级联变频器的预充电方法以及级联变频器与流程

1.本技术涉及控制技术领域，尤其涉及一种级联变频器的预充电方法以及级联变频器。


背景技术：

2.随着工业生产的快速发展，级联变频器的应用越来越广泛。例如，在矿山提升机、下行皮带机等设备中，由于存在不同形式的能量转换，使得电机处于电力再生状态，出于节能考虑，一般会将电机的再生能量回馈至电网，因而需应用级联变频器以实现能量回馈。其中，该变频器的每个功率都包括整流单元、逆变单元以及连接两者的母线电容。由于母线电容的存在，当变频器高压侧合闸时，母线电容两端的电压突变，产生较大的冲击电流，对整流单元侧的功率半导体器件会造成极大冲击，对其性能造成不同程度的损坏。
3.为了减少或避免对功率半导体器件所造成的电流冲击，现有技术中，通常采用对母线电容进行预充电的方式解决该问题。目前的做法是对变压器初级侧绕组进行预充电，例如预充电模组通过高压开关连接到变压器初级侧绕组，通过变压器实现对母线电容的预充电。，其中，高压开关可以为高压断路器或接触器。另外也有做法是通过变压器次级侧绕组对单元母线电容进行预充电。例如在变压器的副边侧设置辅助绕组，低压电源通过逆变电路以及辅助绕组对功率单元中的母线电容进行预充电。另外也有做法通过多组高压开关相互配合实现对母线电容的预充电。
4.上述的三种方案，一是在高压进线端采用了高压大功率器件，成本较高，并且对预充电装置的固定以及绝缘设计等的要求较高；又或是预充电装置中包括了较多其他应当额外配置的器件。可见，不论上述哪一种方案，都对预充电方案的成本投入以及可实现性带来了更大的挑战。


技术实现要素：

5.本技术提供一种级联变频器的预充电方法以及级联变频器，用以解决现有技术中的级联变频器的预充电方案投入成本过高以及可实现性挑战更大的技术问题。
6.第一方面，本技术提供一种级联变频器，包括：
7.主变压器，包括初级侧绕组和多个次级侧绕组；
8.多个功率单元，与所述多个次级侧绕组一一对应连接；其中，每一所述功率单元均包括整流电路、母线电容以及逆变电路，所述母线电容连接所述整流电路与所述逆变电路；
9.预充电单元，与至少一个功率单元连接，所述预充电单元包括低压交流电源以及第一开关，所述低压交流电源用于为所述变频器的预充电过程提供电源电压；其中，与所述预充电单元连接的所述至少一个功率单元为第一组功率单元，未与所述预充电单元连接的功率单元为第二组功率单元；
10.控制单元，所述控制单元控制所述第一开关闭合，以使所述低压交流电源通过所述第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电，并且在所述母线电容的电
压达到第一电压阈值后，控制所述第一组功率单元中的整流电路工作，以对所述主变压器进行励磁，从而为所述第二组功率单元中的母线电容进行预充电。
11.在一种可能的设计中，所述第一组功率单元位于靠近中性点的位置。
12.在一种可能的设计中，所述预充电单元还包括：限流启动电路，连接于所述低压交流电源与所述第一开关之间，其中，所述限流启动电路包括并联连接的第二开关以及限流器件。
13.在一种可能的设计中，所述预充电单元还包括：辅助变压器，连接于所述限流启动电路与所述第一开关之间；所述辅助变压器用于对所述低压交流电源的电压进行变压。
14.在一种可能的设计中，当所述低压交流电源通过所述第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容开始进行预充电时，所述第二开关处于断开状态；当所述第一组功率单元中的母线电容的电压达到一限流电压阈值时或者经过一第一预设时长，所述控制单元控制所述第二开关闭合，以旁路所述限流器件。
15.在一种可能的设计中，当所述第一组功率单元中的母线电容的电压达到第一电压阈值后或者经过一第二预设时长，所述控制单元对所述第一组功率单元中的整流电路开启pwm控制，从而通过与所述第一组功率单元连接的次级侧绕组对所述主变压器进行励磁。
16.在一种可能的设计中，所述控制单元控制所述第一组功率单元以根据预设调制指令产生pwm电压对所述主变压器进行励磁，所述主变压器的其他次级侧绕组通过所述第二组功率单元中的整流电路对相应的母线电容进行预充电。
17.在一种可能的设计中，逐渐增大所述预设调制指令，所述第二组功率单元中的母线电容的电压逐渐增加；当所述预设调制指令达到一调制指令阈值时，预充电完成；其中，所述预设调制指令用于表征所述pwm电压的大小。
18.在一种可能的设计中，当所述第二组功率单元中的母线电容的电压达到第二电压阈值时，所述控制单元对所述第二组功率单元中的整流电路开启闭环pwm控制，以完成预充电。
19.在一种可能的设计中，预充电完成后，所述控制单元启动所述主变压器的上电装置，关闭所述pwm控制且断开所述第一开关，以使所述预充电单元与所述变频器分离。
20.可选地，所述第一组功率单元中的所述多个功率单元的整流电路开始工作时，所述控制单元控制相应的所述多个功率单元的整流电路之间的所述预设调制指令满足预设相位关系，避免相互间去磁。
21.第二方面，本技术提供一种级联变频器的预充电方法，所述变频器包括主变压器、多个功率单元以及预充电单元；每一所述功率单元均包括整流电路、母线电容以及逆变电路，所述母线电容连接所述整流电路与所述逆变电路；所述预充电单元与至少一个所述功率单元连接，所述预充电单元包括低压交流电源以及第一开关；其中，与所述预充电单元连接的所述至少一个功率单元为第一组功率单元，未与所述预充电单元连接的功率单元为第二组功率单元；所述方法包括：
22.闭合所述第一开关，以使所述低压交流电源通过所述第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电；
23.当所述母线电容的电压达到第一电压阈值后，控制所述第一组功率单元中的整流电路工作，以对所述主变压器进行励磁，从而为所述第二组功率单元的母线电容进行预充
电。
24.在一种可能的设计中，通过所述第一组功率单元中的逆变电路进行不控整流，以为对应的母线电容进行预充电。
25.在一种可能的设计中，所述预充电单元还包括：连接于所述低压交流电源与所述第一开关之间的限流启动电路，其中，所述限流启动电路包括并联连接的第二开关以及限流器件；所述方法还包括：
26.当所述低压交流电源通过所述第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容开始预充电时，所述第二开关处于断开状态，所述低压交流电源通过所述限流器件对所述第一组功率单元中的母线电容进行充电；
27.当所述第一组功率单元中的母线电容的电压达到一限流电压阈值时或者经过一第一预设时长，闭合所述第二开关，以旁路所述限流器件。
28.在一种可能的设计中，所述预充电单元还包括：连接于所述限流启动电路与所述第一开关之间的辅助变压器；所述辅助变压器用于对所述低压交流电源的电压进行变压。
29.在一种可能的设计中，当所述第一组功率模块中的母线电容的电压达到所述第一电压阈值后或者经过一第二预设时长，对所述第一组功率单元中的整流电路开启pwm控制，从而通过与所述第一组功率单元连接的次级侧绕组对所述主变压器进行励磁。
30.在一种可能的设计中，控制所述第一组功率单元以根据预设调制指令产生pwm电压对所述主变压器进行励磁，所述主变压器的其他次级侧绕组通过所述第二组功率单元中的整流电路进行不控整流，以对相应的母线电容进行预充电。
31.在一种可能的设计中，逐渐增大所述预设调制指令，所述第二组功率单元中的母线电容的电压逐渐增加；当所述预设调制指令达到一调制指令阈值时，预充电完成；其中，所述预设调制指令用于表征所述pwm电压的大小。
32.在一种可能的设计中，当所述第二组功率单元中的母线电容的电压达到第二电压阈值时，对所述第二组功率单元中的整流电路开启闭环pwm控制，以完成预充电。
33.在一种可能的设计中，预充电完成后，启动所述主变压器的上电装置，关闭所述pwm控制且断开所述第一开关，以使所述预充电单元与所述变频器分离。
34.可选地，所述第一组功率单元中的所述多个功率单元的整流电路开始工作时，相应的所述多个功率单元的整流电路之间的所述预设调制指令满足预设相位关系，避免相互间去磁。
35.可选地，所述第一组功率单元位于靠近中性点的位置。
36.本技术提供的级联变频器的预充电方法以及级联变频器，该级联变频器包括主变压器、多个功率单元、控制单元以及预充电单元，其中，每个功率单元包括整流电路、母线电容以及逆变电路，预充电单元与至少一个功率单元连接，与预充电单元连接的至少一个功率单元为第一组功率单元，而未与预充电单元连接的其他功率单元为第二组功率单元，预充电单元包括低压交流电源与第一开关。控制单元通过控制第一开关闭合，使得低压交流电源通过第一组功率单元中的逆变电路对其对应的母线电容进行预充电。并且，当该母线电容的电压达到第一电压阈值后，控制单元控制第一组功率单元中的整流电路工作，以对主变压器进行励磁，从而为第二组功率单元中的母线电容进行预充电。本技术提供的级联变频器的预充电方法无需额外增加预充电变换器等电路，利用自身单元变换装置，对各单
元的电容实现可控软充电，有效避免了高压侧合闸时对功率半导体器件造成的极大电流冲击，提高了系统高压合闸可靠性，并极大地降低了预充电方案的投入成本。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为现有技术中的一种级联变频器的结构示意图；
39.图2为现有技术中的另一种级联变频器的结构示意图；
40.图3为本技术实施例提供的一种级联变频器的拓扑结构示意图；
41.图4为本技术实施例提供一种功率单元的结构示意图；
42.图5为本技术实施例提供的另一种级联变频器的拓扑结构示意图；
43.图6为本技术实施例提供的另一种功率单元的结构示意图；
44.图7为本技术实施例提供的一种级联变频器的预充电结构示意图；
45.图8为本技术实施例提供的另一种级联变频器的预充电结构示意图；
46.图9为本技术实施例提供的再一种级联变频器的预充电结构示意图；
47.图10为本技术实施例提供的又一种级联变频器的预充电结构示意图；
48.图11为本技术实施例提供的又一种级联变频器的预充电结构示意图；
49.图12为本技术实施例提供的一种级联变频器的预充电方法的流程示意图；
50.图13为本技术实施例提供的另一种级联变频器的预充电方法的流程示意图；
51.图14为本技术实施例提供的一种预充电的仿真过程示意图；
52.图15为本技术实施例提供的一种冲击电流的对比示意图；
53.图16为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
54.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的方法和装置的例子。
55.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
56.级联变频器的每个功率单元都包括整流单元、逆变单元以及连接两者的母线电容。由于母线电容的存在，当变频器的高压侧合闸时，会导致母线电容两端的电压突变，产
生较大的冲击电流，从而对整流单元侧的半导体器件造成极大的冲击，进而对其性能会造成不同程度的损坏。基于此现象，为了避免或者减少变频器高压侧合闸时所引起的电流冲击，通常采用对母线电容进行预充电的方案克服此问题。
57.现有技术中，根据所采用的预充电装置在级联拓扑变频器中的位置，可以将现有的预充电方案分为三类。
58.第一类是对级联拓扑中变压器初级侧绕组进行预充电方案。具体地，在变压器初级侧绕组与电网之间串联了预充电模组，该预充电模组由充电电阻与高压开关并联组成。当变压器高压侧合闸的瞬间，通过充电电阻对相对应连接的母线电容预充电。在预充电完成后，闭合高压开关，以旁路充电电阻，从而完成对功率单元母线电容的预充电过程。在该方案中，预充电模组需要采用高压性质的大功率器件，在实际工况中，对于该预充电模组的固定则需要满足绝缘设计的要求，不但增加了预充电模组的实物体积以及投入成本，对可实现性也带来了更大挑战。
59.第二类是如图1所示的对变压器次级侧绕组进行预充电，图1为现有技术中的一种级联变频器的预充电结构示意图。该方案是通过变压器的辅助绕组对相应的母线电容充电。其中，如图1所示，该预充电模组包括交流或直流电源、第一接触器k1、交流逆变单元、滤波器、第二接触器k2以及辅助绕组。该预充电模组通过辅助绕组对变压器进行励磁，进而实现功率单元中的母线电容的预充电功能。该方案中，需要额外增加辅助绕组及交流逆变单元，还包括相关控制及采集电路等，因而也增加了方案的投入成本。
60.第三类是如图2所示的对变压器次级侧绕组进行预充电，图2为现有技术中的另一种级联变频器的结构示意图。该方案是通过三组高压开关之间的相互配合得以实现预充电。如图2所示，与充电电阻r相连接的为第一组高压开关k1，与移相变初级绕组相连接的为第二组高压开关k2，与电机相连接的为第三组高压开关k3。将第一组高压开关k1合闸，充电电阻r以及相连接的功率单元中的逆变电路对相对应的母线电容进行预充电，待预充电完成，断开第一组高压开关k1，闭合第二组高压开关k2以及第三组高压开端k3。该方案额外增加了两组高压开关，同时还存在选择高压大功率充电电阻r，因而存在与第一类方案相类似的缺陷。
61.由此可见，现有的预充电方案存在投入成本较高以及可实现性挑战大的技术问题。针对该技术问题，本技术实施例提供一种级联变频器的预充电方法以及级联变频器。本技术实施例提供的级联变频器的预充电方法可以为级联变频器实现预充电。其中，级联变频器中的预充电单元与至少一个功率单元连接，该预充电单元包括低压交流电源以及第一开关，闭合第一开关时，低压交流电源能够为与预充电单元相连接的功率单元中的母线电容进行预充电。当该母线电容的电压达到阈值后，通过控制功率单元中的整流电路开始工作实现对变频器中的主变压器进行励磁，以此为未与预充电单元连接的功率单元中相应的母线电容进行预充电，从而完成对级联变频器中功率单元所对应的母线电容的预充电。与现有技术相比，无需额外增加预充电变换器等电路，利用自身单元变换装置，对各单元的电容实现可控软充电，有效避免了高压侧合闸时对功率半导体器件造成的极大电流冲击，提高了系统高压合闸可靠性，并极大地降低了预充电方案的投入成本。
62.以下，对本技术实施例的示例性应用场景进行介绍。
63.图3为本技术实施例提供的一种级联变频器的拓扑结构示意图。值得说明的是，本
申请实施例提供的级联变频器的预充电方法适用于具有如下特征的拓扑结构的变频器中。如图3所示，级联变频器包括主变压器10以及多个功率单元。其中，主变压器10包括初级侧绕组和多个次级侧绕组。多个功率单元与多个次级侧绕组一一对应连接。其中，初级侧绕组可以为三相绕组(a相、b相、c相)，次级侧绕组可以为三相绕组(如图3)，也可以为单相绕组。在图3所示实施例中，级联变频器具有三相功率单元组，每一相功率单元组具有n个功率单元，例如a相功率单元组为功率单元a1～a
n
，b相功率单元组功率单元b1～b
n
，c相功率单元组功率单元c1～c
n
。同相的功率单元的输出端依次级联，每相功率单元组形成两个输出端，三相功率单元组的输出端可以采用y形连接。其中，三相功率单元组的一个输出端连接到中性点n，另一个输出端连接到负载，例如电动机。
64.进一步的，图4为本技术实施例提供的一种级联变频器中功率单元的拓扑结构示意图。如图4所示每个功率单元包括整流/回馈功能单元(active front end，以下简称afe)，即整流电路110，逆变电路111，以及连接整流电路110与逆变电路111的为母线电容112。其中，整流电路110和逆变电路111都具有能量双向流动的特点。在一些实施例中，变频器例如还可以为h桥拓扑结构的变频器、三电平拓扑(neutral point clamped，以下简称：npc)结构的变频器等，本技术实施例包括但不限于此。通过本技术实施例提供的级联变频器的预充电方法能够为其级联变频器的功率单元的母线电容进行预充电，以避免主变压器的高压侧合闸对功率单元中的半导体器件造成的极大电流冲击。另外，图4为图3中当主变压器的次级侧为三相绕组时，其每个功率单元的结构示意图。其中，s1至s6为整流电路110侧的半导体器件，s7至s10为逆变电路111侧的半导体器件，电容c即为母线电容112。在一些实施例中，半导体器件例如可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，简称mosfet)，、集成封装有反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，简称igbt)等。
65.图5为本技术实施例提供的另一种级联变频器的拓扑结构示意图，其中主变压器20的次级侧为单相绕组。而本技术实施例提供的级联变频器对次级侧为单相绕组或三相绕组均适用。如图5所示，初级侧绕组为三相绕组(a相、b相、c相)，次级侧绕组可以为单相绕组，每一单相绕组连接相应的功率单元。与图3所示实施例类似，图5所示实施例中，级联变频器具有三相功率单元组，每一个功率单元组具有n个功率单元(例如a相功率单元组a1～a
n
，b相功率单元组b1～b
n
，c相功率单元组c1～c
n
)，同相的功率单元的输出端依次级联，每相功率单元组形成两个输出端，三相功率单元组的输出端可以采用y形连接。其中，三相功率单元组的一个输出端连接到中性点n，另一个输出端连接到负载，例如电机负载。进一步的，图6为本技术实施例提供的另一种级联变频器中功率单元的拓扑结构示意图，如图6所示，每个功率单元中包括整流电路210、逆变电路211以及连接两者的母线电容212。类似地，图6中的s1至s4为整流电路210侧的半导体器件，s5至s8为逆变电路211侧的半导体器件，电容c即为母线电容212。
66.在上述所示的实施例中，图3中的主变压器10以及图5中的主变压器20，可以为移相变压器，也可以为非移相变压器，对此，本技术实施例不作限定。图4所示的每个功率单元中的滤波器113，以及图6所示的每个功率单元中的滤波器213，可以为l滤波器或lc滤波器，也可以不设置滤波器，对此，本技术实施例不作限定。
67.值得被理解的是，图4及图6分别示出了图3及图5中的一个功率单元的结构示意
图，而图3及图5的级联变频器中可以包含多个功率单元。并且，多个功率单元的数量随电压等级的不同而不同，本实施例的图3及图5仅为示例性的图示，对于功率单元的具体数量可以根据实际工况设置，本技术实施例不作限定。
68.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本技术的实施例进行描述。
69.图7为本技术实施例提供的一种级联变频器的预充电结构示意图，如图7所示，该实施例中，充电单元300与至少一个功率单元连接，图7中以预充电单元300与三个功率单元连接为例示出。进一步的，预充电单元300包括低压交流电源301以及第一开关302，低压交流电源301用于为变频器的预充电过程提供电源电压。其中，与预充电单元300连接的功率单元为第一组功率单元201，未与预充电单元300连接的功率单元为第二组功率单元。在一些实施例中，与预充电单元300连接的第一组功率单元可以图3或者图5中的功率单元a1、b1、c1，也可以为功率单元a2、b2、c2，甚至是功率单元a
n
、b
n
、c
n
，本技术实施例对此不作限定。在一些实施例中，还包括控制单元，该控制单元能够控制第一开关302闭合，以使得低压交流电源301通过第一组功率单元201中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电，并且在母线电容的电压达到第一电压阈值后，控制第一组功率单元201中的整流电路工作，以对主变压器100进行励磁，从而为第二组功率单元中的母线电容进行预充电。在其他实施例中，该控制单元还能够控制第一开关302闭合，以使得低压交流电源301通过第一组功率单元201中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电，并且经过第二预设时长后，控制第一组功率单元201中的整流电路工作，以对主变压器100进行励磁，从而为第二组功率单元中的母线电容进行预充电。
70.值得被理解的是，在图7所示的实施例中，第一组功率单元201中功率单元的数量为三个。在其他实施例中，第一组功率单元201中功率单元的数量也可以分别为二个和一个时，本技术实施例提供的级联变频器的预充电结构示意图分别如图8和图9所示。图8为本技术实施例提供的另一种级联变频器的预充电结构示意图，其中第一组功率单元201例如可以为图3或者图5中的功率单元a1、b1，本技术实施例对此不作限定。图9为本技术实施例提供的再一种级联变频器的预充电结构示意图，其中第一组功率单元201例如可以为图3或者图5中任一个功率单元，例如可以是功率单元a1或者b1或者c1。其中，当第一组功率单元201的数量为一个时，低压交流电源301可以为单相或两相电源，如图9所示。
71.可选的，第一组功率单元201位于靠近中性点的位置，即预充电单元300可以优先选择连接中性点处的功率单元，首先为该些功率单元的母线电容进行预充电，再通过该些功率单元的逆变电路对相应的母线电容进行预充电，并且经过第二预设时长或者在母线电容的电压达到第一电压阈值后，控制第一组功率单元201中的整流电路工作，以对主变压器100进行励磁，从而为其他的母线电容进行预充电。
72.下面以图7所示的第一组功率单元201中功率单元的数量为三个为例对预充电过程进行详细说明，与预充电单元300连接的三个功率单元称为第一组功率单元201，而其他未与预充电单元300连接的功率单元称为第二组功率单元。其中，主变压器100、功率单元等的结构或者连接方式可以参照图3-6所示，此处不再赘述。另外，主变压器100的初级侧绕组未参与预充电过程，在图7至图9中均未示出。如图7所示，预充电单元300包括低压交流电源
301以及第一开关302，低压交流电源301能够为级联变频器的预充电过程提供电源电压，其可以为三相380v的市电电源或者220v的市电电源。第一开关302可以为接触器。可以理解的是，第一开关302连接第一组功率单元201与低压交流电源301，例如，第一组功率单元201中的三个功率单元的输出铜排或者端子通过第一开关302接入低压交流电源301。
73.控制单元用于控制变频器的预充电过程，例如，控制第一开关302闭合，当第一开关302闭合后，低压交流电源301通过第一组功率单元201中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电。以图6中的功率单元为例，低压交流电源301可以通过逆变电路211中半导体器件的反并联二极管实现不控整流，从而对母线电容212预充电。当第一组功率单元201中各个功率单元的母线电容的电压，即母线电压，达到第一电压阈值后，控制单元开始控制第一组功率单元201中相对应的整流电路进行工作，以对主变压器100进行励磁，进而为第二组功率单元(未与预充电单元300连接的功率单元)中各个功率单元的母线电容实现充电。其中，第一电压阈值可以根据级联变频器所处的实际工况设置，对此，本技术实施例不作限定。值得说明的是，控制单元可以理解为级联变频器中进行预充电的控制装置，在图7至图9中均未示出。在其他实施例中，低压交流电源301可以通过逆变电路211中半导体器件的反并联二极管实现不控整流，对母线电容212进行预充电，经过第二预设时长后，控制单元开始控制第一组功率单元201中相对应的整流电路进行工作，以对主变压器100进行励磁，进而为第二组功率单元中各个功率单元的母线电容实现充电。同样的，第二预设时长可以根据级联变频器所处的实际工况设置，对此，本技术实施例不作限定。
74.可选地，与预充电单元300连接的功率单元，即第一组功率单元201位于靠近中性点的位置，例如第一组功率单元201包括图3或者图5中的功率单元a1、b1、c1，图7至图9中的n点所示即为图3或者图5中的n点。
75.本实施例提供的级联变频器预充电方案，通过控制第一开关闭合，使得低压交流电源通过第一组功率单元中的逆变电路对其对应的母线电容进行预充电。当经过第二预设时长或者当第一组功率单元中母线电容的电压达到第一电压阈值后，控制单元控制第一组功率单元中的整流电路工作，以对主变压器进行励磁，从而为第二组功率单元中的母线电容进行预充电，进而完成级联变频器的整个预充电过程。无需额外增加预充电功率器件或者变换器等电路，利用自身单元变换装置，对各单元的电容实现可控软充电，有效避免了高压侧合闸时对功率半导体器件造成的极大电流冲击，提高了系统高压合闸可靠性，并极大地降低了预充电方案的投入成本
76.在图7至图9所示实施例的基础上，可选地，图10为本技术实施例提供的又一种级联变频器的预充电结构示意图。如图10所示，本技术实施例提供的级联变频器中的预充电单元300还包括：限流启动电路303。
77.其中，限流启动电路303连接于低压交流电源301与第一开关302之间，其包括并联连接的第二开关3031与限流器件3032。第二开关3031可以为继电器或者普通控制开关，限流器件3032可以为电抗和/或电阻器件，其值可以根据实际工况设置，对此，本技术实施例不作限定。第二开关3031的作用为，当闭合时，能够旁路限流器件3032。从而使得限流启动电路303能够在开始预充电时起到限制电流的作用。
78.例如，开始预充电时，控制单元控制第一开关302闭合，第二开关3031断开，低压交流电源301通过限流器件3032和第一组功率单元201中的逆变电路对相应连接的母线电容
进行预充电。直到第一组功率单元201中的相应母线电容的电压，即母线电压，达到一限流电压阈值时或者经过一第一预设时长(例如可以为一个工频周期)，控制单元控制第二开关3031闭合，此时，则第二开关3031旁路掉与其并联的限流器件3032，使得低压交流电源301对母线电容进一步充电，母线电压进一步提升。可见，限流启动电路303的存在，使得对第一组功率单元的母线电容的预充电过程具有了可控性。其中，母线电压的限流电压阈值可以根据实际工况设置，对此，本技术实施例不作限定。
79.可以理解的是，图10是在图7的基础上示出，即第一组功率单元201中包含三个功率单元。
80.可选地，本技术实施例提供的级联变频器预充电结构还包括辅助变压器。图11为本技术实施例提供的又一种级联变频器的预充电结构示意图，如图11所示，该级联变频器的预充电单元还包括：辅助变压器304。
81.其中，辅助变压器304连接于限流启动电路303与第一开关302之间，辅助变压器304用于对低压交流电源301所提供的电压进行变压，使得供电电源的电压进一步提高，从而使得母线电容的电压进一步提高。
82.可选地，本技术实施例提供的级联变频器还可以包括辅助变压器304的同时不包括限流启动电路303，此时，辅助变压器304则连接于低压交流电源301与第一开关302之间，其实现效果及原理与图11所示实施例相同，在此不再赘述。
83.在上述实施例中，当第一组功率单元201中的母线电压达到第一电压阈值后，或者经过一第二预设时长(例如可以为一个工频周期等)，即表明第一组功率单元201中的各个功率单元的母线电容已经完成了预充电过程，此时，控制单元控制第一组功率单元201的各个功率单元中的整流电路进行工作，以对主变压器100进行励磁。
84.例如，控制单元对第一组功率单元201中的整流电路开启脉冲宽度调制(pulse width modulation，以下简称pwm)控制，以通过与第一组功率201连接的次级侧绕组对主变压器进行励磁。
85.值得注意的是，当第一组功率单元201中包含的功率单元不止一个时，控制单元对第一组功率单元201中的整流电路开启pwm控制时，控制单元还应当控制该第一组功率单元201中的多个功率单元的整流电路之间的预设调制指令满足预设相位关系，以避免相互之间产生去磁效应。换言之，若预充电单元300连接多个功率单元，当该多个功率单元中的整流电路开始工作时，控制单元控制相应的该多个功率单元的整流电路之间的pwm控制满足预设的相位关系，以避免相互间去磁。
86.一种可能的设计中，在对第一组功率单元201中的整流电路开启pwm控制时，控制单元可以控制第一组功率201根据预设调制指令，通过所产生的pwm电压对主变压器100进行励磁，使得主变压器100的其他次级侧绕组通过相应的整流电路对各自相应的母线电容进行预充电。以图6中功率单元为例，通过第一组功率单元201对主变压器进行励磁，使得其他次级侧绕组具有电压，其他次级侧绕组通过第二组功率单元中的整流电路中的反并联二极管对相应的母线电容进行预充电。其中，值得说明的是，其他次级侧绕组是指主变压器100中除与第一组功率单元201连接的次级侧绕组以外的次级侧绕组。
87.可选地，预设调制指令可以为一缓慢上升的交流指令，即pwm控制的调制比以斜坡上升，以保证励磁过程缓慢进行。换言之，逐渐增大预设调制指令时，第二组功率单元中对
应母线电容的电压逐渐增加，预设调制指令，即表征pwm电压的大小，以控制励磁电流大小。
88.当预设调制指令达到一调制指令阈值时，即第二组功率单元中的母线电容的电压达到预设值，励磁过程完成，即对第二组功率单元中的母线电容的预充电过程完成。换言之，对级联变频器的预充电过程完成。其中，该调制指令阈值可以根据实际工况设置，本技术实施例对此不作限定。
89.可选地，当第二组功率单元中的母线电容的电压达到一第二电压阈值时，控制单元还可以对第二组功率单元中的整流电路开启闭环pwm控制，使得闭环pwm控制运行预设时长，待第二组功率单元的母线电压趋于预设稳定范围，此时，则表明级联变频器的预充电过程完成。其中，闭环pwm所运行的预设时长以及母线电压所趋于的预设稳定范围，可以根据实际工况设置，本技术实施例对此不作限定。另外，第二电压阈值可以与第一电压阈值相等，也可以不相等，可以根据实际工况设置，本技术实施例不作限定。
90.通过上述各实施例的描述，当级联变频器的预充电过程完成之后，控制单元可以启动主变压器100的上电装置，并且关闭各单元的pwm控制，断开第一开关302，使得预充电单元300与级联变频器分离，级联变频器进行正常运行。
91.值得说明的是，上述各实施例中的第二组功率单元是通过对主变压器励磁的作用，完成其母线电容的预充电过程，因而均未在上述图示中示出。
92.图12为本技术实施例提供的一种级联变频器的预充电方法的流程示意图。如图12所示，本实施例提供的预充电方法包括：
93.s101：闭合第一开关，以使低压交流电源通过第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电。
94.s102：当母线电容的电压达到第一电压阈值后，控制第一组功率单元中的整流电路工作，以对主变压器进行励磁，从而为第二组功率单元的母线电容进行预充电。
95.本技术实施例提供的级联变频器的预充电方法应用于上述实施例中的级联变频器，其中，级联变频器包括有主变压器、多个功率单元以及预充电单元，其预充电方法由控制单元执行。
96.预充电的过程为，首先闭合第一开关，使得低压交流电源提供电源电压，通过第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电，例如，通过第一组功率单元中的逆变电路进行不控整流，以对其对应的母线电容预充电。待第一组功率单元中的母线电容的电压，即母线电压，达到第一电压阈值之后，控制第一组功率单元中的整流电路进行工作，以对主变压器进行励磁，通过励磁作用，使得第二组功率单元的母线电容完成预充电。
97.图13为本技术实施例提供的另一种级联变频器的预充电方法的流程示意图。如图13所示，本实施例提供的预充电方法包括：
98.s201：闭合第一开关，以使低压交流电源通过第一组功率单元中的逆变电路对相应的母线电容进行预充电。
99.s202：当第一组功率单元中母线电容的电压达到限流电压阈值时或者经过一第一预设时长，控制第二开关闭合，以旁路限流器件。
100.s203：当第一组功率单元中母线电容的电压达到第一电压阈值时，对第一组功率单元中的整流电路开启pwm控制，以对主变压器进行励磁。或者
101.s203’：经过第二预设时长，对第一组功率单元中的整流电路开启pwm控制，以对主
变压器进行励磁。其中s203和s203’可根据需要进行选择。
102.s204：逐渐增大预设调制指令，控制第一组功率单元使其根据预设调制指令产生pwm电压，对主变压器缓慢励磁，缓慢建立与其他功率单元连接的变压器次级侧绕组的电压。
103.s205：主变压器的其他次级侧绕组通过第二组功率单元中的整流电路进行不控整流，以对相应的母线电容进行预充电。
104.s206：预设调制指令达到一调制指令阈值时，预充电完成。
105.s206’：第二组功率单元中的母线电容的电压达到第二电压阈值时，对第二组功率单元中的整流电路开启闭环pwm控制，运行预设时长，预充电完成。其中s206和s206’可根据需要进行选择。
106.s207：启动主变压器的上电装置，关闭各功率单元的pwm控制，断开第一开关，以使预充电单元与变频器分离。其中，关闭的pwm控制为前述所有开启的pwm控制，即包括对整流电路开启的pwm控制，以及开启的闭环pwm控制。
107.可选地，第一组功率单元中多个功率单元中的整流电路开始工作时，相应的多个功率单元的整流电路之间的预设调制指令应当满足预设相位关系，以避免相互间去磁。
108.本实施例提供的级联变频器的预充电方法应用于级联变频器。本实施例提供的预充电方法，在原有的级联变频器中无需额外增加预充电变换器等电路，利用自身单元变换装置，对各单元的电容实现可控软充电，有效避免了高压侧合闸时对功率半导体器件造成的极大电流冲击，提高了系统高压合闸可靠性，并极大地降低了预充电方案的投入成本。图14为本技术实施例提供的一种预充电的仿真过程示意图，如图14所示，本实施例提供的预充电的仿真过程中，在0-t1时间段，低压交流电源通过第一组功率单元中的整流电路对相应的母线电容进行预充电，例如图14中的第一组功率单元包括c1及b1两个功率单元。经过第一预设时长，例如在t1时刻，或者第一组功率单元的母线电压达到限流电压阈值时，旁路限流器件。此时母线电压进一步抬升。之后经过第二预设时长，例如在t2时刻，对第一组功率单元中的整流电路开启pwm控制，根据预设调制指令产生pwm电压以使得对主变压器的励磁缓慢进行，以通过第二组功率单元中的整流电路进行不控整流，实现相应的母线电容的预充电过程。在t3时刻，预设调制指令达到一调制指令阈值，预充电过程完成。在t3时刻之后，则可以启动主变压器的上电装置，关闭各单元pwm控制，断开第一开关，使得预充电单元与级联变频器分离，级联变频器开始正常运行。
109.图15为本技术实施例提供的一种冲击电流的对比示意图，t3与图14中的含义相同。图15中示出了同一功率单元采用及未采用本技术实施例提供的预充电所检测到的冲击电流的对比图。由图15中可知，通过本技术实施例提供的预充电方法对级联变频器中的母线电容进行预充电之后，在主变压器高压侧合闸时，即t3时刻，功率单元所受到的冲击电流其值为3547a2/s。而若未进行预充电时，其冲击电流值可以高达29220a2/s。可见，通过本技术实施例提供的级联变频器的预充电方法，能够有效避免高压合闸所造成的过大冲击，有效提高系统高压合闸的可靠性。
110.图16为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图16所示，本实施例提供的电子设备700，包括：
111.处理器701；以及
112.与处理器701通信连接的存储器702。
113.其中，存储器702存储有可被处理器701执行的指令，指令被处理器701执行，以使处理器701能够执行上述方法实施例中的级联变频器的预充电方法的各个步骤，具体可以参考前述方法实施例中的相关描述。
114.可选地，存储器702既可以是独立的，也可以跟处理器701集成在一起。
115.当存储器702是独立于处理器701之外的器件时，电子设备700，还可以包括：
116.总线703，用于连接处理器701以及存储器702。
117.此外，本技术实施例还提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，计算机指令用于使计算机执行上述各实施例中的级联变频器的预充电方法的各个步骤。例如，可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
118.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由权利要求书指出。
119.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求书来限制。