[發明專利]功率變換系統及其中直流母線電容的預充電方法

有效

• 申請號: 201810708851.X
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN110677060B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 陳鑫;張偉強;郝世強;劉弘耀
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M1/36
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 王玉雙

本發明揭露一種功率變換系統及其中直流母線電容的預充電方法。功率變換系統包括多個功率模塊，其中，每一所述功率模塊包含一功率輸入端口、一充電輸入端口及一功率輸出端口，該些功率輸入端口彼此串聯后與一交流電源電性連接，該些功率輸出端口并聯，每一所述功率模塊包含至少一功率變換單元且該功率變換單元具有至少一直流母線電容，該功率變換單元電性連接該功率輸入端口和該功率輸出端口，每一所述功率模塊還包含一預充電單元，該預充電單元電性連接該充電輸入端口以接收一直流電，該預充電單元電性連接至該直流母線電容以對該直流母線電容進行預充電。本發明可有效實現對各功率模塊中的直流母線電容的預充電，并可使得預充電電路可實現更小的尺寸和更低的功率損耗。

技術領域

本發明是關于一種功率變換系統及其預充電方法，且特別是關于一種適用于中壓的功率變換系統及其中直流母線電容的預充電方法。

背景技術

隨著綠色智能用電的需求日益增多，電力電子變換器的電壓等級正逐漸從傳統主流的低壓市電(220V～380V)向中壓配電網(10kV～35kV)拓展，使電力電子器件越來越多地應用于中壓系統。同時，隨著互聯網數據中心和電動汽車產業的飛速發展，直流用電的需求日益增加，應用的多樣性及系統架構多樣性的需求要求變換器設計易于擴容，因此多個電力電子變換器的串、并聯組合，即組合式功率變換器就成為了有效的解決途徑，但組合式功率變換器中的直流母線電容(DC-Link Capacitor)的預充電問題也成為了新的瓶頸。目前，為了抑制系統功率啟動時由直流母線電容充電引起的浪涌沖擊電流，需要在組合式功率變換器功率啟動前通過預充電電路對直流母線電容進行預充電。而在電壓、電流應用等級不斷提升的趨勢下，預充電電路迫切需要滿足組合式功率變換器的模塊化設計，以保證緊湊的硬件結構、較小的空間尺寸和較低的電路損耗。

圖1A示出了現有技術的一種功率變換系統的架構。如圖1A所示，本實施例的功率變換系統包括有多個功率模塊1～N，且其功率輸入端口是在輸入側級聯，而其功率輸出端口是在輸出側并聯至一直流母線(DC Bus)。并且，各功率模塊1～N中包含有一個AC/DC變換電路及一個與之連接的DC/DC變換電路，在此兩級電路之間連接有直流母線電容C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂、……、C_N1、C_N2等。其中，預充電電路是由軟啟電阻R_A、R_B、R_C與相應的開關S_A、S_B、S_C并聯形成(如圖中虛框所示)，且該預充電電路的一端是與系統的中壓輸入的A相、B相、C相串聯連接，另一端是與功率模塊的功率輸入端口連接，經過主功率電路的AC-DC電路給直流母線充電。如圖1B所示，其示 出了利用圖1A所示的功率變換系統進行預充電的過程。其中，當中壓合閘后(即中壓輸入接通)，各功率模塊1～N中的直流母線電容是通過各相的軟啟電阻同時進行充電；而當直流母線電容建立足夠電壓后(即充電完成)，各相的開關S_A、S_B、S_C接通并旁路掉相應的軟啟電阻R_A、R_B、R_C，各功率模塊1～N的主功率電路啟動。以A相為例，直流母線電容C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂、……、C_N1、C_N2是通過A相的軟啟電阻R_A同時進行充電，且當直流母線電容C₁₁、C₁₂、C₂₁、C₂₂、……、C_N1、C_N2的電容電壓達到預定值后開關S_A接通，從而旁路掉相應的軟啟電阻R_A，再啟動各功率模塊1～N即可以進行電能變換。

但是，其不足之處在于：