用于使DC电网中的电压对称的方法和电路技术

本申请描述了一种用于借助于对称单元(20、30、40、50、60)使DC电网(14)中的第一DC导体和第二DC导体(DC+、DC

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使DC电网中的电压对称的方法和电路
[0001]专利技术

[0002]DC能源系统包括至少一个能量源和至少一个负载以及这些电气部件之间的连接，该至少一个能量源提供优选作为直流电的电功率(即，DC源，例如电池、PV发电机或燃料电池)，该至少一个负载消耗优选作为直流电的电功率(即，DC吸收端(Senke)，例如用电器)。DC能源系统可以包括DC电网或DC总线(在此处连接有电气部件)并且可以包括其他源、储存器和/或用电器。具有少量连接的部件(例如，只有一个源和一个吸收端)的DC总线与具有大量此类部件的DC电网之间的过渡是流畅的。在本申请中，术语DC电网也被理解为DC总线。
[0003]这样的DC电网可以在接地或不接地的情况下运行。根据具体的运行模式，在发生接地故障的情况下，根据标准可能需要不同的监控和保护机制。
[0004]不接地的DC电网(其中相应的DC线路DCL+和DCL
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的电位DC+和DC
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不具有对地电位的固定参考)的优点在于，DC电网中可能出现的第一次接地故障(例如，沿着其中一条DC线路的绝缘故障)还不会造成任何损坏。然而，需要进行绝缘监控以探测任何故障的出现，并在必要时能够在第一次接地故障时就启动应对措施，例如切断能量源或使能量源和/或故障点与DC电网断开。
[0005]在接地的DC电网中，电位DC+和DC
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具有对地电位的定义参考。这种接地参考例如可以借助于地电位与DC电位中的一个(DC+或DC
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)之间的电阻性连接来实现。<br/>[0006]DC电网可以经由变流器与另外的能源网(例如，另外的DC电网或AC电网，例如AC供电网)连接，并且与该另外的能源网交换电功率，特别地以对DC电网中的DC源加以支持或对其进行再充电。原则上，DC电网也可以通过变流器从另外的能源网永久地或暂时完全地供应能量，其中，DC电网的能量源可以在必要时用于缓冲功率波动。
[0007]如果另外的能源网有一个接地(例如，以接地的中性线的形式接地)且变流器被构造成没有变压器(即，AC侧与DC侧之间没有电隔离)，则DC电网可以经由变流器自动提供有固定的接地参考，即接地。在此，DC电网的电位相对于接地参考的具体水平(Lage)由具体使用的变流器拓扑决定。例如，变流器在直流侧可以具有分开的中间电路，该中间电路的中点(即，中间电位)与具有固定的接地参考的中性线连接，因此中间电路上的DC导体的DC电位设定为基本上关于地电位对称。DC电位的这种对称性在系统设计中具有优势。
[0008]就这一点而言，本身不接地的DC电网也通过无变压器的变流器与接地的能源网连接，成为接地的电网。因此，对于这样的DC电网可以产生两种运行状态：不通过变流器接地的“独立”运行和通过变流器与接地的能源网连接的接地运行。在系统设计中要注意这一点。
[0009]然而，如果接地的DC电网与接地的AC电网例如经由变流器连接，那么在这些电网之间可能会出现如此高的、不受控制的电流流量，以至于会损坏变流器的部件或电网的部件。这也适用于假设不接地的DC电网中存在绝缘故障的情况下。
[0010]在本申请中，缩写DC(英语：direct current)代表直流电流或直流电压，而AC(英语：alternating current)代表交流电流或交流电压。
[0011]专利技术任务
[0012]本专利技术基于以下任务，即给出支持DC电网的简单且可靠的运行的方法和设备。
[0013]解决方案
[0014]该任务通过具有独立权利要求1的特征的方法得以实现。该任务通过具有独立权利要求6的特征的对称单元得以实现。在从属权利要求中要求保护该方法和该对称单元的有利实施方式。
[0015]专利技术描述
[0016]在用于使DC电网中的第一DC导体和第二DC导体上的电压对称(Symmetrieren)的方法中，在第一DC导体相对于地电位的电压和第二DC导体相对于地电位的电压存在不对称性的情况下，在DC导体中的至少一个DC导体与地电位之间产生补偿电流(Ausgleichsstrom)。对称借助于对称单元来实现，该对称单元具有：第一半导体开关和第二半导体开关，该第一半导体开关和该第二半导体开关串联连接在第一DC导体与第二DC导体之间；以及布置在第一半导体开关与第二半导体开关之间的与地电位的连接。在第一DC导体相对于地电位的电压和第二DC导体相对于地电位的电压存在不对称性的情况下，在DC导体中的至少一个DC导体与地电位之间产生的补偿电流通过半导体开关中的相应的一个半导体开关产生，其中，通过补偿电流，第一DC导体和第二DC导体相对于地电位的电压的不对称性降低。在实施方式中，特别地使DC导体相对于地电位的电压对称。
[0017]在本申请的上下文中，对称的电压意味着两个DC导体上的相对于地电位的直流电压(即，DC电压)的量值几乎大小相同并且具有相反的极性，即DC导体中的一个DC导体为正，而DC导体中的另一个DC导体为负。
[0018]半导体开关例如可以是双极晶体管，这些双极晶体管优选地用作可控的电阻器或电流源。在这些实施方式中，补偿电流由于半导体的非线性而流动，即半导体具有取决于半导体的控制输入端处的模拟控制信号的可变电阻。
[0019]半导体开关也可以是例如开关晶体管，这些开关晶体管例如由控制单元驱动，优选以二元方式驱动，即优选地仅具有两种状态。在这样的实施方式中，驱动借助于二元控制信号来进行，该二元控制信号根据电路设计特别地由具有适当调节的控制单元来提供。优选地，该方法在控制单元上执行。
[0020]该方法在存在电压不对称性时进行干预，并且能够在DC电网的不同运行状态下使DC电压对称。为此目的，特别地包括：AC耦合运行，其中，DC电网例如经由无变压器的变流器(Stromrichter)与接地的AC供电网电连接，并且至少主要由AC供电网供应电功率；以及“独立”运行，其中，DC电网与AC供电网电隔离。如果DC电网中的电压是对称的(这例如可以通过经由变流器从接地的AC供电网得到的间接的接地参考给出)，则不对这种接地和对称进行干预。在此，DC电网可以灵活地在“独立”运行下(例如，使用自电池的电功率)运行，也可以在电网耦合运行下使用经由变流器从AC供电网得到的给定的接地参考运行。在此，对于接地的DC电网，DC侧的保护方案不需要发生改变。这通过确保在DC电网运行中不会出现明显高于总DC电压一半的相对于接地的电压来简化系统设计。
[0021]在没有DC电压对称的不接地的DC电网中，如果DC电位之一接近地电位，则相对于地电位的电压可以包括总系统电压。然后必须或从一开始就必须将DC用电器中的绝缘按照出现的相对于地电位的最大DC电压来设计。该方法因此简化了系统设计，因为可以实现DC电压(在一定限度内)的对称，并且因此可以确保，出现的相对于地电位的最大DC电压被限
制在DC中间电路电压的大约一半或在必要时切断DC电网。
[0022]在该方法的实施方式中，当电压的不对称性超过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于借助于对称单元(20、30、40、50、60)使DC电网(14)中的第一DC导体和第二DC导体(DC+、DC
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)上的电压对称的方法，所述对称单元具有：第一半导体开关(T1、T3、T5、T7、T9)和第二半导体开关(T2、T4、T6、T8、T12)，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关串联连接在所述第一DC导体与所述第二DC导体(DC+、DC
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)之间；以及布置在所述第一半导体开关(T1、T3、T5、T7、T9)与所述第二半导体开关(T2、T4、T6、T8、T12)之间的与地电位(PE)的连接，其中，在所述第一DC导体(DC+)相对于地电位(PE)的电压和所述第二DC导体(DC
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)相对于地电位(PE)的电压存在不对称性的情况下，通过所述半导体开关(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T12)中的至少一个半导体开关在所述DC导体(DC+、DC
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)中的一个DC导体与地电位(PE)之间产生补偿电流(IA)，其中，通过所述补偿电流(IA)，所述第一DC导体和所述第二DC导体(DC+、DC
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)相对于地电位(PE)的电压的不对称性降低，其中特别地，使所述DC导体(DC+、DC
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)相对于所述地电位(PE)的电压对称。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电压的不对称性超过预先给定的第一阈值(TH1)时，通过所述至少一个半导体开关(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T12)产生所述补偿电流。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于控制单元(22)测定所述电压的不对称性的步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制单元(22)监测所述补偿电流(IA)的大小，并且在超过预先给定的第二阈值(TH2)时产生并输出切断信号。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述切断信号的输出引起所述DC电网(14)与电能储存器(44)和/或DC源(42)断开。6.一种用于具有第一DC导体(DC+)和第二DC导体(DC
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)的DC电网(14)的对称单元，其中，在所述第一DC导体(DC+)与所述第二DC导体(DC
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)之间能够连接至少一个DC负载(44)以及电能储存器(42)和/或DC源，所述对称单元具有：第一半导体开关(T1、T3、T5、T7、T9)和第二半导体开关(T2、T4、T6、T8、T12)，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关串联连接在所述第一DC导体与所述第二DC导体(DC+、DC
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)之间，以及布置在所述第一半导体开关(T1、T3、T5、T7、T9)与所述第二半导体开关(T2、T4、T6、T8、T12)之间的与地电位(PE)的连接，其中，所述对称单元(20、30、40、50、60)被设计成对至少一个半导体开关(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T12)进行操作，使得在所述第一DC导体和所述第二DC导体(DC+、DC
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)相对于地电位(PE)的电压存在不对称性的情况下，通过所述至少一个半导体开关(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T12)，使在所述DC导体(DC+、DC
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)中的至少一个DC导体与地电位(PE)之间存在补偿电流(IA)流动，其中，通过所述补偿电流(IA)，所述第一DC导体和所述第二DC导体(DC+、DC
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)相对于地电位(PE)的电压的不对称性降低，其中特别地，使相对于所述地电位(PE)的所述电压对...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：艾思玛太阳能技术股份公司，
类型：发明
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