M3C换流器桥臂非侵入式预充电方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及海上风电换流站运行控制，尤其涉及一种m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、m3c（modular multilevel matrix converter，模块化多电平矩阵式换流器）是基于mmc（modular multilevel converter，模块化多电平变换器）技术，具有高电能质量、高可靠性、高可控性和易拓展性等一系列技术优势，被广泛认为是下一代的高电压大功率ac/ac（交流变交流）变换器在分频输电系统中有着广阔的应用前景。由于m3c换流器的功率模块单元由全桥子模块与直流电容构成，因此在正常运行前，需要对子模块中的直流电容进行充电，这也被称为预充电过程。预充电过程作为m3c换流器运行前的重要部分，其对换流器的运维检测方面有着重要意义。

2、近年来，国内外学者对mmc预充电方法进行了相关研究，根据igbt（insulatedgate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管）状态是否可控，充电阶段可分为不可控充电阶段与可控充电阶段。在充电进入可控阶段时，一些研究采用直接解锁双闭环控制，这时子模块数将会突降直接造成直流母线电压侧电压跌落的问题，同时充电回路会产生较大冲击电流损坏设备。而且这种单纯的对子模块定时间或定频率的投切方式，对相间电压均压、直流电压等方面的控制也相对较弱，在充电后期易出现桥臂子模块电容电压无法充至额定值、充电时间较长等问题。

3、有学者通过采用串联限幅电阻的方式来达到抑制冲击电流的目的，虽取得一定抑制效果，但电阻取值应根据实际工况选取，取值难度大，也有学者利用网侧电压对子模块电容进行充电，解锁控制时采用双闭环矢量逻辑控制策略，虽解决了换流站子模块充电问题，但是子模块充电不均衡，且易出现故障现象。因此，需对工频侧和低频侧充电过程进行深入研究。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法、装置、设备及介质，从而有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，包括如下步骤：

3、获取待充电桥臂子模块额定参数和交流源电压等级；

4、根据所述额定参数和交流源电压等级，计算单批次进行预充电的子模块个数；

5、根据所述额定参数、交流源电压等级和单批次进行预充电的子模块个数，构建桥臂预充电等效电路，以限制最大充电电流为目标，计算缓冲限流电阻；

6、搭建预充电电路，当电源接通时，先进行桥臂不控充电过程，将桥臂所有子模块处于闭锁状态；

7、当检测到所有子模块电容电压之和达到可控充电触发阈值，进入可控充电阶段，将桥臂子模块分组，当充电组别的子模块电容电压达到额定值进行更换待充电组别，依次触发待充电组子模块闭锁，其他子模块零投入，所述零投入为其他子模块都处于非投入状态；

8、当检测到所有子模块电容电压均达到额定值，触发所有桥臂子模块闭锁，完成桥臂子模块预充电过程。

9、进一步地，所述单批次进行预充电的子模块个数包括：

10、式中，为交流源额定线电压，为子模块电容额定电压。

11、进一步地，所述最大充电电流限制包括：

12、计算得到缓冲限流电阻约束包括：

13、式中，为交流侧线电压峰值；，为限流电阻；等效电抗为，等效电感 ，等效电容为充电电流允许的最大值。

14、进一步地，所述进入可控充电阶段判断阈值包括：

15、式中，为单批次进行预充电的子模块个数；为子模块电容额定电压。

16、进一步地，所述将桥臂子模块分组时，包括如下约束：

17、式中，可控充电过程每个充电组允许的最大子模块个数；为交流源额定线电压；为子模块电容额定电压；mod为求余函数；为单批次进行预充电的子模块个数。

18、进一步地，触发所述子模块状态包括：

19、闭锁状态：s1、s2、s3和s4处于关断状态；

20、零投入状态：s1和s3处于导通状态，s2和s4处于关断状态；或者s1和s3处于关断状态，s2和s4处于导通状态；

21、其中，s1-s4代表桥臂子模块四个igbt。

22、进一步地，所述的桥臂子模块预充电过程完成后，获取桥臂所有子模块电容电压信号，判断所有子模块电容电压是否达到额定电压；若是，则断开交流电压源，且触发所有桥臂子模块闭锁。

23、本发明还包括一种m3c换流器桥臂非侵入式预充电装置，使用如上述的方法，包括：

24、获取模块，所述获取模块用于获取待充电桥臂子模块额定参数和交流源电压等级；

25、子模块个数计算模块，所述子模块个数计算模块用于根据所述额定参数和交流源电压等级，计算单批次进行预充电的子模块个数；

26、缓冲限流电阻模块，所述缓冲限流电阻模块用于根据所述额定参数、交流源电压等级和单批次进行预充电的子模块个数，构建桥臂预充电等效电路，以限制最大充电电流为目标，计算缓冲限流电阻；

27、检测模块，所述检测模块用于检测子模块的电容电压；

28、桥臂控制系统模块，所述桥臂控制系统模块用于根据检测到的子模块电容电压，控制触发子模块的状态。

29、本发明还包括一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。

30、本发明还包括一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。

31、本发明的有益效果为：本发明通过首先获取待充电桥臂子模块额定参数和交流源电压等级，计算单批次进行预充电的子模块个数和预充电缓冲限流电阻；将m3c桥臂预充电过程分为两个阶段，通过m3c换流器的控制系统参与桥臂的预充电过程，控制子模块状态，实现低电源电压m3c桥臂预充电，桥臂子模块电容电压阶梯性提升，解决了桥臂直接预充电充电电压过高、子模块电容电压难以达到额定值的问题，同时整个预充电过程为批量非侵入式，不改变桥臂电路结构，提高了桥臂预充电过程的效率。

技术特征：

1.一种m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，所述单批次进行预充电的子模块个数包括：

3.根据权利要求1所述的m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，所述最大充电电流imax限制包括：

4.根据权利要求1所述的m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，所述进入可控充电阶段判断阈值包括：

5.根据权利要求1所述的m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，所述将桥臂子模块分组时，包括如下约束：

6.根据权利要求1所述的m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，触发所述子模块状态包括：

7.根据权利要求1所述的m3c换流器桥臂非侵入式预充电方法，其特征在于，所述的桥臂子模块预充电过程完成后，获取桥臂所有子模块电容电压信号，判断所有子模块电容电压是否达到额定电压；若是，则断开交流电压源，且触发所有桥臂子模块闭锁。

8.一种m3c换流器桥臂非侵入式预充电装置，其特征在于，使用如权利要求1至7中任一项所述的方法，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及海上风电换流站运行控制技术领域，尤其涉及一种M3C换流器桥臂非侵入式预充电方法、装置、设备及介质，包括：获取待充电桥臂子模块额定参数和交流源电压等级；计算单批次进行预充电的子模块个数；构建桥臂预充电等效电路，以限制最大充电电流为目标，计算缓冲限流电阻；搭建预充电电路，当电源接通时，将桥臂所有子模块处于闭锁状态；当检测到所有子模块电容电压之和达到可控充电触发阈值，进入可控充电，将桥臂子模块分组，依次触发待充电组子模块闭锁，其他子模块零投入；当检测到所有子模块电容电压均达到额定值，触发所有桥臂子模块闭锁，完成桥臂子模块预充电过程。本发明中不改变桥臂电路结构，提高了桥臂预充电过程的效率。

技术研发人员：李群,李辰辰,邹小明,叶至斌,宁联辉,李强,汪成根,韩华春
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16