[发明专利]一种直流变压器串联侧母线电容均压装置及均压方法

说明书

本发明涉及一种直流变压器串联侧母线电容均压装置及均压方法，均压装置包括：开关电源、控制板卡和风机；开关电源从母线电容获取电能，为控制板卡和风机供电；在直流变压器启动前，控制板卡采集母线电容的电压，当母线电容的电压小于额定电压时，控制风机转速减小；当母线电容的电压高于额定电压时，控制风机转速增大；风机为直流变压器功率模块的散热风机。本发明将直流变压器功率模块正常运行时的散热风机，复用于直流变压器串联侧母线电容静态均压，不仅提高了直流变压器整机的效率，同时使得直流变压器功率模块的电气元件减少，降低了成本、提高了直流变压器的功率密度，并且其控制方法简单、有效、易于实现。

技术领域

本发明涉及直流配网技术领域，尤其涉及一种直流变压器串联侧母线电容均压装置及均压方法。

背景技术

随着直流配技术的发展，直流配电网相关的实证和示范系统也逐步增加，直流变压器作为一种重要的直流设备，在实际直流配网工程中得到了广泛的应用。实现中压直流电网和低压直流电网功率传递的直流变压器，由于功率器件电压的限制，该设备通常采用中压侧串联、低压侧并联的拓扑(即ISOP拓扑)。

ISOP拓扑的直流变压器，其功率模块的控制板卡通常采用开关电源从母线电容取电。设备正常运行之前，先通过外电路给串联侧母线电容充电，母线电容带电之后，开关电源正常工作，然后控制板卡带电，因此再直流变压器尚未运行时，其串联侧多个功率模块的静态均压问题是影响设备能够正常启动的关键。

图1所示为ISOP拓扑的DC/DC变换装置，串联侧电压为U_i、并联侧电压为U₀；图2所示为现有的串联侧自均压方案，当U_i带电时，U_i通过软启电路为n个模块的串联侧母线电容C充电，串联侧母线电容C的电压升高到开关电源的启动电压时，开关电源正常运行，开关电源运行则控制板卡带电，则串联侧模块的控制系统可正常工作。

图2所示电路，开关电源的运行具有恒功率特性，即输入功率相同时，输入电压高的模块输入电流小，输入电压低的模块输入电流大。由于变换器装置串联侧由n个模块串联，则功率模块的输入电流i相同，因此当出现某一个扰动导致某个模块电压升高时，该功率模块开关电源输入电流i_P减小，但是由于该模块的输入i相同，因此电流i_C增大，母线电容电压继续升高，这会导致在串联侧变换器桥臂未运行时，串联侧n个子模块的母线电容电压无法稳定，DC/DC变换装置无法实现静态均压。

综上所述，由于开关电源的恒功率特性导致DC/DC变换装置串联侧无法实现静态均压的特性，增加均压电阻R，均压电阻R的功率大于开关电源的输入功率时，DC/DC变换装置串联侧静态均压正常。

采用上述增加均压电阻的静态均压方案，可以实现母线电容电压的稳定，并且该方案也已经通过实验室和变换器装置的验证。但是该方案中的均压电阻与母线电容并联，无论变换装置待机或者正常运行，该电阻持续消耗功率，导致直流变压器的效率降低；另外，由于电阻持续的发热，会导致功率模块的散热风量加大，散热风机的损耗增加，降低装置的效率。此外增加由于增加了电阻，也使得功率模块的电气元件数量增加，提高变换装置的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流变压器串联侧母线电容均压装置及均压方法，通过控制风机的转速来稳定直流母线电压，用于解决现有技术中的直流母线通过均压电阻与母线电容并联，电阻持续消耗功率和电阻发热的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种直流变压器串联侧母线电容均压装置，包括：开关电源、控制板卡和风机；

所述开关电源从母线电容获取电能，为控制板卡和风机供电；

在直流变压器启动前，所述控制板卡采集母线电容的电压，当母线电容的电压小于额定电压时，控制风机转速减小；当母线电容的电压高于额定电压时，控制风机转速增大；