预充电电路及其控制方法和变流器技术

提供一种预充电电路及其控制方法和变流器。预充电电路包括：第一电容器组、第二电容器组、分别包括第一路径切换电路和第二路径切换电路的至少一对路径切换电路、以及充电电源电路。当第一电容器组和第二电容器组的预充电电压均未达到预定值时，在每个预充电周期中，每对路径切换电路依次动作。所述动作均包括：在第一导通时间内，第一路径切换电路的第一路径以及第二路径切换电路的第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电；在第一导通时间之后，第一路径和第二路径断开，并且在第二导通时间内第一路径切换电路的第三路径以及第二路径切换电路的第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电。

Pre charging circuit, control method and converter thereof

A pre charging circuit, a control method and a converter are provided. The pre-charging circuit comprises a first capacitor bank, a second capacitor bank, at least one pair of path switching circuits including a first path switching circuit and a second path switching circuit respectively, and a charging power supply circuit. When the pre-charging voltage of the first capacitor bank and the second capacitor bank fails to reach the predetermined value, each pair of path switching circuits operates sequentially in each pre-charging cycle. The actions include: during the first turn-on time, the first path of the first path switching circuit and the second path of the second path switching circuit are turned on to charge the first capacitor bank through the charging power supply circuit; after the first turn-on time, the first path and the second path are disconnected and when the second turn-on occurs The third path of the first path switching circuit and the fourth path of the second path switching circuit are turned on to charge the second capacitor bank through a charging power supply circuit.

【技术实现步骤摘要】
预充电电路及其控制方法和变流器
以下描述涉及风电变流器
，更具体地说，涉及一种预充电电路及其控制方法和变流器。
技术介绍
在风电变流器中，直流母线一般采用大容量的电容器组进行直流支撑，并提供部分无功容量以及输出电流纹波。由于直流电容器(电容器组)的容量较大且为了保障安全，在风电变流器停机时需要泄放掉直流电容器上所有的电荷。如果在变流器启机之前不首先对直流电容器进行预充电，则电网侧交流开关直接闭合时，直流电容器将会处于短路状态，此时会产生很大的短路电流冲击，短路电流会对变流器中的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、直流电容器以及其他的功率半导体器件形成严重冲击，甚至造成IGBT和直流电容器直接过电流失效炸毁。为了避免短路电流冲击，一般需要对直流电容器进行预充电。现有的预充电方式为：在电网侧交流开关处并联预充电电阻和预充电开关，先进行预充电回路的投入，通过预充电电阻限制充电电流，当直流母线电压建立到预定值时，通过电网侧交流开关旁路掉预充电回路，然后待预充电结束后，将预充电回路整个切除。然而，现有的这种预充电方式存在预充电电阻损耗大、直流母线充电电压无法达到额定电压、电网侧交流开关闭合时无法避免电流冲击等问题。
技术实现思路
为了解决上述现有的预充电方式存在的一个或多个问题，本专利技术提供一种预充电电路及其控制方法和变流器。根据本专利技术的一个方面，提供一种预充电电路。所述预充电电路包括：第一电容器组、第二电容器组、至少一对路径切换电路、以及充电电源电路，其中，所述至少一对路径切换电路为TNPC型拓扑，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路分别包括：第一路径切换电路和第二路径切换电路，其中，每个第一路径切换电路的第一电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的一极，每个第二路径切换电路的第二电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的另一极，其中，第一电容器组和第二电容器组串联连接，并且连接在每个第一路径切换电路和对应的第二路径切换电路之间，其中，当第一电容器组和第二电容器组的预充电电压均未达到预定值时，在每个预充电周期中，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，其中，每对路径切换电路的动作均包括：在第一导通时间内，第一路径切换电路的第一路径以及第二路径切换电路的第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电；在所述第一导通时间之后，所述第一路径和所述第二路径断开，并且在第二导通时间内第一路径切换电路的第三路径以及第二路径切换电路的第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电。根据本专利技术的另一方面，提供一种预充电电路的控制方法。所述预充电电路包括：第一电容器组、第二电容器组、至少一对路径切换电路、以及充电电源电路，其中，所述至少一对路径切换电路为TNPC型拓扑，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路分别包括：第一路径切换电路和第二路径切换电路，其中，每个第一路径切换电路的第一电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的一极，每个第二路径切换电路的第二电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的另一极，其中，第一电容器组和第二电容器组串联连接，并且连接在每个第一路径切换电路和对应的第二路径切换电路之间。所述控制方法包括：当第一电容器组和第二电容器组的预充电电压均未达到预定值时，在每个预充电周期中，控制所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，其中，控制每对路径切换电路的动作均包括：在第一导通时间内，控制第一路径切换电路的第一路径以及第二路径切换电路的第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电；在所述第一导通时间之后，控制所述第一路径和所述第二路径断开，并且在第二导通时间内控制第一路径切换电路的第三路径以及第二路径切换电路的第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电。根据本专利技术的另一方面，提供一种变流器。所述变流器为模块化风电变流器，其中，模块化风电变流器中的每个子变流器模块包括如上所述的预充电电路。本专利技术所提供的预充电电路、预充电电路的控制方法以及包括预充电电路的变流器能够有效地控制预充电电流，由于预充电回路中不存在预充电电阻分压，因此能够达到甚至超过直流母线充电电压的额定值，从而有效地避免电流冲击，还能够对变流器直流母线的上下两个电容器组(第一电容器组C1和第二电容器组C2)分别进行预充电控制，保证预充电电流的平稳以及上下两个电容器组的预充电电压的均衡，并且还能够在预充电过程中实时地判断各个功率半导体器件是否存在故障，从而在预充电过程中实现变流器的自动检验。附图说明图1是示出根据本专利技术示例实施例的预充电电路的示意图。图2是示出根据本专利技术另一示例实施例的预充电电路的示意图。图3是示出根据本专利技术另一示例实施例的预充电电路的示意图。图4示出根据本专利技术示例实施例的对第一电容器组进行充电的示图。图5示出根据本专利技术示例实施例的对第二电容器组进行充电的示图。图6示出根据本专利技术另一示例实施例的预充电电路的示意图。图7示出根据本专利技术另一示例实施例的对第一电容器组进行充电的示图。图8示出根据本专利技术另一示例实施例的对第二电容器组进行充电的示图。图9示出根据本专利技术示例实施例的预充电电路的控制方法。图10示出根据本专利技术示例实施例的模块化风电变流器的结构示意图。贯穿说明书附图，相同或相似的参考标号将表示相同或相似的元素。具体实施方式本专利技术可具有各种变形和各种实施例，应理解，本专利技术不限于这些实施例，而是包括本专利技术的精神和范围内的所有变形、等同物和替换。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不受限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚地那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略本领域中已知的特征的描述。在本专利技术的示例实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是为了限制示例实施例。除非上下文另有清楚的指示，否则在此使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解，尽管在本说明书中使用术语“第一”、“第二”和“第三”等来描述各个元素，但是这些元素不应被这些术语所限制。这些术语仅被用于将一个元素与另一元素进行区分。例如，在不脱离本专利技术构思的精神和范围的情况下，第一元素也可被称为第二元素，相似地，第二元素也可被称为第一元素。图1是示出根据本专利技术示例实施例的变流器中的预充电电路的示意图。参照图1，根据本专利技术示例实施例的变流器可包括：电机侧开关Q11、dudt滤波电路110、电机侧保护电路111、预充电电路、LC滤波电路112、电网侧开关Q12、框架断路器113、电网侧变压器114等。在图1中，除了预充电电路之外的其他元件是风电变流器领域内的公知技术，为了简明，在此省略其详细的功能和结构描述。下面将参照图1至图8来详细地描述预充电电路。将理解，根据本专利技术示例实施例，变流器可包括下面参照图1至图8所描述的任意一种预充电电路。参照图1，根据本专利技术示例实施例的变流器中的预充电电路可包括：第一电容器组C1、第二电容器组C2、至少一对路径切换电路、以及充电电源电路107。根据示例实施例，至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路分别包括第一路径切换电路和第二路径切换电路。每个第一路径切换电路也可称为电网侧逆变电路，每个第二路径切换电路也可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预充电电路，其特征在于，所述预充电电路包括：第一电容器组、第二电容器组、至少一对路径切换电路、以及充电电源电路，其中，所述至少一对路径切换电路为TNPC型拓扑，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路分别包括：第一路径切换电路和第二路径切换电路，其中，每个第一路径切换电路的第一电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的一极，每个第二路径切换电路的第二电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的另一极，其中，第一电容器组和第二电容器组串联连接，并且连接在每个第一路径切换电路和对应的第二路径切换电路之间，其中，当第一电容器组和第二电容器组的预充电电压均未达到预定值时，在每个预充电周期中，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，其中，每对路径切换电路的动作均包括：在第一导通时间内，第一路径切换电路的第一路径以及第二路径切换电路的第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电；在所述第一导通时间之后，所述第一路径和所述第二路径断开，并且在第二导通时间内第一路径切换电路的第三路径以及第二路径切换电路的第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电。

【技术特征摘要】
1.一种预充电电路，其特征在于，所述预充电电路包括：第一电容器组、第二电容器组、至少一对路径切换电路、以及充电电源电路，其中，所述至少一对路径切换电路为TNPC型拓扑，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路分别包括：第一路径切换电路和第二路径切换电路，其中，每个第一路径切换电路的第一电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的一极，每个第二路径切换电路的第二电源端连接到充电电源电路的正极和负极中的另一极，其中，第一电容器组和第二电容器组串联连接，并且连接在每个第一路径切换电路和对应的第二路径切换电路之间，其中，当第一电容器组和第二电容器组的预充电电压均未达到预定值时，在每个预充电周期中，所述至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，其中，每对路径切换电路的动作均包括：在第一导通时间内，第一路径切换电路的第一路径以及第二路径切换电路的第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电；在所述第一导通时间之后，所述第一路径和所述第二路径断开，并且在第二导通时间内第一路径切换电路的第三路径以及第二路径切换电路的第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电。2.如权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，每个第一路径切换电路和每个第二路径切换电路均为包括零电平桥臂和非零电平桥臂的T型三电平桥臂。3.如权利要求2所述的预充电电路，其特征在于，当所述第一电源端连接到充电电源电路的正极并且所述第二电源端连接到充电电源电路的负极时，所述第一电源端位于每个第一路径切换电路的非零电平桥臂的中心节点，所述第二电源端位于每个第二路径切换电路的零电平桥臂的中心节点。4.如权利要求2所述的预充电电路，其特征在于，当所述第一电源端连接到充电电源电路的负极并且所述第二电源端连接到充电电源电路的正极时，所述第一电源端位于每个第一路径切换电路的零电平桥臂的中心节点，所述第二电源端位于每个第二路径切换电路的非零电平桥臂的中心节点。5.如权利要求3或4所述的预充电电路，其特征在于，每个第一路径切换电路的非零电平桥臂的上桥臂和下桥臂分别连接到串联连接的第一电容器组和第二电容器组的正极端和负极端，每个第一路径切换电路的零电平桥臂的输入端作为第一输入端连接到第一电容器组和第二电容器组之间的连接节点，每个第一路径切换电路的零电平桥臂的输出端作为第一输出端连接到该第一路径切换电路的非零电平桥臂的中心节点；每个第二路径切换电路的非零电平桥臂的上桥臂和下桥臂分别连接到串联连接的第一电容器组和第二电容器组的正极端和负极端，每个第二路径切换电路的零电平桥臂的输入端作为第二输入端连接到第一电容器组和第二电容器组之间的连接节点，每个第二路径切换电路的零电平桥臂的输出端作为第二输出端连接到该第二路径切换电路的非零电平桥臂的中心节点。6.如权利要求5所述的预充电电路，其特征在于，在所述第一电源端连接到充电电源电路的正极并且所述第二电源端连接到充电电源电路的负极的情况下，在第一导通时间内，第二路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第二输入端的晶体管导通，从而使得所述第一路径和所述第二路径导通，其中，所述第一路径从所述第一电源端，经由第一路径切换电路的非零电平桥臂的上桥臂的二极管，到达到串联连接的第一电容器组和第二电容器组的正极端，其中，所述第二路径从第一电容器组和第二电容器组之间的连接节点，经由靠近所述第二输入端的晶体管，到达所述第二电源端。7.如权利要求6所述的预充电电路，其特征在于，在第二导通时间内，第二路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第二输入端的晶体管截止，第一路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第一输出端的晶体管导通，并且第二路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第二输出端的晶体管导通，从而使得所述第三路径和所述第四路径导通，其中，所述第三路径从所述第一电源端，经由靠近所述第一输出端的晶体管以及第一路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第一输入端的二极管，到达第一电容器组和第二电容器组之间的连接节点，所述第四路径从串联连接的第一电容器组和第二电容器组的负极端，经由第二路径切换电路的下桥臂的二极管以及靠近所述第二输出端的晶体管，到达所述第二电源端。8.如权利要求5所述的预充电电路，其特征在于，在所述第一电源端连接到充电电源电路的负极并且所述第二电源端连接到充电电源电路的正极的情况下，在第一导通时间内，第一路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第一输入端的晶体管导通，从而使得所述第一路径和所述第二路径导通，其中，所述第一路径从所述第二电源端，经由第二路径切换电路的非零电平桥臂的上桥臂的二极管，到达到串联连接的第一电容器组和第二电容器组的正极端，其中，所述第二路径从第一电容器组和第二电容器组之间的连接节点，经由靠近所述第一输入端的晶体管，到达所述第一电源端。9.如权利要求8所述的预充电电路，其特征在于，在第二导通时间内，第一路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第一输入端的晶体管截止，第一路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第一输出端的晶体管导通，并且第二路径切换电路的零电平桥臂的靠近所述第二输出端的晶体管导通，从而使得所述第三路径和所述第四路径导通，其中，所述第三路径从所述第二电源端，经由靠近所述第二输出端的晶体管以及第二路径切换电路的零电平...

【专利技术属性】
技术研发人员：符松格，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11