CN104426346B - 一种链式换流阀的自励软启动方法 - Google Patents

一种链式换流阀的自励软启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种链式换流阀的自励软启动方法，其基于的软启动系统包括对应于每一相的相互串联的并网断路器、电抗器和启动电路；所述软启动方法的步骤是：控合并网断路器，使电网通过限流电阻对链式换流阀功率单元直流电容首次充电；控合旁路开关，将限流电阻旁路，同时从换流阀各功率单元中选择出至少一个功率单元，将选择出的功率单元旁路，使电网对未旁路的功率单元直流电容充电；解锁链式换流阀，并进入直流电压闭环控制运行；判断各功率单元直流电压已稳定在正常运行所需值，转入治理目标的闭环控制运行。此方法可有效提高换流阀启动前各单元直流电压，有效减小换流阀启动冲击电流，有利于换流阀直流电压均衡控制，保证功率器件的安全运行。

Description

一种链式换流阀的自励软启动方法
技术领域
本发明属于电气自动化设备领域，特别涉及一种链式换流阀的自励软启动方法。
背景技术
大功率电力电子变流技术在电力系统中的应用越来越广泛，受电力电子功率器件技术水平所限，直接接入中高压电网的大功率电力电子设备多采用功率器件直接串联或者特定结构阀单元级联的拓扑，阀单元级联的链式拓扑降低了对功率器件参数一致性的要求，降低了二次控制回路的设计难度，是更易工程化的电路结构，其代表是单相全桥单元级联构成的静止无功发生器，以及单相半桥单元级联构成的模块化多电平柔性直流换流阀。
由于链式换流阀各单元直流侧均无有功源，直流电容初始电压为0，并网时刻相当于短路，会对电网造成较大的冲击，通常采用他励或自励两种充电方式来减小换流阀并网冲击电流。他励启动是通过附加辅助电路，在并网前对换流阀各直流电容进行充电，通过并网控制算法实现换流阀的无冲击并网，但是其设计难度高、经济性较差。自励启动是在换流阀交流侧加设限流电抗器或电阻器，限制换流阀并网瞬间充电冲击电流，待直流电压上升到设定阈值后解锁正常运行的方式，但是由于一次回路中存在电阻压降、二极管压降等，直流电压受限，将导致解锁瞬时出现过调制等失控行为，产生较大的解锁冲击电流，导致弱电网系统电压畸变，对运行设备造成不利影响。因此在自励回路的基础上设计一种软启动方式是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种链式换流阀的自励软启动方法，其可有效提高换流阀启动前各单元直流电压，有效减小换流阀启动冲击电流，有利于换流阀直流电压均衡控制，保证功率器件的安全运行。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种链式换流阀的自励软启动方法，其基于的软启动系统包括对应于每一相的相互串联的并网断路器、电抗器和启动电路，所述并网断路器、电抗器和启动电路相互串联后，串接在链式换流阀的高压端；所述启动电路包括相互并联的限流电阻和旁路开关；所述软启动方法包括如下步骤：
(1)控合并网断路器，使电网通过限流电阻对链式换流阀功率单元直流电容首次充电；
(2)控合旁路开关，将限流电阻旁路，同时从换流阀各功率单元中选择出至少一个功率单元，将选择出的功率单元旁路，使电网对未旁路的功率单元直流电容充电；
(3)解锁链式换流阀，并进入直流电压闭环控制运行；
(4)判断各功率单元直流电压已稳定在正常运行所需值，转入治理目标的闭环控制运行。
上述步骤(2)中，电网对未旁路的功率单元直流电容充电设定延时后，判断直流平均电压是否达到启动阈值，若未达到启动阈值，进而判断该段充电时间是否达到最大设定时限，未达到最大设定时限则重复步骤(2)，已达到最大设定时限则认为充电失败，并保护动作跳开并网断路器；若直流平均电压已达到启动阈值则执行步骤(3)。
上述步骤(2)中，选择功率单元的方法是：本次循环中对至少一个功率单元进行旁路，下次循环中按排列方法对同样数目的下一组功率单元进行旁路。
上述排列方法采用正向顺序循环方法。
上述最大设定时限在每次循环中为固定值或按规律变化。
上述步骤(2)中，选择功率单元的方法是：对链式换流阀各功率单元直流电容电压进行比较，选择出电压较其它高的至少一个直流电容，其所在的功率单元即为选择出的功率单元。
上述步骤(1)中，电网对链式换流阀功率单元直流电容充电设定延时后，判断直流平均电压是否达到充电阈值，若未达到，则认为充电失败，并保护动作跳开并网断路器；若已满足则执行步骤(2)。
采用上述方案后，本发明具有以下特点：
(1)本发明可抑制换流阀并网充电冲击电流，提高链式换流阀各功率单元解锁启动前直流电压，消除解锁启动时的过调制现象，有效削弱换流阀启动冲击电流，消除其对电网的不利影响；
(2)本发明可消除换流阀充电过程中因各单元硬件参数差异导致的单元间直流电压不一致，有利于换流阀功率单元直流电压均衡控制，避免出现个别功率单元直流电压过高导致功率器件过压失效的问题，保证了功率器件的安全运行。
附图说明
图1是本发明所采用的软启动系统的一次电路拓扑图；
图2是本发明的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，是应用本发明软启动方法所基于的一种链式换流阀的自励软启动系统，用于对链式换流阀4进行软启动控制，以A相为例，所述链式换流阀由N个功率单元级联而成，其中，N为自然数；所述软启动系统包括相互串联的并网断路器1、电抗器2和启动电路3，其中，启动电路3包括相互并联的限流电阻RA和旁路开关1KM，所述旁路开关可采用真空断路器、真空接触器或隔离刀闸，利用并网断路器1为链式换流阀中的各功率单元直流电容充电，无需附加他励电路，通过限流电阻RA与旁路开关1KM组成的启动电路3限制换流阀并网时刻的充电冲击电流。需要说明的是，图1是以三相电路为例说明本发明软启动系统的结构，但本发明不仅适用于三相电路，还适用于单相电路，对于单相电路而言，仅需要一条相互串联的并网断路器1、电抗器2和启动电路3，而对于三相电路而言，需要三条前述电路，且三条电路中的并网断路器1同步动作。
配合图2所示，本发明提供一种基于前述软启动系统的链式换流阀的自励软启动方法，包括如下步骤：
(1)第一段时序控合并网断路器1，使电网通过限流电阻RA对链式换流阀4中的各功率单元直流电容进行首次充电，设定延时后判断直流平均电压是否达到充电阈值Udczd1，若未达到，则认为充电失败，并保护动作跳开并网断路器1，若已达到则转入步骤(2)；
(2)第二段时序控合旁路开关1KM，将限流电阻RA旁路，同时从换流阀各功率单元中选择出至少一个功率单元，对选择出的功率单元通过控制功率器件导通实现旁路，使得电网对其它未旁路的功率单元直流电容进行充电；
该逻辑循环执行，在每次循环中判断直流平均电压是否达到启动阈值Udczd2，若未达到，进而判断该段充电时间是否已达到最大设定时限，未达到则继续循环，若已达到最大设定时限，则认为充电失败，并保护动作跳开并网断路器1；若直流平均电压已达到启动阈值，则停止充电，转而执行步骤(3)；其中，每次循环中的最大设定时限可以是固定的，也可以按一定规律变化；
其中，以链式换流阀A相为例，选择K个功率单元可采用如下两种方案：
方案1：T0时刻进入本次循环，采样链式换流阀各功率单元直流电容电压UdCA1、UdCA2、…、UdCAJ、…、UdCAN，其中，J为自然数，且1≤J≤N，若其中的K(1≤K≤N)个功率单元直流电容电压较其它功率单元直流电容电压高，则将该K个功率单元通过IGBT进行旁路；T1时刻进入下次循环后，重新采样UdCA1、UdCA2、…、UdCAJ、…、UdCAN，并将其中K个直流电容电压较高的功率单元进行旁路，如此循环执行；
方案2：T0时刻进入本次循环，不做电压比较，将UdCA1、UdCA2、…、UdCAK等K个功率单元进行旁路，T1时刻进入下次循环后，以一定的数学排列方法对下一组K个功率单元进行旁路，例如采用正向顺序循环方法，对UdCA(K+1)、UdCA(K+2)、…、UdCA(K+K)等K个功率单元进行旁路，如此循环执行。
(3)解锁链式换流阀，并进入直流电压闭环控制运行；
(4)控制系统判断各功率单元直流电压已稳定在正常运行所需值，转入治理目标的闭环控制运行。
在本实施例中，设电网电压为US，若充电过程中不采用本发明提供的方法，则考虑到一次回路各处压降后功率单元直流电压最高至解锁启动瞬时若功率单元交流电压控制输出为UM，则调制比为而采用本发明方法后，功率单元直流电压最高可至同样的功率单元交流电压控制输出下，调制比为有效地降低了调制比，通过选择旁路功率单元的数目K，可保证链式换流阀解锁启动时不会过调制，保证换流阀端输出电压无畸变，抑制解锁冲击电流，消除对电网的不利影响。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种链式换流阀的自励软启动方法，其基于的软启动系统包括对应于每一相的相互串联的并网断路器、电抗器和启动电路，所述并网断路器、电抗器和启动电路相互串联后，串接在链式换流阀的高压端；所述启动电路包括相互并联的限流电阻和旁路开关；其特征在于所述软启动方法包括如下步骤：
(1)控合并网断路器，使电网通过限流电阻对链式换流阀功率单元直流电容首次充电；
(2)控合旁路开关，将限流电阻旁路，同时从换流阀各功率单元中选择出至少一个功率单元，将选择出的功率单元旁路，使电网对未旁路的功率单元直流电容充电；
(3)解锁链式换流阀，并进入直流电压闭环控制运行；
(4)判断各功率单元直流电压已稳定在正常运行所需值，转入治理目标的闭环控制运行。
2.如权利要求1所述的一种链式换流阀的自励软启动方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电网对未旁路的功率单元直流电容充电设定延时后，判断直流平均电压是否达到启动阈值，若未达到启动阈值，进而判断充电时间是否达到最大设定时限，未达到最大设定时限则重复步骤(2)，已达到最大设定时限则认为充电失败，并保护动作跳开并网断路器；若直流平均电压已达到启动阈值则执行步骤(3)。
3.如权利要求2所述的一种链式换流阀的自励软启动方法，其特征在于：所述步骤(2)中，选择功率单元的方法是：本次循环中对至少一个功率单元进行旁路，下次循环中按排列方法对同样数目的下一组功率单元进行旁路。
4.如权利要求3所述的一种链式换流阀的自励软启动方法，其特征在于：所述排列方法采用正向顺序循环方法。
5.如权利要求2所述的一种链式换流阀的自励软启动方法，其特征在于：所述最大设定时限在每次循环中为固定值或按规律变化。
6.如权利要求1或2所述的一种链式换流阀的自励软启动方法，其特征在于：所述步骤(2)中，选择功率单元的方法是：对链式换流阀各功率单元直流电容电压进行比较，选择出电压较其它高的至少一个直流电容，其所在的功率单元即为选择出的功率单元。
7.如权利要求1或2所述的一种链式换流阀的自励软启动方法，其特征在于：所述步骤(1)中，电网对链式换流阀功率单元直流电容充电设定延时后，判断直流平均电压是否达到充电阈值，若未达到，则认为充电失败，并保护动作跳开并网断路器；若已满足则执行步骤(2)。
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