CN117792058A - 高压直流变换设备及分布式控制的在线切除方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压直流变换设备及分布式控制的在线切除方法，系统包括：主控模块以及若干个功率模块，主控模块包括第一处理器；功率模块包括在线切除装置、第二处理器、输入电压采样电路和母线采样电路，第一处理器与第二处理器信号连接；在线切除装置包括母线分压网络、母线电压切除电路、输入电压切除电路、输入电容电路和切除控制电路；母线电压切除电路与母线分压网络并联；输入电压切除电路与输入电容电路并联；切除控制电路分别与母线电压切除电路以及输入电压切除电路的控制端连接，第二处理器的信号输出端和/或第一处理器的信号输出端与切除控制电路信号连接。本发明有利于避免设备在工作中切除故障功率模块导致的系统故障和崩溃。

Description

高压直流变换设备及分布式控制的在线切除方法

技术领域

本发明属于高压直流变换技术领域，尤其涉及一种高压直流变换设备及分布式控制的在线切除方法。

背景技术

海洋资源有着巨大的开发潜力和研究价值，海底观测网已成为21世纪海洋研究的重要途径之一。海底供电系统是海底观测网技术的关键，而海底高压直流变换设备在线切换作为海底观测网中的关键装置，能够将岸基高压电源通过数百公里的海缆传输数千伏以上的高压直流电降压变换为海底观测平台所需的数百伏中压直流电。目前海底供电高压高频变换器存在两种可行性实现方案，即多功率管串联（单级拓扑）和级联模块变换器（ISOP）。模块化变换器有着冗余操作能力，规范的模块化操作和功率拓展的灵活性等优点。考虑海底远距离输电海缆大的LRC寄生参数与大动态变化特性的负载影响，以及长期可靠运行，因此需提高模块电源化变换器的稳定性、实时响应速度及可靠性。

ISOP模块化系统可以使得额定电压较低的开关管应用于高输入电压和低输出电压大电流场合。

现有ISOP模块化高压直流变换设备中当故障模块进行投切时，现有技术一般采取的方式是停机后切除故障模块，切除完毕后再开机；或者是在不停机的情况下对故障模块的输入电压进行简单的放电从而达到旁路的目的。这种在线投切方式下，整个ISOP系统因为模块内部参数以及空间分布不同，会导致每个模块内部的调制机理不同，从而随着投切过程的故障模块切除，会导致其余模块的瞬间变化，从而存在器件损坏风险，甚至导致整个系统崩溃。

发明内容

本发明实施例提供一种高压直流变换设备，旨在解决现有技术中ISOP模块化高压直流变换设备中当故障模块进行投切时，容易导致整个系统发生崩溃的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种分布式控制的在线切除方法，用于对高压直流变换设备中的故障功率模块进行在线切除，所述高压直流变换设备包括主控模块以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块；

所述主控模块包括第一处理器；每个所述功率模块包括在线切除装置、第二处理器、输入电压采样电路和母线采样电路，所述第一处理器与所述第二处理器信号连接；

所述在线切除装置包括母线分压网络、母线电压切除电路、输入电压切除电路、输入电容电路和切除控制电路；所述母线电压切除电路与所述母线分压网络并联；所述输入电压切除电路与所述输入电容电路并联；所述切除控制电路分别与所述母线电压切除电路以及所述输入电压切除电路的控制端连接，所述第二处理器的信号输出端和/或所述第一处理器的信号输出端与所述切除控制电路信号连接；所述母线分压网络与所述母线采样电路的采样端连接，所述输入电容电路与所述输入电压采样电路的采样端连接；

所述方法包括：

确定故障功率模块；

所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别进行切除控制；

在所述切除控制启动后，通过获取的故障功率模块之外的功率模块采集的母线电压和输入电压，进行偏压保护的计算。

进一步地，所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别进行切除控制的步骤之前，还包括：

所述第一处理器判断故障功率模块的数量；

若故障功率模块的数量未超过预设数量，则通过所述第一处理器根据所述功率模块的故障情况向故障功率模块发送切除指令；

若故障功率模块的数量超过预设数量，则通过所述第一处理器控制所有的所述功率模块停止工作，停止输入。

进一步地，所述在所述切除控制启动后，通过获取的故障功率模块之外的功率模块采集的母线电压和输入电压，进行偏压保护的计算的步骤，包括：

在所述切除控制启动后，故障功率模块之外的功率模块的所述第二处理器对各自所述功率模块的输入电压与母线电压进行电压差值计算；

若计算得到的电压差值大于设定值，则触发功率模块的偏压保护，停止所有模块输出；

若计算得到的电压差值不超过设定值，则功率模块继续工作。

进一步地，所述切除控制电路包括第一隔离电路、第一驱动电路、第二隔离电路、第二驱动电路，所述输入电压切除电路包括第一开关管，所述母线电压切除电路包括第二开关管，所述第二处理器的信号输出端分别与所述第一隔离电路的输入端以及所述第二隔离电路的输入端信号连接，所述第一隔离电路的输出端与所述第一驱动电路的输入端信号连接，所述第一驱动电路的输出端与所述第一开关管信号连接，所述第二隔离电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端信号连接，所述第二驱动电路的输出端与所述第二开关管信号连接；

所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别进行切除控制的步骤，包括：

所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路，以同时对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别发出切除控制指令；

在切除控制指令发出后，第一驱动电路控制第一开关管，第二驱动电路控制第二开关管，执行同时和同幅度的切除控制。

进一步地，预设数量根据总输入电压与每个功率模块能够承受的极限电压确定。

进一步地，，不触发偏压保护；/>，触发偏压保护；

其中，为输入电压；/>为母线电压，F为设定值；F根据功率模块能够承受的输入电压极限值与输入电压保护值的差值确定。

进一步地，所述方法，还包括：

所述第一处理器上电后，接收各个所述功率模块的状态信息，并判断各个所述功率模块的状态是否都正常；

若各个所述功率模块的状态都正常，则对各个所述功率模块发出开机指令；

若存在至少一个所述功率模块的状态不正常，则控制功率模块停止工作，停止输入。

为实现上述目的，本发明实施例还提供一种高压直流变换设备，应用所述的分布式控制的在线切除方法；

所述高压直流变换设备包括主控模块以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块；

所述主控模块包括第一处理器；

每个所述功率模块包括在线切除装置、第二处理器、输入电压采样电路和母线采样电路，所述第一处理器与所述第二处理器信号连接；

所述在线切除装置包括母线分压网络、母线电压切除电路、输入电压切除电路、输入电容电路和切除控制电路；所述母线电压切除电路与所述母线分压网络并联；所述输入电压切除电路与所述输入电容电路并联；所述切除控制电路分别与所述母线电压切除电路以及所述输入电压切除电路的控制端连接，所述第二处理器的信号输出端和/或所述第一处理器的信号输出端与所述切除控制电路信号连接；所述母线分压网络与所述母线采样电路的采样端连接，所述输入电容电路与所述输入电压采样电路的采样端连接。

进一步地，第一个功率模块中的所述母线分压网络的第一端与所述高压母线的第一侧连接，第二个至最后一个所述功率模块中的所述母线分压网络的第一端与各自对应的上一级所述功率模块中的所述母线分压网络的第二端连接，最后一个所述功率模块中的所述母线分压网络的第二端与所述高压母线的第二侧连接；第一个功率模块中的所述输入电容电路的第一端与所述高压母线的第一侧连接，第二个至最后一个所述功率模块中的所述输入电容电路的第一端与各自对应的上一级所述功率模块中的所述输入电容电路的第二端连接，最后一个所述功率模块中的所述输入电容电路的第二端与所述高压母线的第二侧连接。

进一步地，所述切除控制电路包括第一隔离电路、第一驱动电路、第二隔离电路、第二驱动电路，所述输入电压切除电路包括第一开关管，所述母线电压切除电路包括第二开关管，所述第二处理器的信号输出端分别与所述第一隔离电路的输入端以及所述第二隔离电路的输入端信号连接，所述第一隔离电路的输出端与所述第一驱动电路的输入端信号连接，所述第一驱动电路的输出端与所述第一开关管信号连接，所述第二隔离电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端信号连接，所述第二驱动电路的输出端与所述第二开关管信号连接

本发明所达到的有益效果：本发明的高压直流变换设备包括主控模块以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块；主控模块包括第一处理器；每个所述功率模块包括在线切除装置、第二处理器、输入电压采样电路和母线采样电路，所述第一处理器与所述第二处理器信号连接，所述在线切除装置包括母线分压网络、母线电压切除电路、输入电压切除电路、输入电容电路和切除控制电路；在功率模块出现故障时，通过第一处理器根据功率模块的故障情况向故障功率模块发送切除指令，以控制故障功率模块中的在线切除装置对故障功率模块进行切除，或使故障功率模块中的第二处理器控制在线切除装置对故障功率模块进行切除，在所述切除控制启动后，获取故障功率模块之外的功率模块采集的母线电压和输入电压，以进行偏压保护的计算，以在偏压时，停止所有模块输出，避免高压直流变换设备偏压，有利于解决现有技术中ISOP模块化高压直流变换设备中当故障模块进行投切时，容易导致整个系统发生崩溃的技术问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高压直流变换设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种分布式控制的在线切除方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种在线切除装置的控制结构图；

图4是本发明实施例提供的另一种在线切除装置的控制结构图；

图5是本发明实施例提供的另一种分布式控制的在线切除方法的流程图。

其中，100、高压直流变换设备；110、主控模块；111、第一处理器；112、主控模块第一通信电路；113、主控模块第二通信电路；114、存储器；120、功率模块；121、母线分压网络；122、输入电压切除电路；123、输入电容电路；124、输入电压采样电路；125、切除控制电路；126、母线采样电路；127、功率模块第二通信电路；128、功率模块第一通信电路；129、第二处理器；1210、母线电压切除电路；150、硬件总线；160、通讯总线；130、在线切除装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参见图1至图5，本发明的分布式控制的在线切除方法的第一实施例中，所述方法用于对高压直流变换设备中的故障功率模块进行在线切除，请参见图1，所述高压直流变换设备100包括主控模块110以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块120；

所述主控模块110包括第一处理器111；每个所述功率模块120包括在线切除装置130、第二处理器129、输入电压采样电路124和母线采样电路126，所述第一处理器111与所述第二处理器129信号连接；

所述在线切除装置130包括母线分压网络121、母线电压切除电路1210、输入电压切除电路122、输入电容电路123和切除控制电路125；所述母线电压切除电路1210与所述母线分压网络121并联；所述输入电压切除电路122与所述输入电容电路123并联；所述切除控制电路125分别与所述母线电压切除电路1210以及所述输入电压切除电路122的控制端连接，所述第二处理器129的信号输出端和/或所述第一处理器111的信号输出端与所述切除控制电路125信号连接；所述母线分压网络121与所述母线采样电路126的采样端连接，所述输入电容电路123与所述输入电压采样电路124的采样端连接；

请参见图2，所述方法包括：

步骤S10，确定故障功率模块；

步骤S20，所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路1210分别进行切除控制；

步骤S30，在所述切除控制启动后，通过获取的故障功率模块之外的功率模块采集的母线电压和输入电压，进行偏压保护的计算。

具体可以通过每个功率模块120的第二处理器129读取各自功率模块120的状态信息，并判断各自功率模块120是否出现故障。其中，若某个功率模块120出现故障时，则将故障信息上传至主控模块110；故障信息通过通讯总线160上传到主控模块110的第一处理器111。

具体的，级联的功率模块120包括第一功率模块、第二功率模块，……，第N功率模块，其中，N≥2，级联的N个功率模块120并联输出375V电压。

基于解决切除故障功率模块导致的故障与系统崩溃的目的，我们在多次研究故障功率模块切除过程导致的系统故障中，发现了一项故障原因：在ISOP模块化高压直流变换设备100的高压直流变换场景，高压母线电压高达数千伏。各个功率模块120在高压母线上级联分压，当故障功率模块进行在线投切时，非故障功率模块需要再次根据切除故障功率模块之后的剩余功率模块120数量重新进行均压，但是，各个功率模块120在接收到重新均压的指令后，处理均压指令的时间存在时间差，从而会引起每个功率模块120中母线电压的K系数（此处通过K系数表示输入电压往母线电压上偏的比值）变化数值不一致。也就是说，先处理均压指令的功率模块120，与后处理均压指令的功率模块120，会存在K系数的调整时间先后，从而会在每个不需要切除的功率模块120出现母线电压与输入电压不均衡（由于高压母线电压高达数千伏，所以母线电压与输入电压的不均衡能达到几百伏电压）时，系统为了实现均压，需要保证每个功率模块120中的母线电压与输入电压均衡。因此，母线电压与输入电压不均衡会触发高压直流变换设备100的软件均压控制，从而，在母线电压与输入电压还处于不均衡的情况下，就会对每个功率模块120的输出进行调整，但这个调整是在母线电压与输入电压不均衡的情况下调整的，是一种错误调整，在故障功率模块切除指令完成并调整K系数完成前，这个错误的软件均压控制调整会导致输出电压一直向错误方向调整，与所需输出产生偏置，从而导致系统故障，甚至崩溃。

所以，本发明的目的在于当ISOP模块化高压直流变换设备100需要在线切除功率模块时，能保持各个功率模块120的母线电压和输入电压的一致。

因此，本发明在电路上，将每个功率模块120的母线电压和输入电压均设置对应的切除电路，以使功率模块120在故障时，既能切除母线电压又能切除输入电压，实现在故障功率模块切除后实现均压。

进一步的，本发明在控制方式上，从故障模块切除开始，至故障模块切除过程中和结束后，始终监控各个不需切除的功率模块120的母线电压和输入电压，以监测由于故障功率模块切除而导致的各个剩余功率模块120的瞬间变化，在各个剩余功率模块120的母线电压和输入电压异常时，进行偏压保护，从而避免切除故障功率模块而导致的系统故障与崩溃。

更进一步的，本发明在优化方案中，还对故障功率模块的母线电压和输入电压执行同时和同幅度的切除控制，在硬件电路上通过第二处理器129同时对同一功率模块120的输入电压和母线电压进行信号控制，经过同样的隔离电路以及驱动电路，使切除时电平信号大小以及变化曲线能达到一致，作用于同型号开关管，从而达到输入电压与母线电压的差值大小进行在线切换时变化幅度很小，确保器件以及整个系统的安全性，以使切除过程尽量实现母线电压和输入电压的均衡，从而通过切除两电压的均衡与同步控制，将对剩余的功率模块120的不平衡效果降低到更低的幅度，以使剩余功率模块120由于故障功率模块切除的变化更缓慢和平稳。

所以，本发明通过以上三个方面的至少一方面，能够实现在切除故障功率模块时，输入电压与母线电压差值很小，不会导致输入偏压等的问题，即使出现偏压问题，也能进行偏压保护。同时，投切过程通过第一处理器111和第二处理器129进行各级处理，从而优化整个系统，在电路上，保证每个功率模块120的输入电压与母线电压的一致性，确保差异很小，以实现在线切除的目的。

此外，所述方法，还可以包括：在所述故障功率模块切除开始后，获取故障功率模块之外的功率模块的状态信息，以在切除过程中检测各个功率模块的状态，在功率模块状态信息异常时，进行故障保护，停止输出。其中，状态信息包括：正常运行的功率模块的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、母线电压和温度等。

在所述故障功率模块切除过程中，因为工作中输出电压和电流是稳定的，但母线电压、输入电压和输入电流会发生变化，并且输入电流不参与功率模块内部调制与计算，所以在本专利中对输入电流不作太多介绍。

基于本发明的分布式控制的在线切除方法的第一实施例，本发明的分布式控制的在线切除方法的第二实施例中，所述步骤S20之前，还包括：

步骤S40，所述第一处理器判断故障功率模块的数量；

若故障功率模块的数量未超过预设数量，则执行步骤S50：通过所述第一处理器根据所述功率模块的故障情况向故障功率模块发送切除指令；

若故障功率模块的数量超过预设数量，则执行步骤S60：通过所述第一处理器控制所有的所述功率模块停止工作。

在本实施例中，切除模块后，会影响单个功率模块120输入，会将总输入电压均压至剩余模块上，若切除模块过多，则单个功率模块120输入电压会升高，甚至会引发单个模块发生故障，所以在切除时，需要对切除数量进行限制，确保切除故障功率模块后，不会影响其余模块性能。

其中，预设数量根据总输入电压与每个功率模块120的输入电压保护值确定。具体的：

；

其中，M为预设数量，为总输入电压，/>为每个功率模块120的输入电压保护值。

其中，预设数量可以在系统中预先设置，也可以在系统中根据总输入电压与每个功率模块120能够承受的极限电压实时调整，在一般的应用场景下，预设数量可以是总数量的0.5。

基于本发明的分布式控制的在线切除方法的第一实施例和第二实施例，本发明的分布式控制的在线切除方法的第三实施例中，所述步骤S30，包括：

步骤S31，在所述切除控制启动后，故障功率模块之外的功率模块的所述第二处理器对各自所述功率模块的输入电压与母线电压进行电压差值计算；

若计算得到的电压差值大于设定值，则执行步骤S32：触发功率模块的偏压保护，停止所有模块输出；

若计算得到的电压差值不超过设定值，则执行步骤S33：功率模块继续工作。

具体的：

，不触发偏压保护；

，触发偏压保护；

其中，为输入电压；/>为母线电压，F为设定值；F根据功率模块120能够承受的输入电压极限值与输入电压保护值的差值确定。

；

其中，为功率模块120能够承受的输入电压极限值，/>为功率模块120的输入电压保护值。

功率模块120进行PWM调制是通过输入以及输出进行计算的，而母线电压则是输入电压的参考电压，输入电压与母线电压的差值会影响输出调制。

电压差值的设定值可以在系统预先设置。

其中，在所述切除控制启动后，指的是：开始切除控制时，切除控制过程中，切除控制结束后的至少任一者，甚至也可以在整个高压直流变换设备中，一直采用功率模块的所述第二处理器对各自所述功率模块的输入电压与母线电压进行电压差值计算；若计算得到的电压差值大于设定值，则触发功率模块的偏压保护，停止所有模块输出；若计算得到的电压差值不超过设定值，则功率模块继续工作。

在本实施例中，确保各自功率模块120的输入电压与母线电压不大于F，本发明在电路中对输入电压切除电路122和母线电压切除电路1210采用同样的驱动电路，同样的开关管，使输入电压与母线电压同时动作，并动作幅度相同，以使第二处理器129同时发出切除信号。

在本实施例中，通过第二处理器129同时对输入电压和母线电压进行信号控制，经过同样的隔离电路以及驱动电路，使切除时电平信号大小以及变化曲线能达到一致，作用于同型号开关管，从而达到输入电压与母线电压的差值大小在进行在线切换时变化幅度很小，不会导致输入偏压等的问题。

偏压保护是一种防止电源电压过高或过低对电路造成损坏的保护措施。

进一步的，当计算得到的电压差值大于F，则触发功率模块120的偏压保护，停止所有模块输出，功率模块120停止工作，即停止输出。

在本实施例中，故障信息是通过通讯总线160上传至主控模块110，主控模块110接收故障功率模块信息，并对故障功率模块进行定位，确保切除功率模块120为故障功率模块，其中，各个功率模块120位置信息都存储在主控模块110的存储器114中，主控模块110的第一处理器111通过通讯总线160对故障功率模块发出切除指令，故障功率模块的第二处理器129控制在线切除装置130对故障功率模块进行切除，并不再对故障功率模块的输入输出进行计算等操作。

基于本发明的分布式控制的在线切除方法的第一实施例至第三实施例，本发明的分布式控制的在线切除方法的第四实施例中，所述切除控制电路125包括第一隔离电路、第一驱动电路、第二隔离电路、第二驱动电路，所述输入电压切除电路122包括第一开关管，所述母线电压切除电路1210包括第二开关管，所述第二处理器129的信号输出端分别与所述第一隔离电路的输入端以及所述第二隔离电路的输入端信号连接，所述第一隔离电路的输出端与所述第一驱动电路的输入端信号连接，所述第一驱动电路的输出端与所述第一开关管信号连接，所述第二隔离电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端信号连接，所述第二驱动电路的输出端与所述第二开关管信号连接；

所述步骤S20，包括：

步骤S21，所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路，以同时对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路1210分别发出切除控制指令；

步骤S22，在切除控制指令发出后，第一驱动电路控制第一开关管，第二驱动电路控制第二开关管，执行同时和同幅度的切除控制。

在图3中第一处理器111和第二处理器129交互工作，在需要进行在线切换时，由第一处理器111进行发送指令给第二处理器129，再由第二处理器129进行具体动作，对两个开关管发送切换信号，信号经过隔离电路、驱动电路，再同时对两开关管进行动作，达到同时、同变化切换；图4中第一处理器111和第二处理器129进行交互工作，但是不止第二处理器129进行动作，第一处理器111也参与动作，在第一处理器111的外围同样加上隔离电路和驱动电路，与第二处理器129一起对开关管进行驱动，互为冗余电路，增加可靠性。

基于本发明的分布式控制的在线切除方法的第三实施例，本发明的分布式控制的在线切除方法的第五实施例中，所述方法，还包括：

步骤S70，所述第一处理器上电后，接收各个所述功率模块的状态信息，并判断各个所述功率模块的状态是否都正常；

若各个所述功率模块的状态都正常，则执行步骤S80：对各个所述功率模块发出开机指令；

若存在至少一个所述功率模块的状态不正常，则执行步骤S90：控制功率模块停止工作，停止输入。

其中，状态信息包括每个功率模块120的输入电流、输入电压、输出电流、输出电压和模块温度中的至少一者，还可以包括其他设定的状态信息。

其中，主控模块110的第一处理器111接收来自各个功率模块120状态信息，并对各个功率模块120状态信息进行解析；解析完成后，对各个功率模块120状态信息进行判断，判断各个功率模块120的状态是否都正常。其中，存在至少一个功率模块120的状态不正常，则控制功率模块120停止工作，停止输入，结束。

为了解决上述发明目的，本发明还提出一种高压直流变换设备100，应用所述分布式控制的在线切除方法；请参见图1，高压直流变换设备100包括：主控模块110以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块120。

上述主控模块110包括第一处理器111。

每个所述功率模块120包括在线切除装置130、第二处理器129、输入电压采样电路124和母线采样电路126，所述第一处理器111与所述第二处理器129信号连接；

所述在线切除装置130包括母线分压网络121、母线电压切除电路1210、输入电压切除电路122、输入电容电路123和切除控制电路125；所述母线电压切除电路1210与所述母线分压网络121并联；所述输入电压切除电路122与所述输入电容电路123并联；所述切除控制电路125分别与所述母线电压切除电路1210以及所述输入电压切除电路122的控制端连接，所述第二处理器129的信号输出端和/或所述第一处理器111的信号输出端与所述切除控制电路125信号连接；所述母线分压网络121与所述母线采样电路126的采样端连接，所述输入电容电路123与所述输入电压采样电路124的采样端连接。

在功率模块120出现故障时，通过第一处理器111根据功率模块120的故障情况向故障功率模块发送切除指令，以控制故障功率模块中的在线切除装置130对故障功率模块进行切除，或使故障功率模块中的第二处理器129控制在线切除装置130对故障功率模块进行切除。

其中，本发明中的功率模块120总共有N个，N≥2，且N为整数，N个功率模块120采用输入串联输出并联的方式连接。第一处理器111电路为MCU芯片及其外围电路组成，用于接收信息和发送指令。第二处理器129电路为功率模块120的内部控制器，用于接收和发送单模块的信息、输出功率的调制等。

进一步地，主控模块第一通信电路112和功率模块第一通信电路128基于通讯总线160信号连接，主控模块第二通信电路113和功率模块第二通信电路127基于硬件总线150信号连接，以实现第一处理器111与第二处理器129之间的连接。

在功率模块120出现故障时，第一处理器111通过主控模块第一通信电路112向故障功率模块的第二处理器129发送切除指令；在功率模块120需要进行偏压保护时，第一处理器111通过主控模块第二通信电路113向所有功率模块120中的第二处理器129发送关机指令。

其中，主控模块第一通信电路112和功率模块第一通信电路128基于通讯总线160构建，用于信息接收与发送；主控模块第二通信电路113和功率模块第二通信电路127基于硬件总线150构建，用于功率模块120开关的控制。

进一步地，在线切除装置130的第一输出端与输入电压采样电路124的采样端连接，在线切除装置130的第二输出端与母线采样电路126的输入端连接，输入电压采样电路124的输出端以及母线采样电路126的输出端分别与第二处理器129的电压输入端连接。

其中，输入电压采样电路124用于采样输入电压；母线采样电路126用于采样母线电压。

进一步地，第一个功率模块120（即图1中第一功率模块）中的所述母线分压网络121的第一端与所述高压母线的第一侧连接，第二个至最后一个所述功率模块120（即图1中第二功率模块至第N功率模块）中的所述母线分压网络121的第一端与各自对应的上一级所述功率模块120中的所述母线分压网络121的第二端连接，最后一个所述功率模块120（即图1中第N功率模块）中的所述母线分压网络121的第二端与所述高压母线的第二侧连接；第一个功率模块120中的所述输入电容电路123的第一端与所述高压母线的第一侧连接，第二个至最后一个所述功率模块120中的所述输入电容电路123的第一端与各自对应的上一级所述功率模块120中的所述输入电容电路123的第二端连接，最后一个所述功率模块120中的所述输入电容电路123的第二端与所述高压母线的第二侧连接。

其中，各个功率模块120的母线分压网络121串联，用于对高压的输入母线电压进行分压，均分于每个功率模块120。

进一步地，所述切除控制电路125包括第一隔离电路、第一驱动电路、第二隔离电路、第二驱动电路，所述输入电压切除电路122包括第一开关管，所述母线电压切除电路1210包括第二开关管，所述第二处理器129的信号输出端分别与所述第一隔离电路的输入端以及所述第二隔离电路的输入端信号连接，所述第一隔离电路的输出端与所述第一驱动电路的输入端信号连接，所述第一驱动电路的输出端与所述第一开关管信号连接，所述第二隔离电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端信号连接，所述第二驱动电路的输出端与所述第二开关管信号连接。

母线电压切除电路1210包括第二开关管，第二开关管依次连接第二驱动电路与第二隔离电路，用于在投切时同时能把母线电压切除；输入电容电路123跨接在对应功率模块120的输入端，串联连接有储能电容，用于给功率模块120输入进行滤波与提供稳定的供电电压；输入电压切除电路122在当功率模块120出现故障需要切除时，利用第一开关管将输入电压短路，第一开关管依次连接第一驱动电路与第一隔离电路，使故障功率模块与输入断开，达到切除的目的；切除控制电路125用于分别控制输入电压开关和母线电压开关。

在本实施例中，母线采样电路126将母线分压网络121采样电压发送至第二处理器129，同时，输入电压采样电路124将输入电容电路123采样电压发送至第二处理器129，在某个功率模块120发生故障时，第二处理器129发送切除信号至切除控制电路将输入电压和母线电压开关进行运作，并同时通过故障功率模块第一通信电路发出信息由通讯总线160上传至主控模块110，由主控模块第一通信电路112解析至第一处理器111，并将各个功率模块120信息存储至存储器114。

在本实施例中，主控模块110分别与硬件总线150和通讯总线160连接，用于接收各级功率模块120的状态信息以及对各级下发指令，达到一控多准确控制各功率模块120。

在本实施例中，本发明在硬件电路上通过第二处理器129同时对输入电压和母线电压进行信号控制，经过同样的隔离电路以及驱动电路，使信号大小以及变化曲线能达到一致，作用于同型号开关管，从而达到输入电压与母线电压的差值大小进行在线切换时变化幅度很小，确保器件以及整个系统的安全性。本发明能够实现在投切时输入电压与母线电压差值很小，不会导致输入偏压等的问题，同时，投切过程通过处理器进行各级处理，从而优化整个系统，在电路上，两输入电压与母线电压的一致性确保差异很小，以实现在线切除的目的。

参见图5，图5是本发明实施例提供的另一种分布式控制的在线切除方法的流程示意图。该方法具体包括以下步骤：

600、高压输入建立，为高压直流变换设备提供10kV高压，执行步骤601。

601、高压输入通过DC-DC转换为低压，为主控模块和各级功率模块提供辅助电源供电，为各芯片提供工作电压，执行步骤602、步骤603。

602、低压辅助电压建立，功率模块各自的第二处理器工作，开始读取各自功率模块的状态信息并解析各数据信息，并将信息进行上传至第一处理器。

603、低压辅助电压建立，主控模块的第一处理器工作，开始接收各模块状态信息并解析各数据信息。

604、主控模块解析完成各模块状态信息，并对各模块信息进行判断，若各模块状态都正常，则对各功率模块发出开机指令，执行步骤605；若不正常，则执行步骤612。

605、各功率模块接收来自第一处理器的开机命令，产生输出，执行步骤606。

606、如果各模块都正常输出，则执行步骤602，第二处理器继续工作；若某个功率模块出现故障时，则将故障信息上传至主控模块，执行步骤607。

其中，故障信息通过通讯总线进行上传。

607、主控模块接收故障功率模块信息，并进行计算故障功率模块的数量是否过多，若数量过多，则执行步骤612；若少于预设数量（例如总数量一半），则执行步骤608。

其中，切除故障功率模块后，会影响单个功率模块输入，会将总输入电压均压至剩余模块上，若切除故障功率模块过多，则单个功率模块输入电压会升高，甚至会引发单个功率模块发生故障，所以在切除时，需要对切除数量进行限制，确保切除故障功率模块后，不会影响其余模块性能。

608、主控模块接收故障功率模块上传信息，并对故障功率模块进行定位，确保切除功率模块模块为故障功率模块，执行步骤609。

其中，各模块位置信息都存储在主控模块的存储器中。

609、第一处理器对故障功率模块发出切除指令，通过通讯总线下发至故障功率模块，故障功率模块第二处理器发出信号至切除控制电路，使故障功率模块切除，并不再对故障功率模块的输入输出进行计算等操作，而其余模块继续工作，执行步骤610。

610、在切除控制启动后，其余正常模块对各自输入电压V_in与母线电压V_{m_in}进行计算，若两电压差值大于设定值，则执行步骤611；若没有大于设定值，则执行步骤602。

其中，设定值是系统预先设置好的（例如可以是100V）；功率模块120进行PWM调制是通过输入以及输出进行计算的，而母线电压则是输入电压的参考电压，所以输入电压与母线电压的差值会影响输出调制。因此，在工作过程中，需要确定一个设定值作为差值F的最大值，而这个设定值F需要不影响整体性能。

其中，为输入电压；/>为母线电压，F为设定值。

本实施例中，确保各自功率模块120的输入电压与母线电压不大于F值，本发明在电路中采用同样的驱动电路，采用同样的开关管，使输入电压与母线电压同时动作，并动作幅度相同，以使第二处理器129同时发出切除信号。

611、当两电压差值大于设定值，则模块发生偏压保护，停止所有模块输出，执行步骤612。

其中，主控模块通过硬件总线进行关机指令下发至功率模块。

612、功率模块停止工作，结束（停止工作即停止输入）。

本实施例中，本发明能够对故障功率模块在线切除，并在故障功率模块切除时，输入电压与母线电压能同时动作，并变化基本相同，提高整个设备的可靠性和稳定性。

本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任一实施例所提供的分布式控制的在线切除方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory ,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory ,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络电子设备等)执行本发明实施例所述的方法。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式控制的在线切除方法，其特征在于，用于对高压直流变换设备中的故障功率模块进行在线切除，所述高压直流变换设备包括主控模块以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块；

所述主控模块包括第一处理器；每个所述功率模块包括在线切除装置、第二处理器、输入电压采样电路和母线采样电路，所述第一处理器与所述第二处理器信号连接；

所述在线切除装置包括母线分压网络、母线电压切除电路、输入电压切除电路、输入电容电路和切除控制电路；所述母线电压切除电路与所述母线分压网络并联；所述输入电压切除电路与所述输入电容电路并联；所述切除控制电路分别与所述母线电压切除电路以及所述输入电压切除电路的控制端连接，所述第二处理器的信号输出端和/或所述第一处理器的信号输出端与所述切除控制电路信号连接；所述母线分压网络与所述母线采样电路的采样端连接，所述输入电容电路与所述输入电压采样电路的采样端连接；

所述方法包括：

确定故障功率模块；

所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别进行切除控制；

在所述切除控制启动后，通过获取的故障功率模块之外的功率模块采集的母线电压和输入电压，进行偏压保护的计算。

2.如权利要求1所述的分布式控制的在线切除方法，其特征在于，所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别进行切除控制的步骤之前，还包括：

所述第一处理器判断故障功率模块的数量；

若故障功率模块的数量未超过预设数量，则通过所述第一处理器根据所述功率模块的故障情况向故障功率模块发送切除指令；

若故障功率模块的数量超过预设数量，则通过所述第一处理器控制所有的所述功率模块停止工作。

3.如权利要求1所述的分布式控制的在线切除方法，其特征在于，所述在所述切除控制启动后，通过获取的故障功率模块之外的功率模块采集的母线电压和输入电压，进行偏压保护的计算的步骤，包括：

在所述切除控制启动后，故障功率模块之外的功率模块的所述第二处理器对各自所述功率模块的输入电压与母线电压进行电压差值计算；

若计算得到的电压差值大于设定值，则触发功率模块的偏压保护，停止所有模块输出；

若计算得到的电压差值不超过设定值，则功率模块继续工作。

4.如权利要求1至3中任一项所述的分布式控制的在线切除方法，其特征在于，所述切除控制电路包括第一隔离电路、第一驱动电路、第二隔离电路、第二驱动电路，所述输入电压切除电路包括第一开关管，所述母线电压切除电路包括第二开关管，所述第二处理器的信号输出端分别与所述第一隔离电路的输入端以及所述第二隔离电路的输入端信号连接，所述第一隔离电路的输出端与所述第一驱动电路的输入端信号连接，所述第一驱动电路的输出端与所述第一开关管信号连接，所述第二隔离电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端信号连接，所述第二驱动电路的输出端与所述第二开关管信号连接；

所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别进行切除控制的步骤，包括：

所述第一处理器和/或所述故障功率模块的第二处理器，控制故障功率模块的所述切除控制电路，以同时对所述输入电压切除电路和所述母线电压切除电路分别发出切除控制指令；

在切除控制指令发出后，第一驱动电路控制第一开关管，第二驱动电路控制第二开关管，执行同时和同幅度的切除控制。

5.如权利要求2所述的分布式控制的在线切除方法，其特征在于，预设数量根据总输入电压与每个功率模块能够承受的极限电压确定。

6.如权利要求3所述的分布式控制的在线切除方法，其特征在于：

，不触发偏压保护；

，触发偏压保护；

其中，为输入电压；/>为母线电压，F为设定值；F根据功率模块能够承受的输入电压极限值与输入电压保护值的差值确定。

7.如权利要求3所述的分布式控制的在线切除方法，其特征在于，所述方法，还包括：

所述第一处理器上电后，接收各个所述功率模块的状态信息，并判断各个所述功率模块的状态是否都正常；

若各个所述功率模块的状态都正常，则对各个所述功率模块发出开机指令；

若存在至少一个所述功率模块的状态不正常，则控制功率模块停止工作，停止输入。

8.一种高压直流变换设备，其特征在于，应用权利要求1至7中任一项所述的分布式控制的在线切除方法；

所述高压直流变换设备包括主控模块以及若干个在高压母线上级联设置的功率模块；

所述主控模块包括第一处理器；每个所述功率模块包括在线切除装置、第二处理器、输入电压采样电路和母线采样电路，所述第一处理器与所述第二处理器信号连接；

所述在线切除装置包括母线分压网络、母线电压切除电路、输入电压切除电路、输入电容电路和切除控制电路；所述母线电压切除电路与所述母线分压网络并联；所述输入电压切除电路与所述输入电容电路并联；所述切除控制电路分别与所述母线电压切除电路以及所述输入电压切除电路的控制端连接，所述第二处理器的信号输出端和/或所述第一处理器的信号输出端与所述切除控制电路信号连接；所述母线分压网络与所述母线采样电路的采样端连接，所述输入电容电路与所述输入电压采样电路的采样端连接。

9.如权利要求8所述的高压直流变换设备，其特征在于，第一个功率模块中的所述母线分压网络的第一端与所述高压母线的第一侧连接，第二个至最后一个所述功率模块中的所述母线分压网络的第一端与各自对应的上一级所述功率模块中的所述母线分压网络的第二端连接，最后一个所述功率模块中的所述母线分压网络的第二端与所述高压母线的第二侧连接；第一个功率模块中的所述输入电容电路的第一端与所述高压母线的第一侧连接，第二个至最后一个所述功率模块中的所述输入电容电路的第一端与各自对应的上一级所述功率模块中的所述输入电容电路的第二端连接，最后一个所述功率模块中的所述输入电容电路的第二端与所述高压母线的第二侧连接。

10.如权利要求8所述的高压直流变换设备，其特征在于，所述切除控制电路包括第一隔离电路、第一驱动电路、第二隔离电路、第二驱动电路，所述输入电压切除电路包括第一开关管，所述母线电压切除电路包括第二开关管，所述第二处理器的信号输出端分别与所述第一隔离电路的输入端以及所述第二隔离电路的输入端信号连接，所述第一隔离电路的输出端与所述第一驱动电路的输入端信号连接，所述第一驱动电路的输出端与所述第一开关管信号连接，所述第二隔离电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端信号连接，所述第二驱动电路的输出端与所述第二开关管信号连接。