(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211355971.9 (22)申请日 2022.11.01 (71)申请人 安徽大学绿色产业创新研究院 地址 230000 安徽省合肥市高新区望江西 路创业服务中心B座3楼 申请人 东北林业大 学 (72)发明人 刘碧　胡存刚　刘一琦　马永顺　 朱文杰　吴振宇　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 关玲 (51)Int.Cl. H02M 7/5387(2007.01) H02M 1/36(2007.01) H02M 1/34(2007.01)H02H 7/122(2006.01) H02H 9/02(2006.01) H02J 3/38(2006.01) H02J 3/36(2006.01) (54)发明名称 一种模块化多电平变换器桥臂启动预充电 控制方法 (57)摘要 本发明提供一种模块化多电平变换器 (ModularMultilevelConverter,MMC)桥臂启动 预充电控制方法， 属于电力电子 领域， 所述MMC桥 臂启动预充电控制方法包括上桥臂启动预充电 步骤和下桥臂启动预充电步骤； 在各桥臂子模块 充电阶段， 通过分级切除 限流电阻来限制不控充 电过程的浪涌电流的大小； 针对MMC不控预充电 启动阶段子模块电容电压无法提升至额定电压 的问题， 给出了MMC桥臂启动预充电控制方法的 设计方案 。 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 CN 115549508 A 2022.12.30 CN 115549508 A 1.一种模块化多电平变换器(Modular  Multilevel  Converter,MMC)桥臂启动预充电 控制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)在MMC中三相的上、 下桥臂各串联接入一个限流电阻模块， 用以限制不控充电过程 中的浪涌电流； (2)上桥臂子模块启动充电阶段： 旁路下桥臂子模块， 通过分级切除上桥臂中的限流电 阻对上桥臂子模块进行充电； (3)下桥臂子模块启动充电阶段： 旁路上桥臂子模块， 通过分级切除下桥臂中的限流电 阻对下桥臂子模块进行充电。 2.根据权利 要求1所述的MMC桥臂启动预充电控制方法， 其特征在于， 步骤(1)的具体过 程为： (1‑1)在MMC中三相的上、 下桥臂各串联接入一个限流电阻模块， 所述的限流电阻模块 由多个限流电阻和一个IGBT模块组成； (1‑2)限流电阻子模块中多个限流电阻相互串联并于IGBT模块并联； (1‑3)通过控制IGBT的通断来控制限流电阻模块的接入与旁路。 3.根据权利要求2所述的MMC桥臂启动预充电控制方法， 其特征在于， 步骤(1 ‑1)中， 所 述的限流电阻与接触 器并联， 且具有可控旁路的功能。 4.根据权利 要求1所述的MMC桥臂启动预充电控制方法， 其特征在于， 步骤(2)的具体过 程为： (2‑1)上、 下桥臂含有N个子模块 为半桥子模块； (2‑2)给MMC中三相上、 下桥臂限流电阻模块发送相应信号， 控制上桥臂限流电阻投入 充电回路， 旁路下桥臂限流电阻； (2‑3)给MMC中三相的上桥臂子模块发送Sju_i1＝0(j＝a,b,c； i＝1,2,3 …N)、 Sju_i2＝0信 号， 使上桥臂子模块电容 通过IGBT反并联的二极管不控充电； (2‑4)给MMC中三相的下桥臂子模块发送Sjl_i1＝0、 Sjl_i2＝1信号， 使下桥臂子模块处于 旁路状态。 5.根据权利 要求1所述的MMC桥臂启动预充电控制方法， 其特征在于， 步骤(3)的具体过 程为： (3‑1)给MMC中三相上、 下桥臂限流电阻模块发送相应信号， 控制下桥臂限流电阻投入 充电回路， 旁路上桥臂限流电阻； (3‑2)给MMC中三相的上桥臂子模块发送Sju_i1＝0、 Sju_i2＝1信号， 使上桥臂子模块处于 旁路状态； (3‑3)给MMC中三相的下桥臂子模块发送Sjl_i1＝0、 Sjl_i2＝0信号， 使下桥臂子模块电容 通过IGBT反并联的二极管不控充电。 6.根据权利要求1所述的模块化多电平变换器(MMC)桥臂启动预充电控制方法， 其特征 在于， 经过步骤(2)、 (3)后， 所有子模块电容达 到额定电压UC_rated： 其中， Udc为直流侧母线。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115549508 A 2一种模块化多电平变换器桥臂启动预充电控制方 法 技术领域 [0001]本发明属于电力电子领域， 具体涉及一种模块化多电平变换器(Modular   Multilevel Converter,MMC)桥臂启动预充电控制方法。 背景技术 [0002]MMC分级有序切除限流电阻的启动预充电控制 方法具有启动快、 浪涌电流小等优 点。 目前， 国内外建成了多个基于MMC的柔性直流输电工程， 所采用的功率模块大多为半桥 型功率模块。 在MMC柔性直流输电系统运行中， 设置启动预充电可以避免出现较大的冲击电 流， 保护功 率器件。 国内外对半桥型MMC启动预充电已开展了大量的研究， 通过对MMC研究现 状、 子模块电容电压不均衡机理进行了分析与研究， 提出了一系列电容电压预充电控制策 略。 然而， MMC启动预充电过程中浪涌电流的计算与限制还没有完整的原理分析， 启动动态 特性有待优化。 传统的MMC启动预充电方案根据子模块闭锁和旁路的运行状态提出了相应 的开环预充电方案， 在不控充电阶段结束时将限流电阻一次性切除， 但并未对不控充电过 程浪涌电流进行限制。 [0003]在不控充电阶段通过对限流电阻分为多次切除， 相较于一次性切除限流电阻， 浪 涌电流得到了一定的控制 。 该控制策略虽然使子模块电容电压曲线较为平滑， 但由于传统 不控充电方法只能使子模块电容电压达到额定电容电压的一半， 还需要复杂的闭环控制才 能达到额定电压。 如何提升MMC不控充电阶段的电压， 简化启动预充电步骤， 是本领域的重 要技术课题之一。 发明内容 [0004]针对上述问题， 本发明提出了一种MMC桥臂启动预充电控制方法， 以解决MMC不控 充电结束时子模块电容电压仅为 额定值一半的问题。 [0005]为达到上述目的， 本发明采用的技 术方案是： [0006]在本公开的实施例中， 所述的限流电阻模块包括三个限流电阻与一个带有反并联 二极管的IGB T模块并联； 所述的 限流电阻与接触器并联， 具有 可控旁路功能， 所述上桥臂中 限流电阻模块中的 限流电阻分别命名为上桥臂第一、 二、 三限流电阻， 对应的接触器分别命 名为上桥臂第一、 二、 三接触器； 下桥臂中限流电阻模块中的 限流电阻分别命名为下桥臂第 一、 二、 三限流电阻， 对应的接触 器分别命名为下桥臂第一、 二、 三接触 器； [0007]所述限流电阻并联的接触器最初均处于断开状态， 将 上桥臂限流电阻均接入充电 回路， 给上桥臂子模块发送Sju_i1＝0、 Sju_i2＝0信号， 使上桥臂子模块中的电容通过反并联 的二极管进入不控充电状态； 旁路下桥臂限流电阻模块， 给下桥臂子模块发送Sjl_i1＝0、 Sjl_i2＝1信号， 使之处于旁路状态； 通过逐步切除上桥臂限流电阻模块中的限流电阻， 限制 浪涌电流， 并使上桥臂子模块电容电压提升 至UC_rated。 [0008]所述上桥臂子模块电容启动充电完成后， 将上桥臂限流电阻模块旁路， 给上桥臂 子模块发送Sju_i1＝0、 Sju_i2＝1信号， 使之处于旁路状态； 下桥臂限流电阻模块接入充电回说　明　书 1/3 页 3 CN 115549508 A 3