CN105656299B - 一种适用于全桥模块化多电平换流器的启动策略 - Google Patents

一种适用于全桥模块化多电平换流器的启动策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了输配电技术领域的一种适用于全桥模块化多电平换流器的启动策略。其技术方案是，将启动过程分为不控启动与可控充电的两个过程。首先在不控启动过程中，闭锁换流器并投入启动电阻以避免启动电流过大对器件造成损坏。由交流系统供电对上下桥臂子模块进行第一阶段充电，此时直流电压最大仅能达到交流系统相电压峰值。在第二阶段不控充电阶段过程中，保持换流器闭锁，触发各相桥臂子模块中T4按一定频率导通，通过此过程可分别对各相上下桥臂进行持续充电，从而直流电压和子模块电容电压进一步上升。进入不控充电阶段，解锁各换流器并旁路交流系统侧启动电阻，控制系统发出直流电压以及有功功率正常上升指令，系统各指标逐渐达到额定值，至此启动过程完成。

Description

一种适用于全桥模块化多电平换流器的启动策略
技术领域
本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种基于全桥子模块的模块化多电平换流器启动策略。
背景技术
模块化多电平换流器正逐渐成为未来直流输电领域的趋势。由于采用的器件数量少，拓扑简单，半桥型子模块在许多直流输电工程建设中作为首选被应用到了换流器的构建当中。但由于其短路电流导通通路的存在，半桥型子模块并不具备直流故障穿越能力，从而当故障发生时只能够闭锁换流器，跳开交流侧刀闸，导致故障切除与系统恢复时间过长，并且对于多端直流输电系统则丧失了故障后传输功率的能力。为解决以上问题，全桥子模块凭借其直流故障穿越能力替代半桥子模块被应用到了越来越多的场合当中。当直流故障发生，仅通过闭锁全桥子模块所有IGBT即能够切除故障短路电流并且不需要跳开交流侧断路器，当故障清除与绝缘恢复后，系统能够短时间内恢复至正常工作状态。
启动控制是MMC柔性直流输电系统工程应用中必然面临且亟待解决的关键性问题。合适的换流站启动方式对减缓MMC-HVDC系统启动时对自身和电网的冲击非常重要。全桥型子模块与半桥子模块充电方式不同，若仅通过简单的不控充电和可控充电过程达到额定值，将会导致直流电压的快速增大，从而直流电缆承受较大的电压变化率，对系统的正常运行造成严重影响。
发明内容
针对上述技术背景中描述的现有针对半桥型子模块充电过程的不足与缺陷，本发明提出了一种基于全桥子模块的模块化多电平换流器充电策略。通过控制器件导通，从而避免充电过程中直流电压突变所导致的问题。
本发明通过对子模块器件的触发控制，可在不控充电阶段实现子模块电容电压相比子模块全闭锁充电更进一步的充电，从而减少可控充电阶段直流电压变化量，提高充电效率。并且通过PWM方式对T4管触发频率进行设置，以避免IGBT的持续导通过热，从而保证了不控充电过程中器件的安全使用。
本发明的技术方案的特征包括以下步骤：
步骤一：闭锁两端换流器，投入启动电阻，通过交流系统对上下桥臂全桥子模块充电，此时由于上下桥臂电压大小相等，方向相反，直流侧电压为0，子模块电容电压到达最大值 。
步骤二：两端换流器保持闭锁，通过PWM方式触发导通上下桥臂T4管，进行不控充电的第二阶段充电。此时各子模块电容电压到达最大值，直流侧电压由0上升为最大值。
步骤三：解锁两端换流器，闭合启动电阻并联开关，控制系统发出正常直流电压与传输有功功率指令。直流电压和有功功率开始上升到达额定值Udcref和Pref，至此启动过程结束。
本发明通过三个步骤，能够实现基于全桥子模块的模块化多点评换流器的启动过程，并且保证启动过程中不会出现过大充电电流，保护子模块中器件的寿命，具有较好的工程应用前景。
附图说明
图1是模块化多电平换流器MMC的典型拓扑图。
图2是半桥子模块（HBSM）拓扑。
图3是全桥子模块（FBSM）拓扑。
图4是换流器闭锁时，基于FBSM的模块化多电平换流器充电示意图。
图5是换流器闭锁时，触发导通T4时基于FBSM的模块化多电平换流器充电示意图。
图6是基于全桥子模块的换流器直流侧发生双极短路故障后的ab两相桥臂等效电路示意图。
图中各符号：图1中，A,B,C表示换流器交流侧三相；L表示桥臂电抗器；FBSM1,FBSM2...FBSMn表示各桥臂中第1，2，3，...n个全桥子模块；Udc表示直流侧电压。
图2中，VT1，VT2表示HBSM中上下桥臂两个IGBT；VD1,VD2分别表示相对应的IGBT两端的反并联二极管；C0表示直流侧电容器；Uc表示子模块电容电压值；USM表示子模块端口输出电压。
图3中，T1,T2,T3,T4分别代表各桥臂中IGBT；D1,D2,D3,D4分别代表各桥臂中的反并联二极管；C0表示直流侧电容器；Uc表示子模块电容电压值；P,N分别代表子模块端口输出侧正负极；iarm代表流入子模块的电流；USM表示子模块端口输出电压。
图6中，T2,T3代表短路电流流过的反并联二极管通路；ucab代表阀侧ab两相间等效线电压源；N表示桥臂子模块数量；Rf代表直流双极故障后通路等效电阻。
具体实施方式
下面结合附图对全桥型MMC-HVDC的启动方法进行详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明所要解决的技术问题是采用不控充电与可控充电两个阶段，完成全桥子模块的全桥型模块化多电平换流器的启动过程。通过将不控启动过程分为两个阶段以减小直流电压变化时的充电电流对直流电缆和系统稳定运行的影响。本发明采用如下技术方案实现：
步骤一：不控启动阶段
在不控启动阶段开始，首先闭锁换流器，即闭锁图3中T1,T2,T3,T4，投入启动电阻以减小启动电流，流入子模块的电流流经由反并联二极管组成的通路对直流侧电容进行充电。图4为闭锁全桥子模块时的充电回路。此时由于上下桥臂交替输出正、负电平电压，所以直流侧电压为零。此时子模块电容电压最大达到。当子模块电容电压稳定后，由控制系统以一定频率控制触发导通T4，充电通路中电容数量仅为第一阶段的一半，此时上下桥臂交替进行下一步的充电，直流侧电压变为并逐渐上升至即交流测线电压峰值。此时子模块电容电压最大达到，此过程与半桥子模块的不控充电阶段类似，由于启动电阻的存在，所以限制了充电过程中电压变化时充电电流大小。
步骤二：可控充电阶段
解锁两端换流器并旁路启动电阻，控制系统发出指令，直流电压按一定斜率上升至指令值，有功功率上升至额定值，当直流电压稳定后再上升至额定值，该过程中直流电缆缓慢充电，保证了系统运行过程中的安全性。在该阶段中，换流器的主控制器投入正常运行并发出系统运行触发脉冲，直流侧电压由Umax2逐渐上升至额定值，最终完成整个系统的启动过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种适用于全桥模块化多电平换流器的启动策略，包括以下步骤：步骤1：将不控启动分为两个阶段，首先闭锁换流器并投入启动电阻，以避免充电电流过大损坏器件；交流系统通过反并联二极管对直流侧电容充电，此时直流侧电压为零；当子模块电容电压到达Umax1= 时，以一定频率触发脉冲导通T4进入不控启动过程的第二充电阶段，此时上下桥臂分别被充电，直流侧电压变为并逐渐上升至即交流侧 线电压峰值，子模块电容电压上升为Umax2= ；步骤2：解锁两端换流器并旁路启动电阻，控制系统发出指令，直流侧电压按一定斜率上升至指令值，有功功率上升至额定值，当直流侧电压稳定后再上升至额定值，该过程中直流电缆缓慢充电，保证了系统运行过程中的安全性；在该阶段中，换流器的主控制器投入正常运行并发出系统运行触发脉冲，直流侧电压由Umax2逐渐上升至额定值，最终完成整个系统的启动过程；表示交流侧线电压幅值，N表示一个桥臂中的子模块数量。
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