CN111064355B - 一种悬浮电位消除电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬浮电位消除电路，属于直流配网技术领域，该电路包括带铁芯的第一绕组，用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端；第一电容，该第一电容的一端连接所述第一绕组，该第一电容的另一端连接有第一电阻，所述第一电阻连接所述第一绕组的铁芯。本发明的悬浮电位消除电路，在第一绕组的铁芯上连接一个电阻，电阻连接电容，使绕组的铁芯与电路输出侧形成电气连接，有效降低直流变压器中铁芯的悬浮电位，避免了直流变压器的局部放电现象，提高了直流变压器的安全性和可靠性。本发明的悬浮电位消除电路适用于各种结构的直流变压器，如可应用到分布式级联拓扑结构的直流变压器，也可以应用到工频直流变压器和高频直流变压器中。

Description

一种悬浮电位消除电路

技术领域

本发明涉及一种悬浮电位消除电路，属于直流配网技术领域。

背景技术

随着直流配网工程的增加，以及直流配网技术领域的迅速进展，直流设备(如直流变压器)在实际直流输电工程中得到了更加广泛的应用，该应用存在着电压高、电流大、容量大的特点，其所需直流配电设备模块数量的增加、设备体积的增大，如何能够更好的接入分布式电源与直流负荷成为更加严峻的问题，所以亟需体积更小集成度更高的直流设备，来提高系统的安全性及运行效率。

现有技术中，直流变压器采用DC/DC模块串联后统一接带铁芯的电感L1、L2，输出到电容C上。如图1所示，母线通过模块1到模块n(即DC/DC模块)串联后正负极经过带铁芯的大电感L1、L2输出到电容C上。采用这种电路方式需要电感L1、L2的体积较大，绝缘和接地水平要求较高，同时电容C的容量和体积也比较大，对电感、电容的生产工艺要求较高，导致直流变压器的体积大、成本较高。

在中压和高压直流配网，现有的直流变压器一般会采用模块化级联的拓扑，使得高频电感与主电路之间缺少必要的电气连接，因此会产生悬浮电位。当电场强度不均匀时，该电位会产生一定的电场，进而会产生放电现象，严重时会烧坏绝缘层，影响设备的稳定运行。

目前，解决电力电子变压器铁芯产生悬浮电压的方法是，使变压器铁芯直接接地，从而避免悬浮电位的问题，但是由于电力电子变压器内部包括多个变压器模块，同时接地会增大系统绝缘需求，且变压器铁芯同时接地的方案难以实现，不实用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种悬浮电位消除电路，用于解决现有直流变压器中产生悬浮电位的问题。

本发明的一种悬浮电位消除电路采用如下技术方案：

带铁芯的第一绕组，用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端；

第一电容，该第一电容的一端连接所述第一绕组，该第一电容的另一端连接有第一电阻，所述第一电阻连接所述第一绕组的铁芯。

上述技术方案的有益效果是：

本发明的悬浮电位消除电路，在第一绕组的铁芯上连接一个电阻，电阻连接电容，使电感(绕组)的铁芯与电路输出侧形成电气连接，有效降低直流变压器中铁芯的悬浮电位，避免了直流变压器的局部放电现象，提高了直流变压器的安全性和可靠性。本发明的悬浮电位消除电路适用于各种结构的直流变压器，如可应用到分布式级联拓扑结构的直流变压器，也可以应用到工频直流变压器和高频直流变压器中。

进一步，还包括：

带铁芯的第二绕组，用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端线路负极；所述带铁芯的第一绕组用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端正极；

第二电容，该第二电容的一端连接所述第二绕组，该第一电容的另一端连接有第二电阻，所述第二电阻连接所述第二绕组的铁芯；所述第一电阻与第二电阻串联，所述第一电容与第二电容串联。

通过在直流变压器中每个DC/DC模块的输出端线路正负极各接一个带铁芯的绕组，由于每个DC/DC模块的输出电压比较低，带铁芯的电感体积较小，其绝缘强度容易实现。并且，和现有直流变压器中采用大电感、大电容相比，悬浮电位消除电路中采用的是若干个小电感、小电容，电感和电容的尺寸及容量均相应减小，同时由于小体积的电感、电容的生产工艺要求不高，因此生产成本更低，生产工艺容易实现，便于直流变压器的集成化。

另外，悬浮电位消除电路的第一电阻和第二电阻均为高阻值电阻，避免了DC/DC模块和电感(即绕组)之间产生的高频环流，同时增加了绕组与铁芯之间的绝缘耐压等级，避免绕组发生击穿现象。

为了保证消除悬浮电位的效果，进一步，所述第一电容与第二电容的容值相同。作为其他实施方式，正极电容与负极电容的容值也可不严格相同，但此种方式下消除悬浮电位的效果没有容值相同时消除悬浮电位的效果好。

同样，为了保证消除悬浮电位的效果，进一步，所述第一电阻与第二电阻的阻值相同。作为其他实施方式，第一电阻与第二电阻的阻值也可不严格相同，但此种方式下消除悬浮电位的效果没有阻值相同时消除悬浮电位的效果好。

为了便于直流变压器的集成化，进一步，所述第一电阻集成在正极电感的铁芯内部，所述第二电阻集成在负极电感的铁芯内部。

附图说明

图1是现有技术中的直流变压器示意图；

图2是本发明实施例1中的悬浮电位消除电路图；

图3是本发明实施例2中的一种悬浮电位消除电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1：

本实施例提出一种悬浮电位消除电路，如图2所示，包括带铁芯的第一绕组L1、第一电容C1和第一电阻R1，其中，第一绕组L1缠绕在铁芯上，用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端；第一电容C1的一端连接第一绕组L1，该第一电容C1的另一端连接第一电阻R1，第一电阻R1连接第一绕组L1的铁芯。

该悬浮电位消除电路能够使电感(绕组)的铁芯与电路输出侧形成电气连接，有效降低直流变压器中铁芯的悬浮电位，避免了直流变压器的局部放电现象，提高了直流变压器的安全性和可靠性。

本发明的悬浮电位消除电路适用于各种结构的直流变压器，可应用到分布式级联拓扑结构的直流变压器，也可以应用到工频直流变压器和高频直流变压器中。例如，应用至图1中的直流变压器时，通过在绕组L1或L2的铁芯与电容之间串设一个电阻，实现悬浮电位的消除。

本实施例中，第一电阻优选为高阻值电阻，能够避免DC/DC模块和电感之间产生的高频环流，同时增加了电感绕组与铁芯之间的绝缘耐压等级，避免电感发生击穿现象。

实施例2：

如图3所示的直流变压器，包括至少n个DC/DC模块，分别为模块1、…、模块k、…、模块n，每个DC/DC模块的输出端均连接有相同结构的悬浮电位消除子电路，所有悬浮电位消除子电路构成了本实施例提出的悬浮电位消除电路，见图3中的虚线框内部分。

下面以模块1的悬浮电位消除子电路为例，该悬浮电位消除子电路包括：带铁芯的正极电感L1、带铁芯的负极电感L2，以及电容模块。

电容模块包括正极电容C1和负极电容C2，正极电容C1和负极电容C2串联连接，正极电容C1和负极电容C2的串联点(即电容中性点)，通过第一电阻R1连接正极电感L1的铁芯；同时，正极电容C1和负极电容C2的串联点，通过第二电阻R2连接负极电感L2的铁芯，第一电阻R1和第二电阻R2均为高阻值电阻。

带铁芯的正极电感L1用于连接模块1的输出端线路正极，带铁芯的负极电感L2用于连接模块1的输出端线路负极；并且，带铁芯的正极电感L1和负极电感L2之间串设有电容模块(电容C1和C2)。

其他DC/DC模块的悬浮电位消除子电路与上述分布式电感电路类似，且各悬浮电位消除子电路的电容模块串联，即C1、…、Ck、…、Cn串联，形成直流变压器的输出端。

本实施例中，为了保证消除悬浮电位的效果，在设置参数值时需满足一定要求，例如，第一电阻与第二电阻的阻值相同，正极电容与负极电容的容值相同。当然，作为其他实施方式，第一电阻与第二电阻的阻值也可不严格相同，正极电容与负极电容的容值也可不严格相同，这种情况下消除悬浮电位的效果没有阻值相同、容值相同时消除悬浮电位的效果好，但不失为一种实施方式。

本实施例中，第一电阻R1集成在正极电感的铁芯内部，第二电阻R2集成在负极电感的铁芯内部，便于直流变压器的集成化。

本实施例中的悬浮电位消除电路，通过在直流变压器中每个DC/DC模块的输出端线路正负极各接一个带铁芯的电感，由于每个DC/DC模块的输出电压比较低，带铁芯的电感体积较小，其绝缘强度容易实现；由于第一电阻和第二电阻的串联点，与正极电容和负极电容的串联点相连，使电感的铁芯与电路输出侧形成电气连接。相对现有直流变压器中悬浮电位难以消除的问题，本发明利用在DC/DC模块输出端设置相应数量的悬浮电位消除子电路，有效降低直流变压器电感铁芯的悬浮电位，避免了直流变压器的局部放电现象，提高了直流变压器的安全性和可靠性。

与现有直流变压器中采用大电感、大电容相比，悬浮电位消除电路中采用的是若干个小电感、小电容，电感和电容的尺寸及容量均相应减小，同时由于小体积的电感、电容的生产工艺要求不高，因此生产成本更低，生产工艺容易实现，便于直流变压器的集成化。本发明的悬浮电位消除电路适用于各种结构的直流变压器，如可应用到分布式级联拓扑结构的直流变压器，也可以应用到工频直流变压器和高频直流变压器中。

另外，悬浮电位消除电路的第一电阻和第二电阻均为高阻值电阻，避免了DC/DC模块和电感之间产生的高频环流，同时增加了电感绕组与铁芯之间的绝缘耐压等级，避免电感发生击穿现象。

Claims (5)

1.一种悬浮电位消除电路，其特征在于，该悬浮电位消除电路应用于一种直流变压器中，所述直流变压器包括多个DC/DC模块，多个DC/DC模块串联，每个DC/DC模块的输出端连接有一个悬浮电位消除电路，所述悬浮电位消除电路包括：

带铁芯的第一绕组，用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端正极；

第一电容，该第一电容的一端连接所述第一绕组，该第一电容的另一端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第一绕组的铁芯；

带铁芯的第二绕组，用于连接直流变压器中DC/DC模块的输出端线路负极；

第二电容，该第二电容的一端连接所述第二绕组，该第二电容的另一端连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述第二绕组的铁芯；所述第一电阻与第二电阻串联，所述第一电容与第二电容串联。

2.根据权利要求1所述的悬浮电位消除电路，其特征在于，所述第一电容与第二电容的容值相同。

3.根据权利要求1所述的悬浮电位消除电路，其特征在于，所述第一电阻与第二电阻的阻值相同。

4.根据权利要求1或3所述的悬浮电位消除电路，其特征在于，所述第一电阻集成在第一绕组的铁芯内部。

5.根据权利要求1或3所述的悬浮电位消除电路，其特征在于，所述第二电阻集成在第二绕组的铁芯内部。