CN108448909B - 模块化变流器及其控制方法、风力发电机组 - Google Patents

模块化变流器及其控制方法、风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种模块化变流器及其控制方法、风力发电机组。所述模块化变流器包括：多个变流器模块和多个通断开关模块，其中，所述多个变流器模块相互并联，并且与所述多个通断开关模块一一对应，每个变流器模块的直流母线经由对应的通断开关模块相互连接，其中，每个通断开关模块响应于接收到的控制信号导通或关断，其中，当任意两个通断开关模块均导通时，与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通；当任意一个通断开关模块关断时，与所述任意一个通断开关模块对应的变流器模块的直流母线与其他变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开。

Description

模块化变流器及其控制方法、风力发电机组
技术领域
本发明总体说来涉及变流器技术领域，更具体地讲，涉及一种模块化变流器及其控制方法、一种风力发电机组。
背景技术
模块化变流器采用标准模块化柜体单元，每个柜体单元可独立承担变流器的作用，并可通过相互并联的形式来扩展变流器的容量，以满足不同的发电机的并网输出功率。目前，模块化变流器通常采用独立直流母线的工作方式，即，各个柜体单元的直流母线相互独立，互不影响，相当于各个柜体单元直接并联，这会降低整个变流器的控制响应能力，并可能引发控制振荡。
发明内容
本发明的示例性实施例在于提供一种模块化变流器及其控制方法和风力发电机组，其能够实现模块化变流器的独立直流母线运行状态和并联直流母线运行状态的在线切换，从而实现在线调节模块化变流器的控制增益和并网电能质量。
根据本发明的示例性实施例，提供一种模块化变流器，所述模块化变流器包括：多个变流器模块和多个通断开关模块，其中，所述多个变流器模块相互并联，并且与所述多个通断开关模块一一对应，每个变流器模块的直流母线经由对应的通断开关模块相互连接，其中，每个通断开关模块响应于接收到的控制信号导通或关断，其中，当任意两个通断开关模块均导通时，与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通；当任意一个通断开关模块关断时，与所述任意一个通断开关模块对应的变流器模块的直流母线与其他变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开。
可选地，当任意两个通断开关模块均导通时，与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通，用于动态调节与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间的电压。
可选地，所述模块化变流器为三电平变流器，其中，通断开关模块包括：第一全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管、第二全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管、第三全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管，其中，第一全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流正母线，所有第一全控型半导体器件的发射极相互连接；第二全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流中性母线，所有第二全控型半导体器件的发射极相互连接；第三全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流负母线，所有第三全控型半导体器件的发射极相互连接。
可选地，所述模块化变流器为两电平变流器，其中，通断开关模块包括：第四全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管、第五全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管，其中，第四全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流正母线，所有第四全控型半导体器件的发射极相互连接；第五全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流负母线，所有第五全控型半导体器件的发射极相互连接。
可选地，当一个通断开关模块和另一个通断开关模块均导通时：如果与所述一个通断开关模块对应的一个变流器模块的直流正母线与直流中性母线之间的电压高于与所述另一个通断开关模块对应的另一个变流器模块的直流正母线与直流中性母线之间的电压，则形成从所述一个变流器模块的直流正母线依次经由所述一个通断开关模块的第一全控型半导体器件和所述另一个通断开关模块的与第一全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述另一个变流器模块的直流正母线、且从所述另一个变流器模块的直流中性母线依次经由所述另一个通断开关模块的第二全控型半导体器件和所述一个通断开关模块的与第二全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述一个变流器模块的直流中性母线的汇流回路。
可选地，当一个通断开关模块和另一个通断开关模块均导通时：如果与所述一个通断开关模块对应的一个变流器模块的直流中性母线与直流负母线之间的电压高于与所述另一个通断开关模块对应的另一个变流器模块的直流中性母线与直流负母线之间的电压，则形成从所述一个变流器模块的直流中性母线依次经由所述一个通断开关模块的第二全控型半导体器件和所述另一个通断开关模块的与第二全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述另一个变流器模块的直流中性母线、且从所述另一个变流器模块的直流负母线依次经由所述另一个通断开关模块的第三全控型半导体器件和所述一个通断开关模块的与第三全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述一个变流器模块的直流负母线的汇流回路。
可选地，当一个通断开关模块和另一个通断开关模块均导通时：如果与所述一个通断开关模块对应的一个变流器模块的直流母线的电压高于与所述另一个通断开关模块对应的另一个变流器模块的直流母线的电压，则形成从所述一个变流器模块的直流正母线依次经由所述一个通断开关模块的第四全控型半导体器件和所述另一个通断开关模块的与第四全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述另一个变流器模块的直流正母线、且从所述另一个变流器模块的直流负母线依次经由所述另一个通断开关模块的第五全控型半导体器件和所述一个通断开关模块的与第五全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述一个变流器模块的直流负母线的汇流回路。
可选地，每一个变流器模块被单独地形成为一个柜体单元。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种控制如上所述的模块化变流器的方法，所述方法包括：在所述模块化变流器的运行过程中，向所述多个通断开关模块发送控制信号，以使所述多个通断开关模块导通或关断。
可选地，向所述多个通断开关模块发送控制信号的步骤包括：当确定需要使所述多个变流器模块的直流母线独立运行时，向所述多个通断开关模块发送第一控制信号以使所述多个通断开关模块关断，从而所述模块化变流器处于独立直流母线运行状态；当确定需要使所述多个变流器模块的直流母线并联运行时，向所述多个通断开关模块发送第二控制信号以使所述多个通断开关模块均导通，从而所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态。
可选地，当所述模块化变流器输出的电流谐波不满足预设条件时，确定需要使所述多个变流器模块的直流母线独立运行；和/或，当所述模块化变流器处于电网末端时，确定需要使所述多个变流器模块的直流母线并联运行。
可选地，向所述多个通断开关模块发送控制信号的步骤包括：当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果任一变流器模块由运行状态进入在线热备状态，则向与所述任一变流器模块对应的通断开关模块发送第一控制信号；和/或，当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果检测到任一通断开关模块短路，则向所述多个通断开关模块发送第一控制信号。
可选地，向所述多个通断开关模块发送控制信号的步骤包括：在对所述多个变流器模块进行预充电的过程中，向所述多个通断开关模块发送占空比为特定值的PWM脉冲控制信号，其中，所述特定值基于所述多个变流器模块的直流母线的电压被确定。
可选地，所述特定值基于Umax、Umin和Z被确定，其中，Umax指示所述多个变流器模块的直流母线的电压之中的最大值，Umin指示所述多个变流器模块的直流母线的电压之中的最小值，Z指示Umax所对应的变流器模块的直流母线与Umin所对应的变流器模块的直流母线之间形成的汇流回路的阻抗。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的控制模块化变流器的方法。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种控制器，所述控制器包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的控制模块化变流器的方法。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的模块化变流器。
根据本发明示例性实施例的模块化变流器及其控制方法和风力发电机组，能够实现模块化变流器的独立直流母线运行状态和并联直流母线运行状态的在线切换，从而实现在线调节模块化变流器的控制增益和并网电能质量。此外，当模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，还能够避免处于运行状态的变流器模块与处于在线热备状态的变流器模块之间形成环流；实现变流器模块的直流母线的电压的动态调节；防止在预充电过程中，某个预充电回路充电速度过快造成的过载现象；保证当某一变流器模块发生短路故障时其他变流器模块的电力电子器件的安全。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明的示例性实施例的模块化变流器的结构示意图；
图2示出根据本发明的另一示例性实施例的模块化变流器的结构示意图；
图3示出根据本发明的另一示例性实施例的模块化变流器的结构示意图；
图4示出根据本发明的示例性实施例的任意两个变流器模块的直流母线之间的汇流方式的示意图；
图5示出根据本发明的示例性实施例的控制模块化变流器的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图1示出根据本发明的示例性实施例的模块化变流器的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例的模块化变流器包括：N个变流器模块(例如，10-1、10-2、…、10-n)和N个通断开关模块(例如，20-1、20-2、…、20-n)，其中，N为大于1的整数。这里，模块化变流器采用模块化结构，每个变流器模块能够独立承担变流器的作用，也即，每个变流器模块能够独立实现变流器的功能。应该理解，图1所示的变流器模块的电路结构仅作为示例，变流器模块的电路结构不限于此。
具体说来，N个变流器模块相互并联，N个变流器模块与N个通断开关模块一一对应，每个变流器模块的直流母线经由对应的通断开关模块相互连接。
换言之，针对任意两个变流器模块，其中一个变流器模块的直流母线依次经由与所述一个变流器模块对应的通断开关模块和与另一个变流器模块对应的通断开关模块连接到所述另一个变流器模块的直流母线。
每个通断开关模块响应于接收到的控制信号导通或关断，其中，当任意两个通断开关模块均导通时，与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通；当任意一个通断开关模块关断时，与所述任意一个通断开关模块对应的变流器模块的直流母线与其他变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开。
作为示例，每一个变流器模块可被单独地形成为一个柜体单元。
应该理解，N个变流器模块相互并联，即，N个变流器模块的输入端相互连接，并且N个变流器模块的输出端相互连接。作为示例，N个变流器模块的输入端可均经由框架断路器连接到发电机的输出端，N个变流器模块的输出端可均经由另一框架断路器连接到电网侧变压器的输入端。
作为示例，模块化变流器可为三电平变流器或两电平变流器。如果模块化变流器为三电平变流器，则每个变流器模块具有直流正母线(DC+)、直流负母线(DC-)、以及直流中性母线(NP)，相应地，每个变流器模块的直流正母线经由对应的通断开关模块相互连接，每个变流器模块的直流负母线经由对应的通断开关模块相互连接，并且，每个变流器模块的直流中性母线经由对应的通断开关模块相互连接。如果模块化变流器为两电平变流器，则每个变流器模块具有直流正母线和直流负母线，相应地，每个变流器模块的直流正母线经由对应的通断开关模块相互连接，并且，每个变流器模块的直流负母线经由对应的通断开关模块相互连接。
图2示出根据本发明的另一示例性实施例的模块化变流器的结构示意图。这里，模块化变流器为三电平变流器。应该理解，图2所示的变流器模块的电路结构仅作为示例，变流器模块的电路结构不限于此。例如，变流器模块的电路结构可如图3所示。
如图2所示，通断开关模块包括：第一全控型半导体器件201及与其反向并联的续流二极管202、第二全控型半导体器件203及与其反向并联的续流二极管204、第三全控型半导体器件205及与其反向并联的续流二极管206。
具体说来，第一全控型半导体器件201的集电极连接到对应的变流器模块的直流正母线，所有第一全控型半导体器件201的发射极相互连接；第二全控型半导体器件203的集电极连接到对应的变流器模块的直流中性母线，所有第二全控型半导体器件203的发射极相互连接；第三全控型半导体器件205的集电极连接到对应的变流器模块的直流负母线，所有第三全控型半导体器件205的发射极相互连接。
应该理解，可通过各种适当的方式来实现所有第一全控型半导体器件201的发射极相互连接、所有第二全控型半导体器件203的发射极相互连接、所有第三全控型半导体器件205的发射极相互连接。
例如，如图2所示，根据本发明的另一示例性实施例的模块化变流器还可包括：第一直流汇流母线30、第二直流汇流母线40和第三直流汇流母线50，具体地，所有第一全控型半导体器件201的发射极均连接到第一直流汇流母线30，以使所有第一全控型半导体器件201的发射极经由第一直流汇流母线30相互连接；所有第二全控型半导体器件203的发射极均连接到第二直流汇流母线40，以使所有第二全控型半导体器件203的发射极经由第二直流汇流母线40相互连接；所有第三全控型半导体器件205的发射极均连接到第三直流汇流母线50，以使所有第三全控型半导体器件205的发射极经由第三直流汇流母线50相互连接。
相应地，通断开关模块接收控制信号，实质是通断开关模块的第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205接收控制信号。作为示例，一个通断开关模块的第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205在同一时间接收到的控制信号可完全相同。
作为示例，第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205可为同一类型的全控型半导体器件。作为示例，第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205可均为绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，或者均为电力场效应晶体管(PowerMOSFET)，或者均为集成门极换流晶闸管(IGCT，Integrated Gate CommutatedThyristors)。
此外，作为示例，当所述模块化变流器为两电平变流器时，通断开关模块可包括：第四全控型半导体器件(未示出)及与其反向并联的续流二极管(未示出)、第五全控型半导体器件(未示出)及与其反向并联的续流二极管(未示出)。具体说来，第四全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流正母线，所有第四全控型半导体器件的发射极相互连接；第五全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流负母线，所有第五全控型半导体器件的发射极相互连接。进一步地，作为示例，第四全控型半导体器件和第五全控型半导体器件可均为绝缘栅双极型晶体管，或者均为电力场效应晶体管，或者均为集成门极换流晶闸管。
图4示出根据本发明的示例性实施例的任意两个变流器模块的直流母线之间的汇流方式的示意图。这里，模块化变流器为三电平变流器，通断开关模块包括：第一全控型半导体器件201及与其反向并联的续流二极管202、第二全控型半导体器件203及与其反向并联的续流二极管204、第三全控型半导体器件205及与其反向并联的续流二极管206。
如图4所示，以变流器模块10-1和变流器模块10-2为例，变流器模块10-1与通断开关模块20-1对应，变流器模块10-2与通断开关模块20-2对应，当通断开关模块20-1和通断开关模块20-2均导通(例如，向第一全控型半导体器件201的门集、第二全控型半导体器件203的门集以及第三全控型半导体器件205的门集发送高电平信号)时：
如果变流器模块10-1的DC+与NP之间的电压高于变流器模块10-2的DC+与NP之间的电压，则形成从变流器模块10-1的DC+依次经由通断开关模块20-1的第一全控型半导体器件201和通断开关模块20-2的续流二极管202到变流器模块10-2的DC+、且从变流器模块10-2的NP依次经由通断开关模块20-2的第二全控型半导体器件203和通断开关模块20-1的续流二极管204到变流器模块10-1的NP的汇流回路；
如果变流器模块10-1的DC+与NP之间的电压低于变流器模块10-2的DC+与NP之间的电压，则形成从变流器模块10-2的DC+依次经由通断开关模块20-2的第一全控型半导体器件201和通断开关模块20-1的续流二极管202到变流器模块10-1的DC+、且从变流器模块10-1的NP依次经由通断开关模块20-1的第二全控型半导体器件203和通断开关模块20-2的续流二极管204到变流器模块10-2的NP的汇流回路。
如果变流器模块10-1的NP与DC-之间的电压高于变流器模块10-2的NP与DC-之间的电压，则形成从变流器模块10-1的NP依次经由通断开关模块20-1的第二全控型半导体器件203和通断开关模块20-2的续流二极管204到变流器模块10-2的NP、且从变流器模块10-2的DC-依次经由通断开关模块20-2的第三全控型半导体器件205和通断开关模块20-1的续流二极管206到变流器模块10-1的DC-的汇流回路；
如果变流器模块10-1的NP与DC-之间的电压低于变流器模块10-2的NP与DC-之间的电压，则形成从变流器模块10-2的NP依次经由通断开关模块20-2的第二全控型半导体器件203和通断开关模块20-1的续流二极管204到变流器模块10-1的NP、且从变流器模块10-1的DC-依次经由通断开关模块20-1的第二全控型半导体器件205和通断开关模块20-2的续流二极管206到变流器模块10-2的DC-的汇流回路。
如果变流器模块10-1的直流母线的电压(即，DC+与DC-之间的电压)高于变流器模块10-2的直流母线的电压，则形成从变流器模块10-1的DC+依次经由通断开关模块20-1的第一全控型半导体器件201和通断开关模块20-2的续流二极管202到变流器模块10-2的DC+、且从变流器模块10-2的DC-依次经由通断开关模块20-2的第三全控型半导体器件205和通断开关模块20-1的续流二极管206到变流器模块10-1的DC-的汇流回路；
如果变流器模块10-1的直流母线的电压低于变流器模块10-2的直流母线的电压，则形成从变流器模块10-2的DC+依次经由通断开关模块20-2的第一全控型半导体器件201和通断开关模块20-1的续流二极管202到变流器模块10-1的DC+、且从变流器模块10-1的DC-依次经由通断开关模块20-1的第三全控型半导体器件205和通断开关模块20-2的续流二极管206到变流器模块10-2的DC-的汇流回路。
根据本发明的示例性实施例的风力发电机组包括：上述示例性实施例所述的模块化变流器。作为示例，所述模块化变流器的输入端(也即，每个变流器模块的输入端)可经由框架断路器连接到发电机的输出端。
图5示出根据本发明的示例性实施例的控制模块化变流器的方法的流程图。
参照图5，在步骤S10，在所述模块化变流器的运行过程中，向所述多个通断开关模块发送控制信号，以使所述多个通断开关模块导通或关断。作为示例，所述控制信号可以是常开控制信号、或者常闭控制信号、或者PWM(脉冲宽度调制)脉冲控制信号。
作为示例，当通断开关模块包括：第一全控型半导体器件201及与其反向并联的续流二极管202、第二全控型半导体器件203及与其反向并联的续流二极管204、第三全控型半导体器件205及与其反向并联的续流二极管206时，向通断开关模块发送控制信号即向通断开关模块的第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205发送控制信号。作为示例，同一时间向一个通断开关模块的第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205发送的控制信号可完全相同。
作为示例，可根据所述模块化变流器的运行状态、并网电能质量、地理位置等来向所述多个通断开关模块发送控制信号。
作为示例，当确定需要使所述多个变流器模块的直流母线独立运行时，可向所述多个通断开关模块发送第一控制信号以使所述多个通断开关模块关断，从而任意两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开，所述模块化变流器处于独立直流母线运行状态。
作为示例，当所述模块化变流器的并网电能质量不满足预设条件时，例如，当所述模块化变流器输出的电流谐波超出预设阈值时，可确定需要使所述多个变流器模块的直流母线独立运行。
变流器的输出电流谐波THDi一般是在满载条件下测量及设计的(一般<3％，标准要求<5％)，当变流器输出的电流较小，例如在30％以下时，尤其是在10％的功率点，变流器输出的电流谐波THDi会显著增大，会超过10％，对电网造成非常大的污染。
当所述模块化变流器的并网电能质量不满足预设条件时，需要提升并网电能质量，使所述多个变流器模块的直流母线独立运行，并通过所述多个变流器模块之间的载波移相技术，即可提升所述模块化变流器的等效开关频率，可以使变流器的输出电压波形更加逼近于正弦波，当变流器输出的正弦波和电网的正弦波基本一致时，可基本消除谐波，进而提升所述模块化变流器的输出电能质量，避免输出电能质量差对电网造成影响。
作为示例，当第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205均为IGBT时，向通断开关模块发送第一控制信号，即向通断开关模块的第一全控型半导体器件201的门集、第二全控型半导体器件203的门集以及第三全控型半导体器件205的门集发送低电平信号。
作为另一示例，当确定需要使所述多个变流器模块的直流母线并联运行时，可向所述多个通断开关模块发送第二控制信号以使所述多个通断开关模块均导通，从而任意两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通，所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态。
作为示例，当所述模块化变流器处于电网末端时，可确定需要使所述多个变流器模块的直流母线并联运行。当所述模块化变流器处于电网末端时，需要提高所述模块化变流器的控制响应能力，使所述多个变流器模块的直流母线并联运行，并向所述多个变流器模块给定同步的PWM信号，即可实现所述多个变流器模块之间的并联运行，进而提升所述模块化变流器的控制响应能力，避免控制振荡。该PWM信号可以用于控制逆变器和/或整流器。
作为示例，当第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205均为IGBT时，向通断开关模块发送第二控制信号，即向通断开关模块的第一全控型半导体器件201的门集、第二全控型半导体器件203的门集以及第三全控型半导体器件205的门集发送高电平信号。
作为示例，当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果任一变流器模块由运行状态进入在线热备状态，则向与该变流器模块对应的通断开关模块发送第一控制信号，以使该变流器模块的直流母线与其他变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开。这里，在线热备状态即处于待机状态(ready run)且随时能够响应于运行指令立即进入运行状态的状态。
当所述模块化变流器的输出功率较低时，为了提高所述模块化变流器的使用寿命，可使其中部分变流器模块切出运行状态处于在线热备状态，然而，处于在线热备状态的变流器模块与处于工作状态的变流器模块之间会产生环流。根据本发明的示例性实施例，令与处于在线热备状态的变流器模块对应的通断开关模块关断，以使处于在线热备状态的变流器模块的直流母线与其他变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开，从而能够避免处于在线热备状态的变流器模块与处于工作状态的变流器模块之间产生环流。当需要处于在线热备状态的变流器模块恢复运行状态时，可向该变流器模块发送运行指令，并同时令与该变流器模块对应的通断开关模块导通。此外，所述模块化变流器在线热备的能力也便于快速地从电气回路上切除发生故障的变流器模块，而不影响其它变流器模块的正常工作。
作为示例，当第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205均为IGBT，且所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果任一变流器模块由运行状态进入在线热备状态，则由向与该变流器模块对应的通断开关模块的第一全控型半导体器件201的门集、第二全控型半导体器件203的门集以及第三全控型半导体器件205的门集发送高电平信号变为向其发送低电平信号。
作为示例，当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果检测到任一通断开关模块短路，则向所述多个通断开关模块发送第一控制信号，以使任意两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开。
当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，其中一个变流器模块发生短路失效故障，往往会造成整个模块化变流器同时产生短路电流，而短路电流会轻易地破坏系统中的电力电子器件。现有技术通常通过加装直流熔断器的方法来进行短路保护，但是直流熔断器的熔断时间往往在毫秒级(ms)，且直流熔断器还存在较严重的拉弧现象，此外，熔断器选型和散热问题也难以解决。
当第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205均为IGBT，且所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，在变流器模块产生短路电流的瞬间，该变流器模块的电流会从其输入端(即，发电机端)和输出端(即，电网端)流向短路点，这使得与该变流器模块对应的IGBT由饱和放大区进入到退饱和区(即，超出饱和放大区)，该IGBT的Vce电压(集电极与发射极之间的电压)迅速提升，因此，通过对IGBT的Vce电压的监测，即可快速地检测到IGBT的短路现象，并触发IGBT的短路保护，目前能够实现10微秒(us)以下的快速IGBT短路检测及关断动作，即10us以内可以实现短路电流的切断动作。同时IGBT在进入退饱和区后，会限制通过IGBT的短路电流在4-5倍的IGBT额定电流。根据本发明的示例性实施例，一方面限制了模块化变流器的短路电流，另外一方面能够在10us以内快速地切除变流器模块之间的短路路径，保证了非短路状态的变流器模块的电力电子器件的安全。
作为示例，在对所述多个变流器模块进行预充电的过程中，可向所述多个通断开关模块发送占空比为特定值的PWM脉冲控制信号，其中，所述特定值基于所述多个变流器模块的直流母线的电压被确定。这里，预充电的过程即提前对直流母线进行充电，建立直流电压的过程。
优选地，所述特定值可基于Umax、Umin和Z被确定，其中，Umax指示所述多个变流器模块的直流母线的电压之中的最大值，Umin指示所述多个变流器模块的直流母线的电压之中的最小值，Z指示Umax所对应的变流器模块的直流母线与Umin所对应的变流器模块的直流母线之间形成的汇流回路的阻抗。
在预充电的过程中，由于各变流器模块参数的不一致，导致预充电速度有快有慢，如果直接采用并联直流母线的方式，会造成预充电速度过快的变流器模块的预充电回路过负荷，严重时会烧毁预充电回路。作为示例，当第一全控型半导体器件201、第二全控型半导体器件203以及第三全控型半导体器件205均为IGBT时，通过IGBT的电流为I＝α*(Umax-Umin)/Z，其中，α为PWM脉冲控制信号的占空比，因此，当预充电过程中不同变流器模块的直流母线之间的电压差值过大时，可减小占空比α，以减小直流汇流回路的电流，从而防止预充电过程中单个预充电回路充电速度过快造成的过载现象。
本发明的实施例通过并联母线合并同步PWM脉冲控制技术，实现多个变流器模块的控制效果等同于一个变流器，保证变流器的控制的开环增益不受影响，提高变流器的控制能力。
根据本发明的示例性实施例的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现上述示例性实施例所述的控制模块化变流器的方法。
根据本发明的示例性实施例的控制器包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述示例性实施例所述的控制模块化变流器的方法。
此外，根据本发明示例性实施例的控制模块化变流器的方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机代码。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机代码。当所述计算机代码在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (17)

1.一种模块化变流器，其特征在于，所述模块化变流器包括：多个变流器模块和多个通断开关模块，
其中，所述多个变流器模块相互并联，并且与所述多个通断开关模块一一对应，所述多个变流器模块的直流母线分别经由对应的通断开关模块相互连接，
其中，每个通断开关模块响应于接收到的控制信号导通或关断，其中，当任意两个通断开关模块均导通时，与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通；当任意一个通断开关模块关断时，与所述任意一个通断开关模块对应的变流器模块的直流母线与其他变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径断开，
其中，每个变流器模块具有直流正母线和直流负母线，所述多个变流器模块的直流正母线分别通过对应的通断开关模块相互连接，所述多个变流器模块的直流负母线分别通过对应的通断开关模块相互连接，
其中，当每个变流器模块还具有直流中性母线时，所述多个变流器模块的直流中性母线分别通过对应的通断开关模块相互连接。
2.根据权利要求1所述的模块化变流器，其特征在于，当任意两个通断开关模块均导通时，与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间形成的汇流路径导通，用于动态调节与所述任意两个通断开关模块对应的两个变流器模块的直流母线之间的电压。
3.根据权利要求2所述的模块化变流器，其特征在于，所述模块化变流器为三电平变流器，
其中，通断开关模块包括：第一全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管、第二全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管、第三全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管，
其中，第一全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流正母线，所有第一全控型半导体器件的发射极相互连接；第二全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流中性母线，所有第二全控型半导体器件的发射极相互连接；第三全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流负母线，所有第三全控型半导体器件的发射极相互连接。
4.根据权利要求2所述的模块化变流器，其特征在于，所述模块化变流器为两电平变流器，
其中，通断开关模块包括：第四全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管、第五全控型半导体器件及与其反向并联的续流二极管，
其中，第四全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流正母线，所有第四全控型半导体器件的发射极相互连接；第五全控型半导体器件的集电极连接到对应的变流器模块的直流负母线，所有第五全控型半导体器件的发射极相互连接。
5.根据权利要求3所述的模块化变流器，其特征在于，当一个通断开关模块和另一个通断开关模块均导通时：
如果与所述一个通断开关模块对应的一个变流器模块的直流正母线与直流中性母线之间的电压高于与所述另一个通断开关模块对应的另一个变流器模块的直流正母线与直流中性母线之间的电压，则形成从所述一个变流器模块的直流正母线依次经由所述一个通断开关模块的第一全控型半导体器件和所述另一个通断开关模块的与第一全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述另一个变流器模块的直流正母线、且从所述另一个变流器模块的直流中性母线依次经由所述另一个通断开关模块的第二全控型半导体器件和所述一个通断开关模块的与第二全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述一个变流器模块的直流中性母线的汇流回路。
6.根据权利要求3所述的模块化变流器，其特征在于，当一个通断开关模块和另一个通断开关模块均导通时：
如果与所述一个通断开关模块对应的一个变流器模块的直流中性母线与直流负母线之间的电压高于与所述另一个通断开关模块对应的另一个变流器模块的直流中性母线与直流负母线之间的电压，则形成从所述一个变流器模块的直流中性母线依次经由所述一个通断开关模块的第二全控型半导体器件和所述另一个通断开关模块的与第二全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述另一个变流器模块的直流中性母线、且从所述另一个变流器模块的直流负母线依次经由所述另一个通断开关模块的第三全控型半导体器件和所述一个通断开关模块的与第三全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述一个变流器模块的直流负母线的汇流回路。
7.根据权利要求4所述的模块化变流器，其特征在于，当一个通断开关模块和另一个通断开关模块均导通时：
如果与所述一个通断开关模块对应的一个变流器模块的直流母线的电压高于与所述另一个通断开关模块对应的另一个变流器模块的直流母线的电压，则形成从所述一个变流器模块的直流正母线依次经由所述一个通断开关模块的第四全控型半导体器件和所述另一个通断开关模块的与第四全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述另一个变流器模块的直流正母线、且从所述另一个变流器模块的直流负母线依次经由所述另一个通断开关模块的第五全控型半导体器件和所述一个通断开关模块的与第五全控型半导体器件反向并联的续流二极管到所述一个变流器模块的直流负母线的汇流回路。
8.根据权利要求1所述的模块化变流器，其特征在于，每一个变流器模块被单独地形成为一个柜体单元。
9.一种控制如权利要求1至8中任意一项所述的模块化变流器的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述模块化变流器的运行过程中，向所述多个通断开关模块发送控制信号，以使所述多个通断开关模块导通或关断。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，向所述多个通断开关模块发送控制信号的步骤包括：
当确定需要使所述多个变流器模块的直流母线独立运行时，向所述多个通断开关模块发送第一控制信号以使所述多个通断开关模块关断，从而所述模块化变流器处于独立直流母线运行状态；
当确定需要使所述多个变流器模块的直流母线并联运行时，向所述多个通断开关模块发送第二控制信号以使所述多个通断开关模块均导通，从而所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
当所述模块化变流器输出的电流谐波不满足预设条件时，确定需要使所述多个变流器模块的直流母线独立运行；
和/或，当所述模块化变流器处于电网末端时，确定需要使所述多个变流器模块的直流母线并联运行。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，向所述多个通断开关模块发送控制信号的步骤包括：
当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果任一变流器模块由运行状态进入在线热备状态，则向与所述任一变流器模块对应的通断开关模块发送第一控制信号；
和/或，当所述模块化变流器处于并联直流母线运行状态时，如果检测到任一通断开关模块短路，则向所述多个通断开关模块发送第一控制信号。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，向所述多个通断开关模块发送控制信号的步骤包括：
在对所述多个变流器模块进行预充电的过程中，向所述多个通断开关模块发送占空比为特定值的PWM脉冲控制信号，
其中，所述特定值基于所述多个变流器模块的直流母线的电压被确定。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述特定值基于Umax、Umin和Z被确定，其中，Umax指示所述多个变流器模块的直流母线的电压之中的最大值，Umin指示所述多个变流器模块的直流母线的电压之中的最小值，Z指示Umax所对应的变流器模块的直流母线与Umin所对应的变流器模块的直流母线之间形成的汇流回路的阻抗。
15.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求9至14中的任意一项所述的控制模块化变流器的方法。
16.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求9至14中的任意一项所述的控制模块化变流器的方法。
17.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1至8中的任意一项所述的模块化变流器。
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