[发明专利]用于使DC电网中的电压对称的方法和电路

说明书

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‑)上的电压对称的方法，该对称单元具有：串联连接在第一DC导体与第二DC导体(DC+、DC‑)之间的第一半导体开关(T1、T3、T5、T7、T9)和第二半导体开关(T2、T4、T6、T8、T12)；以及布置在第一半导体开关(T1、T3、T5、T7、T9)与第二半导体开关(T2、T4、T6、T8、T12)之间的与地电位(PE)的连接，其中，在第一DC导体(DC+)相对于地电位(PE)的电压和第二DC导体(DC‑)相对于地电位(PE)的电压存在不对称性的情况下，通过至少一个半导体开关(T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T12)在至少一个DC导体(DC+、DC‑)与地电位(PE)之间产生补偿电流(IA)，其中，通过补偿电流(IA)，第一DC导体和第二DC导体(DC+、DC‑)相对于地电位(PE)的电压的不对称性降低，其中特别地，使DC导体(DC+、DC‑)相对于地电位(PE)的电压对称。本申请还描述了一种对称单元。

发明技术领域

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。

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。

不接地的DC电网(其中相应的DC线路DCL+和DCL-的电位DC+和DC-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。

在接地的DC电网中，电位DC+和DC-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-)之间的电阻性连接来实现。

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。

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。

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。

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。