CN107634513A - Mmc换流站接入直流电网的控制方法及控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MMC换流站接入直流电网的控制方法及控制器，其中方法包括：利用MMC换流站的交流源为MMC换流站的第一子模块充电；判断所有第一子模块的电容电压是否提升至其额定工作电压；当判断结果为是时，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电；判断所有DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至其额定工作电压；当判断结果为是时，将DC/DC变换器的第一直流侧与待接入直流电网相连，控制DC/DC变换器的传输功率，使得传输功率提升至所述DC/DC变换器的额定传输功率。本发明实施例采用的MMC换流站和DC/DC变换器的有序充电控制，能够有效降低MMC换流站接入直流电网的冲击电流，从而易于实现MMC换流站平滑接入直流电网。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种MMC换流站接入直流电网的控制方法及控制器。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和环境承载能力的日益减弱，可再生能源发电得到了迅速发展，如风能发电、太阳能发电等。这些发电装置具有单个装机容量小、分布比较分散、原理交流电网等特点。与交流主网并网时，由于传统的电流源换流站只能工作在有源逆变状态、换流站短路容量小等缺点，并不能满足这些新能源的并网要求。
基于高压、大功率、全控型电力电子器件(如IGBT)的电压源换流站，由于其灵活、经济、可控性、高质量输电方式等优点，成为了直流电网发展的主流趋势。其中，基于电压源换流站技术目前主要采用模块化多电平(Modular-Multilevel-Converter，简称为MMC)变流技术，其采用各相级联的子模块电压叠加的方式输出高电压。如图1所示，为MMC的基本结构示意图，即MMC的三相桥臂是由子模块(SM)级联所得。三相MMC由三个结构相同的相单元组成，三个相单元并联连接；每个相单元均分为上下桥臂，共6个桥臂；每个桥臂由N个SM和一个桥臂电抗器串联而成。
现有技术中，将采用MMC变流技术的电压源换流站称之为MMC换流站。其中，考虑到直流电网可灵活扩展的性质，因此，如何将MMC换流站在线接入直流电网将成为今后普遍存在的问题。由于MMC换流站在直流电网中的接入点的电压等级可能与MMC换流站的直流电压等级不同，现有技术中一般通过高电压大容量DC/DC变换器实现不同电压等级的孤立MMC换流站与直流电网的互连。其中，DC/DC变换器为基于MMC的传统半桥式DC/DC变换器，具体结构如图2所示，包括由变压器连接的两组MMC，两组MMC的交流侧通过变压器连接，其对应的直流侧分别为与待接入直流电网相连的第一直流侧以及与MMC换流站直流侧相连的第二直流侧。其中，将MMC换流站中的子模块称之为第一子模块；将DC/DC变换器中的子模块分为：与MMC换流站直流侧相连的一组MMC中的子模块称之为第二子模块，将DC/DC变换器与直流电网相连的一组MMC中的子模块称之为第三子模块。
但是，上述技术方案中，若不能采取合理的MMC换流站在线接入不同电压等级的直流电网的控制策略，将导致MMC换流站接入时产生的冲击电流过大，损坏设备且影响整个直流电网的安全、稳定运行。因此需设计合理的控制策略，以保证MMC换流站通过DC/DC变换器在线平滑接入直流电网。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种MMC换流站接入直流电网的控制方法及控制器，以解决MMC换流站接入直流电网时产生的冲击电流过大的问题。
本发明第一方面提供了一种MMC换流站接入直流电网的控制方法，包括以下步骤：
利用MMC换流站的交流源为所述MMC换流站的第一子模块充电；
判断所有所述第一子模块的电容电压是否提升至所述第一子模块的额定工作电压；
当所有所述第一子模块的电容电压提升至所述第一子模块的额定工作电压时，利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电；
判断所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压；
当所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，将所述DC/DC变换器的第一直流侧与所述待接入直流电网相连，提升所述DC/DC变换器的传输功率至所述DC/DC变换器的额定传输功率。
可选地，所述利用MMC换流站的交流源为所述孤立MMC换流站的第一子模块充电，包括以下步骤：
对所有所述第一子模块进行闭锁充电；
根据所述第一子模块闭锁充电的状态，对所有所述MMC换流站的第一子模块进行解锁充电。
可选地，所述对所有所述第一子模块进行闭锁充电，包括以下步骤：
将所有所述第一子模块的状态设置为闭锁状态；
采用不控充电方法对所述第一子模块进行充电，提升所述MMC换流站直流侧的电压至所述交流源的线电压峰值。
可选地，所述根据所述第一子模块闭锁充电的状态，对所有所述孤立MMC换流站的第一子模块进行解锁充电，包括以下步骤：
判断所述MMC换流站直流侧的电压是否达到所述交流源的线电压峰值；
在判断结果为是的情况下，将所有所述第一子模块的状态设置为解锁状态；
采用定直流电压和定无功控制方法对所述第一子模块进行充电，提升所述孤立MMC换流站直流侧的电压至所述孤立MMC换流站的额定工作电压。
可选地，所述利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电，包括以下步骤：
对所有所述DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立所述DC/DC变换器中的交流电压；
根据所述DC/DC变换器中的交流电压，对所述DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电。
可选地，所述对所有所述DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立所述DC/DC变换器中的交流电压，包括：采用定交流电压的控制方法以及调整所述第二子模块的投入数量，建立所述DC/DC变换器中的交流电压。
可选地，所述根据DC/DC变换器中的交流电压，对所述DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电，包括以下步骤：
采用所述交流电压对所述DC/DC变换器的第三子模块进行不控充电；
判断所述DC/DC变换器的第一直流侧的电压是否达到所述交流源的线电压峰值；
在判断结果为是的情况下，将所有所述第三子模块的状态设置为解锁状态；
采用定直流电压和定无功控制方法对所述第三子模块进行充电，提升所述DC/DC变换器的第一直流侧的电压至所述DC/DC变换器的额定工作电压。
可选地，所述控制所述DC/DC变换器的传输功率，使得所述DC/DC变换器的传输功率提升至所述DC/DC变换器的额定传输功率，包括：采用定有功功率和无功功率的方法控制所述DC/DC变换器的传输功率。
可选地，所述利用MMC换流站的交流源为所述孤立MMC换流站的第一子模块充电的步骤之前，还包括：初始化所述孤立MMC换流站以及所述DC/DC变换器的步骤。
本发明第二方面提供了一种MMC换流站接入直流电网的控制装置，包括：
第一充电模块，用于利用MMC换流站的交流源为所述MMC换流站的第一子模块充电；
第一判断模块，用于判断所有所述第一子模块的电容电压是否提升至所述第一子模块的额定工作电压；
第二充电模块，用于当所有所述第一子模块的电容电压提升至所述第一子模块的额定工作电压时，利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电；
第二判断模块，用于判断所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压；
组网模块，用于当所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，将所述DC/DC变换器的第一直流侧与所述待接入直流电网相连，提升所述DC/DC变换器传输功率至所述DC/DC变换器的额定传输功率。
可选地，第一充电模块，包括：
第一充电子模块，用于对所有所述第一子模块进行闭锁充电；
第一判断子模块，用于判断所述MMC换流站直流侧的电压是否达到所述交流源的线电压峰值；
第一设置模块，用于在判断结果为是的情况下，将所有所述第一子模块的状态设置为解锁状态；
第二充电子模块，用于采用定直流电压和定无功控制方法对所述第一子模块进行充电，提升所述孤立MMC换流站直流侧的电压至所述孤立MMC换流站的额定工作电压。
可选地，第二充电模块，包括：
第三充电子模块，用于对所有所述DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立所述DC/DC变换器中的交流电压；
第四充电子模块，用于采用所述交流电压对所述DC/DC变换器的第三子模块进行不控充电；
第二判断子模块，用于判断所述DC/DC变换器的第一直流侧的电压是否达到所述交流源的线电压峰值；
第二设置模块，用于在判断结果为是的情况下，将所有所述第三子模块的状态设置为解锁状态；
第五充电子模块，用于采用定直流电压和定无功控制方法对所述第三子模块进行充电，提升所述DC/DC变换器的第一直流侧的电压至所述DC/DC变换器的额定工作电压。
可选地，所述控制装置，还包括：
初始化模块，用于初始化所述MMC换流站以及所述DC/DC变换器。
本发明第二方面提供了一种控制器，包括至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本发明第一方面中任一项所述的控制方法。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的MMC换流站接入直流电网的控制方法，包括以下步骤：利用MMC换流站的交流源为所述MMC换流站的第一子模块充电；判断所有所述第一子模块的电容电压是否提升至所述第一子模块的额定工作电压；当所有所述第一子模块的电容电压提升至所述第一子模块的额定工作电压时，利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电；判断所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压；当所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，将所述DC/DC变换器的第一直流侧与所述待接入直流电网相连，控制所述DC/DC变换器的传输功率，使得所述传输功率提升至所述DC/DC变换器的额定传输功率。本发明实施例采用的MMC换流站和DC/DC变换器的有序充电控制，能够有效降低MMC换流站接入直流电网的冲击电流，从而易于实现MMC换流站平滑接入直流电网，工程实践性强。
2.本发明实施例提供的MMC换流站接入直流电网的控制方法，其中所述利用MMC换流站的交流源为所述孤立MMC换流站的第一子模块充电，包括以下步骤：对所有所述第一子模块进行闭锁充电；根据所述第一子模块闭锁充电的状态，对所有所述MMC换流站的第一子模块进行解锁充电。本发明实施例，通过对MMC换流站中第一子模块的电压的有序控制，能够有效降低MMC换流站的交流源对第一子模块充电时产生的冲击电流，易于实现MMC换流站的交流源对第一子模块的平稳充电，进而提高第一子模块的使用寿命。
3.本发明实施例提供的MMC换流站接入直流电网的控制方法，其中，所述利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电，包括以下步骤：对所有所述DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立所述DC/DC变换器中的交流电压；根据所述DC/DC变换器中的交流电压，对所述DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电。本发明实施例中，通过对DC/DC变换器中各子模块的有序充电，能够降低MMC换流站接入DC/DC变换器时的冲击电流，易于实现MMC换流站平滑接入DC/DC变换器。
4.本发明实施例提供的一种MMC换流站接入直流电网的控制装置，包括：第一充电模块，用于利用MMC换流站的交流源为所述MMC换流站的第一子模块充电；第一判断模块，用于判断所有所述第一子模块的电容电压是否提升至所述第一子模块的额定工作电压；第二充电模块，用于当所有所述第一子模块的电容电压提升至所述第一子模块的额定工作电压时，利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电；第二判断模块，用于判断所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压；组网模块，用于当所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，将所述DC/DC变换器的第一直流侧与所述待接入直流电网相连，提升所述DC/DC变换器传输功率至所述DC/DC变换器的额定传输功率。本发明实施例采用的MMC换流站和DC/DC变换器的有序充电控制，能够有效降低MMC换流站接入直流电网的冲击电流，从而易于实现MMC换流站平滑接入直流电网，工程实践性强。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了MMC的基本结构示意图；
图2示出了DC/DC变换器的一个具体示意的拓扑图；
图3示出了半H桥构成的MMC的子模块的结构示意图；
图4示出了MMC中的子模块工作状态示意图；
图5示出了本发明实施例的一个具体示意的直流电网拓扑图；
图6示出了本发明实施例1中MMC换流站接入直流电网的控制方法的一个具体示意的流程图；
图7示出了本发明实施例2中MMC换流站接入直流电网的控制方法的另一个具体示意的流程图；
图8示出了本发明实施例3中MMC换流站接入直流电网的控制方法的又一个具体示意的流程图；
图9示出了本发明实施例4中MMC换流站接入直流电网的控制装置的一个具体示意的结构图；
图10示出了本发明实施例4中MMC换流站接入直流电网的控制装置的又一个具体示意的结构图；
图11示出了本发明实施例5中控制器的一个具体示意的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。
如图1所示，MMC的每个桥臂由N个SM和一个桥臂电抗器串联而成。其中，SM的结构主要有半H桥结构和H桥结构以及双钳位型子模块结构。本发明实施例中的SM结构选自但不限于半H桥结构，如图3所示，半H桥构成的子模块主要由两个全控型高频开关IGBT1、IGBT2，分别与高频开关反并联的二极管VD1、VD2，以及子模块储能电容C组成。
如图4所示，根据子模块两个高频开关管的开关状态以及子模块的电流方向，可将子模块的工作形式分为3种状态，6中模式。当IGBT1和IGBT2都给定关断信号时，子模块处于闭锁状态；当IGBT1给定导通信号且IGBT2给定关断信号时，子模块处于解锁状态；当IGBT2给定导通信号且IGBT1给定关断信号时，子模块处于切除状态。
SM的3种状态6种模式的具体参数如表1所示，其中，将给定IGBT导通信号记为1，给定IGBT关断信号记为0；将IGBT的实际导通状态记为1，将IGBT的实际关断状态记为0；将VD的导通状态记为1，将VD的关断状态记为0；子模块的储能电容上的电压记为Uc。
表1 SM的3种状态和6种模式
由表1内容可知，当SM处于稳态时，IGBT1、IGBT2、VD1、VD2四个元件中，每个子模块中有且仅有一个元件为导通状态，其他三个均为关断状态。当SM处于解锁状态时，无论电流如何流动，SM输出电压均为Uc，当SM处于切除状态时，无论电流如何流动，SM输出电压为0；即无论SM处于何种工作状态或工作模式，其输出电压要么为Uc，要么为0。闭锁状态下的模式1仅在MMC启动时向子模块电容器充电的时候出现，而闭锁状态下的模式2是在故障时将子模块电容器旁路的情况下使用。由上可知，只要对SM中的两个IGBT进行控制，SM便可在不同的模式下工作，实现SM的解锁和切除。
对于如图1所示的三相MMC而言，其三个相单元是并联连接的，每个相单元的工作原理均相同。三相MMC在正常稳态工作时，a、b、c三相中上下桥臂处于解锁状态的SM数之和均为N，即每相中SM总数的一半；由于三个相单元为并联连接，所以直流侧电压Udc等于每相桥臂电压，均为NUc；对于交流侧而言，虽然每相中处于解锁状态的SM总数固定不变，但是对上下桥臂中各SM的解锁和切除进行不同的分配，便可得到不同的输出电压，因此可以通过对每相上下桥臂中的SM解锁切除状态进行合理控制来得到幅值和相位均满足要求的交流侧三相电压。
如图5所示，是本发明实施例的直流电网拓扑图，其既包含辐射状结构又包含环状结构。图5中的电压值为一个具体的示例，本发明的保护范围并不限于此。其中MMC换流站为C1，其将要在线接入的直流电网为与DC/DC变换器的第一直流侧相连的直流电网。其中，MMC换流站为有源站；DC/DC变换器为基于MMC的传统半桥式DC/DC变换器，其与待接入直流电网相连的一端为DC1，与孤立MMC站直流侧相连的一端为DC2；DC2与孤立MMC站之间连接有若干直流断路器。
实施例1
本施例提供一种MMC换流站接入直流电网的控制方法，用于控制器中。如图6所示，该控制方法包括以下步骤：
步骤S11，利用MMC换流站的交流源为MMC换流站的第一子模块充电。
如图5所示，本实施例中，MMC换流站包括交流电压源G1，该电压源与MMC的交流侧电连接，因此，可利用G1为MMC换流站的第一子模块充电，即利用G1为MMC换流站的第一子模块中的电容充电，使得第一子模块中的电容电压升高。
步骤S12，判断所有第一子模块的电容电压是否提升至第一子模块的额定工作电压。在判断结果为是的情况下，执行步骤S13；否则，执行其他操作。
本实施例中，MMC子模块选定之后，其额定工作电压亦确定，将该额定工作电压存储在控制器中，以便于后续比较。
本实施例中，可以利用控制器对第一子模块的电容电压进行实时测量，并将该测量结果与预先存储的MMC子模块的额定工电压进行判断，从而判断第一子模块的电容电压是否已经达到第一子模块的额定工作电压。
此外，本实施例中的其他操作可以是利用控制器对第一子模块的电容电压进行循环测量，也可以是间隔一段时间利用控制器对第一子模块的电容电压进行测量。
步骤S13，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电。
本实施例中，在所有第一子模块的电容电压已经提升至第一子模块的额定工作电压时，表示所有第一子模块已经充电完成。此时，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电，以提升DC/DC变换器的电压。
步骤S14，判断所有DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压。在判断结果为是的情况下，执行步骤S15；否则继续对DC/DC变换器充电，直至所有DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压。
如图2所示，本实施例中的DC/DC变换器，包括通过变压器连接的两组MMC，其中每组MMC的三个桥臂上包括若干子模块。本实施例中，DC/DC变换器中的子模块结构与MMC换流站中的子模块结构相同，即选自但不限于半H桥结构。
本实施例中，DC/DC变换器子模块选定之后，其额定工作电压亦确定，将该额定工作电压存储在控制器中，以便于后续比较。
本实施例中，可以利用控制器对DC/DC变换器子模块的电容电压进行实时测量，并将该测量结果与预先存储的DC/DC变换器子模块的额定工电压进行判断，从而判断DC/DC变换器子模块的电容电压是否已经达到DC/DC变换器子模块的额定工作电压。
此外，本实施例中的其他操作可以是利用控制器对DC/DC变换器子模块的电容电压进行循环测量，也可以是间隔一段时间利用控制器对DC/DC变换器子模块的电容电压进行测量。
步骤S15，将DC/DC变换器的第一直流侧与待接入直流电网相连，提升DC/DC变换器的传输功率至DC/DC变换器的额定传输功率。
本实施例中，在所有DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，表示DC/DC变换器的子模块已经充电完成。此时，通过控制器将DC/DC变换器的第一直流侧与待接入直流电网相连，并控制DC/DC变换器的传输功率，使得传输功率提升至DC/DC变换器的额定传输功率。本实施例中，DC/DC变换器的额定传输功率是预先存储在控制器中的。
本实施例采用MMC换流站和DC/DC变换器的有序充电控制，能够有效降低MMC换流站接入直流电网的冲击电流，从而易于实现MMC换流站平滑接入直流电网，工程实践性强。
实施例2
本施例提供一种MMC换流站接入直流电网的控制方法，用于控制器中。如图7所示，该控制方法包括以下步骤：
步骤S21，利用MMC换流站的交流源为MMC换流站的第一子模块充电。
具体地，步骤S21具体包括以下步骤：
步骤S211，对所有第一子模块进行闭锁充电。
本实施例中，通过MMC换流站的交流源对MMC换流站的第一子模块进行闭锁充电，使得第一子模块的电容电压提升，即提升第一子模块的电压，进而提升MMC换流站直流侧的电压。
步骤S212，根据第一子模块闭锁充电的状态，对所有MMC换流站的第一子模块进行解锁充电。
本实施例中，可以在控制器中设置第一子模块在闭锁充电时，MMC换流站直流侧的电压达到第一预设电压时，将第一子模块的状态变换为解锁充电。其中，第一预设电压可以是MMC换流站的线电压峰值，也可以是MMC换流站的相电压峰值。
步骤S22，判断所有第一子模块的电容电压是否提升至第一子模块的额定工作电压。在判断结果为是的情况下，执行步骤S23；否则，执行其他操作。与实施例1中的步骤S12相同，不再赘述。
步骤S23，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电。
本实施例中，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电，包括以下步骤：
步骤S231，对所有DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立DC/DC变换器中的交流电压。
本实施例中，通过控制器将DC/DC变换器的第二子模块的状态设置为解锁状态。在解锁的同时，增大与MMC换流站连接的一组MMC中上、下桥臂投入的子模块的数量，以匹配MMC换流站的直流侧电压，随后逐步减小与MMC换流站连接的一组MMC中上、下桥臂投入的子模块的数量，直至该数值达到与MMC换流站连接的一组MMC中上、下桥臂投入的子模块总数的额定值，通过先增大后减小上、下桥臂投入的子模块的数量的方法，可以减小解锁瞬间的MMC换流站对第二子模块的电流冲击。
此外，DC/DC变换器的第二直流侧与MMC换流站电连接，即利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，从而逐步建立DC/DC变换器中的交流电压。
作为本实施例的一种可选实施方式，采用定交流电压的控制方法，建立DC/DC变换器中的交流电压。即在控制器预先设定利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电的方式为定交流电压控制。
步骤S232，根据DC/DC变换器中的交流电压，对DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电。
本实施例中，DC/DC变换器的两组MMC通过变压器电连接，在充电后的MMC换流站为DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电的过程中，变压器两端的交流电压逐步建立。在该交流电压建立的过程中，对DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电，以提升DC/DC变换器的第一直流侧的电压。
步骤S24，判断所有DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压。在判断结果为是的情况下，执行步骤S25；否则，执行其他操作。与实施例1中的步骤S14相同，不再赘述。
步骤S25，将DC/DC变换器的第一直流侧与待接入直流电网相连，提升DC/DC变换器的传输功率至DC/DC变换器的额定传输功率。与实施例1中的步骤S15相同，不再赘述。
作为本实施例的一种可选实施方式，采用定有功功率和无功功率的控制方法，提升DC/DC变换器的传输功率。即在控制器预先设定提升DC/DC变换器的传输功率的方式为定有功功率和无功功率控制。
实施例3
本施例提供一种MMC换流站接入直流电网的控制方法，用于控制器中。如图8所示，该控制方法包括以下步骤：
步骤S30，初始化MMC换流站以及DC/DC变换器。
本实施例中，通过控制器将MMC换流站以及DC/DC变换器中各子模块的状态设置为闭锁状态，此外，将连接MMC换流站以及DC/DC变换器的电路中的直流断路器的状态设置为闭合，从而保证MMC换流站以及DC/DC变换器处于电连接状态。
步骤S31，利用MMC换流站的交流源为MMC换流站的第一子模块充电。
具体地，步骤S31具体包括以下步骤：
步骤S311，采用不控充电方法对第一子模块进行充电，提升MMC换流站直流侧的电压至交流源的线电压峰值。
本实施例中，在MMC换流站的交流源为MMC换流站的第一子模块充电之前，第一子模块为闭锁状态，即第一子模块中只有VD1和VD2处于工作状态，而VD1和VD2为不可控元件，即在MMC换流站的交流源刚开始为第一子模块时为不控充电方法。采用MMC换流站的交流源为第一子模块进行充电，以提升MMC换流站直流侧的电压。
步骤S312，判断MMC换流站直流侧的电压是否达到交流源的线电压峰值。在判断结果为是的情况下，执行步骤S313；否则，执行步骤S311。
本实施例中，MMC换流站的交流源的线电压峰值预先存储在控制器中。通过控制器实时测量MMC换流站直流侧的电压，并将测量结果与预先存储的交流源的线电压峰值进行比较，从而可以判断出MMC换流站直流侧的电压是否已达到交流源的线电压峰值。
步骤S313，将所有第一子模块的状态设置为解锁状态。
本实施例中，在MMC换流站直流侧的电压达到MMC换流站交流源的线电压峰值时，通过控制器将所有第一子模块的状态设置为解锁状态，以便于接着对第一子模块进行充电。
步骤S314，采用定直流电压和定无功控制方法对第一子模块进行充电，提升MMC换流站直流侧的电压至MMC换流站的额定工作电压。
本实施例中，采用定直流电压和定无功控制方法对设置为解锁状态的第一子模块进行充电，从而使得MMC换流站直流侧的电压提升至MMC换流站的额定工作电压。即本实施例中，为解锁状态的第一子模块进行充电时，通过控制器设置此时的控制方法为定直流电压和定无功控制方法。
本实施例中，由于MMC换流站以及DC/DC变换器已处于电连接状态，因此在对MMC换流站的第一子模块充电的同时，DC/DC变换器中的第二子模块的电压也在同时提升，从而保证了DC/DC变换器中的第二子模块的电压的逐步提升。
步骤S32，判断所有第一子模块的电容电压是否提升至第一子模块的额定工作电压。在判断结果为是的情况下，执行步骤S33；否则，执行步骤S314。与实施例2中的步骤S22相同，不再赘述。
步骤S33，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电。
本实施例中，在对MMC换流站的第一子模块充电的同时，DC/DC变换器中的第二子模块的电压已经有一定的提升。此时，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电，即在DC/DC变换器中的子模块的现有电压的基础上，对该电压再次进行提升，从而避免了直接利用MMC换流站为DC/DC变换器充电，使得DC/DC变换器的电压从零开始逐步提升，进而降低了MMC换流站为DC/DC变换器充电时所产生的冲击电流，达到平滑充电的目的。
具体地，步骤S33包括以下步骤：
步骤S331，对所有DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立DC/DC变换器中的交流电压。与实施例2中的步骤S231相同，不再赘述。
步骤S332，采用交流电压对DC/DC变换器的第三子模块进行不控充电。
由于，此时第三子模块处于闭锁状态，第三子模块的电路中只有二极管处于工作状态，而二极管为不可控元件，即采用交流电压对DC/DC变换器的第三子模块进行充电的方法为不控充电。
步骤S333，判断DC/DC变换器的第一直流侧的电压是否达到交流源的线电压峰值。在判断结果为是的情况下，执行步骤S334；否则，执行步骤S332。
本实施例中，通过控制器实时测量DC/DC变换器的第一直流侧的电压，并判断该电压与预先存储的MMC换流站的交流源的线电压峰值进行比较，从而可以得出该电压是否达到MMC换流站的交流源的线电压峰值。
步骤S334，将所有第三子模块的状态设置为解锁状态。
本实施例中，通过控制器将第三子模块的状态设置为解锁状态。
步骤S335，采用定直流电压和定无功控制方法对第三子模块进行充电，提升DC/DC变换器的第一直流侧的电压至DC/DC变换器的额定工作电压。
本实施例中，通过控制器设置对第三子模块进行充电的方法为定直流电压和定无功控制，从而将DC/DC变换器的第一直流侧的电压提升至DC/DC变换器的额定工作电压。
步骤S34，判断所有DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压。在判断结果为是的情况下，执行步骤S35；否则，执行步骤S33。与实施例2中的步骤S34相同，不再赘述。
步骤S35，将DC/DC变换器的第一直流侧与待接入直流电网相连，提升DC/DC变换器的传输功率至DC/DC变换器的额定传输功率。与实施例2中的步骤S25相同，不再赘述。
实施例4
本施例提供一种MMC换流站接入直流电网的控制装置，如图9所示，包括：
第一充电模块41，用于利用MMC换流站的交流源为MMC换流站的第一子模块充电。
第一判断模块42，用于判断所有第一子模块的电容电压是否提升至第一子模块的额定工作电压。
第二充电模块43，用于当所有所述第一子模块的电容电压提升至第一子模块的额定工作电压时，利用充电后的MMC换流站为DC/DC变换器充电。
第二判断模块44，用于判断所有DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压。
组网模块45，用于当所有DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，将DC/DC变换器的第一直流侧与待接入直流电网相连，提升DC/DC变换器传输功率至DC/DC变换器的额定传输功率。
本发明实施例采用的MMC换流站和DC/DC变换器的有序充电控制，能够有效降低MMC换流站接入直流电网的冲击电流，从而易于实现MMC换流站平滑接入直流电网，工程实践性强。
作为本实施例的一种可选方式，如图10所示，第一充电模块41，包括：
第一充电子模块411，用于对所有第一子模块进行闭锁充电。
第一判断子模块412，用于判断MMC换流站直流侧的电压是否达到交流源的线电压峰值。
第一设置模块413，用于在判断结果为是的情况下，将所有第一子模块的状态设置为解锁状态。
第二充电子模块414，用于采用定直流电压和定无功控制方法对第一子模块进行充电，提升孤立MMC换流站直流侧的电压至孤立MMC换流站的额定工作电压。
作为本实施例的一种可选方式，如图10所示，第二充电模块43，包括：
第三充电子模块431，用于对所有DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立DC/DC变换器中的交流电压。
第四充电子模块432，用于采用交流电压对DC/DC变换器的第三子模块进行不控充电。
第二判断子模块433，用于判断DC/DC变换器的第一直流侧的电压是否达到交流源的线电压峰值。
第二设置模块434，用于在判断结果为是的情况下，将所有第三子模块的状态设置为解锁状态。
第五充电子模块435，用于采用定直流电压和定无功控制方法对第三子模块进行充电，提升DC/DC变换器的第一直流侧的电压至DC/DC变换器的额定工作电压。
作为本实施例的一种可选方式，如图10所示，MMC换流站接入直流电网的控制装置，还包括：
初始化模块40，用于初始化MMC换流站以及DC/DC变换器。
实施例5
本施例提供一种控制器，用于执行实施例1至实施例3中任一项所述的MMC换流站接入直流电网的控制方法。该控制器的硬件结构示意图，如图11所示，该控制器包括一个或多个处理器51以及存储器52，图11中以一个处理器51为例。其中，处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的MMC换流站接入直流电网的控制方法对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的MMC换流站接入直流电网的控制方法。
存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储预先设置的MMC换流站的第一子模块的额定工作电压、MMC换流站交流源的线电压峰值、DC/DC变换器的子模块的额定工作电压以及DC/DC变换器的的额定传输功率等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至待接入直流电网的控制系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述一个或者多个处理器51执行时，执行实施例1至实施例3中任一项所述的MMC换流站接入直流电网的控制方法。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图6至图8所示的实施例中的相关描述。
实施例6
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1至实施例3中任一项所述的MMC换流站接入直流电网的控制方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种MMC换流站接入直流电网的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用MMC换流站的交流源为所述MMC换流站的第一子模块充电；
判断所有所述第一子模块的电容电压是否提升至所述第一子模块的额定工作电压；
当所有所述第一子模块的电容电压提升至所述第一子模块的额定工作电压时，利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电；
判断所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压是否提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压；
当所有所述DC/DC变换器的子模块的电容电压提升至所述DC/DC变换器的子模块的额定工作电压时，将所述DC/DC变换器的第一直流侧与所述待接入直流电网相连，提升所述DC/DC变换器传输功率至所述DC/DC变换器的额定传输功率。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用MMC换流站的交流源为所述孤立MMC换流站的第一子模块充电，包括以下步骤：
对所有所述第一子模块进行闭锁充电；
根据所述第一子模块闭锁充电的状态，对所有所述MMC换流站的第一子模块进行解锁充电。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述对所有所述第一子模块进行闭锁充电，包括：
采用不控充电方法对所述第一子模块进行充电，提升所述MMC换流站直流侧的电压至所述交流源的线电压峰值。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一子模块闭锁充电的状态，对所有所述孤立MMC换流站的第一子模块进行解锁充电，包括以下步骤：
判断所述MMC换流站直流侧的电压是否达到所述交流源的线电压峰值；
在判断结果为是的情况下，将所有所述第一子模块的状态设置为解锁状态；
采用定直流电压和定无功控制方法对所述第一子模块进行充电，提升所述孤立MMC换流站直流侧的电压至所述孤立MMC换流站的额定工作电压。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用充电后的所述MMC换流站为DC/DC变换器充电，包括以下步骤：
对所有所述DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立所述DC/DC变换器中的交流电压；
根据所述DC/DC变换器中的交流电压，对所述DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述对所有所述DC/DC变换器的第二子模块进行解锁充电，建立所述DC/DC变换器中的交流电压，包括：采用定交流电压的控制方法以及调整所述第二子模块的投入数量，建立所述DC/DC变换器中的交流电压。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据DC/DC变换器中的交流电压，对所述DC/DC变换器的第三子模块进行解锁充电，包括以下步骤：
采用所述交流电压对所述DC/DC变换器的第三子模块进行不控充电；
判断所述DC/DC变换器的第一直流侧的电压是否达到所述交流源的线电压峰值；
在判断结果为是的情况下，将所有所述第三子模块的状态设置为解锁状态；
采用定直流电压和定无功控制方法对所述第三子模块进行充电，提升所述DC/DC变换器的第一直流侧的电压至所述DC/DC变换器的额定工作电压。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述DC/DC变换器的传输功率，使得所述DC/DC变换器的传输功率提升至所述DC/DC变换器的额定传输功率，包括：采用定有功功率和无功功率的方法控制所述DC/DC变换器的传输功率。
9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用MMC换流站的交流源为所述孤立MMC换流站的第一子模块充电的步骤之前，还包括：初始化所述MMC换流站以及所述DC/DC变换器的步骤。
10.一种控制器，其特征在于，包括至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-9中任一项所述的控制方法。
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