CN111509956A - 一种模块化多电平动模平台的充电系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化多电平动模平台的充电系统及方法，该充电系统包括：第一电压检测电路，与交流电网连接，用于采样交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；第二电压检测电路，与滤波电感以及接触器之间的母线连接，用于采样母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；控制器，与第一电压检测电路以及第二电压检测电路分别连接，并根据第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制模块化多电平换流器对滤波电容进行充电。本发明能通过模块化多电平换流器中的IGBT模块开关动作来对滤波电容进行预充电过程，去掉了预充电回路，节约了模块化多电平换流器成本并提高了系统可靠性。

Description

一种模块化多电平动模平台的充电系统以及方法

技术领域

本发明涉及充电领域，尤其涉及一种模块化多电平动模平台的充电系统以及方法。

背景技术

滤波电容是风力发电机组的模块化多电平换流器(变流器)的重要元件。如图1所示,滤波电感10，滤波电容12构成了LC滤波装置，LC滤波装置位于模块化多电平换流器的交流输出侧，并通过主接触器13连接至交流电网。在闭合主接触器13之前，先闭合预充电接触器14，预充电电阻15的限流作用对滤波电容12进行充电。闭合14接触器后一定时间，闭合13主接触器，再延迟一段时间后，断开预充电接触器14。

然而上述方案，需要选择合适的预充电回路参数，参数选取不恰当同样会造成冲击存在。另外一方面，预充电电路在系统中引入了额外的主回路上故障点，若预充电回路出现问题，容易引起较严重的后果。预充电电路多次动作后的可靠性较低，发生故障的风险非常大。

发明内容

本发明旨在提供一种模块化多电平动模平台的充电系统以及方法，提升模块化多电平换流器的系统可靠性。

根据本发明的第一方面，一种模块化多电平动模平台的充电系统，包括：模块化多电平动模平台的充电系统，所述模块化多电平动模平台包括：模块化多电平换流器、滤波电感、滤波电容、接触器以及交流电网，所述滤波电感以及所述接触器依次连接在所述模块化多电平换流器的网侧与所述交流电网之间，所述滤波电容与所述滤波电感连接构成LC滤波装置，所述充电系统包括：

第一电压检测电路，与所述交流电网连接，用于采样所述交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；

第二电压检测电路，与所述滤波电感以及所述接触器之间的母线连接，用于采样所述母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；

控制器，与所述第一电压检测电路以及第二电压检测电路分别连接，并根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电。

进一步地，所述模块化多电平换流器包括第一相电压输出端、第二相电压输出端以及第三相电压输出端，所述滤波电感、滤波电容以及接触器的数量均为3个；

所述第一相电压输出端依次通过第一个滤波电感以及第一个接触器连接所述交流电网，第一个所述滤波电容与第一个所述滤波电感连接构成第一LC滤波装置；

所述第二相电压输出端依次通过第二个滤波电感以及第二个接触器连接所述交流电网，第二个所述滤波电容与第二个所述滤波电感连接构成第二LC滤波装置；

所述第三相电压输出端依次通过第三个滤波电感以及第三个接触器连接所述交流电网，第三个所述滤波电容与第三个所述滤波电感连接构成第三LC滤波装置；

第一电压检测电路包括三个输入端，所述三个输入端分别与所述交流电网的三相电压输送线连接；

第二电压检测电路包括三个输入端子，所述三个输入端子分别与所述滤波电感以及所述接触器之间的三条母线对应连接。

进一步地，所述控制器还与三个所述接触器通信连接，并在所述模块化多电平换流器对所述滤波电容停止充电时，控制三个所述接触器闭合。

进一步地，所述模块化多电平换流器为半桥型MMC或者全桥型MMC。

进一步地，所述控制器包括：接触器状态判断单元，用于根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息确定电网电压在预设的正常电压范围之内，同时确定所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息确定所述模块化多电平换流器未启动工作时，确定所述接触器处于断开状态；

充电控制单元，用于在确定所述接触器处于断开状态时，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息之间的差异在第一预设范围之内时，控制所述模块化多电平换流器调整所述滤波电容的充电电压的幅值、相位以及频率以减缓对所述滤波电容的充电进度；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息一致时，控制所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电；

接触器控制单元，用于在所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电时，控制所述接触器闭合。

本发明还提供一种模块化多电平动模平台的充电方法，所述模块化多电平动模平台包括模块化多电平换流器、滤波电感、滤波电容、接触器以及交流电网，所述滤波电感以及所述接触器依次连接在所述模块化多电平换流器的网侧与所述交流电网之间，所述滤波电容与所述滤波电感连接构成LC滤波装置，所述充电方法包括：

采样所述交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；

采样与所述滤波电感以及所述接触器之间的母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；

根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电。

进一步地，所述根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电的步骤包括：

根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息确定电网电压在预设的正常电压范围之内，同时确定所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息确定所述模块化多电平换流器未启动工作时，确定所述接触器处于断开状态；在确定所述接触器处于断开状态时，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息之间的差异在第一预设范围之内时，控制所述模块化多电平换流器调整所述滤波电容的充电电压的幅值、相位以及频率以减缓对所述滤波电容的充电进度；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息一致时，控制所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电；

在所述模块化多电平换流器停止向所述滤波电容的充电时，控制所述接触器闭合。

本发明提出的一种模块化多电平动模平台的充电系统以及方法，通过利用交流电网一直有电的特点，直接通过模块化多电平换流器的IGBT模块开关动作来对滤波电容进行预充电过程，去掉了预充电回路，节约了模块化多电平换流器成本并提高了系统可靠性。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了现有模块化多电平换流器的并网传输结构示意图。

图2示例性地示出了本发明提供的一种模块化多电平动模平台的充电系统的结构示意图。

图3示例性地示出了本发明提供的一种模块化多电平动模平台的充电方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

如图2所示，一种模块化多电平动模平台的充电系统，所述模块化多电平动模平台包括模块化多电平换流器24、滤波电感21、滤波电容22、接触器23以及交流电网(图中未示出)，所述滤波电感21以及所述接触器23依次连接在所述模块化多电平换流器24的网侧与所述交流电网之间，所述滤波电容22与所述滤波电感21连接构成LC滤波装置，所述充电系统包括：

第一电压检测电路26，与所述交流电网连接，用于采样所述交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；

第二电压检测电路26，与所述滤波电感以及所述接触器之间的母线连接，用于采样所述母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；

控制器27，与所述第一电压检测电路26以及第二电压检测电路26分别连接，并根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器24对所述滤波电容22进行充电。

具体操作时，所述模块化多电平换流器24包括第一相电压输出端、第二相电压输出端以及第三相电压输出端，所述滤波电感21、滤波电容22以及接触器23的数量均为3个；

所述第一相电压输出端依次通过第一个滤波电感21以及第一个接触器连23接所述交流电网，第一个所述滤波电容22与第一个所述滤波电感21连接构成第一LC滤波装置；

所述第二相电压输出端依次通过第二个滤波电感以及第二个接触器连接所述交流电网，第二个所述滤波电容与第二个所述滤波电感连接构成第二LC滤波装置；

所述第三相电压输出端依次通过第三个滤波电感以及第三个接触器连接所述交流电网，第三个所述滤波电容与第三个所述滤波电感连接构成第三LC滤波装置；

第一电压检测电路26包括三个输入端，所述三个输入端分别与所述交流电网的三相电压输送线连接；

第二电压检测电路25包括三个输入端子，所述三个输入端子分别与所述滤波电感21以及所述接触器28之间的三条母线对应连接。

优选地，所述控制器27还与三个所述接触器23通信连接，并在所述模块化多电平换流器24对所述滤波电容22停止充电时，控制三个所述接触器23闭合。

具体操作时，所述模块化多电平换流器为半桥型MMC或者全桥型MMC，包含多个IGBT，其结构为现有技术，不再概述。

优选地，所述控制器包括：

接触器状态判断单元(图中未示出)，用于根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息确定电网电压在预设的正常电压范围之内，同时确定所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息确定所述模块化多电平换流器24未启动工作时，确定所述接触器23处于断开状态；

充电控制单元(图中未示出)，用于在确定所述接触器23处于断开状态时，控制所述模块化多电平换流器24对所述滤波电容22进行充电；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息之间的差异在第一预设范围之内时，控制所述模块化多电平换流器24调整所述滤波电容22的充电电压的幅值、相位以及频率以减缓对所述滤波电容22的充电进度；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息一致时，控制所述模块化多电平换流器24停止所述滤波电容的充电；

接触器控制单元(图中未示出)，用于在所述模块化多电平换流器24停止所述滤波电容22的充电时，控制所述接触器23闭合。

上述系统的工作原理为：第二电压检测电路25检测滤波电容的电压，第一电压检测电路26检测交流电网的电压，主控制器27采集第二电压检测电路25及第一电压检测电路26的电压值，并控制模块化多电平换流器24进行脉冲调整。在模块化多电平换流器24开始工作前，此时接触器23处于断开状态，第二电压检测电路25的值为零；交流电网的电压已经建立，第一电压检测电路26采样得到的为交流电网的电压幅值、频率和相位信息。

主控制器27采集第二电压检测电路25及第一电压检测电路26的电压值，通过电压值可以确认接触器23的状态无误后，控制模块化多电平换流器24进行SVPWM调制，输出幅值和频率缓慢上升的正弦波，给滤波电容22充电。控制器27再次采集第二电压检测电路25及第一电压检测电路26采样到的电压幅值、频率和相位，缓慢模块化多电平换流器24输出的幅值、相位和频率，保证第二电压检测电路25与第一电压检测电路26的采样值一致。经过一定时间后，控制器27控制控制模块化多电平换流器24停止调制并迅速闭合接触器23，使得滤波电容22正常连接至电网，实现给滤波电容22预充电。

本实施例的模块化多电平动模平台的充电系统，通过利用交流电网一直有电的特点，直接通过模块化多电平换流器的IGBT模块开关动作来对滤波电容进行预充电过程，去掉了预充电回路，节约了模块化多电平换流器成本并提高了系统可靠性。

如图3所示，本发明还提供一种模块化多电平动模平台的充电方法，其为图2所示控制器的控制方法，图2中的解释说明可以适用于本实施例，所述模块化多电平动模平台包括模块化多电平换流器、滤波电感、滤波电容、接触器以及交流电网，所述滤波电感以及所述接触器依次连接在所述模块化多电平换流器的网侧与所述交流电网之间，所述滤波电容与所述滤波电感连接构成LC滤波装置，其特征在于，所述充电方法包括：

步骤301：采样所述交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；

步骤302：采样与所述滤波电感以及所述接触器之间的母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；

步骤303：根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电。

优选地，步骤303包括：

根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息确定电网电压在预设的正常电压范围之内，同时确定所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息确定所述模块化多电平换流器未启动工作时，确定所述接触器处于断开状态；

在确定所述接触器处于断开状态时，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息之间的差异在第一预设范围之内时，控制所述模块化多电平换流器调整所述滤波电容的充电电压的幅值、相位以及频率以减缓对所述滤波电容的充电进度；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息一致时，控制所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电；

在所述模块化多电平换流器停止向所述滤波电容的充电时，控制所述接触器闭合。

本实施例的模块化多电平动模平台的充电方法，通过利用交流电网一直有电的特点，直接通过模块化多电平换流器的IGBT模块开关动作来对滤波电容进行预充电过程，去掉了预充电回路，节约了模块化多电平换流器成本并提高了系统可靠性。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (7)

1.一种模块化多电平动模平台的充电系统，所述模块化多电平动模平台包括：模块化多电平换流器、滤波电感、滤波电容、接触器以及交流电网，所述滤波电感以及所述接触器依次连接在所述模块化多电平换流器的网侧与所述交流电网之间，所述滤波电容与所述滤波电感连接构成LC滤波装置，其特征在于，所述充电系统包括：

第一电压检测电路，与所述交流电网连接，用于采样所述交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；

第二电压检测电路，与所述滤波电感以及所述接触器之间的母线连接，用于采样所述母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；

控制器，与所述第一电压检测电路以及第二电压检测电路分别连接，并根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电。

2.权利要求1所述的模块化多电平动模平台的充电系统，其特征在于，所述模块化多电平换流器包括第一相电压输出端、第二相电压输出端以及第三相电压输出端，所述滤波电感、滤波电容以及接触器的数量均为3个；

所述第一相电压输出端依次通过第一个滤波电感以及第一个接触器连接所述交流电网，第一个所述滤波电容与第一个所述滤波电感连接构成第一LC滤波装置；

所述第二相电压输出端依次通过第二个滤波电感以及第二个接触器连接所述交流电网，第二个所述滤波电容与第二个所述滤波电感连接构成第二LC滤波装置；

所述第三相电压输出端依次通过第三个滤波电感以及第三个接触器连接所述交流电网，第三个所述滤波电容与第三个所述滤波电感连接构成第三LC滤波装置；

第一电压检测电路包括三个输入端，所述三个输入端分别与所述交流电网的三相电压输送线连接；

第二电压检测电路包括三个输入端子，所述三个输入端子分别与所述滤波电感以及所述接触器之间的三条母线对应连接。

3.权利要求2所述的模块化多电平动模平台的充电系统，其特征在于，所述控制器还与三个所述接触器通信连接，并在所述模块化多电平换流器对所述滤波电容停止充电时，控制三个所述接触器闭合。

4.根据权利要求3所述的模块化多电平动模平台的充电系统，其特征在于，所述模块化多电平换流器为半桥型MMC或者全桥型MMC。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的模块化多电平动模平台的充电系统，其特征在于，所述控制器包括：

接触器状态判断单元，用于根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息确定电网电压在预设的正常电压范围之内，同时确定所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息确定所述模块化多电平换流器未启动工作时，确定所述接触器处于断开状态；

充电控制单元，用于在确定所述接触器处于断开状态时，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息之间的差异在第一预设范围之内时，控制所述模块化多电平换流器调整所述滤波电容的充电电压的幅值、相位以及频率以减缓对所述滤波电容的充电进度；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息一致时，控制所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电；

接触器控制单元，用于在所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电时，控制所述接触器闭合。

6.一种模块化多电平动模平台的充电方法，所述模块化多电平动模平台包括模块化多电平换流器、滤波电感、滤波电容、接触器以及交流电网，所述滤波电感以及所述接触器依次连接在所述模块化多电平换流器的网侧与所述交流电网之间，所述滤波电容与所述滤波电感连接构成LC滤波装置，其特征在于，所述充电方法包括：

采样所述交流电网的第一电压幅值、第一频率和第一相位信息；

采样与所述滤波电感以及所述接触器之间的母线的第二电压幅值、第二频率和第二相位信息；

根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电。

7.权利要求6所述的模块化多电平动模平台的充电方法，其特征在于，所述根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息的比较结果，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电的步骤包括：

根据所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息确定电网电压在预设的正常电压范围之内，同时确定所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息确定所述模块化多电平换流器未启动工作时，确定所述接触器处于断开状态；在确定所述接触器处于断开状态时，控制所述模块化多电平换流器对所述滤波电容进行充电；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息之间的差异在第一预设范围之内时，控制所述模块化多电平换流器调整所述滤波电容的充电电压的幅值、相位以及频率以减缓对所述滤波电容的充电进度；在所述第一电压幅值、第一频率、第一相位信息与所述第二电压幅值、第二频率和第二相位信息一致时，控制所述模块化多电平换流器停止所述滤波电容的充电；

在所述模块化多电平换流器停止向所述滤波电容的充电时，控制所述接触器闭合。

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