CN111478341A - 一种级联系统及静态均压方法、控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联系统及静态均压方法、控制装置，包括功率桥臂，所述功率桥臂包括多个功率子模块，每个功率子模块设置有充电端以及输入端，每个功率子模块的输入端并联有旁路开关组件，每个功率子模块的充电端并联有第一充电组件以及每个功率子模块上设置有用于检测所述第一充电组件的充能情况的电压检测模块，多个功率子模块的输入端依次串联，所述功率子模块的充电端能够为外部物件供电，所述旁路开关组件能够根据电压检测模块的检测信号实现闭合或断开，本设计能够降低成本，提高可靠性，显著提高功率子模块的静态均压效果，使得系统稳定供电运行。

Description

一种级联系统及静态均压方法、控制装置

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种级联系统及静态均压方法、控制装置。

背景技术

传统的级联系统，由多个功率桥臂构成，而功率桥臂则由多个功率子模块的输入端依次串联构成，然后功率桥臂的两端再分别接入直流电的正、负极，每个功率子模块的充电端都会并联第一充电组件(例如充电电容)，在功率子模块投入运行时，功率子模块的充电端会给第一充电组件充电，同时，第一充电组件能够为外部物件(例如系统的控制板等)供电。

但是级联系统上电启动后，由于没有对各个功率子模块的充电进行合理的控制，从而有可能使得各个第一充电组件上的电能分配不均，最终有可能导致损耗较大的第一充电组件的电能损耗降低到外部物件取电时所需的最小电能以下，导致外部物件失电，系统出现故障停机，或者对于损耗较小的第一充电组件一直保持充电，出现第一充电组件损坏的情况。

为了解决以上问题，传统的均压方法是在各个功率子模块的第一充电组件上均并联泄能模块，而泄能模块可以由多个泄能部件(例如电阻)相互并联而成，而每个泄能部件的并联支路上均设置有开关部件，当某个功率子模块的第一充电组件的电能储备较高，此时则将泄能模块中的更多并联支路的开关部件闭合，使得更多的泄能部件投入使用，消耗第一充电组件上的电能，而对于第一充电组件的电能储备较低的情况，则相对减少泄能模块中并联支路的开关部件的闭合，从而切除泄能部件的数量，减少第一充电组件的损耗，但是，此方式对整个系统的电能损耗较大，虽然一定程度能够将各个第一充电组件的电能稳定在一定范围，但是仍然无法实现长期使用，仍存在失电风险。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种级联系统，能够均衡第一充电组件上的电能，使得系统稳定供电运行。

本发明还提出一种静态均压方法，根据第一充电组件上的充能情况控制功率子模块的投切运行，均衡第一充电组件上的电能，使得系统稳定供电运行。

本发明还提出一种控制装置，获取第一充电组件上的充能情况并控制功率子模块的投切运行，使得系统稳定供电运行。

根据本发明的第一方面实施例的一种级联系统，包括功率桥臂，所述功率桥臂包括多个功率子模块，每个功率子模块设置有充电端以及输入端，每个功率子模块的输入端并联有旁路开关组件，每个功率子模块的充电端并联有第一充电组件以及每个功率子模块上设置有用于检测所述第一充电组件的充能情况的电压检测模块，多个功率子模块的输入端依次串联，所述第一充电组件能够为外部物件供电，所述旁路开关组件能够根据电压检测模块的检测信号实现闭合或断开。

根据本发明实施例的一种级联系统，至少具有如下有益效果：

本发明级联系统，各个功率子模块的电压检测模块检测该功率子模块的第一充电组件的充电情况，旁路开关组件能够根据电压检测模块的检测信号，在电能较高的情况下，该功率子模块的旁路开关组件断开，使得该功率子模块切除，但是该功率子模块的第一充电组件仍然继续为外部物件供电，使得第一充电组件的电能能够逐步减少，而待第一充电组件的电能减少到一定程度后，则旁路开关组件闭合，使得该功率子模块重新投入，继续充电，本设计能够降低成本，提高可靠性，显著提高功率子模块的静态均压效果，使得系统稳定供电运行，同时可以实现长时间挂网供电待机，并且实现快速投入使用。

根据本发明的一些实施例，还包括电压转换模块，所述电压转换模块与各个功率子模块的第一充电组件连接以对所述第一充电组件的输出电压转换后为外部物件供电。

根据本发明的一些实施例，所述电压转换模块包括与每个功率子模块一一对应的电压转换单元，每个电压转换单元的输出端并联有第二充电组件，所述电压转换单元的输入端与所述第一充电组件连接，各个电压转换单元的输出端相互并联并且能够为外部物件供电。

根据本发明的一些实施例，所述电压转换单元为双有源DC/DC变换器。

根据本发明的一些实施例，所述旁路开关组件包括旁路开关以及旁路开关驱动部件，所述旁路开关与所述功率子模块的输入端并联，所述旁路开关驱动部件能够根据电压检测模块的检测信号驱动所述旁路开关闭合或者断开。

根据本发明第二方面实施例的静态均压方法，应用于上述任一实施例公开的级联系统，包括：电压检测步骤，采集各个所述第一充电组件的充能情况；投切控制步骤，根据所述第一充电组件的充能情况控制所述旁路开关组件闭合或者断开。

根据本发明实施例的静态均压方法，至少具有如下有益效果：

本发明静态均压方法，采集各个第一充电组件的充能情况，并且根据充能情况控制各个旁路开关组件闭合或者断开，本设计能够降低成本，提高可靠性，显著提高功率子模块的静态均压效果，使得系统稳定供电运行，同时可以实现长时间挂网供电待机，并且实现快速投入使用。

根据本发明的一些实施例，在电压检测步骤与投切控制步骤之间还包括排序步骤，对各个所述第一充电组件的充能情况进行高低排序；

在所述投切控制步骤中，按照预设的投切个数根据各个所述第一充电组件的充能情况从高至低或者从低至高控制相应的所述旁路开关组件闭合或者断开。

根据本发明的一些实施例，在投切控制步骤后还包括循环步骤，经过预设的时间后重新进入电压检测步骤。

根据本发明第三方面实施例的控制装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述任一实施例公开的静态均压方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明其中一种实施例的级联系统的原理结构示意图；

图2为本发明其中一种实施例的静态均压方法的流程图。

附图标记：

功率子模块100、第一充电组件200、旁路开关组件300、电压检测模块400、电压转换模块500、电压转换单元510、第二充电组件600、处理器700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，根据本发明实施例的一种级联系统，包括功率桥臂，功率桥臂包括多个功率子模块100，每个功率子模块100设置有充电端以及输入端，每个功率子模块100的输入端并联有旁路开关组件300，每个功率子模块100的充电端并联有第一充电组件200以及每个功率子模块100上设置有用于检测第一充电组件200的充能情况的电压检测模块400，多个功率子模块100的输入端依次串联，第一充电组件200能够为外部物件供电，旁路开关组件300能够根据电压检测模块400的检测信号实现闭合或断开。

其中，功率子模块100可以包括全桥功率子模块100或者半桥功率子模块100，以半桥功率子模块100为例，一般包括两个I GBT部件，其一I GBT部件的发射极与另一I GBT部件的集电极连接，而功率子模块100的输入端则由其一I GBT部件的发射极和另一I GBT部件的发射极形成，而功率子模块100的充电端则由其一I GBT部件的集电极和另一I GBT部件的发射极形成，另外，第一充电组件200可以是充电电容。

在本发明的一些实施例中，旁路开关组件300包括旁路开关以及旁路开关驱动部件，旁路开关与功率子模块100的输入端并联，旁路开关驱动部件能够根据电压检测模块400的检测信号驱动旁路开关闭合或者断开，此处的旁路开关驱动部件可以是能够吸附旁路开关闭合的继电线圈，或者是能够施力于旁路开关上的以控制旁路开关通断的绝缘传动结构。

本发明级联系统，各个功率子模块100的电压检测模块400检测该功率子模块100的第一充电组件200的充电情况，旁路开关组件300能够根据电压检测模块400的检测信号，在电能较高的情况下，该功率子模块100的旁路开关组件300断开，使得该功率子模块100切除，但是该功率子模块100的第一充电组件200仍然继续为外部物件供电，使得第一充电组件200的电能能够逐步减少，而待第一充电组件200的电能减少到一定程度后，则旁路开关组件300闭合，使得该功率子模块100重新投入，继续充电，本设计能够降低成本，提高可靠性，显著提高功率子模块100的静态均压效果，使得系统稳定供电运行，同时可以实现长时间挂网供电待机，并且实现快速投入使用。

在本发明的一些实施例中，还包括电压转换模块500，电压转换模块500与各个功率子模块100的第一充电组件200连接以对功率子模块100的充电端的输出电压转换后为外部物件供电。

电压转换模块500能够接入各个功率子模块100的第一充电组件200的输出电压，在将各个第一充电组件200的输出电压转化为各种合适的电压等级，为不同的部件进行供电。

在本发明的一些实施例中，电压转换模块500包括与每个功率子模块100一一对应的电压转换单元510，每个电压转换单元510的输出端并联有第二充电组件600，电压转换单元510的输入端与功率子模块100的充电端连接，各个电压转换单元510的输出端相互并联并且能够为外部物件供电。

其中，第二充电组件600可以为充电电容，电压转换单元510可以为双有源DC/DC变换器，各个功率子模块100的对应的电压转化单元先对各自的第一充电组件200的输出电压进行转化，再为第二充电组件600充电，最后再由第二充电组件600为不同的部件进行供电，使得供电电压保持相对稳定。

根据本发明第二方面实施例的静态均压方法，如图2所示，应用于上述任一实施例公开的级联系统，包括：电压检测步骤，采集各个第一充电组件200的充能情况；投切控制步骤，根据第一充电组件200的充能情况控制旁路开关组件300闭合或者断开。

本发明静态均压方法，采集各个第一充电组件200的充能情况，并且根据充能情况控制各个旁路开关组件300闭合或者断开，本设计能够降低成本，提高可靠性，显著提高功率子模块100的静态均压效果，使得系统稳定供电运行，同时可以实现长时间挂网供电待机，并且实现快速投入使用。

根据本发明的一些实施例，在电压检测步骤与投切控制步骤之间还包括排序步骤，对各个第一充电组件200的充能情况进行高低排序；

在投切控制步骤中，按照预设的投切个数根据各个第一充电组件200的充能情况从高至低或者从低至高控制相应的旁路开关组件300闭合或者断开，从而能够有序地对充能较高的功率子模块100先切除处理，或者对电能不足的功率子模块100先投入处理，保证整体系统的稳定运行。

根据本发明的一些实施例，在投切控制步骤后还包括循环步骤，经过预设的时间后重新进入电压检测步骤，完成上一次的均压控制后，经过一定的时间，再次对电压进行检测，从而循环电压检测部件、排序步骤以及投切控制步骤，保证系统长期有效运行。。

具体地，上述的预设的投切个数可以根据一个周期内允许变化的个数或者由最少投入运行的功率子模块100的个数来进行设定，而上述的循环步骤的预设的时间可以设置为1s、2s等。

根据本发明第三方面实施例的控制装置，包括：至少一个处理器700；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当至少一个程序被至少一个处理器700执行，使得至少一个处理器700实现上述任一实施例公开的静态均压方法。

其中，处理器700可以与电压检测模块400连接以采集第一充电组件200的电能情况，同时处理器700可以与旁路开关组件300连接以控制旁路开关组件300闭合或开断。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点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表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种级联系统，其特征在于，包括功率桥臂，所述功率桥臂包括多个功率子模块，每个功率子模块设置有充电端以及输入端，每个功率子模块的输入端并联有旁路开关组件，每个功率子模块的充电端并联有第一充电组件以及每个功率子模块上设置有用于检测所述第一充电组件的充能情况的电压检测模块，多个功率子模块的输入端依次串联，所述第一充电组件能够为外部物件供电，所述旁路开关组件能够根据电压检测模块的检测信号实现闭合或断开。

2.根据权利要求1所述的一种级联系统，其特征在于：还包括电压转换模块，所述电压转换模块与各个功率子模块的所述第一充电组件连接以对所述第一充电组件的输出电压转换后为外部物件供电。

3.根据权利要求2所述的一种级联系统，其特征在于：所述电压转换模块包括与每个功率子模块一一对应的电压转换单元，每个电压转换单元的输出端并联有第二充电组件，所述电压转换单元的输入端与所述第一充电组件连接，各个电压转换单元的输出端相互并联并且能够为外部物件供电。

4.根据权利要求3所述的一种级联系统，其特征在于：所述电压转换单元为双有源DC/DC变换器。

5.根据权利要求1所述的一种级联系统，其特征在于：所述旁路开关组件包括旁路开关以及旁路开关驱动部件，所述旁路开关与所述功率子模块的输入端并联，所述旁路开关驱动部件能够根据电压检测模块的检测信号驱动所述旁路开关闭合或者断开。

6.一种静态均压方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的级联系统，其特征在于，包括：

电压检测步骤，采集各个所述第一充电组件的充能情况；

投切控制步骤，根据所述第一充电组件的充能情况控制所述旁路开关组件闭合或者断开。

7.根据权利要求6所述的一种静态均压方法，其特征在于，在电压检测步骤与投切控制步骤之间还包括排序步骤，对各个所述第一充电组件的充能情况进行高低排序；

在所述投切控制步骤中，按照预设的投切个数根据各个所述第一充电组件的充能情况从高至低或者从低至高控制相应的所述旁路开关组件闭合或者断开。

8.根据权利要求6所述的一种静态均压方法，其特征在于，在投切控制步骤后还包括循环步骤，经过预设的时间后重新进入电压检测步骤。

9.一种控制装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求6-8任一项所述的静态均压方法。

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