[发明专利]一种背靠背MMC结构中逆变器的预充电控制方法

摘要

一种背靠背MMC结构中逆变器的预充电控制方法，首先进行第一充电阶段，控制充电电流对MMC逆变器所有子模块电容充电，并计算出充电电流作用的时间。然后进行第二充电阶段，根据第一充电阶段结束时刻，控制IGBT的关断与开通，对首先投入的子模块电容充电，切除剩余子模块。最后以首先投入充电的子模块电容充电结束时刻控制IGBT的通断，投入剩余子模块的同时切除首先投入充电的子模块，可计算出整个预充电所需时间。从而实现通过控制充电电流对MMC逆变器预充电，并保证安全充电的同时使得充电时间最短，以时间节点控制子模块的充电状态，节省了子模块电容电压检测装置。

主权项

1.一种背靠背MMC结构中逆变器的预充电控制方法，其特征在于，其步骤为：预充电控制方法分为两个阶段；在第一充电阶段，对MMC逆变器所有子模块电容充电；在第二充电阶段，首先投入每相n个子模块充电，切除剩余子模块；计算出首先投入子模块充电时间，根据时间节点将首先投入的子模块切除，对剩余子模块充电；MMC逆变器各相结构相同，以a相为例，流过a相桥臂电流为ia＝Id3；在充电过程中，MMC逆变器桥臂存在杂散电感Ls，包括桥臂电感，充电电流的突变会产生过电压；在部分充电时间段内，充电电流变化产生的过电压ΔU＝Lsdia/dt，为保证充电系统的安全，将ΔU控制在10％Udc以内，Udc为背靠背MMC稳定运行时直流母线电压；在安全充电的同时使得充电时间最短，充电电流变化速率k＝10％Udc/Ls；在第一充电阶段分为三个步骤：步骤一：在0‑t1时间段内，控制充电电流：Id＝kt(0≤t≤t1)    (公式一)式中t1为第一充电阶段Id上升至Im时刻，Im为功率器件所能承受的最大电流；计算得：步骤二：在t1‑t2时间段内，以最大电流Im对电容充电，t2为第一充电阶段Id从Im开始下降时刻；步骤三：在t2‑t3时间段内，Id为：Id＝‑k(t3‑t)(t2≤t≤t3)    (公式三)式中t3为第一充电阶段结束时刻；第一充电阶段结束时，子模块电容电压为u1＝Udc/2n；在第一充电阶段，子模块电容电压为：计算得：在t3时刻进入第二充电阶段，第二充电阶段分为以下步骤：步骤一：第二充电阶段，需要控制IGBT的通断状态，首先每相投入n个子模块，切除剩余子模块；在t3时刻Id为0，在延迟Δtd后开始控制电流变化，Δtd应大于IGBT的开关时间；步骤二：在t4时刻开始对首先投入的子模块电容充电，由公式六可知：在t4‑t5时间段内，t5为Id上升至Im时刻，充电电流变化为：Id＝k(t‑t4)(t4≤t≤t5)    (公式八)由公式七、八可得：步骤三：在t5‑t6时间段内，以最大电流Im对电容充电，t6为Id从Im开始下降时刻；步骤四：在t6‑t7时间段内，Id为：Id＝‑k(t7‑t)(t6≤t≤t7)    (公式十)式中t7为首先投入的子模块充电结束时刻；在第二充电阶段，首先投入子模块电容电压达到UC＝Udc/n,首先投入充电子模块电容电压变化为：计算得：步骤五：在t7时刻首先投入的子模块电容电压达到UC，此时Id为0，在Δtd内把首先投入的子模块切除，将剩余的子模块投入充电状态；步骤六：在t8时刻开始对剩余子模块电容充电，可得在t8‑t9时间段内，t9为Id上升至Im时刻，充电电流变化为：Id＝k(t‑t8)(t8≤t≤t9)    (公式十五)计算得：步骤七：在t9‑t10时间段内，以最大电流Im对电容充电，t10为Id从Im开始下降时刻；步骤八：在t10‑t11时间段内，Id为：Id＝‑k(t11‑t)(t10≤t≤t11)    (公式十七)式中t11为剩余投入的子模块充电结束时刻；在第二充电阶段，剩余投入子模块电容电压达到UC，剩余充电子模块电容电压变化为：计算得：在t11时刻，保证安全充电的同时，所有子模块电容电压以最短的时间达到UC，此时整个预充电过程结束。