[发明专利]一种背靠背MMC结构中逆变器的预充电控制方法

权利要求书

1.一种背靠背MMC结构中逆变器的预充电控制方法，其特征在于，其步骤为：

预充电控制方法分为两个阶段；在第一充电阶段，对MMC逆变器所有子模块电容充电；在第二充电阶段，首先投入每相n个子模块充电，切除剩余子模块；计算出首先投入子模块充电时间，根据时间节点将首先投入的子模块切除，对剩余子模块充电；MMC逆变器各相结构相同，以a相为例，流过a相桥臂电流为i_a＝I_d3；在充电过程中，MMC逆变器桥臂存在杂散电感L_s，包括桥臂电感，充电电流的突变会产生过电压；在部分充电时间段内，充电电流变化产生的过电压ΔU＝L_sdi_a/dt，为保证充电系统的安全，将ΔU控制在10％U_dc以内，U_dc为背靠背MMC稳定运行时直流母线电压；在安全充电的同时使得充电时间最短，充电电流变化速率k＝10％U_dc/L_s；在第一充电阶段分为三个步骤：

步骤一：在0-t₁时间段内，控制充电电流：

I_d＝kt(0≤t≤t₁) (公式一)

式中t₁为第一充电阶段I_d上升至I_m时刻，I_m为功率器件所能承受的最大电流；计算得：

步骤二：在t₁-t₂时间段内，以最大电流I_m对电容充电，t₂为第一充电阶段I_d从I_m开始下降时刻；

步骤三：在t₂-t₃时间段内，I_d为：

I_d＝-k(t₃-t)(t₂≤t≤t₃) (公式三)

式中t₃为第一充电阶段结束时刻；第一充电阶段结束时，子模块电容电压为u₁＝U_dc/2n；

在第一充电阶段，子模块电容电压为：

计算得：

在t₃时刻进入第二充电阶段，第二充电阶段分为以下步骤：

步骤一：第二充电阶段，需要控制IGBT的通断状态，首先每相投入n个子模块，切除剩余子模块；在t₃时刻I_d为0，在延迟Δt_d后开始控制电流变化，Δt_d应大于IGBT的开关时间；

步骤二：在t₄时刻开始对首先投入的子模块电容充电，由公式六可知：

在t₄-t₅时间段内，t₅为I_d上升至I_m时刻，充电电流变化为：

I_d＝k(t-t₄)(t₄≤t≤t₅) (公式八)

由公式七、八可得：

步骤三：在t₅-t₆时间段内，以最大电流I_m对电容充电，t₆为I_d从I_m开始下降时刻；

步骤四：在t₆-t₇时间段内，I_d为：

I_d＝-k(t₇-t)(t₆≤t≤t₇) (公式十)

式中t₇为首先投入的子模块充电结束时刻；在第二充电阶段，首先投入子模块电容电压达到U_C＝U_dc/n,首先投入充电子模块电容电压变化为：

计算得：

步骤五：在t₇时刻首先投入的子模块电容电压达到U_C，此时I_d为0，在Δt_d内把首先投入的子模块切除，将剩余的子模块投入充电状态；

步骤六：在t₈时刻开始对剩余子模块电容充电，可得

在t₈-t₉时间段内，t₉为I_d上升至I_m时刻，充电电流变化为：

I_d＝k(t-t₈)(t₈≤t≤t₉) (公式十五)

计算得：

步骤七：在t₉-t₁₀时间段内，以最大电流I_m对电容充电，t₁₀为I_d从I_m开始下降时刻；

步骤八：在t₁₀-t₁₁时间段内，I_d为：

I_d＝-k(t₁₁-t)(t₁₀≤t≤t₁₁) (公式十七)

式中t₁₁为剩余投入的子模块充电结束时刻；在第二充电阶段，剩余投入子模块电容电压达到U_C，剩余充电子模块电容电压变化为：

计算得：

在t₁₁时刻，保证安全充电的同时，所有子模块电容电压以最短的时间达到U_C，此时整个预充电过程结束。