CN108512407B - 预充电电路及其控制方法和变流器 - Google Patents

Abstract

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。

Description

预充电电路及其控制方法和变流器

技术领域

以下描述涉及风电变流器技术领域，更具体地说，涉及一种预充电电路及其控制方法和变流器。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述现有的预充电方式存在的一个或多个问题，本发明提供一种预充电电路及其控制方法和变流器。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的另一方面，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。

根据本发明的另一方面，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。

本发明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是示出根据本发明示例实施例的预充电电路的示意图。

图2是示出根据本发明另一示例实施例的预充电电路的示意图。

图3是示出根据本发明另一示例实施例的预充电电路的示意图。

图4示出根据本发明示例实施例的对第一电容器组进行充电的示图。

图5示出根据本发明示例实施例的对第二电容器组进行充电的示图。

图6示出根据本发明另一示例实施例的预充电电路的示意图。

图7示出根据本发明另一示例实施例的对第一电容器组进行充电的示图。

图8示出根据本发明另一示例实施例的对第二电容器组进行充电的示图。

图9示出根据本发明示例实施例的预充电电路的控制方法。

图10示出根据本发明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

本发明可具有各种变形和各种实施例，应理解，本发明不限于这些实施例，而是包括本发明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。在本发明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，在不脱离本发明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是示出根据本发明示例实施例的变流器中的预充电电路的示意图。

参照图1，根据本发明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，根据本发明示例实施例，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，根据本发明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称为电机侧整流电路。每个电网侧逆变电路的输出(或每个第一路径切换电路的输出)通过LC滤波电路112连接到电网侧开关Q12的一端，电网侧开关Q12的另一端连接到框架断路器113上，框架断路器113的输出连接到电网侧变压器114。每个电机侧整流电路的输出(或每个第二路径切换电路的输出)通过dudt滤波电路110连接到电机侧开关Q11的一端，电机侧开关Q11的另一端连接到风力发电机。稍后将详细描述每对路径切换电路的结构和功能。

图1示出了三对路径切换电路的示例。然而，根据本发明构思，路径切换电路的对数不限于三对，更多或更少的对数也是可行的。参照图1，第一路径切换电路104和第二路径切换电路101可构成第一对路径切换电路，相似地，第一路径切换电路105和第二路径切换电路102可构成第二对路径切换电路，第一路径切换电路106和第二路径切换电路103可构成第三对路径切换电路。也就是说，在每对路径切换电路中，第一路径切换电路均存在对应的第二路径切换电路。

参照图1，第一电容器组C1和第二电容器组C2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。

根据示例实施例，充电电源电路107可包括：直流电源提供电路、与每个第一路径切换电路对应的第一开关、与每个第二路径切换电路对应的第二开关。

直流电源提供电路可将电网提供的交流电转变为预充电电路所需的直流电。在图1示例中，直流电源提供电路可包括变压器108和整流电路109。变压器108可称为预充电变压器，连接在框架断路器113和电网侧变压器114之间。变压器108的输出直接连接到整流电路109，整流电路109输出直流电。然而变压器108和整流电路109不受限于图1中的示例，例如，如图2所示，直流电源提供电路中的变压器可以为三相变压器208，整流电路可以为三相全桥整流电路209。然而本发明构思不限于此，其他形式的直流电源提供电路也是可行的。如图3中所示，直流电源提供电路可包括整流电路309和限流电感器310，而不再包括变压器。下面主要以图1中的直流电源提供电路(包括变压器108和整流电路109)为例，来描述根据本发明示例实施例的变流器中的预充电电路。

继续参照图1，第一开关K4、K5和K6分别对应于第一路径切换电路104、105和106，第二开关K1、K2和K3分别对应于第二路径切换电路101、102和103。

根据本发明的示例实施例，每对路径切换电路在预充电电路中的连接方式是相同的。具体地，每个第一路径切换电路(第一路径切换电路104至106中的每个)的第一电源端可连接到充电电源电路107的正极和负极中的一极，每个第二路径切换电路(第二路径切换电路101至103中的每个)的第二电源端可连接到充电电源电路107的正极和负极中的另一极。这样，通过控制每个第一路径切换电路和每个第二路径切换电路导通不同的路径，来导通直流母线的预充电回路，实现对第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电。在图1至图5的示例中，每个第一电源端连接到正极，每个第二电源端连接到负极，然而在图6的示例中，每个第一电源端连接到负极，每个第二电源端连接到正极，稍后将参照各个附图分别进行详细地描述。

针对第一开关K4、K5和K6中的每个，第一开关的一端与直流电源提供电路的正极和负极中的一极连接，第一开关的另一端与第一电源端(对应于第一路径切换电路)连接。针对第二开关K1、K2和K3中的每个，第二开关的一端与直流电源提供电路的正极和负极中的另一极连接，第二开关的另一端与第二电源端(对应于第二路径切换电路)连接。每个第一开关和每个第二开关的导通与断开由外部控制器(未示出)来控制。换言之，针对每对路径转换电路，根据外部控制器的控制，通过使第一开关和第二开关同时导通，来通过直流电源提供电路对第一电容器组和第二电容器组进行充电。稍后将参照图4至图8详细描述对第一电容器组和第二电容器组进行充电的过程。

根据本发明的示例实施例，每对路径切换电路在预充电电路中的动作是相同的。具体地，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至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作。在一个示例中，每对路径切换电路的动作均可包括：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C1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C2进行充电。可通过外部控制器来控制第一路径和第二路径的导通与断开，以及第三路径和第四路径的导通与断开。

换言之，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，每对路径切换电路的动作包括分别对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电，在每个预充电周期中，通过至少一对路径切换电路依次动作来交替地对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电。在图1的三对路径切换电路的情况下，在每个预充电周期中，首先第一对路径切换电路根据外部控制器的控制进行动作，(即，第一路经切换电路104对第一电容器组C1充电第一导通时间，第二路经切换电路101对第二电容器组C2充电第二导通时间)，然后第二对路径切换电路根据外部控制器的控制进行动作(即，第一路经切换电路105对第一电容器组C1充电第一导通时间，第二路经切换电路102对第二电容器组C2充电第二导通时间)，接下来第三对路径切换电路根据外部控制器的控制进行动作(即，第一路经切换电路106对第一电容器组C1充电第一导通时间，第二路经切换电路103对第二电容器组C2充电第二导通时间)。根据路径切换电路的结构和性质，在每对路径切换电路动作中，第一路经切换电路对C1充电完成之后，可能会延迟一定的时间(在下文中称为“死区时间”)之后，才开始第二路经切换电路对C2进行充电，稍后结合路径切换电路的具体结构进行详细的描述。

根据本发明的示例实施例，每对路径切换电路的结构相同。在一个优选的示例中，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。根据本发明的示例实施例，零电平桥臂指三电平拓扑的中间桥臂，输出零电平矢量的桥臂，在T型三电平拓扑中由两个共射极的IGBT构成。非零电平桥臂指三电平拓扑的上下桥臂，分别连接到串连连接的电容器组C1和C2的直流正(DC+)和直流负(DC-)，输出直流正电势和直流负电势。每个第一路径切换电路和每个第二路径切换电路的T型三电平桥臂中的每个IGBT的导通与断开也可由外部控制器来控制。例如，T型三电平桥臂中的每个IGBT的基极可接收外部控制器的控制信号，来使得相应的IGBT导通或截止，从而控制每个第一路径切换电路和每个第二路径切换电路的导通路径。

由于每对路径切换电路在预充电电路中的连接方式和动作方式是相同的，因此，在下面的描述中，为了简明，以均为T型三电平桥臂的第一路径切换电路104和对应的第二路径切换电路101为例来进行描述。图1所示的至少一对路径切换电路为T-NPC(T-typeneutral point clamped，TNPC，T型中点箝位)三电平拓扑(也可称为，TNPC型拓扑)。

参照图1，第一路径切换电路104的第一电源端通过第一开关K4连接到直流电源提供电路的正极，第二路径切换电路101的第二电源端通过第二开关K1连接到直流电源提供电路的负极。在此情况下，即，当第一电源端连接到充电电源电路的正极并且第二电源端连接到充电电源电路的负极时，第一电源端位于第一路径切换电路104的非零电平桥臂的中心节点(与第一开关K4的一端连接)；第二电源端位于第二路径切换电路101的零电平桥臂的中心节点(与第二开关K1的一端连接)。

第一路径切换电路104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C1和第二电容器组C2的正极端(DC+)和负极端(DC-)，第一路径切换电路104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C1和第二电容器组C2之间的连接节点NP，第一路径切换电路104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。

第二路径切换电路101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C1和第二电容器组C2的正极端(DC+)和负极端(DC-)，第二路径切换电路101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C1和第二电容器组C2之间的连接节点NP，第二路径切换电路101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。

在上文的描述中，每对路径切换电路中的零电平桥臂的输入端(如上所述的第一输入端和第二输入端)可连接到与电容器组C1和C2之间的连接节点NP，零电平桥臂的输出端(如上所述的第一输出端和第二输出端)为零电平桥臂与非零电平桥臂之间的连接点，即，非零电平桥臂的中心节点。

图4示出对第一电容器组C1进行充电的示例。

参照图4，在图1中的电机侧开关Q11和电网侧开关Q12同时断开的情况下，第一开关K4和第二开关K1响应于外部控制器的控制同时闭合，使得第一路径切换电路104的第一电源端通过K4连接到直流电源的正极，第二路径切换电路101的第二电源端通过K1连接到直流电源的负极。此时，外部控制器发送控制信号使得晶体管T1导通，以对第一电容器组C1充电。参照图4，晶体管T1位于第二路径切换电路101的零电平桥臂的靠近第二输入端(第二输入端连接到电容器组C1和C2之间的连接点NP)的位置。

具体地说，在第一电源端连接到充电电源电路的正极并且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101的零电平桥臂的靠近第二输入端的晶体管T1导通，从而使得第一路径和第二路径导通。沿着图4中的虚线，第一路径从第一电源端(即，充电电源电路的正极)，经由第一路径切换电路104的非零电平桥臂的上桥臂的二极管D1，到达到串联连接的第一电容器组C1和第二电容器组C2的正极端(DC+)；第二路径从第一电容器组C1和第二电容器组C2之间的连接节点NP，经由靠近第二输入端的晶体管T1，到达第二电源端(即，充电电源电路的负极)。

在外部控制器控制晶体管T1导通预定时间(即，第一导通时间)之后，控制晶体管T1截止，从而使得第一路径转换器104的第一路径和第二路径转换器101的第二路径断开，即，停止对第一电容器组C1的充电。在停止对第一电容器组C1的充电之后，经过3微秒(us)的延迟，开始对第二电容器组C2进行充电。根据本发明示例实施例，延迟的3us也可称为死区时间，是外部控制器互锁IGBT的动作之间的延时，该死区时间可根据工程实践而不同地设置和调整。由于互锁IGBT的电路性质导致互锁IGBT的动作之间的延时时间，因此在交替进行第一电容器C1和第二电容器C2的充电之间均存在死区时间的延时，为了简明，在每对路径切换电路的动作描述中，不再重复地描述该死区时间的延时。

图5示出对第二电容器组C2进行充电的示例。

参照图5，外部控制器控制晶体管T1截止之后，控制晶体管T2和T3导通，从而对第二电容器组C2进行充电。

具体地说，在第二导通时间内，第二路径切换电路101的零电平桥臂的靠近第二输入端的晶体管T1截止，第一路径切换电路104的零电平桥臂的靠近第一输出端的晶体管T2导通，并且第二路径切换电路101的零电平桥臂的靠近第二输出端的晶体管T3导通，从而使得第三路径和第四路径导通。沿着图5的虚线，第三路径从第一电源端(即，经由第一开关K4连接到充电电源电路的正极)，经由靠近第一输出端的晶体管T2以及第一路径切换电路101的零电平桥臂的靠近第一输入端的二极管D2，到达第一电容器组C1和第二电容器组C2之间的连接节点NP；第四路径从串联连接的第一电容器组C1和第二电容器组C2的负极端(DC-)，经由第二路径切换电路101的下桥臂的二极管D3以及靠近第二输出端的晶体管T3，到达第二电源端(即，经由第二开关K1连接到充电电源电路的负极)。

根据图4和图5可知，在利用第一路径切换电路104和第二路径切换电路101对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电时，晶体管T1的状态与晶体管T2、T3的状态互锁。即，当晶体管T1导通时，晶体管T2、T3截止，而当晶体管T1截止时，晶体管T2和T3导通。根据本发明的实施例，在同一个预充电周期中，晶体管T1的导通时间等于晶体管T2、T3的导通时间。也就是说，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，在同一个预充电周期中，第一路径和第二路径的第一导通时间等于第三路径和第四路径的第二导通时间。这里的第一导通时间和第二导通时间不表示时间上的先后顺序，而是为了将晶体管T1的导通时间与晶体管T2、T3的导通时间进行区分。

外部控制器通过逐步增加晶体管T1、T2和T3的导通时间，来逐渐提高第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电流，但是为了保证预充电电路的安全性，需要预先设置一个预充电电流大小作为限值。当达到预设的预充电电流大小之后，保持导通时间不变。在维持导通时间不变(随着直流电压的提高，预充电电流在逐步减小而不会超过限值)的情况下，继续控制每对路径转换器动作，直到第一电容器组C1的预充电电压和第二电容器组C2的预充电电压分别达到预定值为止。也就是说，在连续的多个预充电周期中，第一路径和第二路径的导通时间(即，第一导通时间)以及第三路径和第四路径的导通时间(即，第二导通时间)随着每个预充电周期逐渐增大，在达到第一电容器组和第二电容器组的预设的预充电电流大小之后，保持导通时间不变，直到第一电容器组的预充电电压和第二电容器组的预充电电压分别达到预定值。虽然第一导通时间(即，对第一电容器组C1进行充电的时间长度)和第二导通时间(即，对第二电容器组C2进行充电的时间长度)随着每个预充电周期逐渐增大，但是在每个预充电周期内，第一导通时间和第二导通时间仍保持相等。例如，假设在第一预充电周期中，每对路径切换电路的第一导通时间和第二导通时间均为1us，并且在第一预充电周期结束后还未达到预设的预充电电流大小并且第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压均未达到预定值，那么在第二预充电周期中，每对路径切换电路的第一导通时间和第二导通时间可增加到2us。然而，这仅是示例性的，第一导通时间和第二导通时间的增加可根据工程实践来不同地设置。

根据本发明示例实施例，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，并且在上下两个电容器组的充电过程中，上述的对导通时间这样的控制能够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。

以上描述了，当第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压均未达到预定值时，每对路径切换电路的动作包括分别对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电。也就是说，在此情况下，在每个预充电周期中，通过每对路径切换电路依次动作来交替地对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电。通过这样的交替地动作，每次对第一电容器组C1或第二电容器组C2充电完成之后，都可以计算第一电容器组C1或第二电容器组C2的理论预充电电压，并且与其实际的预充电电压进行比较，以判断变流器中的半导体器件(例如，各对路径切换电路中的晶体管等)是否正常。

以图4为例来描述对第一电容器组C1进行充电时的预充电电流和预充电电压。假设充电电源电路中的变压器108整流后的直流电压为U，变压器108副边的等效电感为L，在第一个预充电周期内，假设晶体管T1的开通时间为1us(即，第一导通时间为1us)，忽略预充电回路直流电阻的影响，则在针对第一电容器组C1的第一个开通时间(第二路径切换电路101中的晶体管T1导通，对第一电容器组C1进行第一次充电)内的预充电电流为：

I1＝(U-0)×0.000001/L (1)

第一电容器组C1的理论电压为：

Ut＝U0+(Ue-U0)×[1-exp(-t/Sqrt(LC))] (2)

其中，U0为第一电容器组C1的初始电压值，Ut为第一电容器组C1在累计开通时间t时的电压，Ue为变压器108整流后的直流电压U，C为第一电容器组C1电容值。

根据表达式2，在第一个开通时间结束(在此情况下，U0＝0，t＝1us)时，第一电容器组C1的理论电压为：

U1＝Ue×[1-exp(-1/Sqrt(LC))] (3)

那么，在针对第一电容器组C1的第二个开通时间(此时，仍是第一个预充电周期，仅是第二路径切换电路102中的零电平桥臂的靠近第二输出端的晶体管导通，对第一电容器组C2进行第二次充电)内的预充电电流大小为：

I2＝(U-U1)×0.000001/L (4)

由于成对的路径切换电路的交替动作，在针对第一电容器组C1的第二个开通时间之前是针对第二电容器C2的第一次预充电，由于在此仅针对第一电容器组C1进行分析，而针对第二电容器组C2的分析与此相同，因此为了清楚和简明，省略针对第二电容器组C2的分析。

在第二个开通时间结束(在此情况下，U0＝U1，t＝2us)时，第一电容器组C1的理论电压为：

U2＝U1+(Ue-U1)×[1-exp(-2/Sqrt(LC))] (5)

根据表达式1至表达式5可知，成对的路径切换电路交替动作的这种方式可以有效地控制预充电电流，防止预充电电路的导通时间过长造成的预充电电流过大。另一方面，以表达式1至表达式5这样类似的方式，在每次对第一电容器组C1进行充电之后，计算第一电容器组C1的理论电压，并且将该理论电压与第一电容器组C1的实际充电电压进行比较。当第一电容器组C1的实际充电电压偏离与理论电压的偏差达到一定值时，表明预充电电路存在故障，例如，预充电电路或者变流器中的功率半导体器件(诸如，对第一电容器组C1充电时相应导通的IGBT)出现异常，从而可中断预充电过程，然后进行故障排除。上面描述的理论电压的计算、实际充电电压的测量以及二者的比较和故障判断可通过外部控制器来实现。

第二电容器组C2与第一电容器组C1理论电压和预充电电流的计算方法，以及故障检测方法相似。为了简明，省略其重复的描述。

如上所述，在每次对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电之后，可通过将第一电容器组C1和第二电容器组C2的实际预充电电压与其理论电压进行比较，以分别判断第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压是否存在超过一定值的偏差。此外，还可判断第一电容器组C1的实际预充电电压和第二电容器组C2的实际预充电电压二者之间是否出现明显偏离(即，在变流器中，判断直流母线的上下部分的电压是否出现明显偏离)。如果二者之间的差超出一定值(即，直流母线的上下部分的电压出现明显偏离)，则表示预充电电路出现故障，断开全部的第一开关(例如，K4至K6)以及第二开关(例如，K1至K3)。因此，成对的路径切换电路的这样的交替动作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。

以上描述的是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的过程。当第一电容器组C1和第二电容器组C2的参数不存在偏差并且变流器和预充电电路中的各个元件均正常工作时，第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压可基本同时达到预定值。

但是，第一电容器组C1和第二电容器组C2的参数可能存在偏差，这可能导致第一电容器组C1和第二电容器组C2中的一个电容器组的预充电电压首先达到预定值时另一个电容器组还未达到预定值。在此情况下，首先达到预定值的电容器组停止充电动作，仅向未达到预定值的电容器组继续进行充电，直到第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压均达到预定值。

在一个示例中，当第一电容器组C1的预充电电压达到预定值而第二电容器组C2的预充电电压未达到预定值时，在每个预充电周期中，至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，直到第二电容器组C2的预充电电压达到预定值，其中，每对路径切换电路的动作均包括：第一路径和第二路径断开，并且第三路径和第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电，而不对第一电容器组进行充电。

在另一个示例中，当第一电容器组C1的预充电电压未达到预定值而第二电容器组C2的预充电电压达到预定值时，在每个预充电周期中，至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，直到第一电容器组的预充电电压达到预定值，其中，每对路径切换电路的动作均包括：第三路径和第四路径断开，并且第一路径和第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电，而不对第二电容器组进行充电。

在上述的图1至图5以及下述的图6至图8的各个示例中，在对电容器组进行预充电的预充电回路中不存在现有技术中的预充电电阻分压，第一电容器组C1和第二电容器组C2最大均可达到充电电源电路中的变压器108整流后的直流电压U，从而串联连接的第一电容器组C1和电容器组C2正极(DC+)和负极(DC-)两端的电压最大达到2U，超过直流母线充电电压的额定电压，有效地避免电网侧交流开关闭合时的电流冲击。

根据本发明的另一示例实施例，第一电容器组C1和第二电容器组C2可分别串联有泄放电阻。在此情况下，同时第一电容器组C1和第二电容器组C2的参数还存在偏差，那么首先达到预充电电压的预定值的电容器组仅维持需要保持具有预定值的预充电电压的最小动作值(即，仍对该电容器组进行充电，但是该充电仅是为了抵消泄放电阻所消耗的电能，也就是，该充电保持预充电电压等于预定值)，同时向未达到预充电电压的预定值的电容器组继续进行充电，直到上下电容器组的预充电电压均达到预定值。

图6示出根据另一示例实施例的预充电电路的示例。

图6的电路结构与图1、图4和图5的电路结构相比，区别仅在于：第一路径切换电路104的第一电源端通过第一开关K4连接到直流电源提供电路的负极，第二路径切换电路101的第二电源端通过第二开关K1连接到直流电源提供电路的正极。参照图6，第一路径切换电路104的第一电源端为零电平桥臂的中心节点，第二路径切换电路101的第二电源端为非零电平桥臂的中心节点。即，当第一电源端连接到充电电源电路的负极并且第二电源端连接到充电电源电路的正极时，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，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。

图2和图3中的直流电源提供电路的示例也可应用于图6，为了简明，在此省略重复描述。在图6的情况下，对第一电容器组C1进行充电的第一路径和第二路径以及对第二电容器组C2进行充电的第三路径和第三路径也分别与图4和图5不同。下面将参照图7和图8来详细描述图6情况下的对第一电容器组C1和第二电容器C2的充电。

图7示出对第一电容器C1进行充电的另一示例。

参照图7，在第一电源端连接到充电电源电路的负极并且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104的零电平桥臂的靠近第一输入端的晶体管T4导通，从而使得第一路径和第二路径导通。沿着图7中的虚线，第一路径从第二电源端(即，充电电源电路的正极)，经由第二路径切换电路101的非零电平桥臂的上桥臂的二极管D4，到达到串联连接的第一电容器组C1和第二电容器组C2的正极端(DC+)；第二路径从第一电容器组C1和第二电容器组C2之间的连接节点NP，经由靠近第一输入端的晶体管T4，到达第一电源端(即，充电电源电路的极)。

图8示出对第二电容器C2进行充电的另一示例。

参照图8，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第一输入端的晶体管T4截止，第一路径切换电路104的零电平桥臂的靠近第一输出端的晶体管T2导通，并且第二路径切换电路101的零电平桥臂的靠近第二输出端的晶体管T3导通，从而使得第三路径和第四路径导通。沿着图8中的虚线，第三路径从第二电源端(即，充电电源电路的正极)，经由靠近第二输出端的晶体管T3以及第二路径切换电路的零电平桥臂的靠近第二输入端的二极管D5，到达第一电容器组C1和第二电容器组C2之间的连接节点NP；第四路径从串联连接的第一电容器组C1和第二电容器组C2的负极端(DC-)，经由第一路径切换电路104的下桥臂的二极管D6以及靠近第一输出端的晶体管T2，到达第一电源端(即，充电电源电路的负极)。

类似于图4和图5，在图7和图8中，当利用第一路径切换电路104和第二路径切换电路101对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电时，晶体管T4的状态与晶体管T2、T3的状态互锁。即，当晶体管T4导通时，晶体管T2、T3截止，而当晶体管T4截止时，晶体管T2和T3导通。相似地，在对第一电容器组C1充电预定时间之后，由于互锁动作，在经过死区时间(例如，3us)的延迟之后，再对第二电容器组C2进行充电。图7和图8的关于第一电容器组C1和第二电容器组C2的充电过程与图4和图5相同。因此关于图4和图5的描述也同样适用于图7和图8的描述，为了简明，在此省略其重复的描述。

图9示出根据本发明示例实施例的预充电电路的控制方法。

图9中所示的控制方法适用于上述参照图1至图8所描述的预充电电路。也就是说，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。至少一对路径切换电路为TNPC型拓扑，并且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。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。作为本发明最优的实施例，每个第一路径切换电路和每个第二路径切换电路均可为T型三电平桥臂，并且T型三电平桥臂包括零电平桥臂和非零电平桥臂。参照图1至图8所描述的预充电电路的电路结构也适用于图9，因此，为了简明，在此省略其重复的描述。

参照图9，在步骤901中，通过外部控制器将控制信号发送到预充电电路。在步骤901中，还可首先检测判断电机侧交流开关Q11和电网侧交流开关Q12的状态，当Q11和Q12同时处于断开状态时，将控制信号发送到预充电电路。如果Q11和Q12不是同时处于断开状态，在步骤901中可发出指示预充电初始化故障的信号。

在步骤903中，根据外部控制器的控制信号，控制预充电电路中的一对路径切换电路进行动作，以分别对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电。在步骤905中，判断所述一对路径切换电路是否为预充电电路中的最后一对路径切换电路，如果“否”，则继续进行下一对路径切换电路的动作。

具体地说，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，控制至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作。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；在第一导通时间之后，控制第一路径和第二路径断开，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。

图4至图8中的以T型三电平桥臂为例控制第一路径和第二路径的导通与断开、控制第三路径和第四路径的导通与断开、在每次对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电时计算理论电压和充电电流的方法以及故障检测的描述也适用于图9的步骤903和步骤905，为了简明，在此省略重复的描述。

在一个预充电周期中使用全部对的路径切换电路完成第一电容器组C1和第二电容器组C2的分别充电之后(即，步骤905中的“是”)，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，在步骤907中，判断一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电流是否达到预设的预充电电流大小。如果在步骤907判断为“否”，则在下一个预充电周期中增大导通时间(即，第一导通时间和第二导通时间均增大相同的时间)，然后继续返回到步骤903。如果在步骤907判断为“是”，则不再增大导通时间。

参照步骤901至步骤909可知，当第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压均未达到预定值时，在同一个预充电周期中，第一路径和第二路径的第一导通时间等于第三路径和第四路径的第二导通时间；在连续的多个预充电周期中，第一导通时间以及第二导通时间随着每个预充电周期逐渐增大，在达到第一电容器组和第二电容器组的预设的预充电电流大小之后，保持第一导通时间和第二导通时间不变。

在步骤911中，判断第一电容器组C1的预充电电压和第二电容器组C2的预充电电压是否达到预定值。如果在步骤911中判断为“否”，则在步骤913继续进行与步骤903和步骤905类似的路径切换电路的操作。如果在步骤911中判断为“是”，则预充电过程完成。

步骤901至步骤913的过程可以是在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的预充电过程。当第一电容器组C1和第二电容器组C2的参数不存在偏差并且变流器和预充电电路中的各个元件均正常工作时，可根据步骤901至步骤913，交替地对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电，直到第一电容器组C1和第二电容器组C2的预充电电压均达到预定值。然而，步骤901至步骤913的过程仅是示例性的，本发明构思不限于此。

在一个示例实施例中，可在步骤903中添加判断第一电容器组C1的预充电电压是否达到预定值的操作以及判断第二电容器组C2的预充电电压是否达到预定值的操作。例如，可在每次对第一电容器组C1和第二电容器组C2进行充电时进行判断，如果任意一个电容器组的预充电电压被判断为达到预定值，则停止对该电容器组的预充电操作。

在另一示例实施例中，考虑到第一电容器组C1和第二电容器组C2的参数可能存在偏差，步骤911可包括“第一电容器组的预充电电压首先达到预定值”以及“第二电容器组的预充电电压首先达到预定值”两种情况下。在这两种情况下，步骤913中的路径切换动作不同。

具体地说，当第一电容器组的预充电电压达到预定值而第二电容器组的预充电电压未达到预定值时，在每个预充电周期中，控制至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，直到第二电容器组的预充电电压达到预定值，其中，控制每对路径切换电路的动作均包括：控制第一路径和第二路径断开，并且控制第三路径和第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电，而不对第一电容器组进行充电。

当第一电容器组的预充电电压未达到预定值而第二电容器组的预充电电压达到预定值时，在每个预充电周期中，控制至少一对路径切换电路中的每对路径切换电路依次动作，直到第一电容器组的预充电电压达到预定值，其中，控制每对路径切换电路的动作均包括：控制第三路径和第四路径断开，并且控制第一路径和第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电，而不对第二电容器组进行充电。

此外，参照图4至图8描述的第一电容器组C1和第二电容器组C2可连接有泄放电阻同时其参数存在偏差的预充电过程也适用于步骤911和步骤913，为了简明，在此省略其重复的描述。

根据本发明示例实施例的预充电电路及其控制方法和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。

本发明的实施例还提供一种模块化风电变流器，图10示出根据本发明示例实施例的模块化风电变流器的结构示意图。

如图10所示，风力发电机组中的变流器可包括多个结构相同的子变流器模块(例如，图10中示出的模块1、模块2、模块3……模块N)，多个子变流器模块可以分别单独地实现变流器的所有功能，也可以通过并联来实现不同容量的变流器。为了说明性的目的，图10示出N个子变流器模块的示例。在图10中，模块1至模块N可包括如图1至图8所示的预充电电路。模块1至模块N还可分别包括对应的电机侧开关Q11、Q21、Q31……QN1以及对应的电网侧开关Q11、Q22、Q32……QN2。其中，与模块1至模块N分别对应的电机侧开关Q11、Q21、Q31……QN1可通过对应的控制开关连接到风力发电机，以通过控制开关来控制每个子变流器模块中的预充电电路是否进行如上所述的操作，为了简明，省略各个模块(即，子变流器模块)其他的结构和功能的详细描述。

虽然上面参照图1至图10已经详细描述了本发明的特定示例实施例，但是在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以以各种形式对本发明进行修改。如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、架构、或装置中的组件以不同的方式组合，和/或被其他组件或它们的等同物代替或补充，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是通过具体实施方式所限定，而是由权利要求和它们的等同物限定，并且在权利要求和它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为被包括在本公开中。

Claims (19)

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由第一电容器组和第二电容器组串联构成的串联支路的正极端和负极端，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由第一电容器组和第二电容器组串联构成的串联支路的正极端和负极端，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，到达由第一电容器组和第二电容器组串联构成的串联支路的正极端，

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，

所述第四路径从由第一电容器组和第二电容器组串联构成的串联支路的负极端，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，到达由第一电容器组和第二电容器组串联构成的串联支路的正极端，

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桥臂的靠近所述第二输入端的二极管，到达第一电容器组和第二电容器组之间的连接节点，

其中，所述第四路径从由第一电容器组和第二电容器组串联构成的串联支路的负极端，经由第一路径切换电路的下桥臂的二极管以及靠近所述第一输出端的晶体管，到达所述第一电源端。

10.如权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，在同一个预充电周期中，所述第一路径和所述第二路径的第一导通时间等于所述第三路径和所述第四路径的第二导通时间，

在连续的多个预充电周期中，第一导通时间以及第二导通时间随着每个预充电周期逐渐增大，在达到第一电容器组和第二电容器组的预设的预充电电流大小之后，保持第一导通时间和第二导通时间不变。

11.如权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，当第一电容器组的预充电电压达到预定值而第二电容器组的预充电电压未达到预定值时，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，直到第二电容器组的预充电电压达到预定值，其中，每对路径切换电路的动作均包括：所述第一路径和所述第二路径断开，并且所述第三路径和所述第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电；

当第一电容器组的预充电电压未达到预定值而第二电容器组的预充电电压达到预定值时，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，直到第一电容器组的预充电电压达到预定值，其中，每对路径切换电路的动作均包括：所述第三路径和所述第四路径断开，并且所述第一路径和所述第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电。

12.如权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，充电电源电路包括：直流电源提供电路、与每个第一路径切换电路对应的第一开关、与每个第二路径切换电路对应的第二开关，

其中，所述第一开关的一端与直流电源提供电路的正极和负极中的一极连接，所述第一开关的另一端与所述第一电源端连接，

其中，所述第二开关的一端与直流电源提供电路的正极和负极中的另一极连接，所述第二开关的另一端与所述第二电源连接，

其中，通过使所述第一开关和所述第二开关同时导通，来通过直流电源提供电路对第一电容器组和第二电容器组进行充电。

13.如权利要求12所述的预充电电路，其特征在于，直流电源提供电路包括：变压器和整流电路。

14.如权利要求13所述的预充电电路，其特征在于，其中，变压器为三相变压器，整流电路为三相全桥整流电路。

15.如权利要求12所述的预充电电路，其特征在于，直流电源提供电路包括：整流电路和限流电感器。

16.一种预充电电路的控制方法，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，

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。

17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，在同一个预充电周期中，所述第一路径和所述第二路径的第一导通时间等于所述三路径和所述第四路径的第二导通时间，

在连续的多个预充电周期中，第一导通时间以及第二导通时间随着每个预充电周期逐渐增大，在达到第一电容器组和第二电容器组的预设的预充电电流大小之后，保持第一导通时间和第二导通时间不变。

18.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：当第一电容器组的预充电电压达到预定值而第二电容器组的预充电电压未达到预定值时，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，直到第二电容器组的预充电电压达到预定值，其中，控制每对路径切换电路的动作均包括：控制所述第一路径和所述第二路径断开，并且控制所述第三路径和所述第四路径导通，以通过充电电源电路对第二电容器组进行充电；

当第一电容器组的预充电电压未达到预定值而第二电容器组的预充电电压达到预定值时，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，直到第一电容器组的预充电电压达到预定值，其中，控制每对路径切换电路的动作均包括：控制所述第三路径和所述第四路径断开，并且控制所述第一路径和所述第二路径导通，以通过充电电源电路对第一电容器组进行充电。

19.一种变流器，其特征在于，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权利要求1至权利要求15中的任意一种预充电电路。