CN107947214B - 一种多端柔性直流输电系统的启动方法 - Google Patents

一种多端柔性直流输电系统的启动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107947214B
CN107947214B CN201610891141.6A CN201610891141A CN107947214B CN 107947214 B CN107947214 B CN 107947214B CN 201610891141 A CN201610891141 A CN 201610891141A CN 107947214 B CN107947214 B CN 107947214B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
modules
full
transmission system
flexible direct
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610891141.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107947214A (zh
Inventor
侯丹
刘伟增
郝翔
刘汉军
汤明杰
李辰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tbea Xi'an Flexible Power T&d Co ltd
TBEA Xinjiang Sunoasis Co Ltd
Original Assignee
Tbea Xi'an Flexible Power T&d Co ltd
TBEA Xinjiang Sunoasis Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tbea Xi'an Flexible Power T&d Co ltd, TBEA Xinjiang Sunoasis Co Ltd filed Critical Tbea Xi'an Flexible Power T&d Co ltd
Priority to CN201610891141.6A priority Critical patent/CN107947214B/zh
Publication of CN107947214A publication Critical patent/CN107947214A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107947214B publication Critical patent/CN107947214B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明提供一种多端柔性直流输电系统的启动方法，包括如下步骤：闭合直流母线断路器；接入部分端各相启动电阻，使其进入不控整流充电状态；在充电过程中，将所述部分端中各电流自下而上流通的桥臂上的所有全桥模块的电容切除，并保持切除状态，直至所有子模块充电完毕；切除所述部分端的各相启动电阻，当所述部分端的各子模块电压稳定后，解锁所述部分端，使所述部分端进入可控升压阶段；使所述剩余端中各个相单元内被切除电容的子模块的数量等于该相单元中子模块总数的一半；闭合所述剩余端的各相交流断路器，解锁所述剩余端，使所述剩余端按照预设指令输出端口电压。本发明能够解决在解锁系统后正负直流母线之间产生较大电压突变的问题。

Description

一种多端柔性直流输电系统的启动方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种多端柔性直流输电系统的启动方法。
背景技术
柔性直流输电技术是构建智能电网的重要组成部分。与传统输电方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。
传统的多端柔性直流输电系统的拓扑结构一般采用半桥模块构成。但是，随着架空线应用场合的增多，以及对多端柔性直流输电系统的可靠性的要求的提高，需要多端柔性直流输电系统的拓扑结构具有直流故障阻断能力，而半桥模块形成的拓扑结构无法有效闭锁直流故障，一旦发生直流故障，势必会烧毁其中的开关器件，从而造成极大的损失。
为了解决上述问题，现有技术将全桥模块应用于多端柔性直流输电系统的拓扑结构中，所形成的全桥拓扑结构在SVG等应用场合被广泛的应用，并使得将全桥模块应用于多端柔性直流输电系统成为本领域的研究热点。
然而，由于全桥模块具有良好的对称性，其充电特性是双向的，即：不管电流是自上而下流通，还是自下而上流通，全桥模块中的电容都可以被充电，导致系统解锁后正负直流母线之间会产生一个较大电压突变，而现有的包括全桥模块的多端柔性直流输电系统的启动方法未能有效解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种多端柔性直流输电系统的启动方法，以解决在解锁系统后正负直流母线之间产生较大电压突变的问题，以及在全桥模块与其他子模块混联时，模块电压不均衡的问题。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种多端柔性直流输电系统的启动方法，所述多端柔性直流输电系统包含全桥模块，各端柔性直流输电系统均通过正负直流母线相连，其包括如下步骤：
闭合直流母线断路器；
闭合多端柔性直流输电系统中的部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻支路串联的交流断路器而保持剩余端柔性直流输电系统的各相交流断路器的断开状态，以接入所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻，使所述部分端柔性直流输电系统进入不控整流充电状态；
在充电过程中，将所述部分端柔性直流输电系统中各电流自下而上流通的桥臂上的所有全桥模块的电容切除，并保持该桥臂上所有全桥模块的电容的切除状态，直至所有子模块充电完毕；
断开所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻支路串联的交流断路器，以切除所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻，当所述部分端柔性直流输电系统的各子模块电压稳定后，解锁所述部分端柔性直流输电系统，使所述部分端柔性直流输电系统进入可控升压阶段；
对所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内的子模块进行电容切除处理，并使所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内被切除电容的子模块的数量等于该相单元中子模块总数的一半；
闭合所述剩余端柔性直流输电系统的各相交流断路器，解锁所述剩余端柔性直流输电系统，使所述剩余端柔性直流输电系统按照预设指令输出端口电压。
有益效果：
本发明所述多端柔性直流输电系统的启动方法既适用于仅含有全桥模块的多端柔性直流输电系统，也适用于全桥模块与其他子模块(如半桥模块、箝位双子模块、二极管箝位模块等)混联的多端柔性直流输电系统，能够有效解决现有技术中存在的系统解锁后正负直流母线之间产生较大电压突变的问题，以及在全桥模块与其他子模块混联时，模块电压不均衡的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统的不控整流路径示意图；
图3为本发明实施例提供的全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统针对外取电模块的启动方法流程图；
图4为本发明实施例提供的全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统针对自取电模块的启动方法流程图；
图5a为本发明实施例提供的相电压的波形示意图；
图5b为本发明实施例提供的充电电流的波形示意图；
图6为本发明实施例提供的含有全桥模块的多端柔性直流输电系统的启动方法流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种多端柔性直流输电系统的启动方法，所述多端柔性直流输电系统中包含全桥模块，各端(即各个单端)柔性直流输电系统均通过正负直流母线相连。所述启动方法在充电过程中合理的导通部分全桥模块的开关器件以切除这些全桥模块的电容，从而将这些全桥模块的双向充电控制为单向充电，避免直流母线电压在解锁系统后发生突变，同时通过调整全桥模块的充电个数从而与其他子模块充电后的电压一致。该方法可以较好地解决全桥模块充电带来的直流电压发生突变的问题，以及混联系统中各子模块的充电电压不一致问题，同时可以减小充电过程中的冲击以及避免启机失败。需要说明的是，所述多端指的是两个以上的单端。下面对本发明所述启动方法进行详细描述。
每个单端柔性直流输电系统均包括三个相单元，分别为A相单元、B相单元和C相单元，每个相单元均包括上桥臂和下桥臂，每个相单元的上桥臂和下桥臂的结构相同，均包括依次串联的电抗器和多个子模块。具体地，每个桥臂上包含的子模块的总数是由系统设计之初通过正负直流母线的直流电压、电子器件耐压等级以及子模块的类型等因素共同决定的。本实施例中，每个桥臂上包含的子模块的数量为Udc/USM，其中Udc是正负直流母线之间的直流电压，USM是每个子模块的电容电压。
在本发明实施例中，各个相单元内的子模块可以全部为全桥模块，也可以部分为全桥模块，其余部分为其他模块，例如半桥模块、箝位双子模块、二极管箝位模块等。
如果各个相单元内的子模块中部分为全桥模块，其余部分为半桥模块，则会构成如图1所示的全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统。如图1所示，每个桥臂上均包括依次串联的电抗器L0、m个全桥模块和n个半桥模块。需要说明的是，本发明中提及的“桥臂”如未指明是“上桥臂”还是“下桥臂”，则可能是“上桥臂”，也可能是“下桥臂”，本领域技术人员可根据具体情况推知。
其中，半桥模块包括晶体管VT11及与其反向并联的二极管D11、晶体管VT12及与其反向并联的二极管D12、和电容C1。晶体管VT11的集电极分别与二极管D11的负极、电容C1的正极连接，晶体管VT11的发射极分别与二极管D11的正极、晶体管VT12的集电极连接，晶体管VT12的集电极还与二极管D12的负极连接，晶体管VT12的发射极分别与二极管D12的正极、电容C1的负极连接，半桥模块的输出端A与晶体管VT11的发射极和晶体管VT12的集电极的连接点相连，半桥模块的输出端B与晶体管VT12的发射极和电容C1的负极的连接点相连。
全桥模块包括晶体管VT21及与其反向并联的二极管D21、晶体管VT22及与其反向并联的二极管D22、晶体管VT23及与其反向并联的二极管D23、晶体管VT24及与其反向并联的二极管D24、和电容C2。晶体管VT21的集电极分别与二极管D21的负极、电容C2的正极连接，晶体管VT21的发射极分别与二极管D21的正极、晶体管VT23的集电极连接，晶体管VT23的集电极还与二极管D23的负极连接，晶体管VT23的发射极分别与二极管D23的正极、电容C2的负极连接，全桥模块的输出端A与晶体管VT21的发射极和晶体管VT23的集电极的连接点相连；晶体管VT22的集电极分别与二极管D22的负极、电容C2的正极连接，晶体管VT22的发射极分别与二极管D22的正极、晶体管VT24的集电极连接，晶体管VT24的集电极还与二极管D24的负极连接，晶体管VT24的发射极分别与二极管D24的正极、电容C2的负极连接，全桥模块的输出端B与晶体管VT22的发射极和晶体管VT24的集电极的连接点相连。
对于上述全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统，由于其中只有全桥模块能够有效闭锁直流故障，而半桥模块无法闭锁直流故障，故系统中半桥模块与全桥模块的数量配比需要以能够阻断直流故障电流为原则，还需要考虑冗余与设计问题。本发明实施例中，每个桥臂上的半桥模块与全桥模块的数量相同，即，每个桥臂上的半桥模块与全桥模块的数量比为1:1。
图2为全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统的不控整流路径示意图。其中，半桥模块与全桥模块的混联系统在不控整流充电时的充电电流路径如图2中的虚线和点划线所示。从具体的充电路径可以看出，半桥模块具有单向充电特性，即只有当桥臂上流通的电流为自上而下时，半桥模块中的电容C1才能被充电；而当桥臂上流通的电流为自下而上时，半桥模块中的电容C1会被旁路，无法被充电。而不同于半桥模块，全桥模块由于其良好的对称性，故具有双向充电特性，即不论桥臂上流通的电流是自上而下的还是自下而上的，全桥模块中的电容C2都可以被充电。
全桥模块的双向充电特性会带来如下两个问题：
问题一是，对于各相单元中的所有子模块而言，全桥模块的充电机会是半桥模块的两倍，那么在不控整流充电的情况下，该相单元中所有全桥模块的充电电压之和也会是所有半桥模块的充电电压之和的两倍。当然，前提是全桥模块的电容C2与半桥模块的电容C1的容值相同，在工程上考虑设计方便与电容成本，通常会选择二者的容值一致。对于各相单元而言，半桥模块与全桥模块的充电电压不一致会对后续的控制带来一定的问题。
问题二是，由于全桥模块具有双向充电特性，使得含有全桥模块的柔性直流输电系统的正负直流母线的直流电压会有一个突变。具体地，以A相单元为例，正直流母线对地电压Udc+＝Ua-m*Uc，而负直流母线对地电压Udc-＝Ua-m*Uc-n*Uc，其中Udc+和Udc-分别为正负母线的对地电压，Ua为A相交流电压，Uc为全桥模块/半桥模块的电容电压，m为A相单元中上桥臂/下桥臂上全桥模块的总数，n为A相单元中上桥臂/下桥臂上半桥模块的总数，故而每个桥臂上子模块的总数为(m+n)，在不控整流充电状态下柔性直流输电系统的正负直流母线的直流电压为n*Uc，换言之，正负直流母线的直流电压为各相单元中电流自上而下流通的桥臂上的半桥模块的电容电压之和；而一旦进入解锁状态，正负直流母线的直流电压就变成(m*Uc+n*Uc)，导致正负直流母线之间产生一个较大的电压突变，突变量为m*Uc，即各相单元的上桥臂或者下桥臂上所有全桥模块电容电压之和，若电缆或者架空线承受如此大的电压变化，可能会造成一些设备的损坏。其中，解锁状态指的是各子模块中的开关器件(晶体管)的控制信号从全零状态(不控整流状态)变为正常状态。
为解决上述问题，针对图1所示的全桥模块与半桥模块混联的单端柔性直流输电系统，发明人提出以下启动方法。
若全桥模块为外取电模块，则充电过程中是可以触发全桥模块的开关器件(晶体管)的，那么对于各相单元的各桥臂而言，当电流自下而上流通时，该桥臂上的半桥模块的电容被旁路，无法被充电，可通过一次性切除该桥臂上所有全桥模块的电容来使该桥臂上的全桥模块与半桥模块的充电状态保持一致，此时该桥臂上的全桥模块和半桥模块的电容均被旁路，不进行充电；而当电流自上而下流通时，该桥臂上的全桥模块和半桥模块均可以被充电，不需要做额外的干涉。
如图3所示，具体的启动方法如下：
S101.闭合直流母线断路器。
S102.闭合各相启动电阻支路串联的交流断路器，以接入各相启动电阻，使系统进入不控整流充电状态。
S103.在充电过程中，将系统中电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容一次性全部切除，并保持该桥臂上所有全桥模块的电容的切除状态，直至所有子模块充电完毕。其中，由于外取电模块可以在模块电容的电压为0时就能够被触发，故而一次性切除多个全桥模块的电容也不会引发电压突变。
在本步骤中，切除电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容的方法为：对于电流自下而上流通的桥臂，导通该桥臂上该全桥模块的晶体管VT21或晶体管VT24。
进一步地，可以使晶体管VT21和晶体管VT24轮换导通以平衡损耗。
S104.断开各相启动电阻支路串联的交流断路器，以切除各相启动电阻。
S105.当各子模块的电压稳定后，解锁系统。
上述启动方法能够在系统解锁之后减小甚至避免在正负直流母线之间产生较大的电压突变。
若全桥模块为自取电模块，则充电之初全桥模块的电压较低，无法被触发，因此在全桥模块的电压达到可以被触发之前，系统只能一直处于不控整流充电状态。其中，自取电模块的取电方式是从模块电容取电，具体地，在模块电容充电到一定电压值之后，并联在该模块电容上的开关电源模块就可以开始工作，从模块电容上取电，并给模块中的开关器件提供驱动。此时，对于各相单元而言，由于全桥模块的双向充电特性使得该相单元中所有全桥模块的充电电压之和是该相单元中所有半桥模块的充电电压之和的近两倍，同时正负直流母线的直流电压仅体现电流自上而下流通的桥臂上的半桥模块的电容电压。当全桥模块的充电电压达到可以被触发的电压之后，可以逐步切除电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容，以使正负直流母线的直流电压逐步提高，直至该桥臂上的所有全桥模块的电容都被切除，从而避免出现电压突变，并使该桥臂上的全桥模块与半桥模块的充电状态保持一致，此时正负直流母线的直流电压为(m*Uc+n*Uc)。
如图4所示，具体的启动方法如下：
S201.闭合直流母线断路器。
S202.闭合各相启动电阻支路串联的交流断路器，以接入各相启动电阻，使系统进入不控整流充电状态。
S203.在充电过程中，当各全桥模块的充电电压达到可以被触发的电压之后，逐次切除电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容，直至切除该桥臂上的所有全桥模块的电容，并保持该桥臂上所有全桥模块的电容的切除状态，直至所有子模块充电完毕。其中，采用逐次增加全桥模块电容的切除数量的方法可以使正负直流母线的直流电压的电压突变最小。而且，每次增加的全桥模块电容的切除数量可以为一个，也可以为多个。
在本步骤中，切除电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容的方法为：对于电流自下而上流通的桥臂，导通该桥臂上该全桥模块的晶体管VT21或晶体管VT24。
进一步地，可以使晶体管VT21和晶体管VT24轮换导通以平衡损耗。
S204.断开各相启动电阻支路串联的交流断路器，以切除各相启动电阻。
S205.当各子模块的电压稳定后，对于各相单元，获取该相单元中所有全桥模块的电容电压平均值与所有其他子模块的电容电压平均值的差值。
S206.判断所述差值是否小于预设的阈值dV，如是，则执行步骤S208，如否，则执行步骤S207。
其中，所述阈值dV的取值可以参考稳态运行模块电压差的范围，典型值为8％，当然，所述阈值dV的具体值也可由本领域技术人员根据实际情况设定为其他值。
S207.对于该相单元中电流自上而下流通的桥臂，逐次切除该桥臂上的全桥模块的电容，直至所述差值小于或等于预设的阈值dV，以解决充电后模块电压不均衡的问题，然后执行步骤S208。
本步骤中，切除电流自上而下流通的各桥臂上的全桥模块的电容的方法为：对于电流自上而下流通的桥臂，导通该桥臂上该全桥模块的晶体管VT22或晶体管VT23。
进一步地，可以使晶体管VT22和晶体管VT23轮换导通以平衡损耗。
本步骤中，在每次切除该桥臂上的全桥模块的电容之前，可以对该桥臂上的所有全桥模块的电容电压进行排序，并按照排序结果选取其中电容电压较高的全桥模块进行切除，还可以按照切除个数进行轮换切除。
S208.解锁系统。
上述启动方法能够在系统解锁之后减小甚至避免在正负直流母线之间产生较大的电压突变。
在充电过程中，各桥臂上流通的电流方向的判断方法可以为，获取该桥臂上充电电流的方向，而该桥臂上流通的电流方向与该桥臂上充电电流的方向相同。
然而，发明人发现，当桥臂上的充电电流较小时，通过充电电流的方向来判断比较困难，且容易造成判断失误，从而使控制失效。
为了解决上述问题，发明人又提出了一种判断各桥臂上流通的电流方向的方法，具体为，获取各相单元的相电压的方向，若该相单元的相电压为正、充电电流也为正，则判定该相单元的上桥臂流通的电流的方向为自下而上、下桥臂流通的电流的方向为自上而下；若该相单元的相电压为负、充电电流也为负，则判定该相单元的上桥臂流通的电流的方向为自上而下、下桥臂流通的电流的方向为自下而上，具体波形参见图5a和图5b。这种通过判断相电压的方向来对桥臂上流通的电流方向进行判断的方法，可以有效地解决由于充电电流过小而导致判断失误的问题，从而避免造成充电过程的失控。
上述分析仅考虑了含有全桥模块的单端柔性直流输电系统的启动方法，然而，在实际工作中，这种单端充电的情况并不常见，更多的是双端，甚至更多端充电。
因此，发明人结合上述对单端充电情况的分析，提出了一种含有全桥模块的多端柔性直流输电系统的启动方法，如图6所示，所述启动方法包括如下步骤S301-S307：
S301.闭合直流母线断路器。
S302.为限制启动电流，闭合多端柔性直流输电系统中的部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻支路串联的交流断路器而保持剩余端柔性直流输电系统的各相交流断路器的断开状态，以接入所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻，使所述部分端柔性直流输电系统进入不控整流充电状态。
S303.在充电过程中，将所述部分端柔性直流输电系统中各电流自下而上流通的桥臂上的所有全桥模块的电容切除，并保持该桥臂上所有全桥模块的电容的切除状态，直至所有子模块充电完毕。稳定后，直流母线电压可以升到接近交流系统线电压峰值，且所述部分端柔性直流输电系统中各桥臂的模块电压等于交流系统线电压峰值除以该桥臂上的子模块总数。
其中，各桥臂上流通的电流方向的判断方法可以为，获取该桥臂上充电电流的方向，而该桥臂上流通的电流方向与该桥臂上充电电流的方向相同。
较优地，各桥臂上流通的电流方向的判断方法为，获取所述部分端柔性直流输电系统中各相单元的相电压的方向，若该相单元的相电压为正，则判定该相单元的上桥臂流通的电流的方向为自下而上、下桥臂流通的电流的方向为自上而下；若该相单元的相电压为负，则判定该相单元的上桥臂流通的电流的方向为自上而下、下桥臂流通的电流的方向为自下而上。
本步骤具体为，将x端柔性直流输电系统中的任意y端柔性直流输电系统内电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容切除，并保持该桥臂上所有全桥模块的电容的切除状态，直至所有子模块充电完毕，以及
在切除全桥模块电容的过程中，由所述任意y端柔性直流输电系统中的子模块对其余(x-y)端柔性直流输电系统内的子模块进行充电，其中1≤y<x，x为柔性直流输电系统的总端数，且x>1，x和y均为整数。
由于所述任意y端柔性直流输电系统内电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容已切除，导致直流电压产生m*Uc的突变，其中m为各桥臂上全桥模块的总数，Uc为全桥模块/半桥模块的电容电压，而所述其余(x-y)端柔性直流输电系统中并未切除全桥模块的电容，故直流母线的相应端之间存在较大的电压差，导致较大的充电电流流过直流母线，对应的充电路径具体为：从交流侧输出，途径所述任意y端柔性直流输电系统中交流电压瞬时值最大的一个相单元的电流自下而上流通的桥臂、正极直流母线，至所述其余(x-y)端柔性直流输电系统中交流电压瞬时值较小的两个相单元的电流自上而下流通的桥臂。换言之，所述任意y端柔性直流输电系统从交流侧充电，即主动充电，而所述其余(x-y)端柔性直流输电系统从直流侧充电，即被动充电。
此外，本步骤中，若所述全桥模块为外取电模块，则将所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容一次性全部切除；若所述全桥模块为自取电模块，则将所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容逐次切除，直至切除该桥臂上的所有全桥模块的电容，并且在所述全桥模块的电容电压达到能够触发其中的开关器件的电平之后，再进行该全桥模块电容的切除工作，以使正负直流母线的直流电压的电压突变最小。
而对于所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂，若逐次切除该桥臂上的i*k个全桥模块的电容，其中i依次取1,2,……,s，且s＝m/k，1≤k＜m，m为各桥臂上全桥模块的总数，且i、k、s和m均为整数，则在每次切除该桥臂上的i*k个全桥模块的电容之前，所述启动方法还包括步骤：
对该桥臂上的所有全桥模块的电容电压进行排序，按照排序结果选取其中电容电压较高的i*k个全桥模块；
然后再将所述电容电压较高的i*k个全桥模块的电容切除，从而减少这些全桥模块的充电机会，以保证各个子模块电压的一致性。
进一步地，所述每次切除该桥臂上的i*k个全桥模块的电容具体为：轮换切除该桥臂上m个全桥模块中的i*k个全桥模块的电容。因此，每次切除的i*k个全桥模块并不固定，而是在m个全桥模块中轮换。经过多次轮换，充分保证各个子模块电压的一致性。
在本步骤中，切除电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容的方法为：对于电流自下而上流通的桥臂，导通该桥臂上该全桥模块的晶体管VT21或晶体管VT24。
进一步地，可以使晶体管VT21和晶体管VT24轮换导通以平衡损耗。
S304.断开所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻支路串联的交流断路器，以切除所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻。
S305.当所述部分端柔性直流输电系统的各子模块电压稳定后，解锁所述部分端柔性直流输电系统，使所述部分端柔性直流输电系统进入可控升压阶段。
本发明中，可控升压阶段指的是系统解锁后进入正常控制模式。由于充电电压低于额定电压，所以首先要对系统进行充电，故可控升压阶段之前的阶段可称为可控充电阶段。
本步骤中，若所述全桥模块为自取电模块，则在所述部分端柔性直流输电系统的各子模块电压稳定后，以及解锁所述部分端柔性直流输电系统前，所述启动方法还包括步骤：
对于所述部分端柔性直流输电系统内各相单元，判断该相单元中所有全桥模块的电容电压平均值与所有其他子模块的电容电压平均值的差值是否小于预设的阈值dV，
如是，则解锁所述部分端柔性直流输电系统，使所述部分端柔性直流输电系统进入可控升压阶段；
如否，则对于该相单元中电流自上而下流通的桥臂，逐次切除该桥臂上的j*h个全桥模块的电容，其中j依次取1,2,……,r，且r＝m/h，1≤h＜m，m为各桥臂的全桥模块的总数，且j、h、r和m均为整数，直至所述差值小于或等于预设的阈值dV。其中，所述阈值dV的取值可以参考稳态运行模块电压差的范围，典型值为8％，当然，所述阈值dV的具体值也可由本领域技术人员根据实际情况设定为其他值。
其中，切除电流自上而下流通的各桥臂上的全桥模块的电容的方法为：对于电流自上而下流通的桥臂，导通该桥臂上该全桥模块的晶体管VT22或晶体管VT23。
进一步地，可以使晶体管VT22和晶体管VT23轮换导通以平衡损耗。
此外，在每次切除该桥臂上的j*h个全桥模块的电容之前，所述启动方法还包括步骤：
对该桥臂上的所有全桥模块的电容电压进行排序，按照排序结果选取其中电容电压较高的j*h个全桥模块；
然后再将所述电容电压较高的j*h个全桥模块的电容切除。
进一步地，所述每次切除该桥臂上的j*h个全桥模块的电容具体为：轮换切除该桥臂上m个全桥模块中的j*h个全桥模块的电容。因此，每次切除的j*h个全桥模块并不固定，而是在m个全桥模块中轮换。
S306.对所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内的子模块进行电容切除处理，并使所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内被切除电容的子模块的数量等于该相单元中子模块总数的一半。
当所述部分端柔性直流输电系统的各子模块电压稳定后，由于所述部分端柔性直流输电系统采用交流侧充电，而所述剩余端柔性直流输电系统仅采用直流侧充电，故所述剩余端柔性直流输电系统各个相单元的子模块电压之和是所述部分端柔性直流输电系统的相应相单元的子模块电压之和的一半，此时需要对所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内的子模块进行电容切除处理，以使所述剩余端柔性直流输电系统各个相单元的子模块电压之和与所述部分端柔性直流输电系统的相应相单元的子模块电压之和一致或基本一致。
较优地，逐次切除所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内f*g个子模块的电容，其中f依次取1,2,……,t，且t＝z/2g，1≤g＜m，其中z为所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内子模块的总数，且f、g、t和z均为整数，直至所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内被切除电容的子模块的数量等于该相单元中子模块总数的一半。
而在每次切除所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内f*g个子模块的电容之前，所述启动方法还包括步骤：
对该相单元内所有子模块的电容电压进行排序，按照排序结果选取其中电容电压较高的f*g个子模块；
然后再将所述电容电压较高的f*g个子模块的电容切除。
S307.解锁所述剩余端柔性直流输电系统，闭合所述剩余端柔性直流输电系统的各相交流断路器，使所述剩余端柔性直流输电系统按照预设指令输出端口电压。
本步骤中，所述预设指令是通过检测电网电压的幅值与相位，结合所需要发出的功率而获得的端口电压的指令值。
综上所述，本发明所述含有全桥模块的多端柔性直流输电系统的启动方法能够在解锁系统后减小甚至消除直流母线电压的电压突变。从而使电缆或者架空线不承受较大的电压变化，避免设备的损坏，同时可以避免解锁过程造成的冲击和无法启机的问题；当全桥模块与其他子模块混联时，可以使全桥模块与其他子模块的充电电压一致，解决了充电后各子模块电压不均衡的问题，从而改善系统的性能；通过检测相电压方向来判断桥臂上流通的电流方向，避免了充电电流过小导致的判断失误问题；只有部分端柔性直流输电系统需要设置启动电阻，而剩余端柔性直流输电系统则不需要设置启动电阻，从而省去了所述剩余端柔性直流输电系统的启动电阻。
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 (13)

1.一种多端柔性直流输电系统的启动方法，所述多端柔性直流输电系统包含全桥模块，各端柔性直流输电系统均通过正负直流母线相连，其特征在于，包括如下步骤：
闭合直流母线断路器；
闭合多端柔性直流输电系统中的部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻支路串联的交流断路器而保持剩余端柔性直流输电系统的各相交流断路器的断开状态，以接入所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻，使所述部分端柔性直流输电系统进入不控整流充电状态；
在充电过程中，将所述部分端柔性直流输电系统中各电流自下而上流通的桥臂上的所有全桥模块的电容切除，并保持该桥臂上所有全桥模块的电容的切除状态，直至所有子模块充电完毕；
断开所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻支路串联的交流断路器，以切除所述部分端柔性直流输电系统的各相启动电阻，当所述部分端柔性直流输电系统的各子模块电压稳定后，解锁所述部分端柔性直流输电系统，使所述部分端柔性直流输电系统进入可控升压阶段；
对所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内的子模块进行电容切除处理，并使所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内被切除电容的子模块的数量等于该相单元中子模块总数的一半；
闭合所述剩余端柔性直流输电系统的各相交流断路器，解锁所述剩余端柔性直流输电系统，使所述剩余端柔性直流输电系统按照预设指令输出端口电压。
2.根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，
若所述全桥模块为外取电模块，则将所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容切除的步骤包括：
将所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容一次性全部切除；
若所述全桥模块为自取电模块，则将所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂上的所有全桥模块的电容切除的步骤包括：
将所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂上的全桥模块的电容逐次切除，直至切除该桥臂上的所有全桥模块的电容，并且在所述全桥模块的电容电压达到能够触发其中的开关器件的电平之后，再进行全桥模块电容的切除工作。
3.根据权利要求2所述的启动方法，其特征在于，对于所述部分端柔性直流输电系统中电流自下而上流通的各桥臂，若逐次切除该桥臂上的i*k个全桥模块的电容，其中i依次取1,2,……,s，且s＝m/k，1≤k＜m，m为各桥臂上全桥模块的总数，且i、k、s和m均为整数，则在每次切除该桥臂上的i*k个全桥模块的电容之前，所述启动方法还包括步骤：
对该桥臂上的所有全桥模块的电容电压进行排序，按照排序结果选取其中电容电压较高的i*k个全桥模块；
然后再将所述电容电压较高的i*k个全桥模块的电容切除。
4.根据权利要求3所述的启动方法，其特征在于，所述每次切除该桥臂上的i*k个全桥模块的电容具体为：
轮换切除该桥臂上m个全桥模块中的i*k个全桥模块的电容。
5.根据权利要求2所述的启动方法，其特征在于，若所述全桥模块为自取电模块，则在所述部分端柔性直流输电系统的各子模块电压稳定后，以及解锁所述部分端柔性直流输电系统前，所述启动方法还包括步骤：
对于所述部分端柔性直流输电系统内各相单元，判断该相单元中所有全桥模块的电容电压平均值与所有其他子模块的电容电压平均值的差值是否小于预设的阈值dV，
如是，则解锁所述部分端柔性直流输电系统，使所述部分端柔性直流输电系统进入可控升压阶段；
如否，则对于该相单元中电流自上而下流通的桥臂，逐次切除该桥臂上的j*h个全桥模块的电容，其中j依次取1,2,……,r，且r＝m/h，1≤h＜m，m为各桥臂的全桥模块的总数，且j、h、r和m均为整数，直至所述差值小于或等于预设的阈值dV。
6.根据权利要求5所述的启动方法，其特征在于，在每次切除该桥臂上的j*h个全桥模块的电容之前，所述启动方法还包括步骤：
对该桥臂上的所有全桥模块的电容电压进行排序，按照排序结果选取其中电容电压较高的j*h个全桥模块；
然后再将所述电容电压较高的j*h个全桥模块的电容切除。
7.根据权利要求5所述的启动方法，其特征在于，所述每次切除该桥臂上的j*h个全桥模块的电容具体为：
轮换切除该桥臂上m个全桥模块中的j*h个全桥模块的电容。
8.根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，对所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内的子模块进行电容切除处理的步骤包括：
逐次切除所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内f*g个子模块的电容，其中f依次取1,2,……,t，且t＝z/2g，1≤g＜m，其中z为所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内子模块的总数，且f、g、t和z均为整数，直至所述剩余端柔性直流输电系统中各个相单元内被切除电容的子模块的数量等于该相单元中子模块总数的一半。
9.根据权利要求8所述的启动方法，其特征在于，在每次切除所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内f*g个子模块的电容之前，所述启动方法还包括步骤：
对该相单元内所有子模块的电容电压进行排序，按照排序结果选取其中电容电压较高的f*g个子模块；
然后再将所述电容电压较高的f*g个子模块的电容切除。
10.根据权利要求8所述的启动方法，其特征在于，每次切除所述剩余端柔性直流输电系统中各相单元内f*g个子模块的电容具体为：
轮换切除该相单元中的f*g个子模块的电容。
11.根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，所述预设指令是通过检测电网电压的幅值与相位，结合所需要发出的功率而获得的端口电压的指令值。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的启动方法，其特征在于，所述启动方法还包括步骤：
各桥臂上流通的电流方向的判断方法具体为，获取该桥臂上充电电流的方向，而该桥臂上流通的电流方向与该桥臂上充电电流的方向相同。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的启动方法，其特征在于，所述启动方法还包括步骤：
各桥臂上流通的电流方向的判断方法具体为，获取所述部分端柔性直流输电系统中各相单元的相电压的方向，若该相单元的相电压为正，则判定该相单元的上桥臂流通的电流的方向为自下而上、下桥臂流通的电流的方向为自上而下；若该相单元的相电压为负，则判定该相单元的上桥臂流通的电流的方向为自上而下、下桥臂流通的电流的方向为自下而上。
CN201610891141.6A 2016-10-12 2016-10-12 一种多端柔性直流输电系统的启动方法 Active CN107947214B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610891141.6A CN107947214B (zh) 2016-10-12 2016-10-12 一种多端柔性直流输电系统的启动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610891141.6A CN107947214B (zh) 2016-10-12 2016-10-12 一种多端柔性直流输电系统的启动方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107947214A CN107947214A (zh) 2018-04-20
CN107947214B true CN107947214B (zh) 2021-06-01

Family

ID=61928774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610891141.6A Active CN107947214B (zh) 2016-10-12 2016-10-12 一种多端柔性直流输电系统的启动方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107947214B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109067162B (zh) * 2018-08-21 2020-06-26 南方电网科学研究院有限责任公司 一种混合型模块化多电平换流器的启动方法及装置
CN109379070A (zh) * 2018-12-20 2019-02-22 上海艾为电子技术股份有限公司 一种模拟开关启动电路及方法
CN111638419B (zh) * 2020-07-07 2022-09-13 南方电网科学研究院有限责任公司 一种柔性直流黑模块试验方法和装置
CN114039374B (zh) * 2021-10-28 2024-09-13 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 输电系统的启动控制方法、装置、柔性逆变站和输电系统
CN116667345B (zh) * 2023-07-31 2024-03-19 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种串并联型多端口柔性互联设备的充电控制方法及装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4236198A (en) * 1977-12-16 1980-11-25 Sony Corporation Switching regulator
CN102832801A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 山东大学 一种模块化多电平变换器电容分组预充电的系统及方法
CN102857086A (zh) * 2012-09-12 2013-01-02 中国能源建设集团广东省电力设计研究院 一种三端柔性直流输电系统的启动方法及装置
CN102969882A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 许继集团有限公司 一种模块化多电平柔性直流输电换流器的启动方法
CN103066614A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 南方电网科学研究院有限责任公司 一种多端柔性直流输电系统及其启动方法
CN104065290A (zh) * 2014-06-26 2014-09-24 许继电气股份有限公司 模块化多电平换流器电平数倍增方法及启动方法
CN104092366A (zh) * 2014-06-26 2014-10-08 许继电气股份有限公司 一种cmmc启动控制方法
CN105680681A (zh) * 2016-02-16 2016-06-15 南方电网科学研究院有限责任公司 基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法
CN105703386A (zh) * 2014-12-05 2016-06-22 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种柔性直流输电系统的启动方法
CN105703387A (zh) * 2014-12-05 2016-06-22 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种柔性直流输电系统的启动方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105356731A (zh) * 2015-12-24 2016-02-24 国家电网公司 模块化多电平换流器高压直流输电系统子模块触发方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4236198A (en) * 1977-12-16 1980-11-25 Sony Corporation Switching regulator
CN102857086A (zh) * 2012-09-12 2013-01-02 中国能源建设集团广东省电力设计研究院 一种三端柔性直流输电系统的启动方法及装置
CN102832801A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 山东大学 一种模块化多电平变换器电容分组预充电的系统及方法
CN102969882A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 许继集团有限公司 一种模块化多电平柔性直流输电换流器的启动方法
CN103066614A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 南方电网科学研究院有限责任公司 一种多端柔性直流输电系统及其启动方法
CN104065290A (zh) * 2014-06-26 2014-09-24 许继电气股份有限公司 模块化多电平换流器电平数倍增方法及启动方法
CN104092366A (zh) * 2014-06-26 2014-10-08 许继电气股份有限公司 一种cmmc启动控制方法
CN105703386A (zh) * 2014-12-05 2016-06-22 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种柔性直流输电系统的启动方法
CN105703387A (zh) * 2014-12-05 2016-06-22 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种柔性直流输电系统的启动方法
CN105680681A (zh) * 2016-02-16 2016-06-15 南方电网科学研究院有限责任公司 基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107947214A (zh) 2018-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107947214B (zh) 一种多端柔性直流输电系统的启动方法
US9608511B2 (en) Method for charging modular multilevel converter
CN104410260B (zh) 一种具有容错能力可实现直流故障自主防护的mmc子模块结构及其mmc调制方法
CN109755954B (zh) 一种混合直流输电系统换流器故障保护方法及装置
EP3206289B1 (en) Power conversion device
CN104052026A (zh) 用于模块化多电平换流器的子模块拓扑及其应用
CN107580737A (zh) 转换器装置以及其短路保护方法
WO2016107616A1 (zh) 一种防止电压源型换流器电容过电压的装置
CN107765112B (zh) 一种换流阀过电流关断试验电路、方法及装置
EP2786479A2 (en) Power converter
CN113938037B (zh) 模块化多电平换流器、故障穿越方法及电子设备
CN107026466B (zh) 对称双极mmc-hvdc装置、系统及故障穿越控制方法
US20240097434A1 (en) Method for detecting abnormal direct current voltage measurement in high voltage flexible direct current transmission system
CN106981980A (zh) 一种全桥mmc启动控制方法及系统
CN111398772A (zh) 用于换流阀过电流关断试验的电路、方法和装置
Lai et al. A short-circuit current calculation method for low-voltage DC microgrid
CN113138351A (zh) 基于子模块投入时间的模块化多电平变换器电容监测方法
CN114977131A (zh) 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法
CN107947213B (zh) 一种含有全桥模块的多端柔性直流输电系统的启动方法
CN105119472A (zh) 模块化多电平变换器故障保护及故障检测方法
KR101542940B1 (ko) 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조 및 이를 이용한 장치
CN104866656A (zh) 一种全桥结构模块化多电平换流器桥臂等效电路
CN107947611B (zh) 一种应用于柔性直流输电系统的mmc模块拓扑结构
CN111273192B (zh) 一种柔性直流输电系统换流器故障后备保护方法及装置
CN109617109B (zh) 一种多端柔性直流配电系统直流断线故障的分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant