电路、AC/DC变流模块和直流微电网的制作方法

本实用新型涉及电源领域，具体而言，涉及一种用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路、AC/DC变流模块、直流微电网。

背景技术：

AC/DC变流器单体的额定输出功率固定，输出电压范围相对比较窄，为满足更大功率负载或更高电压等级的要求，可将多个AC/DC变流器进行串并联，从而减少研发成本和周期；一旦将AC/DC变流器串并联之后，各个AC/DC变流器之间的串并联关系在整个使用过程中都是固定的。

然而，研究过程中发现，由于每个AC/DC变流器之间有差异，同时，负载可能是变化的，这就会导致串并联的每个AC/DC变流器的输出功率、电流也会存在不同。当不同AC/DC变流器彼此之间电流差异太大时，会造成个别AC/DC变流器发热、报保护、严重时甚至损坏变流器。

但是现有的AC/DC变流器进行串并联之后，其中任何一个AC/DC变流器都不能单独退出电路回路，因此一旦发生AC/DC变流器故障，只能将串并联后的多个AC/DC变流器全部退出电路回路。因此，现有的串并联AC/DC变流器的稳定性低，难以保障系统不间断供电及稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路、AC/DC变流模块和直流微电网，以至少解决相关技术中的串并联AC/DC变流器的稳定性低的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路，所述电路包括：一对输出端、N对输入端，以及与所述一对输出端和所述N对输入端电性连接的开关组；所述一对输出端用于与负载或直流母线电性连接；所述N对输入端用于与N个AC/DC变流器的N对输出端一一电性连接；其中，

所述开关组，用于选择性地将与所述N对输入端电性连接的全部或部分AC/DC变流器以串联、并联或者串并联的形式接入电路回路中，其中N为大于或者等于2的整数。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种AC/DC变流模块，所述AC/DC变流模块包括：N个AC/DC变流器以及第一方面所述的用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种直流微电网，包括：交流母线、一个或者多个AC/DC变流模块、直流母线和负载，

所述直流微电网的AC/DC变流模块为第二方面所述的AC/DC变流模块，多个AC/DC变流模块相互并联。

通过本实用新型实施例提供的用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路、AC/DC变流模块和直流微电网，采用用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路，其中，电路包括：一对输出端、N对输入端，以及与一对输出端和N对输入端电性连接的开关组；一对输出端用于与负载或直流母线电性连接；N对输入端用于与N个AC/DC变流器的N对输出端一一电性连接；其中，开关组，用于选择性地将与N对输入端电性连接的AC/DC变流器以串联、并联或者串并联的形式接入电路回路中，解决了相关技术中的串并联AC/DC变流器的稳定性低的问题，提高了串并联AC/DC变流器的稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的拓扑结构图；

图2是根据本实用新型实施例的用于并联的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的电路图；

图3是根据本实用新型实施例的用于串并联的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的电路图；

图4是根据本实用新型实施例的具有母线控制开关的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的电路图；

图5是根据本实用新型实施例的一种输出端设置方式的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的电路图；

图6是根据本实用新型实施例的具有电流传感器的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的电路图；

图7是根据本实用新型实施例的AC/DC变流模块的结构示意图；

图8是根据本实用新型实施例的具有通讯总线的AC/DC变流模块的结构示意图；

图9是根据本实用新型实施例的直流微电网的结构示意图；

图10是根据本实用新型实施例的直流微电网的控制方法的流程图；

图11是根据本实用新型实施例的直流微电网的控制设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实施例中提供了一种用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路。以可以同时接入电路回路的AC/DC变流器的最大数量N＝2为例进行说明，图1是根据本实用新型实施例的用于将两个AC/DC变流器接入电路回路的电路的拓扑结构图，如图1所示，该电路包括：一对输出端OUT+、OUT-，两对输入端IN+、IN-，以及与一对输出端和两对输入端电性连接的开关组K；一对输出端用于与负载或直流母线电性连接；两对输入端用于与两个AC/DC变流器的两对输出端一一电性连接；其中，

开关组K，用于选择性地将与两对输入端电性连接的AC/DC变流器以串联、并联或者串并联的形式接入电路回路中。

其中，在将两个相同的AC/DC变流器串联后，这两个AC/DC变流器的总输出电压提高一倍，最大输出电流保持不变，总最大输出功率提高一倍；在将两个相同的AC/DC变流器并联后，这两个AC/C变流器的总输出电压保持不变，最大输出电流提高一倍，总最大输出功率也提高一倍。因此，通过对多个AC/DC变流器的串联、并联、串并联，能够实现对输出端连接的负载电压等级的适配，并满足输出端连接的负载对AC/DC变流模块的总输出功率需求。

尤其是，在采用上述的开关组K之后，任意一个AC/DC变流器都可以退出AC/DC变流器的串联、并联或者串并联电路，从而使得故障或者过热的AC/DC变流器可以及时退出电路回路，而可以不影响其他的AC/DC变流器的工作，保障了串并联AC/DC变流器的不间断供电，提高了串并联AC/DC变流器的稳定性。在没有冗余AC/DC变流器的情况下，可以通过串并联AC/DC变流器的总功率的冗余设计，即当一个AC/DC变流器退出电路回路之后，即使不加入新的AC/DC变流器，其他AC/DC变流器也能够提供足够的电压等级和输出功率，以保障对负载的不间断供电。在这种情况下，实际接入电路回路的AC/DC变流器的数量等于N。

更进一步的，也可以通过在串并联AC/DC变流器电路中加入冗余的AC/DC变流器，当其中某个AC/DC变流器退出电路回路之后，冗余的AC/DC变流器能够及时替代退出电路回路的AC/DC变流器，使得串并联AC/DC变流器能够提供足够的电压等级和输出功率，以保障对负载的不间断供电。在这种情况下，实际接入电路回路的AC/DC变流器的数量少于N。

能够实现上述开关组K相同或者相似功能的电路结构有多种，在本实用新型实施例中将采用最为简单的开关电路来说明开关组的实现原理。在本实用新型实施例披露的电路结构的基础上，进行变形或者等效替代能够设计出能够实现相同或者相近功能的开关组的其他电路结构。

如果仅需实现N个AC/DC变流器中任意多个AC/DC变流器的并联，上述的开关组K可以包括：多条连接线L，以及串联在多条连接线中的每条连接线上的开关k；其中，多条连接线L，用于将N对输入端中的第一极性输入端相互电性连接，以及将N对输入端中的第二极性输入端相互电性连接。图2中示出了N＝2时用于并联的开关组的电路图。

在本实用新型实施例中的第一极性和第二极性分别为正极和负极中的一个和另一个。

如果需要实现N个AC/DC变流器中任意多个AC/DC变流器的串并联，则上述的开关组K可以包括：多条连接线L，以及串联在多条连接线中的每条连接线上的开关k；其中，多条连接线L，用于将N对输入端中的第一极性输入端相互电性连接，将N对输入端中的第二极性输入端相互电性连接，以及将N对输入端中的第二极性输入端与除自身之外的其他N-1对输入端中的第一极性输入端相互电性连接。图3中示出了N＝2时用于串并联的开关组的电路图。

可选地，一对输出端中的第一极性输出端与N对输入端中的一对输入端的第一极性输入端电性连接，一对输出端中的第二极性输出端与这一对输入端的第二极性输入端电性连接。

或者，可选地，一对输出端中的第一极性输出端与N对输入端中的一对输入端的第一极性输入端电性连接，一对输出端中的第二极性输出端与N对输入端中的另一对输入端的第二极性输入端电性连接。

在图4中以N＝3为例示出了包括母线控制开关KM的开关组的电路图。可选地，开关组K还包括：N个母线控制开关KM，其中，母线控制开关KM为双刀开关，N个母线控制开关KM一一串联在N对输入端上。上述的母线控制开关KM用于直接控制对应的AC/DC变流器的接入或者退出电路回路。

事实上，图2或图3中的开关组K都能够实现AC/DC变流器的接入或者退出电路回路，即母线控制开关KM并不是必须的。但是考虑到在串并联结构中开关组K中的每个开关状态需要适应其串并联电路结构的需要，可能存在无法满足AC/DC变流器退出电路回路的需求，因此单独在输入端上设置母线控制开关来控制对应的AC/DC变流器的接入或者退出电路回路，能够简化控制逻辑，同时保证AC/DC变流器正确退出电路回路。

在图5中以N＝2为例示出了一种输出端设置方式的开关组的电路图。

可选地，开关K和母线控制开关KM分别包括但不限于以下之一：继电器、直流接触器、可控开关器件。其中的可控开关器件包括但不限于：可控硅开关器件，如：开关二极管、开关三极管、场效应管等。

如图6所示，可选地，电路还包括：电流传感器S，其中，电流传感器S串联在一对输出端中的一个输出端上，该电流传感器既可以串联在正极输出端上，也可以串联在负极输出端上，其作用是检测串并联AC/DC变流器的总输出电流。需要说明的是，当多个AC/DC变流模块并联时，电流传感器串联在这多个AC/DC变流模块并联后的干路上。

在本实施例中还提供了一种AC/DC变流模块，图7是根据本实用新型实施例的AC/DC变流模块的结构示意图，如图7所示，该AC/DC变流模块包括：N个AC/DC变流器71以及图1至图6中任一的用于将多个AC/DC变流器接入电路回路的电路72。上述结构中，开关组可以通过统一的控制端进行控制。

如图8所示，可选地，AC/DC变流模块还包括：第一通讯总线73，其中，第一通讯总线73，用于AC/DC变流模块中的N个AC/DC变流器之间的通讯。在AC/DC变流器之间增加第一通讯总线之后，AC/DC变流模块中的开关组可以通过模块中的全部或者部分AC/DC变流器来控制。

在本实施例中还提供了一种直流微电网，图9是根据本实用新型实施例的直流微电网的结构示意图，如图9所示，该直流微电网包括：交流母线91、一个或者多个AC/DC变流模块92、直流母线93和负载94，其中，直流微电网的AC/DC变流模块为图7或图8所示意的AC/DC变流模块，多个AC/DC变流模块相互并联。

可选地，直流微电网还包括：第二通讯总线95，其中，第二通讯总线95，用于多个AC/DC变流模块中的AC/DC变流器之间的通讯。

在本实施例中还提供了一种图7或图8所示意的直流微电网的控制方法，图10是根据本实用新型实施例的直流微电网的控制方法的流程图，如图10所示，该流程包括如下步骤：

步骤S1001，根据负载的电压等级和AC/DC变流器的输出电压等级，确定AC/DC变流模块中串联接入电路回路中的AC/DC变流器的数量；

步骤S1002，根据AC/DC变流模块中串联接入电路回路中的AC/DC变流器的数量，控制开关组。

在步骤S1002中，在AC/DC变流模块中设计有冗余AC/DC变流器或者输出功率冗余时，在确定了串联接入电路回路中的AC/DC变流器的数量后，存在多种控制开关组的方式使得串联后AC/DC变流模块的输出电压等级与负载的电压等级相同，任选一种控制开关组的方式，并同时保证接入电路回路的AC/DC变流器都能够正常工作，提高了AC/DC变流模块的稳定性，保证了对负载的不间断供电。

可选地，方法还包括：根据负载的功率和AC/DC变流器的输出功率，确定AC/DC变流模块中并联接入电路回路中的AC/DC变流器的数量，和/或确定直流微电网中并联接入电路回路中的AC/DC变流模块的数量；根据AC/DC变流模块中并联接入电路回路中的AC/DC变流器的数量，和/或直流微电网中并联接入电路回路中的AC/DC变流模块的数量，控制开关组。

在上述步骤中，在AC/DC变流模块中设计有冗余AC/DC变流器或者输出功率冗余时，在AC/DC变流器或者串联后的AC/DC变流器仍不足以满足负载所需的功率时，可以通过将一定数量的AC/DC变流器或者串联后的AC/DC变流器或者AC/DC变流模块进行并联。同样的，存在多种控制开关组的方式使得并联后的AC/DC变流模块的输出功率能够满足负载所需的功率，任选一种控制开关组的方式，并同时保证接入电路回路的AC/DC变流器都能够正常工作，提高了AC/DC变流模块的稳定性，保证了对负载的不间断供电。

在本实用新型实施例中，以AC/DC变流模块为单位上电，使得AC/DC变流器可以通过上电顺序等方式自动识别第一通讯总线、第二通讯总线上的AC/DC变流器哪些属于自身所在模块内，哪些属于其他模块。

可选地，整个直流微电网内部的AC/DC变流器根据上电顺序确定了彼此的位置，每个AC/DC变流器都可以往通讯总线上发自身的输出功率，当其中一个AC/DC变流器工作在额定功率的95％时，AC/DC变流模块中未并入直流母线(即接入电路回路)的AC/DC变流器闭合母线接入开关，并闭合并联开关(如果负载需求的电压等级太高需要AC/DC变流模块内部的AC/DC变流器串联，需模块整体接入到母线中，开关控制顺序为先闭合母线接入开关再闭合串联开关)。

可选地，直流微电网中每个AC/DC变流器接收通讯总线上每台AC/DC变流器所发出的输出功率Wn(n＝1、2、3.....)，并与自身的输出功率进行比较，然后根据通讯总线上AC/DC变流器的数目确定自身的目标输出功率，计算如下：

W＝(Wmax-Wi)/(n-1)(1+Po)+Wi；

式中，W为目标输出功率；Wi为自身的输出功率；Wmax为其他AC/DC变流器的最大输出功率；n为直流母线上AC/DC变流器数目；Po为功率调节系数。

可选地，在上述的控制开关组步骤中，开关组中的每个母线控制开关都接受N个AC/DC变流器中的任一个AC/DC变流器的控制。

可选地，在上述的控制开关组步骤中，开关组中用于将N个AC/DC变流器中的任意两个变流器串联的开关同时接受这任意两个变流器的控制，且仅当这任意两个变流器都控制这些开关闭合时，这些开关才闭合，否则，这些开关保持断开。通过这种方式，能够避免因故障或者过热退出电路回路的变流器错误地被其他AC/DC变流器重新加入电路回路。

可选地，方法还包括：当接入电路回路中的AC/DC变流器发生故障的情况下，控制发生故障的AC/DC变流器对应的母线控制开关断开。

可选地，在当接入电路回路中的AC/DC变流器发生故障的情况下，控制发生故障的AC/DC变流器对应的母线控制开关断开之后，方法还包括：控制开关组，使得未接入电路回路中的AC/DC变流器接入电路回路中来替代发生故障的AC/DC变流器。

可选地，方法还包括：获取电流传感器采集到的AC/DC变流模块的输出电流；根据直流母线电压和输出电流，计算AC/DC变流模块的输出总功率；根据输出总功率和接入电路回路中的AC/DC变流器的数量，调整接入电路回路中的每个AC/DC变流器的输出功率。

通过上述方式，为增加整体调节响应速率，在至少一个AC/DC变流模块的输出端增加电流传感器，AC/DC变流器根据采集到的总电流和母线电压计算输出总功率，则每台AC/DC变流器的目标输出功率计算如下：

W＝((Wo/n)-Wi)*(1+Po)+Wi；

W为目标功率；Wn为自身功率；Wo为总功率；n为直流母线上AC/DC变流器数目；Po为功率调节系数；

式中，W为目标输出功率；Wi为自身的输出功率；Wo为总功率；n为直流母线上AC/DC变流器数目；Po为功率调节系数。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型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，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。

另外，结合图10描述的本实用新型实施例的直流微电网的控制方法可以由直流微电网的控制设备来实现。图11示出了本实用新型实施例提供的直流微电网的控制设备的硬件结构示意图。

直流微电网的控制设备可以包括处理器111以及存储有计算机程序指令的存储器112。

具体地，上述处理器111可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本实用新型实施例的一个或多个集成电路。

存储器112可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器112可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器112可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器112可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器112是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器112包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

处理器111通过读取并执行存储器112中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种直流微电网的控制方法。

在一个示例中，直流微电网的控制设备还可包括通信接口113和总线110。其中，如图11所示，处理器111、存储器112、通信接口113通过总线110连接并完成相互间的通信。

通信接口113，主要用于实现本实用新型实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线110包括硬件、软件或两者，将直流微电网的控制设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线110可包括一个或多个总线。尽管本实用新型实施例描述和示出了特定的总线，但本实用新型考虑任何合适的总线或互连。

该直流微电网的控制设备可以基于获取到的数据，执行本实用新型实施例中的直流微电网的控制方法，从而实现结合图10描述的直流微电网的控制方法。

另外，结合上述实施例中的直流微电网的控制方法，本实用新型实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种直流微电网的控制方法。

综上所述，通过本实用新型的上述实施例和实施方式，能够实现输出比单体AC/DC变流器更宽的电压范围、功率范围，适用于更多的应用场合，能够更好的响应负载需求；能够实现模块化拼装，可组成多种方式实现拼装及冗余设计，具备主动和被动脱离母线功能，提高系统整提安全性能；能够解决一主多从或集中控制状态下主机发生故障系统无法正常工作的问题；能够解决突变负载情况下，传统通讯控制AC/DC变流器调节功率响应慢的问题；能够解决普通AC/DC变流器并联系统中单一AC/DC变流器故障无法脱离母线，造成系统停机问题。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。