变换器的输出电压的额定值和直流电压转换器的输入电压的值来生成第一调节参量。电压调节器被设计用于生成第二调节参量。基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值和所述直流电压转换器的输出电压的所求取的值生成第二调节参量。多个电流调节器中的每一个分配给直流电压变换器模块中的一个。在此，电流调节器分别被设计用于生成用于分别分配的直流电压变换器模块的第三调节参量。第三调节参量基于分别分配的直流电压变换器模块中的电流的额定值和分别分配的直流电压变换器模块中的电流的所求取的值来生成。接着，预控制装置的第一调节参量、电压调节器的第二调节参量和分别分配的直流电压变换器模块的第三调节参量的组合可以提供给分别分配的直流电压变换器模块。该组合尤其可以包括第一调节参量、第二调节参量和相应的第三调节参量的总和。

此外设置：具有多个直流电压变换器模块和根据本发明的调节设备的直流电压转换器。多个直流电压变换器模块中的每一个在此被设计用于，将输入直流电压转换成输出直流电压。

此外设置：一种用于调节具有多个直流电压变换器模块的直流电压转换器的方法。所述方法包括：用于产生第一调节参量的步骤。第一调节参量基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值和所述直流电压转换器的输入电压的值来产生。此外，所述方法包括用于产生第二调节参量的步骤。第二调节参量基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值和所述直流电压转换器的输出电压的所求取的值来产生。此外，所述方法包括用于产生多个第三调节参量的步骤。在此，对于直流电压转换器的每个直流电压变换器模块可以产生单独的第三调节参量。所述第三调节参量中的每一个分配给一个直流电压变换器模块。基于分别分配的直流电压变换器模块中的电流的额定值和分别分配的直流电压变换器模块中的电流的所求取的值产生用于分别分配的直流电压变换器模块的第三调节参量。最后，所述方法包括用于借助第一调节参量、第二调节参量和相应的第三调节参量的组合来操控多个直流电压变换器模块的步骤，所述相应的第三调节参量分配给相应的直流电压变换器模块。第一、第二和第三调节参量的组合在此可以例如通过调节参量的求和来求取。

本发明的优点

本发明基于以下认识：在多个直流电压变换器并联连接的情况下不仅必须调节总系统的输出电压，而且对于并联连接的直流电压变换器中的每一个必须确保，不发生过载。尤其为了保护组件以及为了优化寿命而必须确保：在并联连接的直流电压变换器中没有一个发生由于过高的电流或类似的引起的过载。

因此，本发明基于以下思想，考虑该认识并且设置直流电压转换器，在所述直流电压转换器中，对于多个并联连接的直流电压变换器模块中的每一个可以进行单独的电流调节。在此尤其规定，首先对于多个直流电压变换器模块的并联电路尽可能求取共同的调节参数。接着，可以使这些对于所有直流电压变换器模块相关的调节参数附加地与对于每个直流电压变换器模块单独地确定的调节参数叠加以便匹配相应的直流电压变换器模块中的电流。以此方式，可以进行各个直流电压变换器模块的特别高效的并且同时单独的调节。

因为一方面，基本的调节基于所有直流电压变换器模块的集中求取的调节参数来进行，并且此外另一方面，对于每个单独的直流电压变换器模块叠加附加的调节参数，所以以此方式可以实现多个并联连接的直流电压变换器模块的可非常好缩放的调节。尤其对于直流电压变换器模块中的每一个仅仅必须设置可相对简单地实现的电流调节，所述电流调节可以非常成本有利地实现。用于调节输出电压的另外的调节参数必须对于整个系统仅仅唯一一次地确定。这导致总系统的特别紧凑的和因此成本有利的构造。

根据一种实施方式，用于直流电压转换器的调节设备的预控制装置被设计用于，附加地在使用直流电压变换器模块中的电流的所求取的值的情况下生成第一调节参量。为此，例如可以借助直流电压变换器模块中的每一个直流电压变换器模块中的传感器和/或借助合适的建模来求取每个直流电压变换器模块的功率路径中的电流。所求取的电流可以接着由预控制装置分析。例如，可以根据所求取的电流确定直流电压变换器模块内的可能的电压降，所述电压降可以通过调节来补偿。

根据一种实施方式，预控制装置被设计用于，将第一调节参量的值限制到预给定的最大值和/或预给定的最小值上。通过最大值的或最小值的这样的限制可以确保，始终在允许的和/最优的工作范围中操控直流电压变换器模块。

根据一种实施方式，调节设备的电压调节器被设计用于，当所有电流调节器生成不同于零的第三调节参量时限制第二调节参量的值范围。以此方式可以确保，通过电压调节器的调节不违背通过电流调节器的调节。例如，为此可以由每个电流调节器提供输出信号，所述输出信号表明，电流调节器输出不同于零的调节参量并且因此当前是激活的。通过将所有电流调节器的输出信号相关联，接着可以确定，是否所有电流调节器当前是激活的并且是否输出不同于零的调节参量。在这种情况下，可以限制电压调节器的调节参量，使得电压调节器仅仅进行与激活的电流调节器相同的方向上的调节。以此方式，可以防止电压调节器和电流调节器的相反调节。

根据一种实施方式，所述第一调节参量、所述第二调节参量和所述第三调节参量分别包括用于规定占空比的相位角。这样的调节参量尤其特别好地适用于基于脉冲宽度调制或类似的来运行的直流电压变换器的调节。

根据直流电压转换器的一种实施方式，直流电压转换器包括直流电压变换器模块，所述直流电压变换器模块被设计用于实施双向的直流电压变换。在这种情况下，调节设备也可以根据运行来进行直流电压转换器的双向调节。

根据用于调节直流电压转换器的方法的一种实施方式，第一调节参量、第二调节参量和相应的第三调节参量的组合包括第一调节参量、第二调节参量和相应的第三调节参量的总和。尤其通过这三个调节参量的求和可以以此方式形成共同的调节参量，所述共同的调节参量适用于调节相应的直流电压变换器模块。

附图说明

下面根据在附图的示意图中说明的实施例进一步阐述本发明。在此：

图1示出根据一种实施方式的具有调节设备的直流电压转换器的示意图；

图2示出根据一种实施方式的预控制装置的调节器结构的的示意图；

图3示出根据一种实施方式的电压调节器的调节器结构的示意图；

图4示出根据一种实施方式的电流调节器的调节器结构的示意图；以及

图5示出如一种实施方式所基于的用于调节直流电压转换器的方法的流程图的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一种实施方式的直流电压转换器的示意图。直流电压转换器包括多个直流电压变换器模块4-i。所有这些直流电压变换器模块4-i并行地在输入侧以输入电压U_in馈电。在输出侧，直流电压变换器模块4-i同样并联连接并且提供输出电压U_cur。直流电压变换器模块4-i可以是所谓的DC/DC-变换器，所述DC/DC-变换器将输入直流电压转换成输出直流电压。在此，尤其这样的直流电压变换器模块4-i也是可能的，所述直流电压变换器模块允许双向运行，也即，直流电压变换器模块不仅将在第一侧上提供的直流电压转换成在第二侧上提供的直流电压，并且替代地，也可以将在第二侧上提供的直流电压转换成在这种情况下在第一侧上提供的直流电压。直流电压变换器模块4-i可以不仅是以下直流电压变换器模块：所述直流电压变换器模块将在输入侧提供的直流电压转换成更高的输出电压和/或将在输入侧提供的直流电压也转换成相比在输入侧提供的直流电压更低的直流电压。

并联连接的直流电压变换器模块4-i可以是多个相同的或类似的直流电压变换器模块。此外，然而也可能的是，一些或必要时所有并联连接的直流电压变换器模块4-i不同地构造。尤其也可能的是，将具有不同的最大功率的直流电压变换器模块4-i并联连接。

为了控制各个直流电压变换器模块4-i，可以在直流电压变换器模块4-i中的每一个上提供控制信号。所述控制信号例如可以是以下调节参量，所述调节参量具有对相应的直流电压变换器模块4-i的运行的影响。如果例如在各个直流电压变换器模块4-i内的操控借助脉冲宽度调制来完成，则可以通过控制信号的调节参量调节脉冲宽度调制的占空比。例如，尤其可以提供相位角作为调节参量，所述相位角预给定脉冲宽度调制的待调节的占空比。下面，描述一种用于在各个直流电压变换器模块4-i上提供这样的调节参量的调节器结构。

为了生成用于控制各个直流电压变换器模块4-i的调节参量，将三个单独地产生的调节参量相互组合。在此，通过预控制装置1在使用在输入侧施加的输入电压的值U_in和待在输出侧上提供的直流电压的额定值U_des的情况下产生第一调节参量_1。此外，电压调节器2基于待在输出侧上提供的电压的额定值U_des与在输出侧上提供的直流电压的实际值U_cur的偏差来生成第二调节参量_2。在此，可以对于整个直流电压转换器仅仅设置一个唯一的预控制装置1和一个唯一的电压调节器2。相应地，对于所有直流电压变换器模块4-i使用相同的第一和第二调节参量_1、_2。基于所述第一调节参量_1和第二调节参量_2，可以补偿额定值U_des和实际的输出电压的值U_cur之间的可能出现的偏差。

附加地，对于每个直流电压变换器模块4-i生成另外的第三调节参量_3_i。为此，对于每个直流电压变换器模块4-i设置单独的电流调节器3-1。电流调节器3-1在此基于对应的直流电压变换器模块4-i内的电流的预给定的额定值I_des_i和相应的直流电压变换器模块4-i内的电流的当前值I_i之间的偏差产生第三调节参量_3_i。要考虑的电流可以是在直流电压变换器模块4-i的功率路径内的电流。原则上，例如在输入侧的端子、输出侧的端子或直流电压变换器模块4-i的功率路径内的任意点上检测电流是可能的。在此要考虑的电流优选地借助电流传感器来检测。然而原则上，也能够实现在直流电压变换器模块4-i内的电流的基于模型的计算。

如果直流电压变换器模块4-i内的实际电流I_i相应于相应的预给定的额定值I_des_i，则不通过相应的电流调节器3-1进行集中求取的第一调节参量_1和第二调节参量_2的匹配。如果实际电流值I_i偏离相应的额定值I_des_i，则可以通过相应的电流调节器3-1输出相应的第三调节参量_3_i，以便匹配经过所分配的直流电压变换器模块4-i的电流。尤其是，如果实际电流I_i大于相应的额定值I_des_i，则可以通过提供相应的第三调节参量_3_i来降低经过所分配的直流电压变换器模块4-i的电流。以此方式，例如可以限制经过直流电压变换器模块4-i的最大电流。此外也可能的是，例如在直流电压变换器模块4-i内的温度上升的情况下，限制或降低经过相应的直流电压变换器模块4-i的电流，以便防止相应的直流电压变换器模块4-i的进一步的温度上升以及必要时防止其损害或甚至破坏。

此外也可能的是，通过预给定直流电压变换器模块4-i中的相应电流的额定值I_des_i可以根据任意的预给定来调节电流和因此调节功率。例如，可以调节在并联布置的所有直流电压变换器模块4-i中的均匀配电。此外，如上面已经实施的那样，可以基于另外的参数在需要时也降低直流电压变换器模块4-i中的一个或多个中的电流和因此降低其功率。此外也可能的是，使多个不同的直流电压变换器模块4-i并联连接。在这种情况下，通过预给定电流的相应的额定值I_des_i可以调节对不同的直流电压变换器模块4-i的相应匹配。尤其可以在多个不同的直流电压变换器模块4-i的情况下，分别以相同的控制度运行各个直流电压变换器模块4-i。也就是说，并联连接的所有直流电压变换器模块4-i在其最大的功率方面至少大致均匀地被控制。此外，也能够实现用于操控并联连接的直流电压变换器模块4-i的任意的进一步的配电。

图2示出根据一种实施方式的调节设备的预控制装置1的调节器结构的示意图。预控制装置1生成第一调节值_1，所述第一调节值首先是直流电压转换器的直流电压变换器模块4-i的基本的调节参量。尤其在使用直流电压转换器的输出电压的额定值U_des和直流电压转换器的输入电压的值U_in的情况下生成所述第一调节参量_1。此外，预控制装置1也可以分析各个直流电压变换器模块4-i中的电流。基于直流电压变换器模块4-i中的这些电流I_i，可以在模块14中求取直流电压变换器模块4-i的组件内的电压降，并且在确定第一调节参量_1时一同考虑所述电压降。由这些参数、尤其输出电压的额定值U_des、输入电压的值U_in以及必要时经过直流电压变换器模块4-i的电流I_i，可以在调节装置10中首先计算调节参量_pre。该调节参量_pre此外必要时可以通过限制元件11和12限制到最小值_min和/或最大值_max上。预控制装置1因此提供第一调节参量_1作为输出。

图3示出根据一种实施方式的调节设备的电压调节器2的调节器结构的示意图。电压调节器2首先将实际电压U_cur与输出电压的额定值U_des进行比较。这两个值的差是用于调节装置、例如PID-调节器的输入值。然而此外，根据应用情况也可以使用与PID-调节器不同的调节装置。此外，该调节装置20也可以考虑要求取的第二调节参量_2的最大值和最小值的预给定。尤其是，作为第二调节参量_2的最大值，例如可以预给定最大值_max与第一调节参量_1的差作为第二调节参量_2的最大值。第二调节参量_2的最小值可以例如作为调节参量_1的负值来预给定。因此，电压调节器2在极端情况下可以完全地补偿第一调节参量_1。电压调节器2提供第二调节参量_2作为输出信号。

图4示出根据一种实施方式的调节设备的电流调节器3-1的调节器结构的示意图。电流调节器3-1首先形成所分配的直流电压变换器模块4-i中的电流的额定值I_des_i和相应的直流电压变换器模块4-i中的电流的实际值I_i的差。该差构成由电流调节器3-i求取的第三调节参量_3_i的输出值。例如，可以将该差提供给调节装置30、尤其例如PID-调节器。此外，该调节装置30可以考虑要输出的第三调节参量_3_i的最大值和最小值的预给定。在这里示出的示例中，作为要输出的调节参量的最大值而预给定值零。也就是说，电流调节器3-i可以仅仅降低第一和第二调节参量_1、_2。作为最小值，例如可以预给定第二调节参量_2和第一调节参量_1之间的负的差。电流调节器3-i的调节装置由此生成第三调节参量_3_i并且输出第三调节参量_3_i。此外，可以借助比较器31或其他合适的装置检查：所输出的第三调节参量_3_i是否不同于零。在这种情况下，电流调节器3-i是激活的并且比较器31输出相应的信号A。

为了操控直流电压变换器模块4-i，对第一调节参量_1和第二调节参量_2求和并且分别将电流调节器3-i中的一个电流调节器3-i的第三调节参量_3_i与该和相加。由三个调节参量如此形成的和被提供给相应的直流电压变换器模块4-i。以此方式，可以由对于所有直流电压变换器模块4-i共同求取的第一调节参量_1和第二调节参量_2以及单独的第三调节参量_3_i对于每个直流电压变换器模块4-i求取单独的调节参量_3_i，所述第三调节参量已经借助分配给所述直流电压变换器模块4-i的电流调节器3-i生成。

因此，可以单独地借助合适的调节参量控制每个直流电压变换器模块4-i。第一调节参量_1、第二调节参量_2和相应的第三调节参量_3_i在此分别相加并且接着被提供给相应的直流电压变换器模块4-i。

只要至少一个电流调节器3-1不是激活的，也即，只要电流调节器3-1中的至少一个输出值零作为第三调节参量_3_i，就可以如先前实施的那样执行直流电压变换器模块4-i的调节。

如果所有电流调节器3-i同时输出不同于零的调节参量_3_i并且因此所有直流电压变换器模块4-i中的电流的限制被实施，则电压调节器2应仅仅在与电流调节器3-1相同的方向上校正第二调节参量_2。为此，可以将先前描述的信号提供给电压调节器2，所述信号表明，电流调节器3-i是否是激活的。电压调节器2接着可以检查，是否全部的电流调节器3-i实施电流限制。在这种情况下，可以相应地匹配通过电流调节器2的调节，使得电流调节器2仅仅输出第二调节参量_2，所述第二调节参量在与电流调节器3-i的第三调节参量_3_i相同的方向上改变第一调节参量_1。

图5示出如用于调节具有多个直流电压变换器模块4-i的直流电压转换器的方法所基于的流程图的示意图。在步骤S1中，产生第一调节参量_1。第一调节参量_1尤其基于直流电压转换器的输出电压的额定值U_des和直流电压转换器的输入电压的值U_cur来求取。在步骤S2中产生第二调节参量_2。第二调节参量_2尤其基于直流电压转换器的输出电压的额定值U_des和直流电压转换器的输出电压的所求取的值U_cur来产生。在步骤S3中，产生多个第三调节参量_3_i。第三调节参量_3_i分别分配给直流电压变换器模块4-i中的一个。对于所分配的每个直流电压变换器模块4-i，基于分别分配的直流电压变换器模块4-i中的电流的额定值I_des_i和分别分配的直流电压变换器模块4-i中的电流的所求取的值I_i产生第三调节参量_3_i。在步骤S4中，借助第一调节参量_1、第二调节参量_2和分别分配的直流电压变换器模块4-i的第三调节参量_3_i的组合操控直流电压变换器模块4-i。第一调节参量_1、第二调节参量_2和第三调节参量_3_i的组合在此尤其可以包括这三个调节参量的总和。

总之，本发明涉及用于具有多个并联连接的直流电压变换器模块的直流电压转换器的调节。在此，对于所有直流电压变换器模块的调节形成用于电压调节的共同参量。附加地，对于每个直流电压变换器模块设置单独的电流调节器。对于每个直流电压变换器模块可以由单独求取的电流调节和共同求取的电压调节形成调节参量。

Claims (9)

1.一种用于具有多个直流电压变换器模块（4-i）的直流电压转换器的调节设备，所述调节设备具有：

预控制装置（1），所述预控制装置被设计用于，基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值（U_des）和所述直流电压转换器的输入电压的值（U_in）生成第一调节参量（_1）；

电压调节器（2），所述电压调节器被设计用于，基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值（U_des）和所述直流电压转换器的输出电压的所求取的值（U_cur）生成第二调节参量（_2）；

多个电流调节器（3-i），其中，分别给一个直流电压变换器模块（4-i）分配一个电流调节器（3-i），并且，所述电流调节器（3-i）分别被设计用于，基于分别分配的直流电压变换器模块（4-i）中的电流的额定值（I_des_i）和分别分配的直流电压变换器模块（4-i）中的电流的所求取的值（I_i）生成用于分别分配的直流电压变换器模块（4-i）的第三调节参量（_3_i），

以及将第一调节参量（_1）、第二调节参量（_2）和所述分别分配的直流电压变换器模块（4-i）的第三调节参量（_3_i）的组合提供给所述分别分配的直流电压变换器模块（4-i）。

2.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述预控制装置（1）被设计用于，在使用所述直流电压变换器模块（4-i）中的电流的所求取的值（I_i）的情况下生成所述第一调节参量（_1）。

3.根据权利要求1或2所述的调节设备，其中，所述预控制装置（1）被设计用于，将所述第一调节参量（_1）的值限制在预给定的最大值（_max）和/或预给定的最小值（_min）上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节设备，其中，所述电压调节器（2）被设计用于，当所有电流调节器（3-i）生成不同于零的第三调节参量（_3_i）时限制所述第二调节参量（_2）的值范围。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的调节设备，其中，所述第一调节参量（_1）、所述第二调节参量（_2）和所述第三调节参量（_3_i）分别包括用于规定占空比的相位角。

6.一种直流电压转换器，其具有：多个直流电压变换器模块（4-i），所述多个直流电压变换器模块被设计用于，将输入直流电压（U_in）转换成输出直流电压；和

根据权利要求1至5中任一项所述的调节设备，其中，对于所述直流电压转换器中的每个直流电压变换器模块（4-i），在所述调节设备中设有单独的电流调节器（3-i）。

7.根据权利要求6所述的直流电压转换器，其中，所述直流电压变换器模块（4-i）被设计用于，实施双向的直流电压变换。

8.一种用于调节具有多个直流电压变换器模块（4-i）的直流电压转换器的方法，所述方法具有以下步骤：

基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值（U_des）和所述直流电压转换器的输入电压的值（U_in）产生（Sl）第一调节参量（_1）；

基于所述直流电压转换器的输出电压的额定值（U_des）和所述直流电压转换器的输出电压的所求取的值（U_cur）产生（S2）第二调节参量（_2）；

产生（S3）多个第三调节参量（_3_i），其中，每个第三调节参量（_3_i）分配给一个直流电压变换器模块（4-i），并且，基于分别分配的直流电压变换器模块（4-i）中的电流的额定值（I_des_i）和分别分配的直流电压变换器模块（4-i）中的电流的所求取的值（I_i）产生用于分别分配的直流电压变换器模块（4-i）的第三调节参量（_3_i）；

借助第一调节参量（_1）、第二调节参量（_2）和所述分别分配的直流电压变换器模块（4-i）的第三调节参量（_3_i）的组合操控（S4）所述直流电压变换器模块（4-i）。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，由所述第一调节参量（_1）、所述第二调节参量（_2）和所述第三调节参量（_3_i）的总和形成所述第一调节参量（_1）、所述第二调节参量（_2）和所述第三调节参量（_3_i）的组合。