本發(fā)明涉及電力電子器件，尤其涉及一種模塊化直流變壓器的預(yù)充電方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、模塊化直流變壓器，又稱為模塊化多電平直流變壓器（以下簡(jiǎn)稱mmdct），其結(jié)合了模塊化多電平變換器（mmc）和雙向dc-dc變換器的優(yōu)點(diǎn)，能承受高電壓，且能夠?qū)崿F(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。其中，hybrid?dual?buck-mmdct(hdb-mmdct)作為新型的mmdct結(jié)構(gòu)，具有變比靈活的特點(diǎn)，在直流系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2、作為直流系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)，mmdct的啟動(dòng)控制是多電壓等級(jí)直流組網(wǎng)工程應(yīng)用中必然面臨且亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。其中，mmdct啟動(dòng)控制的目的是使直流變壓器內(nèi)部直流母線電容電壓快速上升到額定電壓，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)電壓和過(guò)電流現(xiàn)象。因此，mmdct的啟動(dòng)需要滿足額定直流電壓建立的目標(biāo)，即滿足電容器額定電壓的建立，而建立的過(guò)程即為mmdct的預(yù)充電過(guò)程。然而在實(shí)際分析中，通常假定mmdct的電容電壓已經(jīng)預(yù)充到一定值，但是該環(huán)節(jié)若控制不當(dāng)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)流和過(guò)壓，影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行，危害設(shè)備及人身安全。因此，有必要研究模塊化直流變壓器mmdct（尤其是hdb-mmdct）的預(yù)充電控制。

3、基于mmdct拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，mmdct的預(yù)充電控制實(shí)質(zhì)為子模塊內(nèi)電容的預(yù)充電控制。而mmdct的電容分散于各子模塊中，相較于兩電平拓?fù)?，其電容充電?dòng)態(tài)過(guò)程較為復(fù)雜。對(duì)于模塊化直流變壓器，啟動(dòng)的方法一般有兩類：他勵(lì)啟動(dòng)和自勵(lì)啟動(dòng)。他勵(lì)啟動(dòng)是指借助輔助電源對(duì)子模塊電容進(jìn)行充電，這種啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單，但需要大量的輔助電源，當(dāng)子模塊數(shù)達(dá)到上百個(gè)甚至更多時(shí)，成本非常高，不適合用于高壓大功率場(chǎng)合。因此，在高壓大功率的柔性直流輸電系統(tǒng)中，通常采用自勵(lì)啟動(dòng)方式對(duì)子模塊電容進(jìn)行充電。然而現(xiàn)有的自勵(lì)啟動(dòng)方式難以避免啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電流現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)充電的安全性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種模塊化直流變壓器的預(yù)充電方法及其裝置，用于解決現(xiàn)有的模塊化直流變壓器預(yù)充電方法存在的安全性差的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明一方面提供了一種模塊化直流變壓器的預(yù)充電方法，所述模塊化直流變壓器包括連接的預(yù)充電電阻、充電控制開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能支路；所述儲(chǔ)能支路包括多個(gè)半橋子模塊；所述預(yù)充電方法包括：

3、響應(yīng)不控充電指令，接入所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，使所述儲(chǔ)能支路處于不控充電狀態(tài)；

4、當(dāng)所述儲(chǔ)能支路的充電電流衰減為零時(shí)，切除所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，并執(zhí)行受控充電操作，直至各所述半橋子模塊的電容電壓均處于預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)；

5、所述受控充電操作包括：

6、輪換投切各所述半橋子模塊；

7、獲取并分別根據(jù)各所述半橋子模塊的均衡電壓差，生成各調(diào)制信號(hào)，將各所述調(diào)制信號(hào)輸入所述半橋子模塊中。

8、可選地，所述儲(chǔ)能支路包括第一儲(chǔ)能橋臂和第二儲(chǔ)能橋臂；所述充電控制開(kāi)關(guān)包括第一晶閘管閥和第二晶閘管閥；

9、所述第一儲(chǔ)能橋臂和所述第一晶閘管閥串聯(lián)，構(gòu)成第一充電支路；

10、所述第二儲(chǔ)能橋臂和所述第二晶閘管閥串聯(lián)，構(gòu)成第二充電支路；

11、所述第一充電支路和所述第二充電支路并聯(lián)；

12、所述預(yù)充電電阻通過(guò)輸入直流電容，分別與所述第一充電支路、所述第二充電支路連接；

13、所述第一儲(chǔ)能橋臂和所述第二儲(chǔ)能橋臂均設(shè)置有n個(gè)半橋子模塊，其中，n不小于1。

14、可選地，所述輪換投切各所述半橋子模塊包括：

15、在每一個(gè)儲(chǔ)能橋臂中，對(duì)所有所述半橋子模塊進(jìn)行排序，依次以每個(gè)半橋子模塊作為起點(diǎn)，從n個(gè)所述半橋子模塊中，按順序提取m個(gè)半橋子模塊形成有效模塊組；

16、生成多個(gè)控制周期，依次投切每個(gè)所述控制周期對(duì)應(yīng)的有效模塊組。

17、可選地，各個(gè)所述半橋子模塊的均衡電壓差的獲取步驟包括：

18、獲取比例環(huán)節(jié)增益系數(shù)、所述半橋子模塊的電容電壓、所述儲(chǔ)能支路的電容電壓平均值；

19、將所述半橋子模塊的電容電壓減去所述電容電壓平均值，得到差值；

20、將所述差值乘以所述比例環(huán)節(jié)增益系數(shù)，得到所述均衡電壓差。

21、可選地，所述預(yù)充電電阻的兩端并聯(lián)預(yù)充電開(kāi)關(guān)；

22、所述接入所述預(yù)充電電阻包括：

23、斷開(kāi)所述預(yù)充電開(kāi)關(guān)；

24、所述切除所述預(yù)充電電阻包括：

25、閉合所述預(yù)充電開(kāi)關(guān)。

26、可選地，所述模塊化直流變壓器還包括第一二極管閥；

27、所述第一二極管閥的陽(yáng)極與所述預(yù)充電電阻連接；

28、所述第一二極管閥的陰極分別與所述第一充電支路、所述第二充電支路連接。

29、可選地，所述模塊化直流變壓器還包括第三晶閘管閥；

30、所述第三晶閘管閥的陽(yáng)極，連接于所述第一儲(chǔ)能橋臂和所述第一晶閘管閥之間連接處；

31、所述第三晶閘管閥的陰極，連接于所述第二儲(chǔ)能橋臂和所述第二晶閘管閥的連接處。

32、可選地，所述模塊化直流變壓器還包括：第二二極管閥；

33、所述第二二極管閥的陽(yáng)極，分別與所述第一二極管閥的陰極、所述第一充電支路、所述第二充電支路連接；

34、所述第二二極管閥的陰極，用于連接所述模塊化直流變壓器的輸出側(cè)。

35、可選地，所述模塊化直流變壓器還包括輸出直流電容；

36、所述輸出直流電容的一端，與所述第二二極管閥的陰極連接；

37、所述輸出直流電容的另一端，分別與所述第一充電支路、所述第二充電支路、所述輸入直流電容連接。

38、本發(fā)明另一方面提供了一種模塊化直流變壓器的預(yù)充電裝置，所述模塊化直流變壓器包括連接的預(yù)充電電阻、充電控制開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能支路；所述儲(chǔ)能支路包括多個(gè)半橋子模塊；所述預(yù)充電裝置包括：

39、不控充電模塊，用于響應(yīng)不控充電指令，接入所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，使所述儲(chǔ)能支路處于不控充電狀態(tài)；

40、受控充電模塊，用于當(dāng)所述儲(chǔ)能支路的充電電流衰減為零時(shí)，切除所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，并執(zhí)行受控充電操作，直至各所述半橋子模塊的電容電壓均處于預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)；

41、所述受控充電操作包括：

42、輪換投切各所述半橋子模塊；

43、獲取并分別根據(jù)各所述半橋子模塊的均衡電壓差，生成各調(diào)制信號(hào)，將各所述調(diào)制信號(hào)輸入所述半橋子模塊中。

44、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

45、本發(fā)明提供了一種模塊化直流變壓器的預(yù)充電方法，應(yīng)用于模塊化直流變壓器，所述模塊化直流變壓器包括連接的預(yù)充電電阻、充電控制開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能支路；所述儲(chǔ)能支路包括多個(gè)半橋子模塊；所述預(yù)充電方法包括：響應(yīng)不控充電指令，接入所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，使所述儲(chǔ)能支路處于不控充電狀態(tài)；當(dāng)所述儲(chǔ)能支路的充電電流衰減為零時(shí)，切除所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，并執(zhí)行受控充電操作，直至各所述半橋子模塊的電容電壓均處于預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)；所述受控充電操作包括：輪換投切各所述半橋子模塊；獲取并分別根據(jù)各所述半橋子模塊的均衡電壓差，生成各調(diào)制信號(hào)，將各所述調(diào)制信號(hào)輸入至所述半橋子模塊中。

46、在本發(fā)明中，通過(guò)響應(yīng)不控充電指令，接入所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，使所述儲(chǔ)能支路處于不控充電狀態(tài)，從而在預(yù)充電電阻的限流作用下，既實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能支路的快速充電，同時(shí)避免過(guò)電壓的情況。并且，本發(fā)明中，當(dāng)所述儲(chǔ)能支路的充電電流衰減為零時(shí)，切除所述預(yù)充電電阻，導(dǎo)通所述充電控制開(kāi)關(guān)，并執(zhí)行受控充電操作，直至各所述半橋子模塊的電容電壓均處于預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)，并且在受控充電操作中，通過(guò)輪換投切各所述半橋子模塊，獲取并分別根據(jù)各所述半橋子模塊的均衡電壓差，生成各調(diào)制信號(hào)，將各所述調(diào)制信號(hào)輸入至所述半橋子模塊中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模塊化直流變壓器的半橋子模塊的電容電壓的精準(zhǔn)控制，在實(shí)現(xiàn)為半橋子模塊電容充電的同時(shí)，能夠有效抑制預(yù)充電過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)電流和過(guò)電壓，為正常工作狀態(tài)做好啟動(dòng)準(zhǔn)備，提升了模塊化直流變壓器啟動(dòng)的安全性，解決了現(xiàn)有的模塊化直流變壓器預(yù)充電方法存在的安全性差的技術(shù)問(wèn)題。