專利名稱：一種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
模塊化多電平矩陣變換器(ModularMultilevel Matrix Converter, MMMC 或M3C)拓?fù)洳捎眉壜?lián)式、模塊化、矩陣式結(jié)構(gòu)，無需功率器件直接串聯(lián)便可得到多電平的階梯電壓，具有較低的dU/dt和較低的電壓諧波含量，采用交-交變換技術(shù)，在中/高壓大容量變頻系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。如圖1所示為3x3型三相CM3C變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖中，三相輸入/輸出之間分別通過9個矩陣單元相連，每個矩陣單元由N個子模塊(Sub-modular, SM)和電感級聯(lián)而成,如圖1a所示,各子模塊SM為H橋結(jié)構(gòu),如圖1b所示，子模塊直流側(cè)并聯(lián)有相同的電容器C。公開號為CN102545644A的中國專利公開的《一種矩陣式交-交高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)》，提出一種具有三相稀疏矩陣結(jié)構(gòu)的M3C及3X2、2X3和2X2型M3C結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)正常運行時，上述M3C各子模塊電容電壓需要穩(wěn)定在其額定電壓附近，因此，在系統(tǒng)正常運行之前，必須對子模塊SM電容器C進(jìn)行預(yù)充電，使電容電壓達(dá)到或接近其額定電壓?，F(xiàn)有文獻(xiàn)公開的子模塊電容預(yù)充電方法都是針對模塊化多電平變換器(MMC)，如在《中國電機工程學(xué)報》2009年第29卷第30期1-6頁刊登的“新型多電平VSC子模塊電容參數(shù)與均壓策略”一文(作者丁冠軍等)提及了種簡要的利用輔助電源的它勵充電方式；如公開號為CN101795057A的中國專利公開的《無需輔助直流電源的二相模塊化多電平換流器起動方法》，提出一種在無需輔助直流電源的情況下，三相模塊化多電平換流器的自勵充電力法；如公開號為CN102170140A的中國專利公開的《一種模塊化多電平換流器柔性直流輸電系統(tǒng)的起動方法》，提出了一種用于柔性直流輸電的MMC起動方法。而這種MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種交-直-交變換器結(jié)構(gòu)，與M3C交-交變換器具有本質(zhì)區(qū)別，因此現(xiàn)有MMC電容預(yù)充電方法不適合于M3C系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)，解決了 M3C的電容預(yù)充電和M3C系統(tǒng)起動問題，它具有大大縮短電容預(yù)充電時間、降低限流電阻功率損耗和控制簡單的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:—種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)，它包括模塊化多電平矩陣變換器M3C,所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的輸入端依次與串聯(lián)起動限流電阻R、旁路開關(guān)Kl及斷路器K2和交流電源連接，所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的輸出端懸空。一種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)的分組預(yù)充電方法，具體步驟為:步驟一:將模塊化多電平矩陣變換器M3C中各矩陣單元中的H橋子模塊分為兩組，其中每個矩陣單元中的第一個H橋子模塊至第N/2個H橋子模塊分為第一組，當(dāng)N為奇數(shù)時采用四舍五入的方法進(jìn)行取整處理，將每個矩陣單元中的其余H橋子模塊分為第二組；步驟二:閉鎖所有H橋子模塊的開關(guān)管Sal、Sa2、Sbl和Sb2，斷開旁路開關(guān)K1，閉合交流電源和斷路器K2，系統(tǒng)首先進(jìn)入不控整流預(yù)充電階段；步驟三:當(dāng)電容充電使所有H橋子模塊SM開關(guān)管的控制電源工作正常后，轉(zhuǎn)入分組預(yù)充電階段；步驟四:通過控制觸發(fā)所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的兩組H橋子模塊的a、b橋臂的下開關(guān)管Sa2和Sb2，實現(xiàn)分組預(yù)充電；步驟五:閉合旁路開關(guān)Kl，對限流電阻R實施旁路，系統(tǒng)退出電容預(yù)充電狀態(tài)。所述預(yù)充電方法為:觸發(fā)所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的第二組H橋子模塊的下開關(guān)管Sa2和Sb2導(dǎo)通，觸發(fā)所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的第一組H橋子模塊的下開關(guān)管Sa2或者Sb2導(dǎo)通,系統(tǒng)對M3C的第一組H橋子模塊電容充電，當(dāng)M3C第一組H橋子模塊電容電壓達(dá)到其設(shè)定值時，第一組充電完畢，此時閉鎖模塊化多電平矩陣變換器M3C第二組H橋子模塊的下開關(guān)管Sb2或者Sa2，觸發(fā)模塊化多電平矩陣變換器M3C的第一組H橋子模塊的下開關(guān)管Sa2和Sb2導(dǎo)通，系統(tǒng)對模塊化多電平矩陣變換器M3C的第二組H橋子模塊電容充電，當(dāng)模塊化多電平矩陣變換器M3C第二組H橋子模塊電容電壓達(dá)到其設(shè)定值時，第二組也充電完畢，閉鎖模塊化多電平矩陣變換器M3C所有開關(guān)管，模塊化多電平矩陣變換器M3C的所有H橋子模塊電容預(yù)充電結(jié)束。所述步驟四中，對模塊化多電平矩陣變換器M3C中各組的電容充電順序能互換。本實用新型的有益效果:(I)采用分組預(yù)充電，不管變換器有幾相，也不管矩陣單元含有多少個H橋子模塊，對于模塊化多電平矩陣變換器M3C的H橋子模塊僅分為兩組，大大縮短了充電時間；(2)本實用新型方法，在限流電阻上電壓降遠(yuǎn)小于每次僅對單個子模塊充電時的電壓降，因此大大降低了限流電阻的功率；(3)不需要對充電電流方向進(jìn)行檢測，控制簡單；(4)不需要投入電容電壓閉環(huán)控制，實現(xiàn)方便； (5) H橋子模塊控制電源可由電容電壓高位取能供電，不需要外部控制電源。

圖1是3X3型模塊化多電平矩陣變換器M3C拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖1a是圖1的矩陣單元電路結(jié)構(gòu)圖；圖1b是圖1的H橋子模塊電路原理圖；圖2是本實用新型的模塊化多電平矩陣變換器M3C電容預(yù)充電H橋子模塊分組示意圖；圖3是本實用新型的模塊化多電平矩陣變換器M3C電容預(yù)充電主電路連接圖；圖4是本實用新型的電容分組預(yù)充電流程圖；圖5是本實用新型的電容分組預(yù)充電電壓曲線圖。其中，1.模塊化多電平矩陣變換器M3C, 2.模塊化多電平矩陣變換器M3C的矩陣單元，3.H橋子模塊，4.限流電阻R，5.旁路開關(guān)Kl，6.斷路器Κ2，7.交流電源。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，給出了一種3X 3模塊化多電平矩陣變換器M3C拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，其中，有9個矩陣單元，每個矩陣單元由N個H橋子模塊3SM與電抗器L串聯(lián)而成；圖1a給出了矩陣單元的結(jié)構(gòu)圖，圖1b給出了 H橋子模塊3的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，由a和b兩個橋臂組成，a橋臂由上/下兩個帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管(Sal和Sa2)串聯(lián)組成，b橋臂由上/下兩個帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管(Sbl和Sb2)串聯(lián)組成，a和b兩個橋臂并聯(lián)后再與電容器C并聯(lián)。如圖2所示，模塊化多電平矩陣變換器IM3C的H橋子模塊分組示意圖，其中，第一組H橋子模塊3為每個矩陣單元2的I至N/2號H橋子模塊3，余下的H橋子模塊3為第二組，N為偶數(shù)時，第一組和第二組H橋子模塊3數(shù)量相等，N為奇數(shù)時，每個矩陣單元2的第一組和第二組H橋子模塊3SM數(shù)量相差一個，N/2可以采用截尾或四舍五入進(jìn)行取整處理。圖3給出了本實用新型的模塊化多電平矩陣變換器IM3C主電路接線圖，其中，限流電阻4R起到電容預(yù)充電的限流作用，防止電容預(yù)充電過程對電網(wǎng)產(chǎn)生電流沖擊，旁路開關(guān)5K1實現(xiàn)預(yù)充電結(jié)束后對限流電阻IR實施旁路，旁路開關(guān)5K1與限流電阻4R并聯(lián)，與斷路器6K2串聯(lián)，串接在電源7與變換器IM3C的輸入之間，變換器IM3C的輸輸出懸空。圖4給出了是本實用新型的模塊化多電平矩陣變換器IM3C電容分組預(yù)充電方法流程圖。對模塊化多電平矩陣變換器IM3C電容預(yù)充電步驟具體實施如下:(I)閉鎖所有H橋子模塊3SM的開關(guān)管Sal、Sa2、Sbl和Sb2，斷開旁路開關(guān)5K1，閉合交流電源7和斷路器6K2，系統(tǒng)首先進(jìn)入不控整流預(yù)充電階段；(2 )當(dāng)電容充電使所有H橋子模塊3SM開關(guān)管的控制電源工作正常后，轉(zhuǎn)入分組預(yù)充電階段；(3)觸發(fā)所述模塊化多電平矩陣變換器IM3C的第二組H橋子模塊3SM的下開關(guān)管Sa2和Sb2導(dǎo)通，觸發(fā)所述模塊化多電平矩陣變換器IM3C的第一組H橋子模塊3SM的下開關(guān)管Sa2 (或者Sb2)導(dǎo)通，系統(tǒng)對變換器IM3C的第一組H橋子模塊3SM電容充電，當(dāng)變換器IM3C第一組H橋子模塊3SM電容電壓達(dá)到其設(shè)定值時，第一組充電完畢，此時閉鎖模塊化多電平矩陣變換器IM3C第二組H橋子模塊3SM的下開關(guān)管Sb2 (或者Sa2)，觸發(fā)模塊化多電平矩陣變換器IM3C的第一組H橋子模塊3SM的下開關(guān)管Sa2和Sb2導(dǎo)通，系統(tǒng)對模塊化多電平矩陣變換器IM3C的第二組H橋子模塊3SM電容充電，當(dāng)模塊化多電平矩陣變換器IM3C第二組H橋子模塊3SM電容電壓達(dá)到其設(shè)定值時，第二組也充電完畢，閉鎖模塊化多電平矩陣變換器IM3C所有開關(guān)管，模塊化多電平矩陣變換器IM3C的所有H橋子模塊3SM電容預(yù)充電結(jié)束。(4)閉合旁路開關(guān)5K1，對限流電阻4R實施旁路，系統(tǒng)退出電容預(yù)充電狀態(tài)。所述步驟(3)中，對模塊化多電平矩陣變換器IM3C中各組的電容充電順序能互換。圖5給出了是本實用新型的電容分組預(yù)充電方法的充電電壓波形圖。本實用新型的電容分組預(yù)充電方法不僅適用于3X3型模塊化多電平矩陣變換器M3C,也適用于mXn型模塊化多電平矩陣變換器M3C及稀疏矩陣型M3C。上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)，它包括模塊化多電平矩陣變換器M3C,其特征是，所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的輸入端依次與串聯(lián)起動限流電阻R、旁路開關(guān)Kl及斷路器K2和交流電源連接，所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的輸出端懸空。
專利摘要本實用新型涉及一種模塊化多電平矩陣變換器電容預(yù)充電系統(tǒng)，解決了M3C的電容預(yù)充電和M3C系統(tǒng)起動問題，它具有大大縮短電容預(yù)充電時間、降低限流電阻功率損耗和控制簡單的優(yōu)點。它包括模塊化多電平矩陣變換器M3C，所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的輸入端依次與串聯(lián)起動限流電阻R、旁路開關(guān)K1及斷路器K2和交流電源連接，所述模塊化多電平矩陣變換器M3C的輸出端懸空。
文檔編號H01M10/44GK202997660SQ201220715600
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者王廣柱 申請人:山東大學(xué)