CN105703386B - 一种柔性直流输电系统的启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性直流输电系统的启动方法，应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中，在第一充电阶段，将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统，并进行不控整流充电；在第二充电阶段，开通接入电网的变流器的引导IGBT，解锁整流侧的变流器，并解锁逆变侧的变流器，使得二极管箝位模块的换流器的充电电压能够达到半桥模块的换流器的充电电压，从而解决了D‑MMC模块的柔性直流输电系统充电电压低导致的换流器解锁时冲击电流大的问题，通过该方法启动所述柔性直流输电系统，无论是交流电流冲击还是直流电流冲击都较小。

Description

一种柔性直流输电系统的启动方法

技术领域

本发明涉及柔性输配电技术领域，具体涉及一种包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的启动方法。

背景技术

与传统电压源换流器相比，模块化多电平换流器(Modular MultileverConverter，MMC)具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，尤其适用于直流输电应用场合。

为降低损耗和器件数量，早期的MMC采用半桥子模块级联形式，但半桥子模块级联形式的MMC无法有效闭锁直流故障，因此，基于二极管箝位模块(Diode Clamp Submodule，DCSM)的改进型MMC(称为D-MMC)由此产生。该D-MMC模块的拓扑结构除了保留早期MMC的一般性优点外，最大的优势在于可利用换流器快速控制实现直流故障自清除，且额外增加的器件和损耗均不大。因此，包括D-MMC的柔性直流输电系统具有广阔的应用前景。

现有的包括D-MMC的柔性直流输电系统启动时进行不控整流充电，该D-MMC模块的拓扑结构造成了柔性直流输电系统在不控整流充电时，直流母线电压值较低，远低于额定工作时的直流母线电压。在这种情况下如果直接解锁换流器的话，会产生较大的冲击电流。

因此，亟需一种应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中的启动方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种柔性直流输电系统的启动方法，用以解决包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中换流器解锁时产生的冲击电流较大的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明提供一种柔性直流输电系统的启动方法，应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中，所述方法依次包括第一充电阶段和第二充电阶段；

在第一充电阶段执行以下步骤：

将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统，并进行不控整流充电；

在第二充电阶段执行以下步骤：

开通接入电网的变流器的引导绝缘栅双极型晶体管IGBT；

解锁整流侧的变流器；

解锁逆变侧的变流器。

优选的，所述开通接入电网的变流器的引导绝缘栅双极型晶体管IGBT具体包括：

分一次开通或者分至少两次开通接入电网的变流器的引导IGBT。

优选的，若分至少两次开通接入电网的变流器的引导IGBT，每次开通不同数量的引导IGBT。

优选的，所述开通接入电网的变流器的引导绝缘栅双极型晶体管IGBT具体包括：

开通接入电网的变流器的全部引导IGBT或者部分引导IGBT。

优选的，若开通接入电网的变流器的部分引导IGBT，则开通接入电网的变流器的引导IGBT的最少数量可以通过以下方法确定：

根据解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值，确定解锁前的直流母线电压值；其中，所述二极管箝位模块中其他IGBT是指，二极管箝位模块中除引导IGBT之外的IGBT；

根据确定出的解锁前的直流母线电压值、不控整流充电结束后的充电电压值和每开通一个引导IGBT时直流母线充电电压的增加值，计算开通引导IGBT的最少数量。

优选的，所述将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统之前，所述方法还包括：连通直流母线；

所述进行不控整流充电，具体包括：

将变流器接入电网，并借助所述接入电网的变流器的充电电阻进行不控整流充电。

进一步的，在所述开通接入电网的变流器的引导绝缘栅双极型晶体管IGBT之前，还包括：切除接入电网的变流器的充电电阻。

优选的，当所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统为单端有源柔性直流输电双端系统时，

所述将变流器接入电网具体包括：将整流侧的变流器接入电网；

所述切除接入电网的变流器的充电电阻，具体包括：切除整流侧的变流器的充电电阻；

在所述解锁逆变侧的变流器之后，所述方法还包括：切除逆变侧的变流器的充电电阻。

优选的，当所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统为单端有源柔性直流输电双端系统时，在所述解锁逆变侧的变流器之前，所述方法还包括：

逐步将逆变侧的变流器的二极管箝位模块中电容的数量减少一半，其中，每减少一次电容数量后，根据电容均压策略，控制所述变流器中的各二极管箝位模块轮换切入。

优选的，当所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统为双端有源柔性直流输电双端系统时，

所述将变流器接入电网具体包括：将整流侧的变流器和逆变侧的变流器接入电网；

所述切除接入电网的变流器的充电电阻，具体包括：切除整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻。

本发明通过在不控整流充电完成后、解锁换流器之前，开通接入电网的变流器的引导IGBT，使得二极管箝位模块的换流器的充电电压能够达到半桥模块的换流器的充电电压，从而解决了D-MMC模块的柔性直流输电系统充电电压低导致的换流器解锁时冲击电流大的问题，通过该方法启动所述柔性直流输电系统，无论是交流电流冲击还是直流电流冲击都较小；此外，通过在开通接入电网的变流器的引导IGBT之前，切除接入电网的变流器的充电电阻，从而避免在开通引导IGBT充电时引入充电电阻，不会产生额外的功率损耗。

附图说明

图1为二极管箝位模块的拓扑图；

图2为二极管箝位模块充电时未启动引导IGBT(VT₃)的电流路径示意图；

图3为半桥模块充电时的电流路径示意图；

图4为二极管箝位模块充电时开通引导IGBT的电流路径示意图；

图5为包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统示意图；

图6为包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统示意图。

具体实施方式

本发明通过合理利用二极管箝位模块中的引导IGBT，使二极管箝位模块(DCSM)的不控整流充电特性与半桥模块(HBSM)的不控整流充电特性相同，从而可以达到较高的直流母线电压，减小换流器解锁时产生的较大冲击电流。

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合图1、2、3、4对本发明的原理做详细描述。

参见图1，二极管箝位模块包括：3个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，引导绝缘栅双极型晶体管)：VT₁、VT₂、VT₃，2个电容：C₁和C₂，以及7个二极管：VD₁、VD₂、VD₃、VD₄，其中VT₃为引导IGBT，VD₁为VT₁的反并联二极管，VD₂为VT₂的反并联二极管，VD₃为VT₃的反并联二极管，VD₄为箝位二极管。VT₁的发射极连接VT₂的集电极，并连接二极管箝位模块的接口A，VT₂的发射极连接VT₃的发射极，并连接二极管箝位模块的接口B。C₁和C₂串联，且VT₁的集电极连接电容C₁，VT₂的发射极和VT₃的发射极连接电容C₂，箝位二极管VD₄的正极连接二极管箝位模块的接口B，箝位二极管VD₄的负极连接电容C₁和电容C₂的中点。

图2为二极管箝位模块充电时未启动引导IGBT(VT₃)的电流路径示意图，如图2所示，A、B、C三相均包括上桥臂和下桥臂，每相的上下桥臂均串联连接n个二极管箝位模块(DCSM)，每个二极管箝位模块(DCSM)的模块结构均采用图1所示的拓扑结构。以下以A相上桥臂中的第一个二极管箝位模块为例，说明在二极管箝位模块充电时，在未启动引导IGBT(VT₃)情况下，AB相间的电流路径。

图2中的两路虚线箭头分别代表两个电流路径，电流路径1表示由B相流向A相，具体为：电流从B相流出，依次经由A相第一个二极管箝位模块中的VD₁、C₁、C₂、VD₃，流向后续串联的其他二极管箝位模块，最终流至A相。电流路径2表示由A相流向B相，具体为：电流从A相流入，经由串联的其他二极管箝位模块流向A相第一个二极管箝位模块，依次经由A相第一个二极管箝位模块中的VD₄、C₂、VD₂，流向B相中串联的n个二极管箝位模块。

当电流按照电流路径1流动时，该二极管箝位模块中的两个电容C₁和C₂为串联关系，共同串入电路中进行充电；当电流按照电流路径2流动时，该二极管箝位模块中只有电容C₂接入电路中进行充电。

当电流按照电流路径1流动时，A相上桥臂的二极管箝位模块和B相上桥臂的二极管箝位模块处于不同的状态：对于A相上桥臂的二极管箝位模块来说是电流流入，而对于B相上桥臂的二极管箝位模块是电流流出，因此，A相上桥臂的二极管箝位模块的两个电容C₁和C₂串联接入电路，而B相上桥臂的二极管箝位模块的电容C₂接入电路。当电流按照电流路径2流动时，A相上桥臂的二极管箝位模块的电容C₂接入电路，而B相上桥臂的二极管箝位模块的两个电容C₁和C₂串联接入电路。

图3为半桥模块充电时的电流路径示意图，如图3所示，A、B、C三相均包括上桥臂和下桥臂，上下桥臂均串联连接n个半桥模块(HBSM)，每个半桥模块(HBSM)的拓扑结构与图1所示的二极管箝位模块(DCSM)的拓扑结构相同，图3所示的半桥模块中的电容C相当于图1所示的二极管箝位模块中的串联的电容C₁和C₂。以下以A相上桥臂中的第一个半桥模块为例，说明半桥模块充电时A、B相问的电流路径。

图3中的两路虚线箭头分别代表两个电流路径，电流路径1表示由B相流向A相，具体为：电流从B相流出，依次经由A相第一个半桥模块中的VD₁和C，流向后续串联的其他半桥模块，最终流至A相。电流路径2表示由A相流向B相，具体为：电流从A相流入，经由串联的其他半桥模块流向A相第一个半桥模块，经由A相第一个半桥模块中的VD₂流向B相中串联的n个半桥模块。

根据前面对图2的分析，对图3所示的半桥模块可以得出以下结论：当电流按照电流路径1流动时，A相上桥臂的二极管箝位模块的电容C接入电路，而B相上桥臂的二极管箝位模块的电容从电路中切除。当电流按照电流路径2流动时，A相上桥臂的二极管箝位模块的电容C从电路中切除，B上桥臂的二极管箝位模块的电容接入电路。

因此，对于相同电压等级的二极管箝位模块柔性直流输电系统和半桥模块柔性直流输电系统来说，不控整流充电时，AB相电路中串联的电容数量是不相同的，例如，在二极管箝位模块柔性直流输电系统的AB相电路中，是n个C₁和2n个C₂串联，在而半桥模块柔性直流输电系统的AB相电路中，是n个C串联(相当于n个C₁和n个C₂串联)，可见，二极管箝位模块中电路串联的电容数量比半桥模块中电路串联的电容数量多，因此，二极管箝位模块中每个电容的充电电压低于半桥模块中每个电容的充电电压。

对比图2和图3可以看出，对于A相上桥臂的单个二极管箝位模块和半桥模块来说，电流按照电流路径1流动(即自上而下流动)是一致的，而电流按照电流路径2流动(即自下而上流动)是不一致的。

由于在正常工作时，二极管箝位模块的引导IGBT(VT₃)处于开通状态，而发明人发现，开通引导IGBT(VT₃)后，二极管箝位模块与半桥模块按照电流路径1和电流路径2流动时均一致。也就是说，如果在解锁换流器之前的充电过程中开通引导IGBT，那么二极管箝位模块的充电原理和半桥模块的充电原理应该是相同的。因此，在这种情况下，二极管箝位模块的充电电压应该与半桥模块的充电电压一致，由此，可以解决包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统充电电压低导致的换流器解锁时冲击电流大的问题。

以下结合图4，对二极管箝位模块充电时开通引导IGBT(VT₃)的电流路径进行分析说明。如图4所示，在二极管箝位模块充电过程中，如果开通引导IGBT(VT₃)，那么当电流按照电流路径1流动时，电流从B相流出，依次经由A相第一个二极管箝位模块中的VD₁、C₁、C₂、VD₃，流向后续串联的其他二极管箝位模块，最终流至A相，也就是说，A相上桥臂的二极管箝位模块的两个电容C₁和C₂全部串联接入电路充电，B相上桥臂的二极管箝位模块的两个电容从电路中切除。当电流按照电流路径2流动时，电流从A相流入，经由串联的其他二极管箝位模块流向A相第一个二极管箝位模块，依次经由A相第一个二极管箝位模块中的VT₃、VD₂，流向B相中串联的n个二极管箝位模块，也就是说，A相上桥臂的二极管箝位模块的两个电容C₁和C₂从电路中切除，B相上桥臂的二极管箝位模块的两个电容全部串联接入电路充电。可以看出，图4所示的二极管箝位模块充电时开通引导IGBT(VT₃)的电流路径与图3所示的半桥模块充电时的电流路径(包括电流路径1和电流路径2)相同。

需要说明的是，二极管箝位模块具有直流故障处理功能，也就是说，当发生直流故障时，包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统可以快速闭锁所有的IGBT的触发信号，利用二极管箝位模块电容提供的反电势和二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程，无需交流断路器动作。因此，必须在没有直流故障的情况下才可以开通引导IGBT。

由此，本发明提供一种柔性直流输电系统的启动方法，应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中。包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统可以包括整流侧的变流器和逆变侧的变流器，整流侧的变流器和逆变侧的变流器均采用图4所示的二极管箝位模块实现。整流侧的变流器工作在整流状态，控制直流母线电压，逆变侧的变流器工作在逆变状态，控制有功和无功功率的传输。整流侧的变流器和逆变侧的变流器经由直流母线连接，且整流侧的变流器和逆变侧的变流器分别连接充电电阻。在包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统(以下简称单端有源双端系统)中，整流侧的变流器经由整流侧的变流器的充电电阻、变压器和交流线路阻抗接入电网1，逆变侧的变流器经由逆变侧的变流器的充电电阻、变压器和交流线路阻抗连接风电场或无源负载。在包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统(以下简称双端有源双端系统)中，整流侧的变流器经由整流侧的变流器的充电电阻、变压器和交流线路阻抗接入电网1，逆变侧的变流器经由逆变侧的变流器的充电电阻、变压器和交流线路阻抗接入电网2。

所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的启动方法依次包括：第一充电阶段和第二充电阶段。

在第一充电阶段，执行以下步骤：

步骤101，连通直流母线。

该步骤是为启动包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统做准备，具体的，闭合整流侧的变流器和逆变侧的变流器之间的直流开关，以连通整流侧的变流器和逆变侧的变流器之间的直流母线。在对整流侧的变流器和逆变侧的变流器进行充电之前，二极管箝位模块的电压不足以驱动IGBT，因此，整流侧的变流器和逆变侧的变流器处于闭锁状态。

步骤102，将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统。

需要说明的是，在第一充电阶段，需要将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统，这样才能够利用充电电阻为接入电网的变流器进行不控整流充电。也就是说，对于单端有源双端系统来说，将整流侧的变流器的充电电阻接入所述单端有源系统，优选的，也可以将逆变侧的变流器的充电电阻接入所述单端有源双端系统。对于双端有源双端系统来说，将整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻接入所述双端有源双端系统。

步骤103，将变流器接入电网，并借助接入电网的变流器的充电电阻进行不控整流充电。

具体的，在包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统中，将整流侧的变流器接入电网1，并借助整流侧的变流器的充电电阻进行不控整流充电；在包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统中，将整流侧的变流器接入电网1，并将逆变侧的变流器接入电网2，并借助整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻进行不控整流充电。

在第二充电阶段，可以执行以下步骤：

步骤201，开通接入电网的变流器的引导IGBT。

具体的，在第二充电阶段，通过开通引导IGBT对接入电网的变流器进行充电。变流器的引导IGBT为VT₃，在单端有源双端系统中，接入电网的变流器为整流侧的变流器，在双端有源双端系统中，接入电网的变流器为整流侧的变流器和逆变侧的变流器。开通引导IGBT的具体实现方式在后续再进行详细说明。

步骤202，解锁整流侧的变流器。

具体的，在第一充电阶段进行不控整流充电时，整流侧的变流器和逆变侧的变流器均处于闭锁状态。在第二充电阶段，对接入电网的变流器进行充电过程中，整流侧的变流器和逆变侧的变流器也处于闭锁状态，在需要开通的接入电网的变流的引导IGBT开通完毕，且直流母线电压稳定之后，再解锁整流侧的变流器，具体的，可以通过设置延时时间来控制整流侧的变流器的解锁开始时间，以确保直流母线有足够的时间能够达到稳定。

步骤203，解锁逆变侧的变流器。

在直流母线电压提升稳定后，解锁逆变侧的变流器。具体的，可以通过判断直流母线电压的检测值与指令值之差是否小于预设的阈值来确定当前直流母线电压是否已提升稳定，一旦判断出直流母线电压提升稳定，则可以解锁逆变侧的变流器。

解锁变流器的方式属于现有技术，在此不再赘述。

优选的，在单端有源双端系统中，为了将解锁逆变侧的变流器产生的冲击电流控制在最小，在解锁逆变侧的变流器(即步骤203)之前，还可以执行以下步骤：

逐步将逆变侧的变流器的二极管箝位模块中电容的数量减少一半，其中，每减少一次电容数量后，根据电容均压策略，控制逆变侧的变流器中的各二极管箝位模块轮换切入。也就是说，对于逆变侧的变流器一个桥臂中的一个二极管箝位模块来说，将电容数量从2n个减少至n个，减少电容数量的方式不限，例如，可以按照等差数列减少，每次减少的电容数量也不限。

优选的，为了进一步避免产生额外的功率损耗，可以在不控整流充电完成(即第一充电阶段结束)后，在第二充电阶段中切除接入电网的变流器的充电电阻，即在步骤201之前，执行以下步骤：

步骤200，切除接入电网的变流器的充电电阻。

具体的，在单端有源双端系统中，切除整流侧的变流器的充电电阻，在双端有源双端系统中，切除整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻。也就是说，在第二充电阶段中，变流器的充电电阻没有接入包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中，这样也就不会存在由充电电阻产生的功率损耗。

需要说明的是，在单端有源双端系统中，在解锁逆变侧的变流器(即步骤203)之后，所述方法还可以包括：切除逆变侧的变流器的充电电阻。具体的，先闭合逆变侧的变流器的交流开关，以便给风电场或无源负载提供稳定的交流电压，待冲击电流结束后，再切除逆变侧的变流器的充电电阻。

上述步骤执行完毕后，逆变侧功率提升至目标值，所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的启动过程结束，所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统进入稳态运行阶段。

以下对开通接入电网的变流器的引导IGBT的具体实现方式进行详细说明。

接入电网的变流器的引导IGBT可以分一次开通或者分至少两次开通，若分至少两次开通，可以每次开通相同数量的引导IGBT，例如逐个开通引导IGBT，即一次开通一个IGBT，也可以每次开通不同数量的引导IGBT。接入电网的变流器的引导IGBT可以全部开通也可以部分开通。

通常来说，可以根据对包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的要求以及包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的实际情况来选择最优的引导IGBT开通方式，也就是说，选择何种最优的引导IGBT开通方式取决于对充电时间的要求以及系统对冲击电流的适应能力。如果要求包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统具有比较短的充电时间，则优选采用一次性开通全部引导IGBT的方式，或者采用多次开通部分引导IGBT的方式，每次开通较多数量的引导IGBT。如果对包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的充电时间要求不高，且包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的冲击电流的承受能力较差，则优选采用逐个开通引导IGBT的方式，例如分为n次开通，每次开通1个引导IGBT，n为二极管箝位模块的数量。

若部分开通接入电网的变流器的引导IGBT，为了使解锁二极管箝位模块中其他IGBT时产生的冲击电流小于解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值，必须开通一定数量的引导IGBT，则需要开通的引导IGBT的最少数量N₀可以通过以下方式确定：

首先，根据解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值ireq，确定解锁前的直流母线电压值Utarget。其中，解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值ireq为设定值。

具体的，解锁前的直流母线电压值Utarget与解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值ireq呈函数关系，即Utarget＝f(ireq)，解锁前的直流母线电压Utarget是解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值ireq的函数，二者满足反比例关系，也就是说，包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的抗冲击电流的能力越大，直流母线电压值Utarget可以越低，反之亦然。

其次，根据确定出的解锁前的直流母线电压值Utarget、不控整流充电结束后的充电电压值Uorg和每开通一个引导IGBT时直流母线充电电压的增加值ΔU，计算开通引导IGBT的最少数量N₀。

具体的，开通引导IGBT的最少数量N₀可以通过以下公式计算得到：N₀＝(Utarget-Uorg)/ΔU；

其中，Uorg可以根据二极管箝位模块的拓扑结构和系统交流电压唯一确定；ΔU可以根据二极管箝位模块拓扑结构、系统交流电压和接入电网的变流器中二极管箝位模块的数量唯一确定。

本发明通过在不控整流充电完成后、解锁换流器之前，开通接入电网的变流器的引导IGBT，使得二极管箝位模块的换流器的充电电压能够达到半桥模块的换流器的充电电压，从而解决了D-MMC模块的柔性直流输电系统充电电压低导致的换流器解锁时冲击电流大的问题，通过该方法启动所述柔性直流输电系统，无论是交流电流冲击还是直流电流冲击都较小。本发明仅利用二极管箝位模块的工作特性，选择开通引导IGBT的时机，不会引入额外的功率损耗，更具有优越性。

为了清楚说明本发明的技术方案，以下分别结合图5和图6，分别以包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统和包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统为例，对柔性直流输电系统的启动方法进行详细说明。

图5为包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统示意图，如图5所示，该系统包括两个D-MMC，其中左侧的D-MMC工作在整流状态，用于控制直流母线电压，被称为整流侧的变流器；右侧的变流器工作在逆变状态，用于控制有功和无功功率的传输，被称为逆变侧的变流器。三相交流电网1的三相与交流线路阻抗连接，交流线路阻抗连接变压器1，变压器1连接交流开关S1，交流开关S1连接整流器侧的变流器的充电电阻和电阻旁路开关S2，其中，电阻旁路开关S2与该整流器侧的变流器的充电电阻并联，之后连接整流侧的变流器。整流侧的变流器与逆变侧的变流器通过直流母线相连，直流母线上设置有直流开关K1和K2，直流开关K1和K2用于控制直流母线连通。逆变侧的变流器的输出端连接逆变侧的变流器的充电电阻和电阻旁路开关S4，其中，电阻旁路开关S4与逆变侧的变流器的充电电阻并联，之后连接交流开关S3，S3连接变压器2，变压器2的输出端连接交流线路阻抗，通过交流线路阻抗最后连接风电场或无源负载。

图5所示的包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统的启动方法包括第一充电阶段和第二充电阶段。

在第一充电阶段执行以下步骤：

步骤501，闭合直流开关K1和K2，并保持整流侧的变流器和逆变侧的变流器保持闭锁。此时，交流开关S1和S3，以及电阻旁路开关S2和S4断开。

步骤502，闭合交流开关S1，用以将整流侧的变流器接入电网1，以便对整流侧的变流器进行不控整流充电。

具体的，在不控整流充电期间，保持电阻旁路开关S2断开，从而整流侧的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统，以进行不控整流充电。

需要说明的是，为了限制不控整流时产生的冲击电流，在步骤502中，交流开关S3和电阻旁路开关S4保持断开。

当不控整流充电完成，即第一充电阶段结束后，进入第二充电阶段，在第二充电阶段执行以下步骤：

步骤503，闭合电阻旁路开关S2，以切除整流侧的变流器的充电电阻。

步骤504，开通整流侧的变流器的引导IGBT。

具体的，引导IGBT的开通方式有多种，例如可以分一次开通或者分至少两次开通，可以逐个开通引导IGBT或者每次开通不同数量的引导IGBT，可以开通全部引导IGBT或者开通部分引导IGBT。可以根据对包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统的要求以及包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统的实际情况来选择最优的引导IGBT开通方式，具体实现方式如前所述，在此不再赘述。

步骤505，需要开通的引导IGBT开通完毕且直流母线稳定后，解锁整流侧的变流器。

步骤506，逐步将逆变侧的变流器的二极管箝位模块中电容的数量减少一半，其中，每减少一次电容数量后，根据电容均压策略，控制逆变侧的变流器中的各二极管箝位模块轮换切入。

步骤507，直流母线电压提升稳定后，解锁逆变侧的变流器。

步骤508，闭合交流开关S3，待冲击电流结束后，闭合电阻旁路开关S4，用以切除逆变侧的变流器的充电电阻。

逆变侧功率提升至目标值后，该包括二极管箝位模块的单端有源柔性直流输电双端系统的启动过程结束，进入稳态运行阶段。

图6为包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统示意图，如图6所示，该系统包括两个D-MMC，其中左侧的D-MMC工作在整流状态，用于控制直流母线电压，被称为整流侧的变流器；右侧的变流器工作在逆变状态，用于控制有功和无功功率的传输，被称为逆变侧的变流器。三相交流电网1的三相与交流线路阻抗连接，交流线路阻抗连接变压器1，变压器1连接交流开关S1，交流开关S1连接整流器侧的变流器的充电电阻和电阻旁路开关S2，其中，电阻旁路开关S2与该整流器侧的变流器的充电电阻并联，之后连接整流侧的变流器。整流侧的变流器与逆变侧的变流器通过直流母线相连，直流母线上设置有直流开关K1和K2，直流开关K1和K2用于控制直流母线连通。逆变侧的变流器的输出端连接逆变侧的变流器的充电电阻和电阻旁路开关S4，其中，电阻旁路开关S4与逆变侧的变流器的充电电阻并联，之后连接交流开关S3，S3连接变压器2，变压器2的输出端连接交流线路阻抗，通过交流线路阻抗最后连接交流电网2。

图6所示的包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统的启动方法包括第一充电阶段和第二充电阶段。

在第一充电阶段执行以下步骤：

步骤601，闭合直流开关K1和K2，并保持整流侧的变流器和逆变侧的变流器保持闭锁。此时，交流开关S1和S3，以及电阻旁路开关S2和S4断开。

步骤602，闭合交流开关S1，用以将整流侧的变流器接入电网1，以便对整流侧的变流器进行不控整流充电。不控整流充电完成后，闭合交流开关S3，将逆变侧的变流器接入电网2。

具体的，在不控整流充电期间，保持电阻旁路开关S2和S4断开，从而整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统，以进行不控整流充电。

需要说明的是，交流开关S1和S3也可以同时闭合，即同时执行以下操作：将整流侧的变流器接入电网1，以及将逆变侧的变流器接入电网2。

不控整流充电完成且整流侧的变流器接入电网1且逆变侧的变流器接入电网2后，即第一充电阶段结束后，进入第二充电阶段，在第二充电阶段执行以下步骤：

步骤603，闭合电阻旁路开关S2和S4，以切除整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻。

步骤604，开通整流侧的变流器的引导IGBT和逆变侧的变流器的引导IGBT。

其中，整流侧的变流器的引导IGBT和逆变侧的变流器的引导IGBT可以同时开通，也可以先后开通，整流侧的变流器的引导IGBT和逆变侧的变流器的引导IGBT的开通顺序不限。

具体的，引导IGBT的开通方式有多种，例如可以分一次开通或者分至少两次开通，可以逐个开通引导IGBT或者每次开通不同数量的引导IGBT，可以开通全部引导IGBT或者开通部分引导IGBT。可以根据对包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统的要求以及包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统的实际情况来选择最优的引导IGBT开通方式，具体实现方式如前所述，在此不再赘述。

步骤605，需要开通的引导IGBT开通完毕且直流母线稳定后，解锁整流侧的变流器。

步骤606，直流母线电压提升稳定后，解锁逆变侧的变流器，给出功率指令。

逆变侧功率提升至目标值后，该包括二极管箝位模块的双端有源柔性直流输电双端系统的启动过程结束，进入稳态运行阶段。

需要说明的是，本发明的包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的启动方法，不仅可以应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电双端系统(即包括两个变流器的系统)，也可以应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电多端系统(即包括多个变流器的系统)。也就是说，上述包括二极管箝位模块的柔性直流输电双端系统可以为单端有源双端系统，也可以为双端有源双端系统；上述包括二极管箝位模块的柔性直流输电多端系统可以为单端有源多端系统，也可以为多端有源多端系统，其中，有源端的数量要小于或等于系统端的数量。多端有源系统看作是多个双端有源系统或者单端有源系统的组合。

本发明的包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统的启动方法，同样适用于包括二极管箝位模块和其他模块(例如半桥模块)的柔性直流输电系统，也就是说，不一定要求柔性直流输电系统中的变流器一定全部为二极管箝位模块，只要柔性直流输电系统中包括二极管箝位模块，就可以使用本发明的启动方法启动。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电系统的启动方法，应用于包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统中，其特征在于，

该柔性直流输电系统包括整流侧的变流器和逆变侧的变流器，整流侧的变流器和逆变侧的变流器均采用所述二极管箝位模块，

所述二极管箝位模块包括：3个绝缘栅双极型晶体管IGBT：即VT₁、VT₂、VT₃，2个电容：C₁和C₂，以及4个二极管：VD₁、VD₂、VD₃、VD₄，其中VT₃为引导IGBT，VD₁为VT₁的反并联二极管，VD₂为VT₂的反并联二极管，VD₃为VT₃的反并联二极管，VD₄为箝位二极管，VT₁的发射极连接VT₂的集电极，并连接二极管箝位模块的第一接口，VT₂的发射极连接VT₃的发射极，VT₃的集电极连接二极管箝位模块的第二接口；C₁和C₂串联，且VT₁的集电极连接C₁，VT₂的发射极和VT₃的发射极连接C₂，箝位二极管VD₄的正极连接二极管箝位模块的第二接口，箝位二极管VD₄的负极连接C₁和C₂的中点；

所述方法依次包括第一充电阶段和第二充电阶段；

在第一充电阶段执行以下步骤：

将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统，并进行不控整流充电；

在第二充电阶段执行以下步骤：

开通接入电网的变流器的引导IGBT；

解锁整流侧的变流器；

解锁逆变侧的变流器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开通接入电网的变流器的引导IGBT具体包括：

分一次开通或者分至少两次开通接入电网的变流器的引导IGBT。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，若分至少两次开通接入电网的变流器的引导IGBT，每次开通不同数量的引导IGBT。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述开通接入电网的变流器的引导IGBT具体包括：

开通接入电网的变流器的全部引导IGBT或者部分引导IGBT。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若开通接入电网的变流器的部分引导IGBT，则开通接入电网的变流器的引导IGBT的最少数量通过以下方法确定：

根据解锁二极管箝位模块中其他IGBT的冲击电流最大值，确定解锁前的直流母线电压值；其中，所述二极管箝位模块中其他IGBT是指，二极管箝位模块中除引导IGBT之外的IGBT；

根据确定出的解锁前的直流母线电压值、不控整流充电结束后的充电电压值和每开通一个引导IGBT时直流母线充电电压的增加值，计算开通引导IGBT的最少数量。

6.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将接入电网的变流器的充电电阻接入所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统之前，所述方法还包括：连通直流母线；

所述进行不控整流充电，具体包括：

将变流器接入电网，并借助所述接入电网的变流器的充电电阻进行不控整流充电。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述开通接入电网的变流器的引导IGBT之前，还包括：切除接入电网的变流器的充电电阻。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统为单端有源柔性直流输电双端系统时，

所述将变流器接入电网具体包括：将整流侧的变流器接入电网；

所述切除接入电网的变流器的充电电阻，具体包括：切除整流侧的变流器的充电电阻；

在所述解锁逆变侧的变流器之后，所述方法还包括；切除逆变侧的变流器的充电电阻。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统为单端有源柔性直流输电双端系统时，在所述解锁整流侧的变流器之后并在所述解锁逆变侧的变流器之前，所述方法还包括：

逐步将逆变侧的变流器的每个桥臂中的二极管箝位模块的数量减少一半从而使其中电容的数量减少一半，其中，每减少一次电容数量后，根据电容均压策略，控制所述逆变侧的变流器中的各二极管箝位模块轮换切入。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述包括二极管箝位模块的柔性直流输电系统为双端有源柔性直流输电双端系统时，

所述将变流器接入电网具体包括：将整流侧的变流器和逆变侧的变流器接入电网；

所述切除接入电网的变流器的充电电阻，具体包括：切除整流侧的变流器的充电电阻和逆变侧的变流器的充电电阻。