中壓電網(wǎng)電源饋電的輸入濾波器預(yù)充電的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及電網(wǎng)。更具體而言，本發(fā)明涉及減小中壓電網(wǎng)應(yīng)用中使用的大功率整流器輸入濾波器中的過電壓和涌流。
【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)電力的發(fā)電、傳輸和配電中，電力以在高交流(AC)電壓下通過電網(wǎng)長(zhǎng)途傳輸?shù)?。在一些情況下，由于各種原因，這些高交流電壓必須要作為高直流(DC)電壓傳輸。直流輸電的基本原理是利用整流器將交流電壓變換成直流電壓。在這個(gè)過程中常常要用到大功率電壓源或電流源整流器。
[0003]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，大功率電壓源或電流源整流器通常是由中壓電網(wǎng)電源饋電的。電感器電容器(LC)輸入濾波器用于為中壓電網(wǎng)電源饋電。LC輸入濾波器還輔助相關(guān)供電裝置的換向過程以及濾除通常與大功率整流相關(guān)聯(lián)的線外電流諧波。
[0004]更具體而言，LC濾波器被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)開關(guān)諧波的期望水平衰減，并避免正常運(yùn)行期間殘余諧波被放大。不過，對(duì)于大功率應(yīng)用而言，通常對(duì)用于大功率整流器的輸入濾波器進(jìn)行輕微阻抑以避免過大的功率損耗。
[0005]輸入濾波器和電源變壓器中固有的功率損耗提供了最低程度的阻尼。輸入LC濾波器這樣低的固有阻尼因子通常會(huì)在隨后直接將輸入濾波器連接到中壓電網(wǎng)電源時(shí)導(dǎo)致輸入濾波器電容器兩端過度的過電壓應(yīng)力。
[0006]這個(gè)問題的常規(guī)預(yù)充電方案是采用串聯(lián)連接的電阻器降低電容器兩端的過電壓和關(guān)聯(lián)的涌流。不過，這種方案需要使用笨重的預(yù)3電電阻器。這些笨重的預(yù)充電電阻器不僅降低了整個(gè)系統(tǒng)的效率，而且為優(yōu)化輸入濾波器的預(yù)充電留下了有限空間。
[0007]其他常規(guī)預(yù)充電方案采用了額外的預(yù)充電電路部件，例如預(yù)充電電阻器和接觸器，導(dǎo)致系統(tǒng)成本上升，并降低了整個(gè)系統(tǒng)的效率。這些不希望有的后果尤其適用于直接由中壓電網(wǎng)電源(例如6kV+)饋電的大功率AC-DC變換器。這里，對(duì)于最壞的情況，如果預(yù)充電電阻器未受到重阻抑，涌流會(huì)在電網(wǎng)終端處導(dǎo)致嚴(yán)重電流失真。
[0008]其他常規(guī)方案包括使用交流側(cè)預(yù)充電取代直流側(cè)預(yù)充電。不過，使用交流側(cè)預(yù)充電取代直流側(cè)預(yù)充電面臨著要讓濾波電容器采取極小值的挑戰(zhàn)。小濾波電容器值導(dǎo)致從每相到地的連接產(chǎn)生相應(yīng)小的阻抗。因此，這種方法也不能消除涌流和過電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]考慮到上述不足，需要這樣的方法和系統(tǒng)，它們能夠消除為了減小輸入濾波器電容器兩端過電壓應(yīng)力和涌流而對(duì)笨重預(yù)充電電阻器的需求。更具體而言，需要在連接到中壓電網(wǎng)電源時(shí)便于實(shí)現(xiàn)平滑電壓上升和零涌流的方法和系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種裝置，所述裝置包括配置成向電容器供應(yīng)預(yù)充電電壓的變壓器，以及配置成耦合到變壓器并對(duì)增大的調(diào)制指數(shù)做出響應(yīng)的變換器。在電容器變得基本充滿之后的時(shí)間量子之內(nèi)調(diào)制指數(shù)增大，且在所述時(shí)間量子期間預(yù)充電電壓基本恒定。
[0011]—個(gè)例示性實(shí)施例提供了一種無需采用任何預(yù)充電電阻器的輸入濾波器總體受控預(yù)充電方案，以在濾波器電容器上提供平穩(wěn)的電壓上升和交流側(cè)的零涌流。可以預(yù)編程示范性預(yù)充電方案以在整個(gè)預(yù)充電過程期間為輸入濾波器預(yù)充電輸送恒定的小功率。這種方法還使用了具有更低功率額定值的預(yù)充電變壓器?？梢岳酶偷墓β暑~定值降低整個(gè)系統(tǒng)成本并改善整個(gè)系統(tǒng)的效率。
[0012]在實(shí)施例中，在預(yù)充電操作期間控制交流側(cè)變換器作為逆變器，以產(chǎn)生輸入濾波器電容器兩端與電網(wǎng)電源電壓同步的電壓。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)輸入濾波器平穩(wěn)連接到中壓電網(wǎng)電源，無需在示范性電路的交流側(cè)變換器的交流側(cè)的輸入濾波器兩端設(shè)置箝位電路。如下文更詳細(xì)所述，可以通過編程適當(dāng)?shù)恼{(diào)制指數(shù)曲線來使實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的預(yù)充電功率最小化。
[0013]下文參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。要指出的是，本發(fā)明不限于這里描述的具體實(shí)施例。這里給出這樣的實(shí)施例僅僅是為了例示的目的?；诒疚陌慕虒?dǎo)，額外的實(shí)施例對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0014]附圖被并入本文并形成說明書的一部分，例示了本發(fā)明的實(shí)施例，并與描述一起進(jìn)一步用于解釋本發(fā)明的原理，使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明。
[0015]圖1是用于減小過電壓和涌流的常規(guī)預(yù)充電輸入濾波器電路的示意圖。
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)造的示范性預(yù)充電輸入濾波器電路的方框圖。
[0017]圖3是與圖2的例不相關(guān)聯(lián)的不范性時(shí)序圖的圖不。
[0018]圖4是實(shí)踐本發(fā)明實(shí)施例的示范性方法的流程圖。
[0019]圖5是可以實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的示范性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的例示。
【具體實(shí)施方式】
[0020]盡管本文利用針對(duì)特定應(yīng)用的例示性實(shí)施例描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此。閱讀本文提供的教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在其范圍之內(nèi)的其他修改、應(yīng)用和實(shí)施例以及本發(fā)明將有重要實(shí)用性的其他領(lǐng)域。
[0021]圖1是用于減小來自中壓交流電網(wǎng)電源101的過電壓和涌流的常規(guī)預(yù)充電輸入濾波器電路100的示意圖。預(yù)充電電路100包括連接器(即開關(guān))102，以控制在連接器端子104處供應(yīng)的電網(wǎng)電壓。與輸入濾波器電感器108和輸入濾波器電容器110串聯(lián)設(shè)置阻尼電阻器106。
[0022]二電平轉(zhuǎn)換器(例如整流器)112提供給在響應(yīng)于電源115經(jīng)由預(yù)充電變壓器114供應(yīng)的直流預(yù)充電電壓的電平下的一個(gè)或多個(gè)輸出電壓。一旦完成預(yù)充電過程，預(yù)充電變壓器114就提供直流鏈路電流(Idc)為直流側(cè)電容器116充電，驅(qū)動(dòng)負(fù)載118，例如電動(dòng)機(jī)或其他設(shè)備。
[0023]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，預(yù)充電電路的目的通常是通過消除過電壓和/或減小涌流來使來自電源的峰值電流輸出最小化。在預(yù)充電期間，系統(tǒng)電壓緩慢并可控地升高，輸出電流決不會(huì)超過最大允許水平。
[0024]例如，在常規(guī)預(yù)充電電路100工作期間，在連接器102閉合時(shí)，在連接器端子104處會(huì)突然接收到由電網(wǎng)101供應(yīng)的中等水平的電網(wǎng)電壓，開始充電。電感器108向預(yù)充電電路100饋送中等水平的交流電壓。阻尼電阻器106減小了初始加電浪涌或涌流，并降低了施加于輸入濾波器電容器110上的電壓應(yīng)力。
[0025]如上所述，電感器108、阻尼電阻器106和電容器110輔助相關(guān)供電裝置的換向過程以實(shí)現(xiàn)開關(guān)諧波的期望衰減。這樣一來，可以在正常運(yùn)行期間避免通常與大功率整流相關(guān)聯(lián)的殘余諧波放大。這種常規(guī)方法被不確切地稱為從交流側(cè)充電。
[0026]不過，常規(guī)預(yù)充電電路100執(zhí)行的預(yù)充電技術(shù)包括相當(dāng)顯著的偏差。例如，阻尼電阻器106典型地非常大且笨重，最終會(huì)增大整個(gè)系統(tǒng)的成本。阻尼電阻器106大塊的尺寸還會(huì)因?yàn)槿菁{電阻器需要額外的印刷電路板(PCB)空間而導(dǎo)致低效率的生產(chǎn)。圖1的常規(guī)預(yù)充電技術(shù)還阻礙了輸入濾波器的預(yù)充電優(yōu)化。
[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)造的示范性預(yù)充電電路200的方框圖。預(yù)充電電路200無需采用預(yù)充電電阻器就實(shí)現(xiàn)了總體受控的預(yù)充電。預(yù)充電電路200包括沿垂直線DL劃分的交流側(cè)200a和直流側(cè)200b。預(yù)充電電路200中實(shí)現(xiàn)的示范性技術(shù)也響應(yīng)于中壓電網(wǎng)電源101實(shí)現(xiàn)了平滑電壓上升和幾乎為零的涌流。圖2的示范性實(shí)施例方法最終降低了整個(gè)系統(tǒng)成本。
[0028]示范性預(yù)充電電路200包括連接端口 202、接觸器204和與輸入濾波器電容器208串聯(lián)連接的電感器206。這些連接方便了多電平交流/直流變換器整流器210和中壓電網(wǎng)電源101之間的電流流動(dòng)。
[0029]跨接在連接端口 202兩端的鎖相環(huán)路(PLL) 212包括兩個(gè)輸出端口。第一輸出端口產(chǎn)生電網(wǎng)電源電壓(Vs)。在組合器214中將電網(wǎng)電源電壓Vs與濾波器電容器電壓(Vc)組合，并將組合電壓作為輸入提供給比例積分(PI)控制器216。與輸入濾波器電容器208串聯(lián)連接的電壓傳感器218感測(cè)電容器電壓并提供Vc作為從它的輸入。
[0030]PLL 212的第二輸出端口提供與代表電網(wǎng)電源電壓Vs的波形相關(guān)聯(lián)的相位數(shù)據(jù)0 s，作為組合器220的輸入。將相位數(shù)據(jù)0S與本地參考信號(hào)π/2組合以產(chǎn)生相位值Θ m。向脈寬調(diào)制(PWM)整流器222提供相位值0 m作為輸入?？删幊陶{(diào)制指數(shù)模塊224產(chǎn)生調(diào)制指數(shù)值M，調(diào)制指數(shù)值規(guī)定也作為輸入被提供給PWM整流器222。提供PWM整流器222的輸出作為向交流/直流變換器整流器210的輸入。
[0031]可編程調(diào)制指數(shù)模塊224在整流器變換器作為逆變器工作時(shí)，便于控制變換器整流器210的