模块化多电平换流器的充电的制作方法

本公开涉及模块化多电平换流器(mmc)。特别地，本公开涉及在连接到电网之前对这些mmc的(预)充电。

背景技术：

1、模块化多电平换流器(mmc)包括各种半导体器件(例如igbt或其他开关器件)以及用于控制这些半导体器件的电子控制设备。为了给电子控制设备供电，通常从mmc的换流阀的换流单元中的电容器获取能量。结果，在电子控制设备可以承担对半导体器件和换流器的控制之前，以及在换流器可以在连接到电网的情况下开始按预期操作之前，电容器必须被充电到足够的充电电平。

2、电容器的(预)充电可以通过从例如电网(变流器连接到或将要连接到该电网)本身的电源或从辅助电力供应装置(例如发电机，在电网不可用于充电的情况下)提供电力来实现。为了防止电容器充电期间的高浪涌电流，换流阀可以通过充电电阻器连接到电源。为了减少损耗，这种电阻器通常与隔离开关配对，以使得一旦充电完成，电阻器可以被旁路。

3、在电容器的充电期间，换流器通常以阻断模式操作，其中换流单元中的所有半导体器件(或开关)被打开，以使得电流仅可以通过换流单元的伴随的续流二极管。这样的被动充电过程通常是缓慢的，并且可能的情况是，一旦充电完成，电容器电压仍然不够高以使得可以使用低成本隔离器来旁路电阻器。因此，在电阻器可以被旁路之前，需要电容器电压的后续升压。

技术实现思路

1、因此，本公开的目标是提供一种对模块化多电平换流器(mmc)进行预充电的方法，在这种方法中，可以以最小的代价实现电容器电压的提升。

2、为了实现这一目标，本公开提供了一种如独立权利要求所限定的一种对mmc进行预充电的方法、mmc装置和换流站。在从属权利要求中提供了进一步的实施例。

3、根据本公开的第一方面，提供了一种对模块化多电平换流器mmc进行预充电的方法。根据本公开的第二方面，提供了一种mmc布置。根据第三方面，提供了一种包括至少一个所述mmc的换流站。

4、在本公开的所有方面中，mmc包括至少一个换流阀。所述至少一个换流阀包括多个换流单元，每个所述换流单元包括电容器。mmc还包括阀控制单元。所述阀控制单元被配置为在mmc经由正常的第一电流流动路径连接到电网的正常运行阶段期间，至少调制换流器以合成至少近似于电压参考的电压波形。mmc可以例如运作以在例如ac电网和dc电网之间传输功率(即作为逆变器和/或整流器运作)。在其他实施例中，mmc可以例如是或形成statcom的一部分(statcom向例如ac电网提供无功功率)，或者可以被配置为执行mmc通常适合的其他任务。

5、mmc本身或mmc形成其一部分的布置可进一步包括控制装置。所述控制装置可被配置为使mmc和/或该布置执行现在将描述的方法。

6、该方法可包括中断mmc与电网之间的正常(第一)电流流动路径。这可以例如通过使用连接/断开装置来实现，所述连接/断开装置包括在mmc内和/或该布置内，并且被配置为选择性地关闭和中断mmc与电网之间的正常电流流动路径。至少在所述正常电流流动路径被中断的情况下，连接/断开装置可以在mmc和电源之间提供替代的第二电流流动路径。电源可以例如具有等于或低于电网的峰值电压幅值的峰值电压幅值，这将允许例如使用辅助发电机，即使该发电机的额定峰值电压幅值小于电网本身的额定峰值电压幅值。

7、该方法可进一步包括经由所述替代(第二)电流流动路径将所述换流阀的换流单元中的所述电容器预充电至第一电压电平。第一电压电平的幅值可以低于所述电网的峰值电压幅值。然而，该预充电可以为换流单元电容器提供足够的充电水平，以便为mmc中的各种控制设备(例如，阀控制单元)供电。不预充电超过第一电压电平幅值可以避免在激活例如阀控制单元之前必须等待更长的时间，和/或避免需要具有较大电压输出(即，等于或甚至大于电网的幅值)的电源。

8、在达到所述第一电压电平后，该方法可包括将所述电压参考设置为具有低于所述电源的峰值电压幅值的幅值的有限电压，并且由此使用所述阀控制单元，将所述换流阀的换流单元中的所述电容器升压至第二电压电平。第二电压电平的幅值可以至少等于或高于电网的峰值电压幅值。

9、在达到所述第二电压电平幅值后，该方法可包括通过闭合所述mmc与所述电网之间的所述正常电流流动路径来恢复所述正常运行阶段。

10、如本文稍后将更详细地描述的，使用阀控制单元来升压换流单元电容器可以将其电压电平至少增加到电网的电压电平。然后，由于mmc和电网两者处于大致相同的电压电平，mmc可以重新连接到电网，同时避免大的浪涌电流和/或在打开/闭合具有大电压差的两个端子之间的电流路径的情况下通常面临的其他问题。通过使用现有的阀控制单元，可以实现电容器的升压，而不需要额外的设备，并且只需很少的实施工作。同样，使用已经实现的控制算法，即用于在正常运行阶段期间调制换流器的控制算法，避免了对专门用于升压换流单元电容器的特殊的、更复杂的算法的需要。

11、在一些实施例中，电压参考设置到的有限电压可以是电源的峰值电压幅值的大约80％或更小。在电容器升压期间提供的“升压电流”可以以如下方式对应于所选的电压参考，即较低(但仍有限)的电压参考导致较高的升压电流，反之亦然。较高的升压电流可以减少电容器达到其期望的充电水平(即，达到期望的第二电压电平)所需的时间。将电压参考设置为电源的峰值电压幅值的约80％可以在升压速度和电流处理能力之间提供期望的折衷。

12、在一些实施例中，所述电压参考可以例如为正弦波，并且所述有限电压可以为该正弦波的幅值。

13、在一些实施例中，所述电源可以是电网本身和/或辅助电力供应装置，例如电压发生器或类似物。如本文前面提到的，电源可以提供足够的能量来启动mmc内的半导体(例如，一个或多个igbt或类似物)的控制设备(例如，阀控制单元)。可以设想到，电源可以例如是ac电源(诸如ac电网或辅助ac发电机)，或者电源可以例如是dc电源(诸如辅助dc发电机)。

14、在一些实施例中，可以在所述替代电流流动路径中提供限流电阻器。在连接到电源(例如电网和/或辅助电力供应装置)的情况下，这种限流电阻器可以例如帮助避免大的涌入/涌出电流通过替代电流流动路径。

15、在一些实施例中，可以提供隔离器、开关或断路器，以中断所述正常电流流动路径。还可以设想，相同的隔离器、开关或断路器可以用于闭合所述正常电流流动路径，并且一旦主电流流动路径已经再次闭合，则还可以用于旁路或者甚至中断替代电流流动路径(以便恢复mmc的正常运行阶段/状态)。由于主电流流动路径仅在mmc和电网处的电压电势大致相同时才再次闭合，所以可以降低隔离器、开关或断路器的要求，并且从而也可以降低其成本和/或尺寸。

16、在一些实施例中，在所述电容器的升压之前(例如使用mmc包括的控制装置)阻断所述至少一个换流阀。

17、本公开涉及权利要求中所述特征的所有可能组合。本文中参考第一方面的方法所描述的对象和特征可以与本文中参考第二方面的mmc和/或第三方面的换流站所描述的对象和特征组合或由其替换，反之亦然。

18、下面将借助于示例性实施例来描述本公开的各种实施例的进一步的目的和优点。