CN110912397B - 直流变压器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流变压器及其控制方法。该直流变压器的控制方法，根据输入电压偏移量对原始输入电压值进行调节，从而可以使直流变压器的输出电压值保持稳定，提升输出直流电的电压稳定性。同时，该控制方法是对直流变压单元的输入电压值进行控制，此时，无论直流变压器的输入侧是有源状态还是无源状态，都可以维持输入端电压稳定，从而使输出电压值保持稳定。

Description

直流变压器及其控制方法

技术领域

本发明涉及直流电压变换技术领域，特别是涉及直流变压器及其控制方法。

背景技术

输入串联输出并联的直流变压器可以用于直流电的电压转换。直流变压器的输入端可以与直流母线连接，通过初级线圈和次级线圈的电磁感应实现直流电的电压转换。

传统技术中，直流变压器通常通过电磁感应实现电压转换，并直接输出直流电。

申请人在实现传统技术的过程中发现：传统的直流变压器，其输出直流电的电压稳定性差。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中存在的直流变压器输出直流电的电压稳定性差的问题，提供一种直流变压器及其控制方法。

一种直流变压器的控制方法，应用于直流变压器，所述直流变压器包括若干个直流变压单元，所述若干个直流变压单元的输入端串联，所述若干个直流变压单元的输出端并联，包括：获取所述直流变压单元的输入侧的原始输入电压值；获取所述直流变压单元的输入电压偏移量；根据所述输入电压偏移量，对所述原始输入电压值进行调节，得到待输入电压值；对所述待输入电压值进行调制得到控制信号；根据所述控制信号控制所述直流变压单元的输入侧的输入电压。

上述直流变压器的控制方法工作时，针对每一直流变压单元，获取其输入侧的原始输入电压值和输入电压偏移量。根据输入电压偏移量，对原始输入电压值进行调节，得到待输入电压值。再对该待输入电压值进行调制得到控制信号，从而控制直流变压单元的输入侧的输入电压。该直流变压器的控制方法，根据输入电压偏移量对原始输入电压值进行调节，从而可以使直流变压器的输出电压值保持稳定，提升输出直流电的电压稳定性。同时，该控制方法是对直流变压单元的输入电压值进行控制，此时，无论直流变压器的输入侧是有源状态还是无源状态，都可以维持输入端电压稳定，从而使输出电压值保持稳定。

一种直流变压器，包括：若干个直流变压单元，所述若干个直流变压单元的输入端串联，所述若干个直流变压单元的输出端并联；控制单元，与所述若干个直流变压单元通信连接，所述控制单元设有预设程序，所述控制单元执行所述预设程序时实现如上述实施例所述的控制方法的步骤。

上述直流变压器，包括若干个直流变压单元和控制单元。其中，控制单元可以执行上述实施例中的控制方法的步骤。该直流变压器，根据输入电压偏移量对原始输入电压值进行调节，从而可以使直流变压器的输出电压值保持稳定，提升输出直流电的电压稳定性。同时，该控制单元是对直流变压单元的输入电压值进行控制，此时，无论直流变压器的输入侧是有源状态还是无源状态，都可以维持输入端电压稳定，从而使输出电压值保持稳定。

附图说明

图1为本申请一个实施例中直流变压器的电路结构示意图；

图2为本申请一个实施例中直流变压器的控制方法的流程示意图；

图3为本申请一个实施例中直流变压器的控制过程示意图。

其中，各附图标号所代表的含义分别为：

10、直流变压器；

110、直流变压单元；

120、控制单元；

122、第一控制组件；

124、第二控制组件；

126、第一控制器；

128、第二控制器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请针对传统技术中存在的直流变压器输出电压稳定性较差的问题，提供一种直流变压器及其控制方法。该直流变压器及其控制方法，以输入电压为控制对象，不仅能够在输入侧有直流电网供电时稳定输出直流电，还能够在输入侧的直流电网突然断电时，维持输入端电压不发生跌落，从而稳定输出直流电。

一种用于对直流变压器10进行控制的控制方法。如图1所示，该直流变压器10可以包括若干个直流变压单元110。若干个直流变压单元110的输入端串联，且输出端并联。

具体的，每个直流变压单元110包括初级线圈、次级线圈和位于初级线圈与次级线圈之间的铁芯(图中未示出)，以当初级线圈中有电流通过时，通过电磁感应，使次级线圈中也产生电流。通过直流变压单元110的电磁感应，可以使初级线圈中的电压值与次级线圈中的电压值之比为初级线圈和次级线圈的圈数比。这是本领域的公知常识，不再赘述。

在本实施例中，直流变压器10包括若干个直流变压单元110。这里的若干个指两个或两个以上的整数。若干个直流变压单元110的输入端串联，即电流从一个直流变压单元110的初级线圈出后，流入另一个直流变压单元110的初级线圈。若干个直流变压单元110的输出端并联，即若干个次级线圈，每个次级线圈的一端电性连接在一起，每个次级线圈的另一端电性连接在一起。

在图1所示的实施例中，Uin表示直流变压器10的输入电压总值；IinN表示第N个直流变压单元110的输入电流，箭头表示输入电流的方向；UinN表示第N个直流变压单元110的输入电压；R1表示直流变压器10的输入侧的输入负载；IoutN表示第N个直流变压单元110的输出电流，箭头表示输出电流的方向；UoutN表示第N个直流变压单元110的输出输出电压；Uout表示直流变压器10的输出电压总值；R2表示直流变压器10的输出侧的输出负载。

如图2所示，一种应用于上述直流变压器10中的任一直流变压单元110的控制方法，包括如下步骤：

S100，获取直流变压单元110的输入侧的原始输入电压值。

该直流变压器10的控制方法，主要是对直流变压器10中的每一直流变压单元110进行输入电压的控制，从而达到控制输出电压稳定的目的。由此，该控制方法需首先获取对应的直流变压单元110的原始输入电压值。这里的输入侧即指初级线圈所在一侧，其用于获取电网中的电能；原始输入电压值是指该控制方法执行之前输入侧的输入电压值。

S200，获取直流变压单元110的输入电压偏移量。

直流变压器10的输出电压不稳，其原因一般是输入电压不稳定。本申请的直流变压器10的控制方法，目的即在于控制直流变压器10的每一直流变压单元110的输入电压稳定。由此，该控制方法还需获取对应直流变压单元110的输入电压偏移量。

获取直流变压单元110的输入电压偏移量时，可以先获取直流变压器10的输入电压偏移总量，再将输入电压偏移总量除以直流变压单元110的个数，即可得到直流变压单元110的输入电压偏移量。

这里的输入电压偏移量可以是原始输入电压值相对额定输入电压值的偏移量；也可以是根据输出电压偏移量计算得到的输入电压偏移量。

S300，根据输入电压偏移量，对原始输入电压值进行调节，得到待输入电压值。

得到输入电压偏移量和原始输入电压值后，根据输入电压偏移量对原始输入电压值进行调节。调节后即可得到待输入电压值，这里的待输入电压值可以是原始输入电压值和电压偏移量之和。利用该待输入电压值对直流变压单元110的输入电压进行控制，即可使直流变压单元110的输入电压稳定，从而使直流变压器10的输出电压稳定。

S400，对待输入电压值进行调制得到控制信号。

S500，根据控制信号控制直流变压单元110的输入侧的输入电压。

对上述待输入电压值进行调制得到控制信号后，通过该控制信号控制直流变压单元110的输入侧的输入电压，即可使直流变压器10的输出电压稳定。

该直流变压器10的控制方法，根据输入电压偏移量对原始输入电压值进行调节，从而可以使直流变压器10的输出电压值保持稳定，提升输出直流电的电压稳定性。同时，该控制方法是对直流变压单元110的输入电压值进行控制，此时，无论直流变压器10的输入侧是有源状态还是无源状态，都可以维持输入端电压稳定，从而使输出电压值保持稳定。

需要注意的是，上述步骤S100和步骤S200的顺序互换并不影响本申请的直流变压器10的控制方法的执行，且不影响本申请的直流变压器10的控制方法所带来的有益效果。因此，上述步骤S100和步骤S200的互换也应理解为在本申请的保护范围之内。

在一个实施例中，上述直流变压器10的控制方法，其步骤S200，包括：

S210，获取直流变压器10的工况状态，该工况状态包括有源状态和无源状态。

具体的，有源状态是指直流变压器10的输入侧连接有直流供电网，且直流供电网向直流变压器10供电的工况状态。无源状态是指直流变压器10的输入侧的直流供电网突然断电的工况状态。

S220，根据工况状态，计算直流变压单元110的输入电压偏移量。

即根据直流变压器10的有源状态或无源状态，计算直流变压器10中的每一直流变压单元110的输入电压偏移量。

进一步的，由上述描述已知，直流变压器10的工况状态包括有源状态和无源状态。由此，上述步骤S220具体可以包括：

S2212，若工况为有源状态，则获取直流变压器10的输出侧的输出电压偏移量或输出电流偏移量。

即当直流变压器10的输入侧的输入端连接有直流供电网，且直流供电网向直流变压器10供电时，获取直流变压器10的输出侧的输出电压偏移量或输出电流偏移量。

输出电压偏移量的获取方法可以是：获取直流变压器10的额定输出电压和原始输出电压。这里的原始输出电压是指该控制方法执行之前直流变压器10的输出电压。根据额定输出电压和原始输出电压，得到额定输出电压和原始输出电压的差值，即为输出电压偏移量。

输出电流偏移量的获取方法可以是：获取直流变压器10的额定输出电流和原始输出电流。这里的原始输出电流是指该控制方法执行之前直流变压器10的输出电流。根据额定输出电流和原始输出电流，得到额定输出电流和原始输出电流的差值，即为输出电流偏移量。

S2214，根据输出电压偏移量或输出电流偏移量，计算输入电压偏移量。

计算得到输出电压偏移量或输出电流偏移量后，根据输出电压偏移量或输出电流偏移量计算输入电压偏移量。

根据输出电压偏移量计算输入电压偏移量的计算方法可以是：根据输出电压偏移量，及直流变压器10中所有直流变压单元110的初级线圈之和与次级线圈之和的比值计算得到输入电压偏移总量，再将输入电压偏移总量除以直流变压单元110的个数，即可得到直流变压单元110的输入电压偏移量。

根据输出电流偏移量计算输入电压偏移量的计算方法可以是：先根据输出电流偏移量计算得到输出电压偏移量，再根据输出电压偏移量计算输入电压偏移量，不再赘述。

步骤S220还可以包括：

S2222，若工况为无源状态，则获取直流变压单元110的输入侧的额定输入电压值。

即当直流变压器10的输入侧的输入端连接有直流供电网，且直流供电网突然停止供电时，获取直流变压单元110的输入侧的额定输入电压值。

需要注意的是，这里是针对每一直流变压单元110，获取该直流变压单元110的额定输入电压值。该直流变压单元110的额定输入电压值的获取方法包括：

获取直流变压器10的输入侧的额定输入电压总值，即获取直流变压器10的额定输入电压总值。

获取直流变压单元110的个数。

根据额定输入电压总值和直流变压单元110的个数，得到额定输入电压总值和直流变压单元110的个数的商，即为直流变压单元110的输入侧的额定输入电压值。

换句话说，在本实施例中，每个直流变压单元110的额定输入电压值都相等。且所有直流变压单元110的额定输入电压值的和即为直流变压器10的额定输入电压总值。

S2224，根据额定输入电压值和原始输入电压值的差，得到电压偏移量。

获取直流变压单元110的额定输入电压值后，即可根据额定输入电压值和原始输入电压值的差，得到电压偏移量。

在一个实施例中，上述直流变压器10的控制方法，其步骤S400包括：

S410，对待输入电压值进行电压电流转换，得到输入电流值。

即对待输入电压值进行电压外环电流内环的双闭环控制，从而得到输入电流值。这是本领域的惯用手段，不再赘述。

S420，对待输入电流值进行比例调节和积分调节，以及脉冲宽度调制，以得到控制信号。

对待输入电流值进行PI(proportional integral)调节。这里可以使用PI控制器对待输入电流值进行调节。使用PI控制器对待输入电流值进行调节后，再将调节结果进行脉冲宽度(Pulse Width Modulation，PWM)调制。脉冲宽度调制可以使用PWM调制器进行。

脉冲宽度调制后，即可得到控制信号。该控制信号即可对直流变压单元110的输入侧的输入电压进行控制，从而使输入电压稳定。

本申请还提供一种直流变压器10，包括若干个直流变压单元110和控制单元120。

具体的，如图1所示，每个直流变压单元110包括初级线圈、次级线圈和位于初级线圈与次级线圈之间的铁芯(图中未示出)，以当初级线圈中有电流通过时，通过电磁感应，使次级线圈中也产生电流。通过直流变压单元110的电磁感应，可以使初级线圈中的电压值与次级线圈中的电压值之比为初级线圈和次级线圈的圈数比。这是本领域的公知常识，不再赘述。

在本实施例中，直流变压器10包括若干个直流变压单元110。这里的若干个指两个或两个以上的整数。若干个直流变压单元110的输入端串联，即电流从一个直流变压单元110的初级线圈出后，流入另一个直流变压单元110的初级线圈。若干个直流变压单元110的输出端并联，即若干个次级线圈，每个次级线圈的一端电性连接在一起，每个次级线圈的另一端电性连接在一起。

控制单元120与每个直流变压单元110通信连接，用于控制直流变压单元110的输入电压。控制单元120内可以设于预设程序，且控制单元120执行该预设程序时，实现上述任意一个实施例中的步骤。

更具体的，该控制单元120执行预设程序时，可以：获取直流变压单元110的输入侧的原始输入电压值；获取直流变压单元110的输入电压偏移量；根据输入电压偏移量，对原始输入电压值进行调节，得到待输入电压值；对待输入电压值进行调制得到控制信号；根据控制信号控制直流变压单元110的输入侧的输入电压。

在一个实施例中，如图3所示，该控制单元120包括第一控制组件122和第二控制组件124。

其中，第二控制组件124用于获取直流变压单元110的输入电压偏移量。

第一控制组件122与第二控制组件124通信连接，从而可以获取第二控制组件124传递的输入电压偏移量。第一控制组件122用于获取原始输入电压值，并根据输入电压偏移量，对原始输入电压值进行调节，得到待输入电压值。同时，第一控制组件122还对待输入电压值进行调制得到控制信号，并根据控制信号控制直流变压单元110的输入侧的输入电压。

进一步的，第二控制组件124可以包括第一控制器126和第二控制器128。第一控制器126和第二控制器128通过单刀双掷开关K与第一控制组件122连接，以使第一控制器126和第二控制器128中的一个与第一控制组件122连通。

其中，第一控制器126工作时，可以获取直流变压器10的输出侧的输出电压偏移量或输出电流偏移量，并根据输出电压偏移量或输出电流偏移量，计算输入电压偏移量。第一控制器126还用于获取直流变压器10的工况状态，当工况状态为有源状态时，第一控制器126和第一控制组件122连通；

第二控制器128工作时，可以于获取直流变压单元110的输入侧的实际输入电压值，并根据额定输入电压值和原始输入电压值的差，得到电压偏移量。第二控制器128还用于获取直流变压器10的工况状态，当工况状态为无源状态时，第二控制器128和第一控制组件122连通。

在一个实施例中，控制单元120可以包括若干个第一控制组件122和一个第二控制组件124。

具体的，第一控制组件122用于对直流变压单元110进行输入电压的控制。由此，第一控制组件122的数量可以与直流变压单元110相同。每个第一控制组件122与一个直流变压单元110连接，以对其输入侧的输入电压进行控制。

第二控制组件124用于根据直流变压器10的工况状态进行输入电压偏移量的计算。由此，可以仅设置一个第二控制组件124，该第二控制组件124与所有的第一控制组件122通信连接，以向第一控制组件122传递输入电压偏移量。

下面结合附图1和附图3，从一个具体的实施例对本提案的直流变压器10及其控制方法的工作过程进行说明。

在本申请的直流变压器10的控制方法执行之前，第一控制组件122可以获取直流变压单元110的额定输入电压值。这里的额定输入电压值可以是U_in1，代表编号为1的直流变压单元110的额定输入电压值，其等于直流变压器10的额定输入电压总值U_in与直流变压单元110的个数N的比值。此时，按照额定输入电压值输入原始输入电压值c。第一控制组件122获取原始输入电压值c后，对原始输入电压值c进行比例控制，比例系数为R。比例控制后，经过电压外环电流内环的双闭环控制，得到额定输入电流值。再对该额定输入电流值进行PI调节和PWM调节，得到控制信号。此时，直流变压单元110的输入侧的电压值即为原始电压值c。

而在本申请的直流变压器10的控制方法执行时，第二控制组件124可以获取直流变压器10的工况状态。其中，

当工况状态为有缘状态时，直流供电网向直流变压器10供电，第二控制组件124中的第一控制器126与第一控制组件122导通。此时，第一控制器126用于获取输入电压偏移量。第一控制器126获取输入电压偏移量的方法是：第一控制器126获取输入电压偏移总量a，并将输入电压偏移总量a除以直流变压单元110的个数N，得到输入电压偏移量。这里的输入电压偏移总量a可以是根据输出电压偏移量或输出电流偏移量计算得到的输入电压偏移总量。其中，输出电压偏移量等于原始输入电压对应的原始输出电压值与额定输出电压值的差；输出电流偏移量等于原始输入电压对应的原始输出电流值与额定输出电流值的差。

第一控制器126得到输入电压偏移量后，对输入电压偏移量进行PI调节，传递至第一控制组件122。此时，第一控制组件122根据输入电压偏移量，对原始输入电压值c进行调节，得到待输入电压值。再对待输入电压值进行比例控制、电压外环电流内环的双闭环控制、PI调节和PWM调节后，得到控制信号。此时，使用该控制信号控制直流变压单元110，即可使直流变压单元110的输入电压值为待输入电压值。

当工况状态为无源状态时，直流供电网突然停止向直流变压器10供电，直流变压器10的输入端连接有直流负载R1，故存在直流电压。第二控制组件124中的第二控制器128与第一控制组件122导通。此时，第二控制器128用于获取输入电压偏移量。第二控制器128获取输入电压偏移量的方法是：第二控制器128获取输入电压偏移总量b，并将输入电压偏移总量b除以直流变压单元110的个数N，得到输入电压偏移量。这里的输入电压偏移总量b可以是根据额定输入电压总值和原始输入电压总值的差得到的，由此，这里的输入电压偏移量也可以由单个直流变压单元110的额定输入电压值和原始输入电压值的差得到。

第二控制器128得到输入电压偏移量后，对输入电压偏移量进行PI调节，传递至第一控制组件122。此时，第一控制组件122根据输入电压偏移量，对原始输入电压值c进行调节，得到待输入电压值。再对待输入电压值进行比例控制、电压外环电流内环的双闭环控制、PI调节和PWM调节后，得到控制信号。此时，使用该控制信号控制直流变压单元110，即可使直流变压单元110的输入电压值为待输入电压值。

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。

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。

Claims (10)

1.一种直流变压器，其特征在于，包括：

若干个直流变压单元，所述若干个直流变压单元的输入端串联，所述若干个直流变压单元的输出端并联；

控制单元，与所述若干个直流变压单元通信连接，所述控制单元包括与所述直流变压单元通信连接的第一控制组件和与所述第一控制组件通信连接的第二控制组件；

所述第一控制组件用于获取原始输入电压值，并根据所述原始输入电压值和所述输入电压偏移量控制所述直流变压单元的输入侧的输入电压，其中，所述原始输入电压值为执行控制方法之前输入侧的输入电压值；

所述第二控制组件用于获取所述直流变压单元的输入电压偏移量；所述第二控制组件包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器通过单刀双掷开关K与所述第一控制组件连接，以使所述第一控制器和所述第二控制器中的一个与所述第一控制组件连通；

所述第一控制器用于获取所述直流变压器的输出侧的输出电压偏移量或输出电流偏移量，并根据所述输出电压偏移量或所述输出电流偏移量，计算所述输入电压偏移量；所述第一控制器还用于获取所述直流变压器的工况状态，当所述工况状态为有源状态时，所述第一控制器和所述第一控制组件连通；

所述第二控制器用于获取所述直流变压单元的输入侧的实际输入电压值，并根据额定输入电压值和所述原始输入电压值的差，得到所述电压偏移量；所述第二控制器还用于获取所述直流变压器的工况状态，当所述工况状态为无源状态时，所述第二控制器和所述第一控制组件连通。

2.根据权利要求1所述的直流变压器，其特征在于，所述控制单元包括若干个第一控制组件和一个第二控制组件；

一个所述第一控制组件与一个所述直流变压单元连接，以控制所述直流变压单元的输入侧的输入电压；

任一所述第一控制组件均与所述第二控制组件连接，以获取所述输入电压偏移量。

3.根据权利要求1所述的直流变压器，其特征在于，每个所述直流变压单元包括初级线圈、次级线圈和位于初级线圈与次级线圈之间的铁芯。

4.一种直流变压器的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-3任一项所述的直流变压器，所述控制方法包括：

获取所述直流变压单元的输入侧的原始输入电压值，所述原始输入电压值为执行控制方法之前输入侧的输入电压值；

获取所述直流变压单元的输入电压偏移量；

根据所述输入电压偏移量，对所述原始输入电压值进行调节，得到待输入电压值；

对所述待输入电压值进行调制得到控制信号；

根据所述控制信号控制所述直流变压单元的输入侧的输入电压。

5.根据权利要求4所述的直流变压器的控制方法，其特征在于，所述获取所述直流变压单元的输入电压偏移量，包括：

获取所述直流变压器的工况状态，所述工况状态包括有源状态或无源状态；

根据所述工况状态，计算所述直流变压单元的输入电压偏移量。

6.根据权利要求5所述的直流变压器的控制方法，其特征在于，所述根据所述工况状态，计算所述直流变压单元的输入电压偏移量，包括：

若所述工况状态为有源状态，则获取所述直流变压器的输出侧的输出电压偏移量或输出电流偏移量；

根据所述输出电压偏移量或所述输出电流偏移量，计算所述输入电压偏移量。

7.根据权利要求5所述的直流变压器的控制方法，其特征在于，所述根据所述工况状态，计算所述直流变压单元的输入电压偏移量，包括：

若所述工况状态为无源状态，则获取所述直流变压单元的输入侧的额定输入电压值；

根据所述额定输入电压值和所述原始输入电压值的差，得到所述电压偏移量。

8.根据权利要求7所述的直流变压器的控制方法，其特征在于，所述获取所述直流变压单元的输入侧的额定输入电压值，包括：

获取所述直流变压器的输入侧的额定输入电压总值；

获取所述直流变压单元的个数；

根据所述额定输入电压总值和所述直流变压单元的个数，得到所述额定输入电压总值和所述直流变压单元的个数的商，即为所述直流变压单元的输入侧的额定输入电压值。

9.根据权利要求4所述的直流变压器的控制方法，其特征在于，所述对所述待输入电压值进行调制得到控制信号，包括：

对所述待输入电压值进行电压电流转换，得到待输入电流值；

对所述待输入电流值进行比例调节和积分调节，以及脉冲宽度调制，以得到所述控制信号。

10.根据权利要求4所述的直流变压器的控制方法，其特征在于，所述待输入电压值是原始输入电压值和电压偏移量之和。

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