CN111756229A - 高压侧串联低压侧并联的变换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压侧串联低压侧并联的变换系统，包括：N个功率单元，每一个功率单元包含n个DC/DC变换器，正常工作时k个DC/DC变换器处于工作状态，r个DC/DC变换器处于冷备份状态，其中k+r＝N·n；n个旁路电路，并联连接于对应的DC/DC变换器；检测单元，连接对应的功率单元中的每一个DC/DC变换器，用以检测所述DC/DC变换器；控制单元，连接对应的所述检测单元，当对应的DC/DC变换器处于预设状态时，相应的控制单元输出预设信号；主控单元，分别与N个所述控制单元耦接，接收并根据预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的控制单元。本发明的变换系统损耗小，有利于效率的进一步提高。

Description

高压侧串联低压侧并联的变换系统
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种高压侧串联低压侧并联的变换系统。
背景技术
在高压DC-DC变换场合，常采用多个DC/DC模块相串联连接而成的功率电子变换系统来实现高压直流转直流变换功能。当该电子变换系统中某一个DC/DC模块预设状态时，将会直接影响到整个电子变换系统的正常工作，因此需要将故障DC/DC模块及时旁路，以保证电子变换系统不受故障DC/DC模块的影响，可以继续稳定运行。
然而，现有技术中旁路故障DC/DC模块的技术存在以下问题：
在高压侧串联低压侧并联的DC/DC变换结构中，由于低压侧电压保持不变，旁路的功能将会导致各个DC/DC模块的电压增益范围变宽，从而导致电子变换系统的设计难度增加，变换效率降低。以N个模块为例，故障DC/DC模块旁路前，各DC/DC模块的电压增益M1＝VDC2/(VDC1/N)，故障DC/DC模块旁路后，各DC/DC模块的电压增益转变为M2＝VDC2/(VDC1/(N-1))，在电子变换系统两侧电压VDC1、VDC2均不发生改变的情况下，变换器的设计过程中需要兼顾M1、M2两种电压增益，最终导致变换效率受到影响。
因此，需要设计一种新的变换系统。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种高压侧串联低压侧并联的变换系统，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一示例实施方式，公开一种高压侧串联低压侧并联的变换系统，包括：N个变换单元，每一个变换单元包含
n个DC/DC变换器，其中所有的DC/DC变换器的一侧串联耦接于所述变换系统的所述高压侧、所有的DC/DC变换器的另一侧并联耦接于所述变换系统的所述低压侧，当所述变换系统正常工作时有k个DC/DC变换器处于工作状态，r个DC/DC变换器处于冷备份状态，所述变换系统的所述高压侧的电压为VDC1，所述变换系统的所述低压侧的电压为VDC2，其中k+r＝N·n，N≥1，以及n≥1；
n个旁路电路，其中每一个所述旁路电路并联连接于对应的所述DC/DC变换器；
检测单元，每一个所述检测单元连接对应的所述功率单元中的每一个所述DC/DC变换器，用以检测对应的所述DC/DC变换器的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；以及
控制单元，每一个所述控制单元连接对应的所述检测单元，控制单元接收并根据接收到的所述检测信号来判断对应的所述DC/DC变换器是否进入预设状态，当对应的所述DC/DC变换器处于所述预设状态时，相应的所述控制单元输出预设信号；以及
主控单元，分别与N个所述控制单元耦接，接收并根据所述预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的所述控制单元；
其中，至少一个所述控制单元根据所述解除信号控制预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；至少一个所述控制单元根据所述旁路信号控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路导通。
根据本发明的一示例实施方式，其中当所述预设状态为非故障状态时，所述DC/DC变换器进入冷备份状态；当所述预设状态为故障状态时，所述DC/DC变换器进入旁路状态。
根据本发明的一示例实施方式，其中
任一DC/DC变换器还包括直流母线电容，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接；
至少一个所述控制单元控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路导通，至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；以及
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开后，所述变换系统的所述高压侧的电流对处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器的所述直流母线电容充电，充到一预定电压后再控制处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器进入工作状态。
根据本发明的一示例实施方式，其中
任一DC/DC变换器还包括直流母线电容，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接；
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态之前，控制所述变换系统停机；
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；
对处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器的所述直流母线电容充电，充到一预定电压后，再控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器对应的旁路电路导通；以及
最后控制所述变换系统重启。
根据本发明的一示例实施方式，其中
任一DC/DC变换器还包括直流母线电容和均压电路，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接，所述均压电路并联连接于所述母线电容的正端和负端；
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态之前，控制所述变换系统停机；
当至少一个所述控制单元控制预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；
对处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器的所述直流母线电容充电，经过预设时间后，所述直流母线电容进入稳定状态，再控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器处于旁路状态；以及
最后控制所述变换系统重启。
根据本发明的一示例实施方式，其中当处于所述预设状态的所述DC/DC变换器的个数累计值大于r时，将所述变换系统的所述低压侧电压调整为VDC2·k/j，其中j为当前处于工作状态的DC/DC变换器个数。
根据本发明的一示例实施方式，其中当处于所述预设状态的所述DC/DC变换器的个数累计值小于等于r时，所述变换系统的所述低压侧的电压为VDC2。
根据本发明的一示例实施方式，所述预设数量大于、等于或小于处于所述预设状态的所述DC/DC变换器的个数。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一DC/DC变换器包括直流母线电容，其中所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接；以及
任一旁路电路包括：机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端与机所述机械开关单元的第一端以及所述直流母线电容的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的第二端以及所述直流母线电容的负端电性连接；以及根据所述旁路信号，控制所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一旁路电路还包括：二极管；其中，所述DC/DC变换器的所述一侧的正端与所述二极管的阳极电性耦接，所述二极管的阴极与所述直流母线电容的正端电性耦接；或者，所述二极管的阳极与所述直流母线电容的负端电性耦接，所述二极管的阴极与所述DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接。
根据本发明的一示例实施方式，其中对应的所述控制单元接收所述主控单元输出的所述旁路信号，并且根据所述旁路信号产生第一闭合控制信号和第二闭合控制信号，其中对应的所述机械开关单元的控制端接收所述第一闭合控制信号以及对应的所述半导体开关单元的控制端接收所述第二闭合控制信号。
根据本发明的一些实施方式，有效减小了DC/DC变换器的增益变化范围，一定程度提高了各个DC/DC变换器的变换效率。
根据本发明的一些实施方式，给出了当处于冷备份的DC/DC变换器投入运行时，解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容的母线电压由0提高到指定电压(预定电压)的解决方案。
根据本发明的另一些实施方式，处于预设状态的DC/DC变换器可以通过机械开关等导通损耗较小的器件实现旁路，处于预设状态的DC/DC变换器的其余功率器件没有电流流过，不会产生任何的损耗，而处于工作状态的DC/DC变换器通过导线直接与相邻DC/DC变换器连接，不会产生其余的附加器件损耗，从而减小损耗，有利于变换系统效率的进一步提高。
根据本发明的又一些实施方式，在处于预设状态的DC/DC变换器的个数大于处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数后，变换系统仍可以继续运行，不受处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数的限制。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1示出根据本发明一示例实施方式的高压侧串联低压侧并联的变换系统的示意图；
图2示出电阻分压电路的示意图；
图3示出均压电路的示意图；
图4示出旁路电路的示意图；
图5示出带有二极管的旁路电路的示意图；
图6示出另一带有二极管的旁路电路的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
另外，关于本文中所使用的“耦接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明的目的在于公开一种高压侧串联低压侧并联的变换系统，包括：N个功率单元，每一个功率单元包含n个DC/DC变换器，其中所有的DC/DC变换器的一侧串联耦接于变换系统的高压侧、所有的DC/DC变换器的另一侧并联耦接于变换系统的低压侧，当变换系统正常工作时有k个DC/DC变换器处于工作状态，r个DC/DC变换器处于冷备份状态，变换系统的高压侧电压为VDC1，变换系统的低压侧电压为VDC2，其中k+r＝N·n，N≥1，以及n≥1；每一个功率单元还包含n个旁路电路，其中每一个所述旁路电路并联连接于对应的所述DC/DC变换器；每一个功率单元还包含检测单元，每一个所述检测单元连接对应的所述功率单元中的每一个DC/DC变换器，用以检测对应的所述DC/DC变换器的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；每一个功率单元还包含控制单元，每一个所述控制单元连接对应的所述检测单元，控制单元接收并根据接收到的所述检测信号来判断对应的所述DC/DC变换器是否进入预设状态，当对应的所述DC/DC变换器处于所述预设状态时，相应的所述控制单元产生预设信号；以及主控单元，分别与N个所述控制单元耦接，接收并根据所述预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的所述控制单元；其中，至少一个所述控制单元根据所述解除信号控制预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；至少一个所述控制单元根据所述旁路信号控制处于预设状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路导通。在本实施例中，当所述预设状态为非故障状态(例如，高压侧电压略低于或高于额定电压、电容电流略大、工作时间过长等非最佳工作状态)时，所述DC/DC变换器进入冷备份状态，亦即，所述DC/DC变换器并没有发生故障，之后仍然可以投入正常工作状态。当所述预设状态为故障状态时，所述DC/DC变换器进入旁路状态，亦即，所述DC/DC变换器发生故障，所述DC/DC变换器被旁路，待更换后才能进入正常工作状态。本发明的高压侧串联低压侧并联的变换系统有效减小了DC/DC变换器的增益变化范围，一定程度提高了各个DC/DC变换器的变换效率；给出了当处于冷备份状态的DC/DC变换器投入运行时，解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容的母线电压由0提高到指定电压(预定电压)的解决方案；所述方案具有较高的系统效率，处于预设状态的DC/DC变换器可以通过机械开关等导通损耗较小的器件实现旁路，处于预设状态的DC/DC变换器的其余功率器件没有电流流过，不会产生任何的损耗，而处于工作状态的DC/DC变换器通过导线直接与相邻DC/DC变换器连接，不会产生其余的附加器件损耗，本发明涉及到的方案损耗小，有利于变换系统效率的进一步提高；且该控制方案在发生故障的DC/DC变换器的个数大于处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数后仍可以继续运行，不受处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数的限制。
下面结合图1-6对本发明的高压侧串联低压侧并联的变换系统进行详细说明，其中，图1示出根据本发明一示例实施方式的高压侧串联低压侧并联的变换系统的示意图；图2示出电阻分压电路的示意图；图3示出均压电路的示意图；图4示出旁路电路的示意图；图5示出带有二极管的旁路电路的示意图；图6示出另一带有二极管的旁路电路的示意图。
图1示出根据本发明一示例实施方式的高压侧串联低压侧并联的变换系统的示意图。如图1所示，高压侧串联低压侧并联的变换系统，包括：N个功率单元1(1#、2#…N#)，每一个功率单元1包含n个DC/DC变换器11，其中所有的DC/DC变换器11的一侧串联耦接于变换系统的高压侧、所有的DC/DC变换器11的另一侧并联耦接于变换系统的低压侧，当变换系统正常工作时有k个DC/DC变换器11处于工作状态，r个DC/DC变换器11处于冷备份状态，变换系统的高压侧电压为VDC1，变换系统的低压侧电压为VDC2，其中k+r＝N·n，N≥1，以及n≥1；每一个功率单元还包含n个旁路电路2，其中每一个所述旁路电路2并联连接于对应的所述DC/DC变换器11；每一个功率单元还包含检测单元3，每一个所述检测单元3连接对应的所述功率单元1的DC/DC变换器11，用以检测对应的所述DC/DC变换器11的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；每一个功率单元还包含控制单元4，每一个所述控制单元4连接对应的所述检测单元，控制单元4接收并根据接收到的所述检测信号来判断对应的所述DC/DC变换器11是否进入预设状态，当对应的所述DC/DC变换器11处于预设状态时，相应的所述控制单元4产生预设信号；以及主控单元5，分别与N个所述控制单元耦接，接收并根据所述预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的所述控制单元4；其中，至少一个所述控制单元4根据所述解除信号控制预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器11对应的所述旁路电路2断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器11处于解除旁路状态；至少一个所述控制单元4根据所述旁路信号控制处于预设状态的所述DC/DC变换器11对应的所述旁路电路2导通。也就是说，处于冷备份状态的DC/DC变换器11对应的旁路电路2处于导通状态，其余(正常工作状态下的)DC/DC变换器对应的旁路电路(中的开关器件)处于断开状态；而当某个/某些工作状态下的DC/DC变换器11发生预设状态时，需要将处于冷备份状态的DC/DC变换器11投入工作，控制单元控制预设状态的DC/DC变换器11对应的旁路电路2(中的开关器件)导通，使得处于预设状态的DC/DC变换器退出工作，而控制相应数量的处于冷备份状态的DC/DC变换器11对应的旁路电路断开而使相应数量的冷备份状态的DC/DC变换器11投入工作。由此，本发明的高压侧串联低压侧并联的变换系统有效减小了DC/DC变换器11的增益变化范围，一定程度提高了各个DC/DC变换器11的变换效率；同时，处于预设状态的DC/DC变换器11可以通过机械开关等导通损耗较小的器件实现旁路，处于预设状态的DC/DC变换器11的其余功率器件没有电流流过，不会产生任何的损耗，而处于工作状态的DC/DC变换器11通过导线直接与相邻DC/DC变换器11连接，不会产生其余的附加器件损耗，从而减小损耗，有利于变换系统效率的进一步提高。
根据本发明的一示例实施方式，其中处于工作状态的所述DC/DC变换器对应的所旁路电路处于断开状态，处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路处于导通状态。
其中，检测单元可为各种形式的采样电路，通过电阻分压、电流互感器等任何形式的具有采集信号功能的电路、元件来获取DC/DC变换器电压、电流、温度等需要关注的工作信息。而控制单元4和主控单元5均可以采用各种硬件、软件、固件或他们的组合来实现，主控单元5与各功率单元1的控制单元4之间保持通讯，相互配合完成变换系统的控制。
例如，检测单元可通过电阻分压电路(如图2所示，电阻分压电路包括电阻R1、R2)采集DC/DC变换器的电压信号Vsamp，或者通过电流互感器配合电阻分压采集DC/DC变换器的电流信号；控制单元4可选用FPGA进行控制，主控单元5可选用FPGA+DSP构成。但本发明不以此为限，也就是说，还可以采用其他的检测单元、控制单元、主控单元结构。
根据本发明的一些实施方式，给出了当处于冷备份状态的DC/DC变换器投入运行时，解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容的母线电压由0提高到预定电压的解决方案，而控制单元控制预设状态的DC/DC变换器对应的旁路电路导通既可以采用不停机的控制方案也可以采用停机重启的控制方案，下面分别具体进行说明。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一DC/DC变换器11还包括直流母线电容C，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容C的负端与DC/DC变换器的一侧的负端电性耦接。正常工作时有k个DC/DC变换器处于工作状态，r个DC/DC变换器处于冷备份状态(k+r＝N·n)。当某个处于工作状态的DC/DC变换器进入预设状态时，例如过压、过流、欠压等任何形式的故障状态，或者高压侧电压略低于或高于额定电压、电容电流略大、工作时间过长等非最佳工作状态(亦即，非故障状态)，此时对应的检测单元检测某个正在工作的DC/DC变换器工作信号后，将检测信号传给对应的控制单元，对应的控制单元根据检测信号判断出对应的DC/DC变换器是否处于预设状态，由对应的控制单元输出预设信号至主控单元；之后主控单元根据预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的控制单元；至少一个所述控制单元控制处于预设状态的所述DC/DC变换器对应的旁路电路导通，至少一个所述控制单元控制所述预设数量的所述DC/DC变换器对应的旁路电路断开，使其处于解除旁路状态；至少一个控制单元根据解除信号控制预设数量的DC/DC变换器处于解除旁路状态后，其中预设数量的可以等于处于预设状态的DC/DC变换器的个数，或者也可以小于处于预设状态的DC/DC变换器的个数，所述变换系统的高压侧的电流对处于解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容充电，充到一预定电压后再控制处于解除旁路状态的DC/DC变换器进入工作状态；而处于预设状态的DC/DC变换器对应的控制单元接受旁路信号后，控制处于预设状态的DC/DC变换器的旁路电路的开关闭合，实现预设状态的DC/DC变换器退出工作。由此，即可实现不停机的旁路控制方案。
而如果当发生故障的DC/DC变换器的个数累计值大于r时，即当发生故障的DC/DC变换器的个数大于处于冷备份状态的DC/DC变换器个数时，可控制处于预设状态的DC/DC变换器直接退出工作，且将低压侧电压调整为VDC2·k/j，其中j为当前(即控制所有处于预设状态的DC/DC变换器对应的旁路电路导通之后)处于工作状态的DC/DC变换器个数。也就是说，在发生故障的DC/DC变换器的个数大于处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数后仍可以继续运行，不受处于冷备份状态的DC/DC变换器个数的限制，且克服了由于处于工作状态的DC/DC变换器个数减少而导致的电压增益范围变宽从而导致变换系统效率降低的问题，有效减小了功率的增益变化范围，提高了变换效率。
根据本发明的一示例实施方式，其中，当处于发生故障预设状态的所述DC/DC变换器的个数累计值小于等于r时，所述变换系统的所述低压侧的电压为VDC2。也就是说处于冷备份状态的DC/DC变换器的数量不大于处于发生故障预设状态的DC/DC变换器的数量，以在处于工作状态的DC/DC变换器的数量一定的情况下在具有较高稳定性和可靠性的同时确保整个变换系统的功率容量。但本发明不以此为限，也就是说处于冷备份状态的DC/DC变换器的数量也可以大于处于发生故障预设状态的DC/DC变换器的数量以进一步确保整个系统的稳定性和可靠性。
根据本发明的一示例实施方式，所述预设数量可大于、等于或小于处于所述预设状态的所述DC/DC变换器的个数。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一DC/DC变换器11还包括直流母线电容C，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的一侧的负端电性耦接。正常工作时有k个DC/DC变换器处于工作状态，其余r个DC/DC变换器处于冷备份状态(k+r＝N·n)。其中，当所有DC/DC变换器都没有进入预设状态时，处于工作状态的DC/DC变换器的个数k与处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数r等于变换系统中DC/DC变换器的总数，亦即，k+r＝N·n。当某个处于工作状态的DC/DC变换器进入预设状态时，例如过压、过流、欠压等任何形式的故障状态，或者高压侧电压略低于或高于额定电压、电容电流略大、工作时间过长等非最佳工作状态(亦即，非故障状态)，此时对应的控制单元判断出某个正在工作的DC/DC变换器进入预设状态后，对应的控制单元输出预设信号至主控单元；之后主控单元根据预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的控制单元；当至少一个控制单元控制预设数量的DC/DC变换器处于解除旁路状态之前，控制所述变换系统停机；当至少一个控制单元控制预设数量的处于冷备份状态的DC/DC变换器对应的旁路电路断开，使得预设数量的处于冷备份状态的DC/DC变换器处于解除旁路状态；对处于解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容充电，充到一预定电压后，再控制处于预设状态的DC/DC变换器退出工作；以及最后控制变换系统重启，重新启动后整个变换系统仍然有k个DC/DC变换器处于工作状态。由此，即可实现停机重启的旁路控制方案。
同样的，如果当的DC/DC变换器的个数累计值大于r时，即当发生故障的DC/DC变换器的个数大于最初处于冷备份状态的DC/DC变换器个数时，控制单元可以控制发生故障的DC/DC变换器直接退出工作，且将低压侧电压调整为VDC2·k/j，其中j为当前处于工作状态的DC/DC变换器个数，j<k。也就是说，在处于预设状态的DC/DC变换器的个数大于处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数后仍可以继续运行，不受处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数的限制，且克服了由于处于工作状态的DC/DC变换器个数减少而导致的电压增益范围变宽从而导致变换系统效率降低的问题，有效减小了功率的增益变化范围，提高了变换效率。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一DC/DC变换器11还包括直流母线电容C和均压电路111(如图3所示，均压电路111包括多个电阻R111或者是电阻与可控开关器件组成的串联支路)，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的一侧的负端电性耦接，所述均压电路并联连接于所述母线电容的正端和负端。正常工作时有k个DC/DC变换器处于工作状态，其余r个DC/DC变换器处于冷备份状态(k+r＝N·n)。当某个处于工作状态的DC/DC变换器处于预设状态时，例如过压、过流、欠压等任何形式的故障状态，或者高压侧电压略低于或高于额定电压、电容电流略大、工作时间过长等非最佳工作状态，此时对应的控制单元判断出某个正在工作的DC/DC变换器进入预设状态后，对应的本控制单元输出预设信号至主控单元；之后主控单元根据预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的控制单元；当至少一个控制单元控制预设数量的DC/DC变换器处于解除旁路状态之前，控制所述变换系统停机；当至少一个控制单元控制预设数量的处于冷备份状态的DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得预设数量的处于冷备份状态的DC/DC变换器处于解除旁路状态；对处于解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容充电，经过预设时间后，直流母线电容进入稳定状态，再控制处于预设状态的DC/DC变换器退出工作；以及最后控制所述变换系统重启，重新启动后整个变换系统仍然有k个DC/DC变换器处于工作状态。由此，即可实现另一停机重启的旁路控制方案。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一DC/DC变换器11包括直流母线电容C，其中直流母线电容的正端与DC/DC变换器的一侧的正端电性耦接，直流母线电容的负端与DC/DC变换器的一侧的负端电性耦接；以及任一旁路电路2包括：包括机械开关单元K，阻抗网络Z，以及半导体开关单元Q(如图4所示)，其中，所述半导体开关单元Q和所述阻抗网络Z串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端与机所述机械开关单元K的第一端以及所述直流母线电容的正端电性连接，所述机械开关单元K的第二端、所述串联支路的第二端以及所述直流母线电容的负端电性连接；以及根据所述旁路信号，控制所述半导体开关单元Q先于所述机械开关单元K闭合。
半导体开关单元Q闭合后，DC/DC变换器的一侧的正负端间的电压发生突变，故障DC/DC变换器的直流母线电容C通过该旁路电路的串联支路放电，其他DC/DC变换器通过该串联支路给直流母线电容C充电，各DC/DC变换器产生的电流冲击被该串联支路上的阻抗网络Z限制住；之后机械开关单元K再发生闭合动作且一直保持在闭合状态，故障DC/DC变换器的旁路电流从串联支路换流到机械开关单元K，从而完成故障DC/DC变换电路的旁路。
图4所示的DC/DC变换器的旁路电路拓扑有效抑制了旁路时直流母线电容产生的电流冲击；此外，该旁路电路拓扑在DC/DC变换场合，利用半导体开关实现旁路动作快速性的同时实现了即使辅助电源失电也能维持处于预设状态的DC/DC变换器被控制退出工作的效果；旁路后电流换流到机械开关单元K，旁路电路损耗较小。
根据本发明的一示例实施方式，其中任一旁路电路还包括：二极管D；其中，所述DC/DC变换器的一侧的正端与所述二极管D的阳极电性耦接，所述二极管D的阴极与所述直流母线电容的正端电性耦接(如图5所示)；或者，所述二极管D的阳极与所述直流母线电容的负端电性耦接，所述二极管D的阴极与所述DC/DC变换器的一侧的负端电性耦接(如图6所示)。
图5或6所示的DC/DC变换器的旁路电路工作过程与图4所示的DC/DC变换器的旁路电路工作过程相同，半导体开关单元闭合后，DC/DC变换器一侧(直流母线电容)电流流经处于预设状态的DC/DC变换器对应的旁路电路的串联支路，只是，由于二极管D的存在，处于预设状态的DC/DC变换器(直流母线电容)产生的电流冲击被抑制，而其他DC/DC变换器(直流母线电容)产生的电流冲击被该串联支路的阻抗网络限制住，之后机械开关单元K发生闭合动作，DC/DC变换器一侧(直流母线电容)电流换流到旁路电路的机械开关单元K，旁路电路的损耗较小。图5或6所示的旁路电路拓扑与图4所示拓扑相比，旁路过程中电路中产生的电流冲击更小。
根据本发明的一示例实施方式，其中对应的所述控制单元接收所述主控单元输出的所述旁路信号，并且根据所述旁路信号产生第一闭合控制信号和第二闭合控制信号，其中对应的所述机械开关单元K的控制端接收所述第一闭合控制信号以及对应的所述半导体开关单元Q的控制端接收所述第二闭合控制信号，使得所述半导体开关单元Q先于所述机械开关单元K闭合。
根据本发明的一示例实施方式，其中机械开关单元K由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
根据本发明的一示例实施方式，其中阻抗网络Z为电阻、电感、或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
根据本发明的一示例实施方式，其中半导体开关单元Q由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实示例性实施方式的高压侧串联低压侧并联的变换系统具有以下优点中的一个或几个。
根据本发明的一些实施方式，有效减小了DC/DC变换器的增益变化范围，一定程度提高了各个DC/DC变换器的变换效率。
根据本发明的一些实施方式，给出了当处于冷备份状态的DC/DC变换器投入运行时，解除旁路状态的DC/DC变换器的直流母线电容的母线电压由0提高到指定电压的解决方案。
根据本发明的另一些实施方式，处于冷备份状态的DC/DC变换器可以通过机械开关等导通损耗较小的器件实现旁路，对应的DC/DC变换器的其余功率器件没有电流流过，不会产生任何的损耗，而处于工作状态的DC/DC变换器通过导线直接与相邻DC/DC变换器连接，不会产生其余的附加器件损耗，从而减小损耗，有利于变换系统效率的进一步提高。
根据本发明的又一些实施方式，在处于预设状态的DC/DC变换器的个数大于处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数后仍可以继续运行，不受处于冷备份状态的DC/DC变换器的个数的限制。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种高压侧串联低压侧并联的变换系统，包括：N个功率单元，每一个功率单元包含：
n个DC/DC变换器，其中所有的DC/DC变换器的一侧串联耦接于所述变换系统的所述高压侧、所有的DC/DC变换器的另一侧并联耦接于所述变换系统的所述低压侧，当所述变换系统正常工作时有k个DC/DC变换器处于工作状态，r个DC/DC变换器处于冷备份状态，所述变换系统的所述高压侧的电压为VDC1，所述变换系统的所述低压侧的电压为VDC2，其中k+r＝N·n，N≥1，以及n≥1；
n个旁路电路，其中每一个所述旁路电路并联连接于对应的所述DC/DC变换器；
检测单元，每一个所述检测单元连接对应的所述功率单元中的每一个所述DC/DC变换器，用以检测对应的所述DC/DC变换器的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；以及
控制单元，每一个所述控制单元连接对应的所述检测单元，控制单元接收并根据接收到的所述检测信号来判断对应的所述DC/DC变换器是否进入预设状态，当对应的所述DC/DC变换器处于所述预设状态时，相应的所述控制单元输出预设信号；以及
主控单元，分别与N个所述控制单元耦接，接收并根据所述预设信号输出旁路信号和解除信号给对应的所述控制单元；
其中，至少一个所述控制单元根据所述解除信号控制预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；至少一个所述控制单元根据所述旁路信号控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路导通。
2.如权利要求1所述的变换系统，当所述预设状态为非故障状态时，所述DC/DC变换器进入冷备份状态；当所述预设状态为故障状态时，所述DC/DC变换器进入旁路状态。
3.如权利要求2所述的变换系统，其中
任一DC/DC变换器还包括直流母线电容，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接；
至少一个所述控制单元控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路导通，至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；以及
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开后，所述变换系统的所述高压侧的电流对处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器的所述直流母线电容充电，充到一预定电压后再控制处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器进入工作状态。
4.如权利要求2所述的变换系统，其中
任一DC/DC变换器还包括直流母线电容，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接；
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态之前，控制所述变换系统停机；
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；
对处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器的所述直流母线电容充电，充到一预定电压后，再控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器对应的旁路电路导通；以及
最后控制所述变换系统重启。
5.如权利要求2所述的变换系统，其中
任一DC/DC变换器还包括直流母线电容和均压电路，其中所述旁路电路的一端、所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述旁路电路的另一端、所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接，所述均压电路并联连接于所述母线电容的正端和负端；
当至少一个所述控制单元控制所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态之前，控制所述变换系统停机；
当至少一个所述控制单元控制预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器对应的所述旁路电路断开，使得所述预设数量的处于冷备份状态的所述DC/DC变换器处于解除旁路状态；
对处于解除旁路状态的所述DC/DC变换器的所述直流母线电容充电，经过预设时间后，所述直流母线电容进入稳定状态，再控制处于所述预设状态的所述DC/DC变换器处于旁路状态；以及
最后控制所述变换系统重启。
6.如权利要求3或4或5所述的变换系统，其中当发生故障的所述DC/DC变换器的个数累计值大于r时，将所述变换系统的所述低压侧的电压调整为VDC2·k/j，其中j为当前处于工作状态的DC/DC变换器个数。
7.如权利要求3或4或5所述的变换系统，其中当发生故障的所述DC/DC变换器的个数累计值小于等于r时，所述变换系统的所述低压侧的电压为VDC2。
8.如权利要求3或4或5所述的变换系统，所述预设数量大于、等于或小于处于所述预设状态的所述DC/DC变换器的个数。
9.如权利要求1所述的变换系统，其中任一DC/DC变换器包括直流母线电容，其中所述直流母线电容的正端与DC/DC变换器的所述一侧的正端电性耦接，所述直流母线电容的负端与DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接；以及
任一旁路电路包括：机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端与机所述机械开关单元的第一端以及所述直流母线电容的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的第二端以及所述直流母线电容的负端电性连接；以及根据所述旁路信号，控制所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。
10.如权利要求9所述的变换系统，其中任一旁路电路还包括：二极管；其中，所述DC/DC变换器的所述一侧的正端与所述二极管的阳极电性耦接，所述二极管的阴极与所述直流母线电容的正端电性耦接；或者，所述二极管的阳极与所述直流母线电容的负端电性耦接，所述二极管的阴极与所述DC/DC变换器的所述一侧的负端电性耦接。
11.如权利要求9或10所述的变换系统，其中对应的所述控制单元接收所述主控单元输出的所述旁路信号，并且根据所述旁路信号产生第一闭合控制信号和第二闭合控制信号，其中对应的所述机械开关单元的控制端接收所述第一闭合控制信号以及对应的所述半导体开关单元的控制端接收所述第二闭合控制信号。
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