[实用新型]一种模块化多电平矩阵变换器电容预充电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模块化多电平矩阵变换器电容预充电系统。

背景技术

模块化多电平矩阵变换器（Modular Multilevel Matrix Converter,MMMC或M³C）拓扑采用级联式、模块化、矩阵式结构，无需功率器件直接串联便可得到多电平的阶梯电压，具有较低的dU/dt和较低的电压谐波含量，采用交-交变换技术，在中/高压大容量变频系统中具有广阔的应用前景。如图1所示为3x3型三相CM³C变换器拓扑结构，图中，三相输入/输出之间分别通过9个矩阵单元相连，每个矩阵单元由N个子模块（Sub-modular,SM）和电感级联而成，如图1a所示，各子模块SM为H桥结构，如图1b所示，子模块直流侧并联有相同的电容器C。公开号为CN102545644A的中国专利公开的《一种矩阵式交-交高压变频器拓扑结构》，提出一种具有三相稀疏矩阵结构的M³C及3×2、2×3和2×2型M³C结构。

在系统正常运行时，上述M³C各子模块电容电压需要稳定在其额定电压附近，因此，在系统正常运行之前，必须对子模块SM电容器C进行预充电，使电容电压达到或接近其额定电压。

现有文献公开的子模块电容预充电方法都是针对模块化多电平变换器（MMC），如在《中国电机工程学报》2009年第29卷第30期1-6页刊登的“新型多电平VSC子模块电容参数与均压策略”一文（作者丁冠军等）提及了种简要的利用辅助电源的它励充电方式；如公开号为CN101795057A的中国专利公开的《无需辅助直流电源的二相模块化多电平换流器起动方法》，提出一种在无需辅助直流电源的情况下，三相模块化多电平换流器的自励充电力法；如公开号为CN102170140A的中国专利公开的《一种模块化多电平换流器柔性直流输电系统的起动方法》，提出了一种用于柔性直流输电的MMC起动方法。而这种MMC拓扑结构是一种交-直-交变换器结构，与M³C交-交变换器具有本质区别，因此现有MMC电容预充电方法不适合于M³C系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种模块化多电平矩阵变换器电容预充电系统，解决了M³C的电容预充电和M³C系统起动问题，它具有大大缩短电容预充电时间、降低限流电阻功率损耗和控制简单的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模块化多电平矩阵变换器电容预充电系统，它包括模块化多电平矩阵变换器M³C，所述模块化多电平矩阵变换器M³C的输入端依次与串联起动限流电阻R、旁路开关K1及断路器K2和交流电源连接，所述模块化多电平矩阵变换器M³C的输出端悬空。

一种模块化多电平矩阵变换器电容预充电系统的分组预充电方法，具体步骤为：

步骤一：将模块化多电平矩阵变换器M³C中各矩阵单元中的H桥子模块分为两组，其中每个矩阵单元中的第一个H桥子模块至第N/2个H桥子模块分为第一组，当N为奇数时采用四舍五入的方法进行取整处理，将每个矩阵单元中的其余H桥子模块分为第二组；

步骤二：闭锁所有H桥子模块的开关管Sa1、Sa2、Sb1和Sb2，断开旁路开关K1，闭合交流电源和断路器K2，系统首先进入不控整流预充电阶段；

步骤三：当电容充电使所有H桥子模块SM开关管的控制电源工作正常后，转入分组预充电阶段；

步骤四：通过控制触发所述模块化多电平矩阵变换器M³C的两组H桥子模块的a、b桥臂的下开关管Sa2和Sb2，实现分组预充电；

步骤五：闭合旁路开关K1，对限流电阻R实施旁路，系统退出电容预充电状态。