一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動策略的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術領域，尤其設及一種基于全橋子模塊的模塊化多電平換流 器啟動策略。
【背景技術】
[0002] 模塊化多電平換流器正逐漸成為未來直流輸電領域的趨勢。由于采用的器件數(shù)量 少，拓撲簡單，半橋型子模塊在許多直流輸電工程建設中作為首選被應用到了換流器的構 建當中。但由于其短路電流導通通路的存在，半橋型子模塊并不具備直流故障穿越能力，從 而當故障發(fā)生時只能夠閉鎖換流器，跳開交流側刀閩，導致故障切除與系統(tǒng)恢復時間過長， 并且對于多端直流輸電系統(tǒng)則喪失了故障后傳輸功率的能力。為解決W上問題，全橋子模 塊憑借其直流故障穿越能力替代半橋子模塊被應用到了越來越多的場合當中。當直流故障 發(fā)生，僅通過閉鎖全橋子模塊所有IGBT即能夠切除故障短路電流并且不需要跳開交流側 斷路器，當故障清除與絕緣恢復后，系統(tǒng)能夠短時間內恢復至正常工作狀態(tài)。
[0003] 啟動控制是MMC柔性直流輸電系統(tǒng)工程應用中必然面臨且亟待解決的關鍵性問 題。合適的換流站啟動方式對減緩MMC-HVDC系統(tǒng)啟動時對自身和電網(wǎng)的沖擊非常重要。全 橋型子模塊與半橋子模塊充電方式不同，若僅通過簡單的不控充電和可控充電過程達到額 定值，將會導致直流電壓的快速增大，從而直流電纜承受較大的電壓變化率，對系統(tǒng)的正常 運行造成嚴重影響。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述技術背景中描述的現(xiàn)有針對半橋型子模塊充電過程的不足與缺陷，本發(fā) 明提出了一種基于全橋子模塊的模塊化多電平換流器充電策略。通過控制器件導通，從而 避免充電過程中直流電壓突變所導致的問題。
[0005] 本發(fā)明通過對子模塊器件的觸發(fā)控制，可在不控充電階段實現(xiàn)子模塊電容電壓相 比子模塊全閉鎖充電更進一步的充電，從而減少可控充電階段直流電壓變化量，提高充電 效率。并且通過PWM方式對T4管觸發(fā)頻率進行設置，W避免IGBT的持續(xù)導通過熱，從而保 證了不控充電過程中器件的安全使用。
[0006] 本發(fā)明的技術方案的特征包括W下步驟： 步驟一：閉鎖兩端換流器，投入啟動電阻，通過交流系統(tǒng)對上下橋臂全橋子模塊充電， 此時由于上下橋臂電壓大小相等，方向相反，直流側電壓為0,子模塊電容電壓到達最大值
[0007] 步驟二：兩端換流器保持閉鎖，通過PWM方式觸發(fā)導通上下橋臂T4管，進行不控充 電的第二階段充電。此時各子模塊電容電壓到達最大值
，直流 側電壓由ο上升為最大值
[0008] 步驟Ξ :解鎖兩端換流器，閉合啟動電阻并聯(lián)開關，控制系統(tǒng)發(fā)出正常直流電壓與 傳輸有功功率指令。直流電壓和有功功率開始上升到達額定值Ud。^和Ρ fW，至此啟動過程 結束。
[0009] 本發(fā)明通過Ξ個步驟，能夠實現(xiàn)基于全橋子模塊的模塊化多點評換流器的啟動過 程，并且保證啟動過程中不會出現(xiàn)過大充電電流，保護子模塊中器件的壽命，具有較好的工 程應用前景。
【附圖說明】
[0010] 圖1是模塊化多電平換流器MMC的典型拓撲圖。 W11] 圖2是半橋子模塊（皿SM)拓撲。
[0012] 圖3是全橋子模塊（FBSM)拓撲。
[001引圖4是換流器閉鎖時，基于FBSM的模塊化多電平換流器充電示意圖。
[0014] 圖5是換流器閉鎖時，觸發(fā)導通T4時基于FBSM的模塊化多電平換流器充電示意 圖。
[0015] 圖6是基于全橋子模塊的換流器直流側發(fā)生雙極短路故障后的油兩相橋臂等效 電路示意圖。
[0016] 圖中各符號：圖1中，A，B，C表示換流器交流側S相；L表示橋臂電抗器； FBSM1，F(xiàn)BSM2. . . FBSMn表示各橋臂中第1，2, 3, . . . η個全橋子模塊；Ud。表示直流側電壓。
[0017] 圖2中，VT1，VT2表示皿SM中上下橋臂兩個IGBT ;VD1，VD2分別表示相對應的IGBT 兩端的反并聯(lián)二極管；C。表示直流側電容器；U。表示子模塊電容電壓值；UsM表示子模塊端 口輸出電壓。
[0018] 圖3中，T1，T2, T3, T4分別代表各橋臂中IGBT ;D1，D2, D3, D4分別代表各橋臂中的 反并聯(lián)二極管；C。表示直流側電容器；U。表示子模塊電容電壓值；P，N分別代表子模塊端口 輸出側正負極；i。?代表流入子模塊的電流；UsM表示子模塊端口輸出電壓。
[0019] 圖6中，T2, T3代表短路電流流過的反并聯(lián)二極管通路；U。。,代表閥側油兩相間等 效線電壓源；N表示橋臂子模塊數(shù)量；Rf代表直流雙極故障后通路等效電阻。
[0020]
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對全橋型MMC-HVDC的啟動方法進行詳細說明。應該強調的是，下述 說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。應該強調的是，下述說明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。
[0022] 本發(fā)明所要解決的技術問題是采用不控充電與可控充電兩個階段，完成全橋子模 塊的全橋型模塊化多電平換流器的啟動過程。通過將不控啟動過程分為兩個階段W減小直 流電壓變化時的充電電流對直流電纜和系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響。本發(fā)明采用如下技術方案實 現(xiàn)： 步驟一：不控啟動階段 在不控啟動階段開始，首先閉鎖換流器，即閉鎖圖3中Tl，Τ2, Τ3, Τ4,投入啟動電阻 W減小啟動電流，流入子模塊的電流流經由反并聯(lián)二極管組成的通路對直流側電容進行 充電。圖4為閉鎖全橋子模塊時的充電回路。此時由于上下橋臂交替輸出正、負電平電 壓，所W直流側電壓為零。此時子模塊電容電壓最大達離
。當子模塊電容電壓穩(wěn)定后，由控制系統(tǒng)W-定頻率控制觸發(fā)導通T4,充電通路中電 容數(shù)量僅為第一階段的一半，此時上下橋臂交替進行下一步的充電，直流側電壓變?yōu)?br>巧交流測線電壓峰值。此時子模塊電容電壓最大達到
此過程與半橋子模塊的不控充電階段類似，由于啟動電阻的 存在，所W限制了充電過程中電壓變化時充電電流大小。
[0023] 步驟二：可控充電階段 解鎖兩端換流器并旁路啟動電阻，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，直流電壓按一定斜率上升至指 令值，有功功率上升至額定值，當直流電壓穩(wěn)定后再上升至額定值，該過程中直流電纜緩慢 充電，保證了系統(tǒng)運行過程中的安全性。在該階段中，換流器的主控制器投入正常運行并發(fā) 出系統(tǒng)運行觸發(fā)脈沖，直流側電壓由叫。、2逐漸上升至額定值，最終完成整個系統(tǒng)的啟動過 程。
[0024] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明掲露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該W權利要求的保護范圍 為準。
【主權項】
1. 一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動策略，其特征在于將不控啟動分為兩個 階段并一定頻率觸發(fā)導通T4進行充電，包括W下步驟：步驟1 :閉鎖換流器并投入啟動電 阻，W避免充電電流過大損壞器件； 交流系統(tǒng)通過反并聯(lián)二極管對直流側電容充電，此時直流側電壓為零； 當子模塊電容電壓到達Umgyi時，觸發(fā)脈沖導通T4進入不控啟動過程的第二充電階段， 此時上下橋臂分別被充電，直流側電壓變?yōu)椋翰⒅饾u上升至:：即交 流測線電壓峰值，子模塊電容電壓上升為Umgy2; 步驟2 :解鎖兩端換流器并旁路啟動電阻，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，直流電壓按一定斜率上 升至指令值，有功功率上升至額定值，當直流電壓穩(wěn)定后再上升至額定值，該過程中直流電 纜緩慢充電，保證了系統(tǒng)運行過程中的安全性； 在該階段中，換流器的主控制器投入正常運行并發(fā)出系統(tǒng)運行觸發(fā)脈沖，直流側電壓 由逐漸上升至額定值，最終完成整個系統(tǒng)的啟動過程。2. 基于權利要求1中所述的一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動策略，其特征 是步驟1，2整體作為
【發(fā)明內容】
，使得全橋模塊化多電平換流器具有穩(wěn)定啟動的能力，所有 步驟為有機的不可分割的整體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了輸配電技術領域的一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動策略。其技術方案是，將啟動過程分為不控啟動與可控充電的兩個過程。首先在不控啟動過程中，閉鎖換流器并投入啟動電阻以避免啟動電流過大對器件造成損壞。由交流系統(tǒng)供電對上下橋臂子模塊進行第一階段充電，此時直流電壓最大僅能達到交流系統(tǒng)相電壓峰值。在第二階段不控充電階段過程中，保持換流器閉鎖，觸發(fā)各相橋臂子模塊中T4按一定頻率導通，通過此過程可分別對各相上下橋臂進行持續(xù)充電，從而直流電壓和子模塊電容電壓進一步上升。進入不控充電階段，解鎖各換流器并旁路交流系統(tǒng)側啟動電阻，控制系統(tǒng)發(fā)出直流電壓以及有功功率正常上升指令，系統(tǒng)各指標逐漸達到額定值，至此啟動過程完成。
【IPC分類】H02J3/36, H02M1/36
【公開號】CN105656299
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】許建中, 苑賓, 何智鵬, 趙成勇
【申請人】華北電力大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年1月30日