CN114731117A - 模块化多电平变流器中的同步电网侧谐波滤波器和预充电电池电容器 - Google Patents

模块化多电平变流器中的同步电网侧谐波滤波器和预充电电池电容器 Download PDF

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Abstract

将模块化多电平变流器中的电网侧谐波滤波器和预充电电池电容器同步可以通过以下方式实现：断开设置在电网与变流器系统之间的第一路径上的传输断路器；闭合设置在电网与变流器系统之间的第二路径上的预充电接触器，该预充电接触器包括一组预充电电阻器；通过第二路径将电网连接至变流器系统和谐波滤波器；选择性地对变流器系统中的电池电容器进行充电，直到达到电荷阈值，其中在给定时间对电池电容器的与更早时间相比更小的子集进行充电，并且每个电池电容器被充电到与更早时间相比更高的电池电压；以及闭合传输断路器，并且在让预充电接触器闭合的同时经由发电机断路器将发电机连接至变流器系统。

Description

模块化多电平变流器中的同步电网侧谐波滤波器和预充电电 池电容器
技术领域
本公开中提出的实施方式总体上涉及模块化多电平变流器(MMC)和其中包含的电容器。本文的特定实施方式描述了滤波器和电容器的同步和预充电方案。
背景技术
风力涡轮发电机(WTG)是一种越来越流行的发电来源，可以单独部署，也可以由几个风力涡轮机组成，通常被称为风场。在WTG和其他连接至电网或配电线路的发电或用电系统中，MMC可以用于将运行不同电压/电流方案的两个被供电系统进行电气连接。当启动两个被供电系统之间的连接时，MMC使两个系统之间的电压/电流差异相等，以减少电力浪涌(例如，从高电压侧到低电压侧的浪涌电流)和其他反常效应。例如，在WTG中，MMC可以经由位于机器侧变流器(MSC)和线路侧变流器(LSC)之间的DC(直流电)链路来使差值相等，该链路在经由一系列充电部件(例如一个或多个变压器、二极管桥、限流电阻器、保险丝、断路器、开关等)接触之前被充电到预定义水平。
发明内容
本公开的一个实施方式是一种方法，包括：初始化接触器以将电网连接至谐波滤波器和模块化多电平变流器，其中MMC设置在电网与发电机之间，谐波滤波器设置在电网与MMC之间，其中初始化接触器包括：断开设置在第一路径上的传输断路器，其中传输断路器设置在电网与MMC之间，并关闭设置在第二路径上的预充电接触器，其中预充电接触器设置在电网与MMC之间，其中第二路径平行于第一路径，并包括一组预充电电阻器；通过第二路径将电网连接至MMC和谐波滤波器；在未被驱动阶段(un-driven stage)中，对MMC中的电池电容器(cell capacitor)进行预充电；响应于电池电容器的电池电压满足驱动阈值，在被驱动阶段(driven stage)中，对电池电容器进行预充电；以及响应于电池电压满足电荷阈值，在传输断路器和预充电接触器闭合的同时，通过将发电机经由发电机断路器连接至MMC完成预充电，驱动阈值基于电网电压的峰值相到相电压除以设置在MMC的给定相上的电池电容器的数量。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何方法，驱动阈值基于电网电压的峰值相到相电压除以设置在MMC的给定相上的电池电容器的数量。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何方法，被驱动阶段采用相对于前一时间将在给定时间被绕开(bypassed)的电池电容器的数量迭代地增加一个的渐进式驱动方案，以提升未被绕开的电池电容器中的电荷水平。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何方法，被驱动阶段采用相对于前一时间将在给定时间被绕开的电池电容器的数量指数式地增加的减半式驱动方案，以提升未被绕开的电池电容器中的电荷水平。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何方法，该方法进一步包括：在连接发电机后，断开预充电接触器。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何方法，预充电电阻器的电阻基于谐波滤波器在电网的电网频率下的阻抗来选择。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何方法，被驱动阶段将MMC中的给定双电池置于操作模式中，该操作模式包括：自然阻断模式，用于对给定双电池中的第一电池电容器和第二电池电容器进行充电；第一强制绕开模式，用于对第一电池电容器进行充电并绕开第二电池电容器；第二强制绕开模式，用于对第二电池电容器进行充电并绕开第一电池电容器；以及第三强制绕开模式，用于绕开第一电池电容器和第二电池电容器。
本公开的一个实施方式是一种电力转换和传输系统，包括：电网断路器，其设置成选择性地将电网与电力转换和传输系统连接；模块化多电平变流器，其包括多个电池，每个电池包括电池开关和电池电容器；发电机断路器，其设置成选择性地将发电机与MMC的机器侧变流器连接；谐波滤波器，其连接至传输线路，该传输线路连接至MMC的线路侧变流器，其中传输线路在传输断路器闭合时限定第一路径，在预充电接触器闭合时限定第二路径，其中第一路径将电网断路器与谐波滤波器和线路侧变流器连接，其中第二路径将电网断路器与谐波滤波器和线路侧变流器通过预充电电阻器连接，其中第一路径平行于与第二路径，并且绕开预充电电阻器；以及控制器，其配置为通过以下方式对电池电容器进行预充电并使谐波滤波器与电网同步：响应于电池电容器中的电池电压满足驱动阈值，驱动电池开关进入强制绕开模式中，以将电池电压提升至电荷阈值；以及响应于电池电容器中的电池电压满足电荷阈值，同时预充电接触器闭合：闭合传输断路器，并且闭合发电机断路器，并且驱动阈值基于电网电压的峰值相到相电压除以设置在MMC的给定相上的电池电容器的数量。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何系统，该多个电池中的每个电池是双电池，该双电池包括两个电池电容器和四个电池开关。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何系统，控制器进一步配置为在闭合发电机断路器之后断开预充电接触器。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何系统，强制绕开模式绕开被包括在电池中的至少一个电池电容器，以便跨越电池电容器的子集施加来自电网的整流电压。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何系统，控制器进一步配置为响应于电池电容器中的电池电压满足电荷而停止提升电池电压，并将电池置于预计对从发电机供应的电力进行逆变和整流以提供给电网的操作模式中。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何系统，预充电电阻器的电阻配置为小于谐波滤波器在电网频率下的阻抗的10％。
在一个实施方式中，结合上面或下面描述的任何系统，该系统进一步配置为用于三相电力传输。
本公开的一个实施方式是一种用于电力转换和传输系统的控制器单元，包括：处理器；以及存储器，其包括预充电控制逻辑，当由处理器执行时，该预充电控制逻辑使控制器单元能够执行以下操作，包括：初始化断路器，以将电网连接至谐波滤波器和变流器系统，其中初始化断路器包括：断开设置在第一路径上的传输断路器，其中传输断路器设置在电网与变流器系统之间；以及闭合设置在第二路径上的预充电接触器，其中预充电接触器设置在电网与变流器系统之间，其中第二路径包括一组预充电电阻器，其中第二路径平行于绕开该组预充电电阻器的第一路径；通过第二路径将电网连接至变流器系统和谐波滤波器；通过一系列迭代对变流器系统中的电池电容器选择性地进行充电，直到达到电荷阈值，其中该系列迭代中的每个迭代在给定时间对电池电容器的与该系列迭代中的更早迭代相比更小的子集进行充电，而每个电池电容器被充电到与更早迭代相比更高的电池电压；以及闭合传输断路器，并在让预充电接触器闭合的同时，经由发电机断路器将发电机连接至变流器系统。
附图说明
为了详细了解本公开的上述特征，可以通过参考实施方式对上文简要概述的本公开进行更具体的描述，其中一些实施方式在附图中得到说明。然而，需要注意的是，所附的附图只展示本公开的典型实施方式，因此不应视为对其范围的限制，因为本公开可以接受其他同样有效的实施方式。
图1展示根据本公开所述的实施方式，风力涡轮机的示意图。
图2展示根据本公开所述的实施方式，风力涡轮机的机舱和塔架内部的部件的示意图。
图3展示根据本公开的实施方式，电力转换和传输系统的示意图。
图4是根据本公开的实施方式，作为变流器系统使用的模块化多电平变流器的示意图。
图5是根据本公开的实施方式，谐波滤波器的示意图。
图6A-6E是根据本公开的实施方式，在各种操作模式中的电池的一系列示意图。
图7A和7B展示根据本公开的实施方式，线路侧变流器和机器侧变流器的操作。
图8是根据本公开的实施方式，在对模块化多电平变流器中的电池进行预充电的同时使谐波滤波器同步的流程图。
图9是根据本公开的一个或多个实施方式，可以作为控制器使用的控制器单元的方框图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记来表示图中共同的相同元素。可以设想，在一个实施方式中公开的元素可以在其他实施方式中得到有益的利用，而不需要具体叙述。
具体实施方式
本文提供了一种用于新颖的控制方案的系统和方法，用于在使谐波滤波器与电网电压同步的同时，对MMC(模块化多电平变流器)进行预充电，该控制方案允许防止来自电网的浪涌电流进入谐波滤波器中，从而保护以防止过电流，并增加滤波器组件和其他相关系统设备的使用寿命。在未被驱动阶段中，在将电网直接连接至MMC之前，MMC和谐波滤波器中的电容器从电网通过预充电电阻器预被充电到阈值水平。未被驱动阶段可以持续到臂(arm)中的电池电压之和等于MMC中的线路侧变流器的电网线到线电压的整流(峰值)电压。在未被驱动阶段之后，MMC进入被驱动或被控制阶段，在该被驱动或被控制阶段期间，通过逐步减少电网每次串联施加电压的电池电容器的数量，将电池电容器的电荷提升到额定操作电压。MMC在被驱动阶段中交换或互换哪些电容器受到充电电流的影响，直到所有的电容器都达到阈值电压，此时可以开始MMC的正常操作。
示例实施方式
图1展示水平轴风力涡轮发电机(WTG)100的示意图。WTG 100通常包括塔架102和定位在塔架102的顶部处的风力涡轮机机舱104。风力涡轮机转子106可以通过延伸到机舱104外的低速轴与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括安装在公共的轮毂110上的三个在转子平面中旋转的转子叶片108，但可以包括任何合适数量的叶片，诸如一个、两个、四个、五个或更多叶片。叶片108(或机翼)通常各自具有空气动力学形状，带有用于面向风中的前缘112，位于叶片108的弦的相反端处的后缘114，尖端116，以及用于以任何适当方式连接至轮毂110的根部118。
对于一些实施方式，叶片108可以使用变桨轴承120连接至轮毂110，这样每个叶片108可以围绕其纵向轴线旋转以调节叶片的桨距。叶片108相对于转子平面的桨距角可以通过例如，连接在轮毂110和叶片108之间的线性致动器、液压致动器或步进电机控制。
图2展示WTG 100的机舱104和塔架102内的典型部件的示意图。当风200推动叶片108时，转子106旋转并使低速轴202旋转。变速箱204中的齿轮将低速轴202的低转速机械地转换成高速轴208的相对高转速，适合使用发电机206发电。
控制器210可以感知一个或两个轴202、208的转速。如果控制器认为轴旋转得过快，则控制器可以向制动系统212发出信号，该制动系统减缓轴的旋转，从而减缓转子106的旋转——即，降低每分钟转数(RPM)。制动系统212可以防止对WTG 100的部件的损坏。控制器210也可以接收来自风速计214(提供风速)和/或风向标216(提供风向)的输入。基于收到的信息，控制器210可以向一个或多个叶片108发送控制信号，以努力调节叶片的桨距218。通过相对于风向调节叶片的桨距218，转子(以及因此，轴202、208)的转速可以增加或减少。例如，基于风向，控制器210可以向包括偏航马达220和偏航驱动器222的组件发送控制信号，以使机舱104相对于塔架102旋转，从而使转子106可以被定位为更多地(或在某些情况下更少地)面向上风向。
图3展示根据本公开的实施方式的电力转换和传输系统(PCTS)300的示意图。正如可以理解的那样，所示出的配置只是PCTS 300示意图的一个示例，不应视为对所公开的实施方式的使用的限制。本领域的普通技术人员将理解所提出的部件的备选布置、所提出的组件的替代、以及各种部件的省略都被认为是在本公开的范围内。
图3所示的PCTS 300是三相系统，其在三条单独的传输线路301a-c(统称为传输线路301)上传输三个不同相的电力，尽管带有对应数量的传输线路301a-N的一相、两相或更多相的PCTS 300也可以采用本公开的教导。除非另有说明或从本公开的上下文中可以看出，否则PCTS 300的每个部件要么包括N个实例，其中每个实例a-N与一相a-N相关联，要么连接至N相中的每一相。
在PCTS 300中，变流器系统310在与由发电机320产生的电力的相数相对应的数量的发电机线路302a-c(统称为发电机线路302)上接收来自发电机320(例如，WTG 100)的交流电(AC)。当发电机320产出电力以供应给电网330时，变流器系统310将交流电整流为直流电(DC)，并将直流电逆变为适于经由传输线路301供应给电网330的另一种交流电。在各种实施方式中，电网330接收电力的频率可以与发电机320提供电力的频率不同。结合图4更详细地讨论三相变流器系统310的部件。电网变压器340可以将由变流器系统310输出的交流电的电压调节为适合电网330的电压(例如，电网电压)，连接至变流器系统310与电网变压器340(或电网330)之间的传输线路301的谐波滤波器350可以用来调整和调节提供给电网330的交流电。结合图5更详细地讨论三相谐波滤波器350的部件。
各种附加部件被包括在PCTS 300中，以控制向/从变流器系统310和电网330的电力传输，诸如在启动和连接或关闭和断开程序期间。与设置在整个PCTS 300中的各种部件和电流或电压传感器371a、371b(统称为传感器371)通信的控制器900(在图3中未展示)可以控制发电机320、辅助电源(APS)370、辅助变压器380和/或各种开关的操作，以影响是否以及如何向/从电网330或PCTS 300内的组件提供电力。控制器900可以从APS 370被馈送电力，并经由无线通道或有线连接(未展示)与PCTS 300的各个部件通信。结合图9更详细地讨论控制器900的部件。
若干断路器和/或接触器360a-f(统称为断路器或接触器360)设置在PCTS 300中的不同点处，以引导或阻断电力向/从PCTS 300的特定部分传输。例如，设置在电网330与电网变压器340之间的电网断路器360a可以作为PCTS 300与电网330之间的共同耦合点(PCC)，以将PCTS 300向/从电网330连接或断开。在另一个示例中，辅助变压器断路器360b和APS断路器360c可以将辅助变压器380分别向/从变流器系统310和APS 370连接或断开。在一些实施方式中，辅助变压器断路器360b是设置电网330与辅助变压器380之间的中压断路器，以将辅助变压器380与故障或在主要侧的保养/检查期间隔离。在一些实施方式中，APS断路器360c是设置在辅助变压器380与APS 370之间的低压断路器，以抵抗辅助变压器380的APS侧(或次级侧)的故障或在经由APS 370供电的辅助设备的断电期间提供保护。
类似地，设置在发电机320与变流器系统310之间的发电机断路器360d可以将发电机320向/从变流器系统310连接或断开。
传输断路器360e设置在变流器系统310(和谐波滤波器350)与电网变压器340之间的第一路径上。传输断路器360e可以包括第一组开关361e，以在变流器系统310与电网330之间的电力传输线路301上建立或断开电气接触，以及第二组开关362e，以在接地与传输线路301之间的电气通路上建立或断开电气接触。
预充电接触器360f设置在PCTS 300中的第二条路径上。第二路径可以备选地被称为预充电路径，因为第二路径提供了围绕传输断路器360e的备选路径(即，在传输断路器360e的第一组开关361e的上游的第一点和下游的第二点两者处都连接至传输线路301)，并且在对变流器系统310进行预充电时使用。预充电接触器360f可以包括第一组开关361f，以在变流器系统310与电网330之间的传输线路301上建立或断开电气接触，以及第二组开关362f，以在接地与传输线路301之间的电气通路上建立或断开电气接触。预充电接触器360f还包括传输线路301上的一组保险丝363f和一组预充电电阻器390(或可与其相关联)，它们确保从电网330提供的预充电电流不超过变流器系统310的设计能力。预充电电阻器390配置有预定义电阻，该预定义电阻基于谐波滤波器350的阻抗来选择。
通过断开和闭合传输断路器360e，控制器900(分别)阻断或允许来自电网330的电流经由第一路径通过传输断路器360e流向变流器系统310。类似地，通过断开和闭合预充电接触器360f，控制器900(分别)阻断或允许来自电网330的电流经由第二路径通过预充电接触器360f流向变流器系统310。由于第二路径上存在预充电电阻器390，而第一路径上缺乏类似的电阻器，因此当两个路径都可用时，电流更倾向于流过第一路径。因此，为了迫使电流流过预充电电阻器390，当对变流器系统310进行预充电时，控制器900阻断第一路径(即断开传输断路器360e)，并允许第二路径(即闭合预充电接触器360f)。
当使用来自电网330的电力进行预充电和同步时，预充电接触器360f中的第一组开关361f和电网断路器360a中的开关被闭合。同时，传输断路器360e中的第一组开关361e、传输断路器360e中的第二组开关362e、预充电接触器360f中的第二组开关362f、发电机断路器360d中的开关被断开，而辅助变压器断路器360b中的开关被闭合。因此，来自电网330的电力在传输线路301上流入PCTS 300中，并通过预充电电阻器390流向谐波滤波器350和变流器系统310。
图4是根据本公开的实施方式，作为变流器系统310使用的MMC 400的示意图。图4可以与图3结合起来理解。MMC 400的操作方式是将由发电机320提供的交流电经由机器侧变流器(MSC)410转换为直流电，并从直流电经由线路侧变流器(LSC)420转换回交流电以供应给电网330。MSC 410和LSC 420经由直流链路430耦合在一起。MSC 410和LSC 420中的各种开关控制MMC 400如何充电或放电，以及电力如何整流或逆变，这可以由控制器900或另一个下属或独立控制装置控制。MSC 410和LSC 420中的每个都包括多个电池，它们可以与一个或多个其他电池串联，模块化地向变流器添加或从变流器移除，以调节变流器在将电力从交流转换为直流或从直流转换为交流时处理不同电压输入和输出的能力。这些电池包括各种开关和电容器，结合图6A-6E更详细的讨论。
直流链路430在第一轨道401a和第二轨道401b(统称为轨道401)上，在MSC 410与LSC 420之间传输直流电，并包括设置在轨道401之间的直流链路电容器440a-b(统称为直流链路电容器440)。在各种实施方式中，直流链路电容器440调整MSC 410与LSC 420之间的直流电压。对于一些实施方式，直流链路电容器440通过传输电阻器450连接至与接地相连的中性(公共)电压节点，并且直流链路电容器440的非公共终端连接至相反的直流链路电压轨道401(例如，连接至正极轨或负极轨401中的一个)。虽然在图4中显示为有两个直流链路电容器440，但在其他实施方式中，直流链路可以包括更多或更少的直流链路电容器440(包括没有)。
运营商在将发电机320连接至电网330之前(经由变流器系统310和相关联的断路器360)对直流链路电容器440以及MSC 410和LSC 420中的电容器进行预充电，以减少浪涌电流的量。一般来说，当对电容器进行预充电时，控制器900管理MMC 400中的开关，以逐步建立跨越轨道401的电力，在将变流器系统310连接至发电机320之前，对电容器进行充电以储存阈值电压。发电机320经由MSC 410被软启动，并处于静止状态，直到MMC 400完成预充电。如本文所述，电容器的预充电是与谐波滤波器350同步到电网电力平行进行的(即基本在同一时间)。
图5是根据本公开的实施方式的谐波滤波器350的示意图。图5可与图3结合起来理解。谐波滤波器350与变流器系统310与电网330之间的传输线路301分流连接。谐波滤波器350使用一组连接至每个传输线路301的谐振电路来减轻电网330与变流器系统310之间的不同电流频率造成PCTS 300中的谐波电流的风险和影响。虽然图示为单调谐滤波器，但在其他实施方式中，谐波滤波器350可以是双调谐滤波器、高通滤波器等。
如图所示，谐波滤波器350包括，在第一侧上连接至每个对应的传输线路301的滤波保险丝510a-c(统称为滤波保险丝510)、电感器520a-c(统称为滤波电感器520)、以及在第二侧上连接至共享节点540滤波电容器530a-c(统称为滤波电容器530)。滤波保险丝510保护同一线路上的滤波电感器520和滤波电容器530不受来自传输线路301的过电流的影响，该过电流与电网电压与谐波滤波器350中的储存电压之间的差异相关联。
滤波电感器520被选择为具有Lf的滤波电感器，而滤波电容器530被选择为具有Cf的滤波电容，其结果是在电网频率(通常为50Hz或60Hz±10％)下的滤波阻抗显著高于预充电电阻器390的电阻Rpre(即，|Zfilter|>>Rpre)。在各种实施方式中，电阻Rpre小于滤波器阻抗Zfilter的10％(即0.1*|Zfilter|>Rpre)。当预充电电阻器390的电阻Rpre与谐波滤波器350的阻抗相比可以忽略不计时，通过预充电电阻器390的压降也可以忽略不计，而且谐波滤波器350的电压Vf和电网电压Vg的大小基本相等(例如，|Vg|-5％≤|Vf|≤|Vg|)。因此，对于角速度ω，基于电网频率f(例如，ω＝2πf)，根据公式1选择预充电电阻器390、滤波电感器520和滤波电容器530的值。
Figure BDA0003649519810000101
图6A-6E是根据本公开的实施方式，在各种操作模式中的双电池600的一系列示意图。图6A-6E中的每个双电池600允许通过其中部件的受控的开关和放电来将电流整流或逆变。为了便于参考，在每个双电池600中提供了一系列的节点610a-e(统称为节点610或电池节点)。第一节点610a和第五节点610e是双电池600的触点，通过这些触点，双电池600可以连接至另一个双电池600、轨道402、臂电抗器710(结合图7A和7B讨论)或双电池600外部的其他部件。
所展示的双电池600包括配置在第二节点610b与第三节点610c之间的第一电池电容器620a(统称为电池电容器620)，以及配置在第三节点610c与第四节点610d之间的第二电池电容器620b。虽然图示为四开关、两电容器的电池，但在其他实施例中也可以使用具有更多或更少开关和电容器的其他电池。例如，在布置成显示类似的部件到节点布置的情况下，两个两开关、一电容器的电池可以被视为一个四开关、两电容器的电池。
开关630a-d(统称为开关630或电池开关)与对应的二极管640a-d(统称为二极管640)并联布置，并被驱动断开或闭合以限定双电池600中的各种操作模式。第一开关630a和第一二极管640a设置在第一节点610a与第二节点610b之间，其中第一二极管640a被偏置以阻断从第二节点610b流向第一节点610a的电流。第二开关630b和第二二极管640b设置在第一节点610a与第三节点610c之间，其中第二二极管640b被偏置以阻断从第一节点610a流向第三节点610c的电流。第三开关630c和第三二极管640c设置在第三节点610c与第五节点610e之间，其中第三二极管640c被偏置以阻断从第三节点610c流向第五节点610e的电流。第四开关630d和第四二极管640d设置在第五节点610e与第四节点610d之间，其中第四二极管640d被偏置以阻断从第五节点610e流向第四节点610d的电流。
当通过控制器900驱动到闭合状态时，开关630提供了绕开相关联的二极管640的通路，从而允许电流对抗相关联的二极管640的偏置流动，从而绕开双电池600中的一个或多个电池电容器620。尽管被展示为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，但开关630可以包括其他功率半导体器件(例如，电力金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结晶体管(BJT))。控制器900(未展示)从而可以通过控制相关联的功率半导体器件的栅(gate)来控制给定的开关630是断开还是闭合。成对的开关630和二极管640可以被包括在单一的封装或集成部件中，也可以作为分立的电路部件提供。
尽管本公开主要讨论的是双电池600，但在其他实施方式中，单电池(或在功能上形成双电池600的成对的单电池)可以自由替代双电池600。与双电池600相反，单电池包括一个电池电容器620和两个开关630(与相关联的二极管640)；实际上是双电池600的一半。单电池的操作模式包括自然绕开模式(其中开关630不导通)、自然阻断模式(其中电流流过电池电容器620)、和强制阻断模式(其中开关630导通以避免对电池电容器620进行充电)。
图6A展示双电池600的自然绕开操作模式，其中第一电流流601从第五节点610e，通过第三二极管640c到第三节点610c，并通过第二二极管640b到第一节点610a。在自然绕开模式中，开关630不导通。自然绕开模式是在不驱动开关630的情况下实现的(即，所有的开关630可以保持断开)；当对第五节点610e施加比第一节点610a更高的电压时，电流自然从第五节点610e流向第一节点610a。
图6B展示双电池600的自然阻断操作模式，其中第二电流流602从第一节点610a，通过第一二极管640a、第一电池电容器620a和第二电池电容器620b到第四节点610d，并通过第四二极管640d到第五节点610e。在自然阻断模式中，开关630是断开的，流过电池电容器620的第二电流流602对电池电容器620进行充电。自然阻断模式是在不驱动开关630的情况下实现的(即，所有的开关630可以保持断开)；当对第一节点610a施加比第五节点610e更高的电压时，电流自然从第一节点610a通过电池电容器620流向第五节点610e。
图6C展示双电池600的第一强制绕开操作模式，其中第三电流流603从第一节点610a，通过第一二极管640a和第一电池电容器620a到第三节点610c，并通过闭合的第三开关630c到第五节点610e。在第一强制绕开模式中，第一、第二和第四开关630a、630b、630d是断开的，而第三开关630c是闭合的，因此对第一电池电容器620a进行充电，而不对第二电池电容器620b进行充电。
图6D展示双电池600的第二强制绕开操作模式，其中第四电流流604从第一节点610a，通过闭合的第二开关630b到第三节点610c，和第二电池电容器620b到第四节点610d，并通过第四二极管640d到第五节点610e。在第二强制绕开模式中，第一、第三和第四开关630a、630c、630d是断开的，第二开关630b是闭合的，从而对第二电池电容器620b进行充电，而不对第一电池电容器620a进行充电。
图6E展示双电池600的第三强制绕开操作模式，其中第五电流流605从第一节点610a，通过闭合的第二开关630b到第三节点610c，并通过闭合的第三开关630c到第五节点610e。在第三强制绕开模式中，第一和第四开关630a、630d是断开的，第二和第三开关630b、630c是闭合的，从而绕开电池电容器620并且不对其进行充电。
在图6C-6E中展示每个强制绕开模式中，一个或多个开关630的选择性闭合改变了电流从第一节点610a流向第五节点610e的路径，从而与图6B的自然阻断模式相比，改变了电池电容器620的充电方式。当跨越双电池600施加相同的电压时，该电压可以跨越两个电池电容器620划分(按照自然阻断模式)，只跨越一个电池电容器620引导(按照第一和第二强制绕开模式)，或者没有任何电池电容器620(按照第三强制绕开模式)。当处于自然阻断模式中时，给定相臂的N个电池电容器620中的电压Vcell可以按照公式2给出，其中Vpeak是电网330或用于预充电的电源的峰值相到相电压。
Vcell＝Vpeak÷N (2)
相反，当处于第一或第二强制绕开模式中时，一个或多个电池电容器620被绕开；跨越较少的电池电容器620划分电压，并允许在未被绕开的电池电容器620中有较高的电荷，这可以按照公式3表示，其中K是被绕开(即，电流不流过)的电池电容器620的数量。
Vcell＝Vpeak÷(N-K) (3)
控制器900选择哪些双电池600在给定的操作模式中操作，以选择性地将电池电容器620上的电压之和充电到峰值电压Vpeak(减去跨越二极管640的任何压降和电阻损耗)或由运营商设定的另一个预电荷阈值。各种传感器371(例如，跨越电池电容器620a-b的电压探头371a-b)允许控制器900测量电池电容器620的充电情况，并且控制器900通过控制开关630来使单个或电池电容器620的子集的充电速度相等，以便在对MMC 400进行预充电时，在给定时间对相关联的电池电容器620进行充电或不进行充电。
图7A和7B分别展示根据本公开的实施方式，与AB相正电流(即Vab>0)的充电路径相关联的LSC 420和MSC 410。为清楚起见，图7A和7B中省略了其他相(即BC、AC)的充电电流及其负电流，但本公开也考虑到了这一点。图7A中的LSC布局700a可以理解为与图7B中的MSC布局700b通过第一轨道401a上的节点A(在本示例中为正极轨401)和第二轨道401b上的节点B(在本示例中为负极轨401)相连。
三相MMC 400的LSC布局700a包括连接在传输线路301与轨道401之间的三个腿，每个腿连接至三个传输线路301a-c中的各自一个。每个腿包括多个双电池600，其中一半设置在对应的传输线路301a-c与第一轨道401a之间，并可以基于对应的传输线路301a-c被称为正极臂730a-c(统称为正极臂730或正LSC臂)。双电池600的另一半设置在对应的传输线路301与第二电压轨道401b之间，并可以基于对应的传输线路301a-c被称为负极臂740a-c(统称为负极臂740或负LSC臂)。每半个腿还与腿电感器相关联，由臂电感器710表示。
三相MMC 400的MSC布局700b包括连接在发电机线路302与轨道401之间的三个腿，每个腿连接至三个发电机线路302a-c中的各自一个。每个腿包括多个双电池600，其中一半设置在对应的发电机线路302a-c与第一电压轨道401a之间，并可以基于对应的发电机线路302a-c被称为正极臂750a-c(统称为正极臂750或正极MSC臂)。双电池600的另一半设置在对应的发电机线路302a-c与第二电压轨道401b之间，并可以基于对应的发电机线路302a-c被称为负极臂760a-c(统称为负极臂760或负MSC臂)。每半个腿也与腿电感器相关联，由臂电感器710表示。
图7A和7B中示出从第一传输线路301a向内流动并且向外流动到第二传输线路301b的三个电流回路770a-c(统称为电流回路770)。
第一电流回路770a将电流从第一传输线路301a通过第一正极臂730a携带到第一轨道401a上，并从第一轨道401a通过第二正极臂730b携带到第二传输线路301b。
第二电流回路770b将电流从第一传输线路301a通过第一正极臂730a携带到第一轨道401a上，从第一轨道401a通过正极和负极MSC臂携带到第二轨道401b，并从第二轨道401b通过第二负极臂740b携带到第二传输线路301b。
第三电流回路770c将电流从第一传输线路301a通过第一负极臂740a携带到第二轨道401b上，并从第二轨道401b通过第二负极臂740b携带到第二传输线路301b。
第一正极臂730a和第二负极臂740b中的双电池600在自然绕开模式中操作(按照图6A)，这样第一、第二和第三电流回路770a-c不对这些双电池600中的电池电容器620进行充电(例如，经过相应的第二和第三二极管640b-c)。
控制器900可以驱动电池开关，以迫使双电池600进入强制绕开模式(按照图6C-6E)，也可以不驱动电池开关，让双电池600在自然操作模式中传导电流(按照图6A-6B)。
当控制器900允许LSC 420和MSC 410中的双电池600在未被驱动的操作模式中充电时(即，开关630保持断开以使电流流过二极管640和电容器620)，相对于LSC 420，所施加的峰值电压Vpeak是跨越MSC 410中的两倍的电池电容器620。因此，如果控制器900不驱动开关630以提升其中的电压，则可以根据公式4使LSC 420的电池电容器620中的电压Vcell-LSC和MSC 410的电池电容器620中的电压Vcell-MSC相等。
Vcell-LSC＝2*Vcell-MSC (4)
一旦控制器900完成了未被驱动的操作模式，控制器900就可以选择性地驱动一个或多个电池(例如，打开双电池600中的一个或两个旁路开关)以提升电池电容器620中的电荷水平。在被驱动阶段期间，控制器900驱动一个或多个双电池600中的开关630，从而使选定的双电池600操作自然操作模式和强制绕开操作模式中的任何一种。例如，在被驱动阶段中，第二正极臂730b、第一负极臂740a和MSC臂中的双电池600以自然阻断模式、第一强制绕开模式、第二强制绕开模式和第三强制绕开模式(分别按照图6B-6E)中的任何一种操作，以控制其中的电池电容器620如何被充电。结合图8更详细地讨论电池充电的细节。控制器900可以在给定的双电池600中强制绕开模式，以将臂中的电池电容器620的充电总体提升到接近Vpeak，以考虑电池电容器620之间的制造公差(例如，使储存的电荷相等)等。
图8是根据本公开的实施方式，用于在对MMC 400中的双电池600进行预充电的同时同步谐波滤波器350的方法800的流程图。
方法800从区块810开始，其中控制器900初始化各种断路器360的断开/闭合状态。在预充电期间，发电机断路器360d保持断开，以将发电机320从正在预充电的变流器系统310断开连接。预充电接触器360f中的第一组开关361f是闭合的，传输断路器360e中的第一组开关361e是断开的，以引导来自电网变压器340的电力在到达谐波滤波器350和变流器系统310之前通过一组预充电电阻器390。传输断路器360e和预充电接触器360f中的第二组开关362e、362f分别保持断开，除非来自电网330的电力需要被分流到接地(例如在需要对系统进行检查或维修的情况下)。
一旦断路器360在区块810处被初始化，方法800就进入区块820，其中控制器900确保电网断路器360a是闭合的，从而将电网330通过预充电电阻器390连接至谐波滤波器350和变流器系统310，并且从电网330(通过辅助变压器380)向APS 370和控制器900提供电力。
在区块830，MMC 400进入预充电的未被驱动阶段，其中控制器900监测双电池600的状态和电池电容器620的电压，但不驱动双电池600中的开关630。谐波滤波器350中的电压与电网电压Vg相等(减去通过预充电电阻器390的任何压降)，而跨越LSC 420中的电池电容器620的电压Vcell-LSC等于电网330的峰值相到相电压Vpeak除以LSC的每个臂中的电池电容器620的数量N，而跨越MSC 410中的电池电容器620的电压Vcell-MSC等于电网330的峰值相到相电压Vpeak除以MSC的每个腿中的电池电容器620的数量N(典型地Vcell-LSC＝2*Vcell-MSC)。在区块830期间，控制器900让所有双电池600中的开关630断开；允许电流根据自然绕开模式或自然阻断模式流过双电池600(分别按照图6A和6B)。
方法800可以保持在区块830处，直到测量出的电压满足驱动阈值。在一些实施方式中，测量出的电压可以是储存在滤波电容器530中的电压Vf，与基于电网电压Vg(例如，Vg的x％)的驱动阈值相比较。在一些实施方式中，测量出的电压可以是其中一个电池电容器620中的电压Vcell-LSC(或跨越多个电池电容器620测量出的平均、最高或最低的Vcell-LSC)，与基于峰值相到相电压Vpeak(例如，Vpeak÷N的x％)的驱动阈值进行比较。在一些实施方式中，测量出的电压可以是其中一个电池电容器620中的电压Vcell-MSC(或跨越多个电池电容器620测量出的平均、最高或最低的Vcell-MSC)，与基于峰值相到相电压Vpeak(例如，Vpeak÷N的x％)的驱动阈值进行比较。一旦测得的电压满足驱动阈值，方法800就会进行到区块840。
在区块840处，MMC 400进入预充电的被驱动阶段中，其中控制器900继续监测双电池600的状态和电池电容器620的电压，但可以主动地驱动双电池600中的开关630，以提升储存在电池电容器620中的电荷。双电池600的状态可以包括被包括在双电池600中的各种电子设备的健康状况，包括电池开关630、通信和温度传感器、压力传感器等。在各种实施方式中，控制器900驱动MSC 410和LSC 420中的开关630，以减少电池电容器620的数量，通过该电池电容器使用不同的强制绕开模式施加来自电网330的电压，以逐渐地增加跨越电池电容器620施加的电压；通过二极管640跨越电池电容器620的子集施加整流或峰值电网相到相电压VPeak。
在将同时被充电的双电池600的数量每次递减一个电池的渐进式驱动方案中，例如对于LSC 420，控制器900首先将每个臂中的一个双电池600置于第一或第二强制绕开模式中，其余的双电池600置于自然阻断模式中，以便一次有一个电池电容器620不被充电，而其他电池电容器620被充电到电压Vcell＝Vpeak÷(N-K)，其中由于一个电池电容器620被绕开而K＝1。在一些实施方式中，控制器900扫过电流绕开的一个电池电容器620，直到所有的电池电容器达到电压Vcell＝Vpeak÷(N-1)。然后，控制器900可以通过驱动一个或多个双电池600进入第一、第二或第三强制绕开模式中，或让一个或多个双电池600处于自然阻断模式中来增加在任何给定时间被绕开的电池电容器620的数量，以使K增加并且Vcell＝Vpeak÷(N-K)相应增加。因此，控制器900可以在一个臂中循环处理哪些电池电容器620被绕开，哪些被充电，直到达到电荷阈值。换句话说，当控制器900准备提升电池电压Vcell时，渐进式驱动方案采用相对于前一时间将在给定时间被绕开的电池电容器620的数量的迭代增加(例如，K1＝K0+1)，从而增加每个未被绕开的电池电容器620施加的电压。
在将同时被充电的双电池600的数量连续减半的减半式驱动方案中，例如对于MSC410，控制器900首先使给定臂中的每个双电池600在第一强制绕开操作模式与第二强制绕开操作模式之间交替，以在任何给定时间对电池电容器620的一半进行充电，直到每个电池电容器620被充电到2*Vpeak÷N(例如，其中K＝N/2，Vpeak÷(N-K)＝2*Vpeak÷N)。在达到2*Vpeak÷N之后，控制器900可以在将成对的双电池600置于第三强制绕开模式与第一和第二强制绕开模式之间循环，以绕开四个电池电容器620中的三个，以便一次对四个电池电容器620中的一个充电到4*Vpeak÷N(例如，其中K＝N*3/4，Vpeak÷(N-K)＝4*Vpeak÷N)。因此，控制器900可以循环地绕开更大百分比的电池电容器620，以使跨越每个臂中的电池电容器620施加的电压加倍，直到达到电荷阈值。换句话说，当控制器900准备提升电池电压Vcell时，减半式驱动方案采用相对于前一时间在给定时间将被绕开电池电容器620的数量指数式地(以2的幂数)增加(例如，K2＝2*K1＝4*K0)，从而增加跨越未被绕开的电池电容器620施加的电池电压Vcell。
正如将被理解的那样，也设想了其他驱动方案和上述方案的变化，例如，通过识别具有最低电荷的电池电容器620来平衡给定臂中的电荷，诸如通过在MMC的正常(即，逆变/整流)操作期间使用的排序和选择(SoS)算法。因此，控制器900可以配置为用于对电池电容器620进行预充电，以考虑到双电池600的电路在一系列迭代中的固有差异，其中每个连续的迭代包括在给定时间将电池电容器620的更小子集充电到对应更高的电池电压Vcell。
在一些实施方式中，控制器900在让LSC 420中的开关不被驱动的同时驱动MSC410中的开关，直到Vcell-MSC＝Vcell-LSC；在提升所有电池电容器620超过Vpeak÷N之前，使MSC410和LSC 420中的电荷相等。在一些实施方式中，控制器900平均地驱动每个臂，直到LSC臂达到电荷阈值，然后继续驱动MSC臂，直到Vcell-LSC＝Vcell-MSC。
方法800可以保持在区块840处，直到测量出的电压满足电荷阈值。在一些实施方式中，当K＝(N-1)并且每个电池电容器620中的电压Vcell已被充电到Vpeak/N(或Vpeak/N的y％，以考虑到电池电容器620的制造公差、二极管640上的压降和电阻损耗)时，达到电荷阈值。在运营商可能对浪涌电流有更大的容忍度的其他实施方式中，可能在K＝(N-1)之前达到电荷阈值，并且标称/额定/操作Vcell是小于Vpeak/N(或Vpeak/N的y％)的预定义值。一旦测量到的Vcell的电压满足电荷阈值(标称/额定/操作Vcell)，方法800就会进行到区块850。
在区块850处，预充电完成，控制器900闭合传输断路器中的第一组开关361e，闭合发电机断路器360d，并开始切换变流器系统310以对由发电机320产生的电力进行整流和逆变以供应给电网330，而不是提升电池电容器620中的电荷水平。为了避免在谐波滤波器350中引起瞬态电流(或减少其大小)，预充电接触器360f中的第一组开关361f保持闭合，直到传输断路器360e中的第一组开关361e被闭合之后。通过传输线的两个路径(即通过传输断路器360e和通过预充电接触器360f)上的电阻差异导致在保持谐波滤波器350中的在从电网330对双电池600进行预充电期间建立的与电网330的同步的同时，电流绕开预充电电阻器390。
然后，方法800可以在PCTS 300进入正常操作时结束，其中发电机320经由变流器系统310向电网330提供电力，该变流器系统对电力进行整流和逆变，以供电网330消耗。控制器900可以继续控制电池中的开关630以影响整流和逆变，并继续控制断路器360；在正常操作开始后，可选地断开预充电接触器360f。
图9是根据一个或多个实施方式的控制器单元900的方框图。控制器单元900包括一个或多个计算机处理器910和存储器920(例如，存储器储存装置)。该一个或多个处理器910代表任何数量的处理元件，每个元件可以包括任何数量的处理核心。存储器920可以包括易失性存储器元件(诸如随机存取存储器)、非易失性存储器元件(诸如固态、磁性、光学或基于闪存的储存器)，以及其组合。此外，存储器920可以跨越不同的介质(如网络存储或外部硬盘)分布。
如图所示，该一个或多个处理器910与通信系统930通信耦合，以经由光缆、电线和/或无线电信号与各种传感器371、断路器/接触器360、开关630和其他与WTG 100、APS370和辅助变压器380等相关联的控制器单元900发送/接收通信。
存储器920可以包括多个用于执行本文所述的各种功能的“模块”。在一个实施方式中，每个模块包括可以由一个或多个处理器910执行的程序代码。然而，其他实施方式可以包括部分或全部以硬件(即电路)或固件实施的模块。存储器920包括预充电控制逻辑940，其在使谐波滤波器350与电网330同步的同时，使控制器单元900能够对电池电容器620进行充电，如本文所述。在一些实施方式中，预充电控制逻辑940预装有各种控制方案的设定点和阈值，诸如通过举例结合图8描述的。
在前文中，提到了本公开中提出的实施方式。然而，本公开的范围并不限于具体描述的实施方式。相反，上面提供的特征和元素的任何组合，无论是否与不同的实施方式有关，都被考虑用来实现和实施所考虑的实施方式。此外，尽管本文公开的实施方式可以实现比其他可能的解决方案或比现有技术的优势，但特定的优势是否由给定的实施方式实现并不限制本公开的范围。因此，本文所描述的方面、特征、实施方式和优点仅仅是说明性的，不被视为所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确提及。
正如本领域技术人员所理解的那样，本文所公开的实施方式可以体现为系统、方法或计算机程序制品。因此，各方面可以采取完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施方式的形式，这些方面在这里都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的其上具有计算机可读程序代码的计算机程序制品的形式。
本发明可以是一个系统，一种方法，和/或一种计算机程序制品。计算机程序制品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或媒介)(例如，便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁性存储设备或上述的任何合适组合)，用于使处理器执行本发明的各个方面。
参照根据本公开提出的实施方式的方法、装置(系统)和计算机程序制品的流程图说明和/或方框图来描述本公开的各方面。可以理解的是，流程图说明和/或方框图中的每个区块，以及流程图说明和/或方框图中的区块的组合，都可以通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，从而使通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实施流程图和/或方框图中的一个或多个区块所规定的功能/行为的手段。
图中的流程图和方框图展示根据各种实施例的系统、方法和计算机程序制品的可能实现的结构、功能和操作。在这方面，流程图或方框图中的每个区块可以代表代码的模块、段或部分，它包括一个或多个用于实现指定逻辑功能的可执行指令。还应注意的是，在一些替代性的实施方式中，在区块中指出的功能可能不按图中指出的顺序出现。例如，连续显示的两个区块实际上可能基本上是同时执行的，或者这些区块有时可能以相反的顺序执行，这取决于所涉功能。还要指出的是，方框图和/或流程图说明中的每个区块，以及方框图和/或流程图说明中的区块的组合，可以由基于特殊用途的硬件系统来执行指定的功能或行为，或特殊用途硬件和计算机指令的组合来实现。
鉴于上述情况，本公开的范围是由后面的权利要求书确定的。

Claims (14)

1.一种方法，包括：
初始化(810)接触器(360)，以将电网(330)连接至谐波滤波器(350)和模块化多电平变流器(MMC)(400)，其中MMC设置在电网与发电机(320)之间，谐波滤波器设置在电网与MMC之间，其中初始化接触器包括：
断开设置在第一路径上的传输断路器(360e)，其中传输断路器设置在电网与MMC之间，以及
闭合设置在第二路径上的预充电接触器(360f)，其中预充电接触器设置在电网与MMC之间，其中第二路径与第一路径平行并且包括一组预充电电阻器(390)；
通过第二路径将电网连接(820)至MMC和谐波滤波器；
在未被驱动阶段中对MMC中的电池电容器(620)进行预充电(830)；
响应于电池电容器的电池电压满足驱动阈值，在被驱动阶段中对电池电容器进行预充电(840)；以及
响应于电池电压满足电荷阈值，在传输断路器和预充电接触器闭合的同时，通过经由发电机断路器(360d)将发电机连接至MMC，完成(850)预充电；
其中，驱动阈值基于电网电压的峰值相到相电压除以设置在MMC的给定相上的电池电容器的数量。
2.根据权利要求1的方法，其中被驱动阶段采用相对于前一时间将在给定时间被绕开的电池电容器的数量迭代地增加一个的渐进式驱动方案，以提升未被绕开的电池电容器中的电荷水平。
3.根据权利要求1的方法，其中被驱动阶段采用相对于前一时间将在给定时间被绕开的电池电容器的数量指数式地增加的减半式驱动方案，以提升未被绕开的电池电容器中的电荷水平。
4.根据权利要求1、2或3的方法，进一步包括：
连接发电机之后，断开预充电接触器。
5.根据权利要求1、2、3或4的方法，其中预充电电阻器的电阻基于谐波滤波器在电网的电网频率下的阻抗来选择。
6.根据权利要求1、2、3、4或5的方法，其中被驱动阶段将MMC中的给定双电池(600)置于操作模式中，所述操作模式包括：
自然阻断模式，用于对给定双电池中的第一电池电容器(620a)和第二电池电容器(620b)进行充电；
第一强制绕开模式，用于对第一电池电容器进行充电并且绕开第二电池电容器；
第二强制绕开模式，用于对第二电池电容器进行充电并且绕开第一电池电容器；以及
第三强制绕开模式，用于绕开第一电池电容器和第二电池电容器。
7.一种电力转换和传输系统(300)，包括：
电网断路器(330a)，其设置成选择性地将电网(330)与电力转换和传输系统连接；
模块化多电平变流器(MMC)(400)，其包括多个电池，每个电池包括电池开关(630)和电池电容器(620)；
发电机断路器(360d)，其设置成选择性地将发电机(320)与MMC的机器侧变流器(410)连接；
谐波滤波器(350)，其连接至与MMC的线路侧变流器(420)连接的传输线(301)，其中传输线在传输断路器(360e)闭合时限定第一路径，在预充电接触器(360f)闭合时限定第二路径，其中第一路径将电网断路器与谐波滤波器和线路侧变流器连接，其中第二路径将电网断路器与谐波滤波器和线路侧变流器通过预充电电阻器(390)连接，并且其中第一路径平行于第二路径并绕开预充电电阻器；以及
控制器(900)，其配置为通过以下方式对电池电容器进行预充电并使谐波滤波器与电网同步：
响应于电池电容器中的电池电压满足驱动阈值，驱动电池开关进入强制绕开模式中，以将电池电压提升至电荷阈值；以及
响应于电池电容器中的电池电压满足电荷阈值，在预充电接触器闭合的同时：闭合传输断路器，并闭合发电机断路器，
驱动阈值基于电网电压的峰值相到相电压除以设置在MMC的给定相上的电池电容器的数量。
8.根据权利要求7的系统，其中所述多个电池中的每个电池是包括两个电池电容器和四个电池开关的双电池(600)。
9.根据权利要求7或8的系统，其中控制器进一步配置为在闭合发电机断路器之后断开预充电接触器。
10.根据权利要求7、8或9的系统，其中强制绕开模式绕开被包括在电池中的至少一个电池电容器，以跨越电池电容器的子集施加来自电网的整流电压。
11.根据权利要求7、8、9或10的系统，其中控制器进一步配置为响应于电池电容器中的电池电压满足电荷而停止提升电池电压，并将电池置于预计对从发电机供应的电力进行逆变和整流以提供给电网的操作模式中。
12.根据权利要求7、8、9、10或11的系统，其中预充电电阻器的电阻配置为在电网的电网频率下小于谐波滤波器阻抗的10％。
13.权利要求7、8、9、10、11或12的系统，进一步配置为用于三相电力传输。
14.一种用于电力转换和传输系统的控制器单元(900)，包括：
处理器(910)；以及
存储器(920)，其包括预充电控制逻辑(940)，当由处理器执行时，所述预充电控制逻辑使控制器单元能够执行以下操作，包括：
初始化断路器(360)以将电网(330)连接至谐波滤波器(350)和变流器系统(310)，其中初始化断路器包括：
断开设置在第一路径上的传输断路器(360e)，其中传输断路器设置在电网与变流器系统之间；以及
闭合设置在第二路径上的预充电接触器(360f)，其中预充电接触器设置在电网与变流器系统之间，其中第二路径包括一组预充电电阻器(390)，其中第二路径平行于绕开该组预充电电阻器的第一路径；
通过第二路径将电网连接至变流器系统和谐波滤波器；
通过一系列迭代中选择性地对变流器系统中的电池电容器(620)进行充电，直到达到电荷阈值，其中该系列迭代中的每个迭代在给定时间对电池电容器的与该系列迭代中的更早迭代相比更小的子集进行充电，而每个电池电容器被充电到与更早迭代相比更高的电池电压；以及
闭合传输断路器，并在让预充电接触器闭合的同时，经由发电机断路器(360d)将发电机(320)连接至变流器系统。
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