CN109067162B - 一种混合型模块化多电平换流器的启动方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合型模块化多电平换流器的启动方法及装置，该方法包括：在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；该方法通过触发部分子模块的绝缘栅双极型晶体管实现充电回路的改变，使得混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下具备启动充电的能力。

Description

一种混合型模块化多电平换流器的启动方法及装置
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种混合型模块化多电平换流器的启动方法。
背景技术
随着电力电子半导体开关器件以及先进控制技术的不断进步，近年来柔性直流输电技术迅猛发展，并向特高压大容量直流输电方向迈进。相较于其他阀组接线方式，基于两个阀组单元串联构成一极的对称双极系统主接线方案是提升电压和功率等级、实现特高压大容量直流输电的一种有效方式，并在运行方式灵活性、经济性及可靠性等方面也更具优势。该接线方式已在我国特高压常规直流输电工程中得到成功实践验证，而在特高压柔性直流输电工程中的应用也正在研究设计阶段。模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)因其具有交流谐波特性好、易于模块化设计、可实现冗余运行等优势而成为当今柔性直流工程的首选方案。其中，基于半桥子模块(Half Bridge Sub-module，HB-SM)和全桥子模块(Full Bridge Sub-module，FB-SM)的混合型模块化多电平换流器综合了半桥模块化多电平换流器以及全桥模块化多电平换流器的优点，不仅具备直流故障清除能力，而且相较于全桥模块化多电平换流器，其成本和损耗更小，应用前景广阔，适于作为特高压柔直系统阀组单元的拓扑结构。
上述基于阀组串联的接线方式要求直流输电系统需具备“阀组在线投入”的功能，即在一个阀组单元不退出运行的情况下，与其串联的另一个阀组单元能够完成启动解锁并投入运行。为了降低特高压柔直系统的设计与调试的难度、降低上层控制的复杂度、并提高系统可靠性，设计人员正尝试将特高压常规直流系统中已成熟完备的阀组在线投入策略和顺序控制流程引入到特高压柔直系统中。这需要基于混合型模块化多电平换流器拓扑结构的阀组单元具备在直流侧短接情况下进行启动和解锁运行的能力。但是,由于基于半桥子模块的多电平换流器不具备直流侧短接状态下的运行能力,因此通过导通绝缘栅双极型晶体管来使全桥子模块模拟半桥子模块充电特性的启动方法无法应用到直流侧短接状态下的混合型模块化多电平换流器启动中,故现有的混合型模块化多电平换流器无法在直流侧短接状态下实现启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合型模块化多电平换流器的启动方法及装置，用于解决混合型模块化多电平换流器无法在直流侧短接状态下实现启动充电的问题，提高混合型模块化多电平换流器在特高压柔性直流系统的应用能力。
本发明实施例提供了一种混合型模块化多电平换流器的启动方法，包括:
在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中,所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；
对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；
切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；
当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；
当被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。
优选地,所述全桥子模块和所述半桥子模块的直流电容容值相等。
优选地,所述对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电，具体包括：
当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述半桥子模块的电容被充电；当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述半桥子模块的电容被旁路；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反或相同时，所述全桥子模块的电容均被充电；
其中，当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相反时所述子模块的桥臂的电流方向为负，所述桥臂为负向桥臂；当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相同时所述子模块的桥臂的电流方向为正，所述桥臂为正向桥臂。
优选地,根据当前时刻三相交流相电压瞬时值的大小确定所述混合型模块化多电平换流器的阀侧交流电流的方向；其中，对于相电压最高的一相，所述阀侧交流电流的方向为正；对于相电压最低的一相，所述阀侧交流电流的方向为负；
其中,每一相上桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相同，每一相下桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相反。
优选地,所述对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电，具体包括：
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，表示所述不控整流充电过程结束，所有所述全桥子模块进入可控状态，所有所述半桥子模块处于不可控状态；
根据公式
Figure GDA0002401678260000041
计算所述全桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压；
其中，Usl为交流线电压有效值；N为每个桥臂总模块的数量；x为每个桥臂中全桥子模块占比值；
根据公式UCh1≈0,得到所述半桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压。
优选地,所述对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块，具体包括：
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束，所有所述子模块均进入可控状态；
根据公式M＝y*N,抽取出各桥臂内位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；y为触发第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管的全桥子模块个数在桥臂总模块数中的占比；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述全桥子模块的电容被旁路；当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述全桥子模块的电容被充电。
优选地,所述混合型模块化多电平换流器的启动方法还包括：
根据公式
Figure GDA0002401678260000051
计算所述全桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压；
根据公式
Figure GDA0002401678260000052
计算所述半桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压。
优选地,所述对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块，具体包括：
根据公式T＝z*N，计算抽取出各桥臂内位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；z为有绝缘栅双极型晶体管触发的子模块个数在桥臂总模块数中的占比，且y<z<1,
Figure GDA0002401678260000053
其中，UC为直流电容额定电压。
优选地,所述第一阈值为所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压的额定值。
本发明实施例还提供了一种混合型模块化多电平换流器的启动装置,包括：
不控整流充电模块，用于在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中，所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；
不控整流充电结束模块，用于当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；
待触发全桥子模块确定模块，用于对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电，采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
第一阶段可控充电模块，用于触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；
第一阶段可控充电结束模块，用于当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；
待触发子模块确定模块，用于切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电，采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
半桥子模块判定模块，用于当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；
全桥子模块判定模块，用于当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；
充电结束模块，用于当被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的有益效果在于：所述混合型模块化多电平换流器的启动方法，包括：在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中,所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；当被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。该方法通过触发部分子模块的绝缘栅双极型晶体管实现充电回路的改变，使得混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下具备启动充电的能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的混合型模块化多电平换流器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的半桥子模块在所有绝缘栅双极型晶体管关断且电流为正方向时电流通路示意图；
图4是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的半桥子模块在所有绝缘栅双极型晶体管关断且电流为负方向时电流通路示意图；
图5是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的全桥子模块在所有绝缘栅双极型晶体管关断且电流为正方向时电流通路示意图；
图6是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的全桥子模块在所有绝缘栅双极型晶体管关断且电流为负方向时电流通路示意图；
图7是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下不控整流充电阶段的充电回路示意图；
图8是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下不控整流充电阶段的充电回路的等效示意图；
图9是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的全桥子模块在第三绝缘栅双极型晶体管(T3)触发且电流为正方向时电流通路示意图；
图10是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的全桥子模块在第三绝缘栅双极型晶体管(T3)触发且电流为负方向时电流通路示意图；
图11是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下触发全桥子模块第三绝缘栅双极型晶体管(T3)的充电回路示意图；
图12是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下触发全桥子模块第三绝缘栅双极型晶体管(T3)的充电回路的等效示意图；
图13是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动装置的流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的混合型模块化多电平换流器结构示意图，包括：
电流的参考方向、与三相交流电源分别连接的三相单元、6个桥臂和桥臂电感Lm，所述三相单元分别为A相单元、B相单元和C相单元，每个单元包括两个桥臂，分别称为上桥臂和下桥臂，每个桥臂共有N个子模块，其中全桥子模块占比为x,则全桥子模块数为x*N,半桥子模块数为(1-x)*N；
其中，x∈[0,1]；
所述全桥子模块包括电容及与该电容相并联的两个开关单元，每个开关单元包括相串联的两个绝缘栅双极型晶体管，每个绝缘栅双极型晶体管均与对应的反向二极管相并联；
所述半桥式子模块包括电容及与该电容相并联的开关单元，所述开关单元包括相串联的两个绝缘栅双极型晶体管，每个绝缘栅双极型晶体管均与对应的反向二极管相并联；
其中，K为混合型模块化多电平换流器的直流侧短路开关，启动时闭合，阀组准备投入前断开。
请参阅图2，其是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的流程图，所述混合型模块化多电平换流器的启动方法，包括：
S100:在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中,所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；
S200:当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；
S300:对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
S400:触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；
S500:当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；
S600:切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
S700:当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；
S800:当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；
S900:当被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。
在一种可选的实施例中，S100：在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中,所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块,具体包括：
当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述半桥子模块的电容被充电；当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述半桥子模块的电容被旁路；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反或相同时，所述全桥子模块的电容均被充电；
其中，当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相反时所述子模块的桥臂的电流方向为负，所述桥臂为负向桥臂；当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相同时所述子模块的桥臂的电流方向为正，所述桥臂为正向桥臂。
在本实施例中，当所述混合型模块化多电平换流器处于所述不控整流充电阶段时，所有所述子模块均处于闭锁状态，即所有所述绝缘栅双极型晶体管均处于关断状态，电流只能经其反并联二极管流过。请参阅图3，所述半桥子模块的电容在流经正向桥臂电流时被旁路；请参阅图4，所述半桥子模块的电容在流经负向桥臂电流时被充电；请参阅图5与图6，所述全桥子模块的电容在流经正方向和负向桥臂电流时均被充电。
在一种可选的实施例中，根据当前时刻三相交流相电压瞬时值的大小确定所述混合型模块化多电平换流器的阀侧交流电流的方向；其中，对于相电压最高的一相，所述阀侧交流电流的方向为正；对于相电压最低的一相，所述阀侧交流电流的方向为负；其中,每一相上桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相同，每一相下桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相反。
在一种可选的实施例中，所述对各全桥子模块和半桥子模块的直流电容进行不控整流充电，具体包括：
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，表示所述不控整流充电过程结束，所有所述全桥子模块进入可控状态，所有所述半桥子模块进入不可控状态；
根据公式
Figure GDA0002401678260000111
计算所述全桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压；
其中，Usl为交流线电压有效值；N为每个桥臂总模块的数量；x为每个桥臂中全桥子模块占比值；
根据公式UCh1≈0,得到所述半桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压。
在本实施例中，以三相交流电源A相电压最高、B相电压最低为例进行说明所述不控整流充电的阶段工作原理，请参阅图7，当所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接后，所述A相单元的电路中上、下两桥臂变为并联关系；由于所述A相单元的下桥臂的所有所述半桥子模块的电容始终串联在回路中，所述A相单元的下桥臂直流电容上的压降总和大于所述A相单元的上桥臂的直流压降总和，则所述A相单元的下桥臂中功率器件的反并联二极管因承受反压而关断，充电电流仅从所述A相单元的上桥臂流过，所述A相单元的下桥臂支路断开；所述B相单元的不控整流充电阶段同理，所以此时所述A相单元和所述B相单元的充电回路仅有图8中的所述A相单元的上桥臂和所述B相单元的下桥臂。因而在所述不控整流充电阶段，每时刻都仅有2xN个所述全桥子模块被串联在被线电压充电，而所有所述半桥子模块均被旁路。
当所述不控整流充电结束后,所有所述全桥子模块进入可控状态；而所有所述半桥子模块的直流电容电压过低，其自取能电源无法启动，所以所有所述半桥子模块仍处于不可控状态。
在一种可选的实施例中，S300：对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块,具体包括：
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束，所有所述子模块均进入可控状态；
根据公式M＝y*N,抽取出各桥臂内位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；y为触发第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管的全桥子模块个数在桥臂总模块数中的占比；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述全桥子模块的电容被旁路；当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述全桥子模块的电容被充电；
在本实施例中，以触发所述全桥子模块第三绝缘栅双极型晶体管(T3)为例进行说明；请参阅图9，所述全桥子模块的电容在流经正向桥臂电流时被充电；请参阅图10，所述全桥子模块的电容在流经负向桥臂电流时被旁路；其中,对于第二绝缘栅双极型晶体管(T2)触发的全桥子模块而言，当流经正向桥臂电流时直流电容串接入回路中被充电，当流经负向桥臂电流时直流电容被旁路。因此，该状态特性与图9和图10所示的仅第三绝缘栅双极型晶体管(T3)触发时全桥子模块的充电特性完全相同。由于子模块对外呈现的充电特性是相同的，因此本阶段对特定部分全桥子模块所进行的“触发第二绝缘栅双极型晶体管(T2)”与“触发第三绝缘栅双极型晶体管(T3)”这两种操作是等价的。
抽取出所述各桥臂内电压较高的前M个全桥子模块，其中y可根据所述子模块自取能电源的启动电压来确定；特别地，当y＝0.5，即所述第三绝缘栅双极型晶体管触发的所述全桥子模块数量为桥臂子模块总数的一半时，所述半桥子模块和所述全桥子模块将在本阶段结束时达到相同的直流电压,即所有所述子模块的自取能电源均启动，即所有所述子模块均进入可控状态。
在一种可选的实施例中，所述混合型模块化多电平换流器的启动方法还包括：
根据公式
Figure GDA0002401678260000132
计算所述全桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压；
根据公式
Figure GDA0002401678260000131
计算所述半桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压。
在本实施例中，同样以三相交流电源A相电压最高、B相电压最低为例进行说明所述第一阶段可控充电的工作原理，请参阅图11，对电压较高的y*N个所述全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管(T3)进行触发后，若所述A相单元的下桥臂有电流流过，则该桥臂电流方向为负，所述第三绝缘栅双极型晶体管(T3)触发的所述全桥子模块的电容被旁路，该桥臂的直流电压压降为(x-y)NUCf1；若所述A相单元的上桥臂有电流流过，则该桥臂电流方向为正，所有所述全桥子模块的电容串接入回路中，则该桥臂的直流压降仍为xNUCf1。由于电流流经时所述A相单元的下桥臂直流压降低于所述A相单元的上桥臂压降，所以所述A相单元的上桥臂的反并联二极管将承受反压而关断，电流将自动流向所述A相单元的下桥臂，为所述A相单元的下桥臂上的所述半桥子模块的电容充电。所述B相单元在本阶段的控制过程同理。所以此时所述A相单元和所述B相单元的充电回路仅有图12中的所述A相单元的下桥臂和所述B相单元的上桥臂
在一种可选的实施例中，S600：切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块,具体包括：
根据公式T＝z*N，计算抽取出各桥臂内位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；z为有绝缘栅双极型晶体管触发的子模块个数在桥臂总模块数中的占比，且y<z<1,
Figure GDA0002401678260000141
其中，UC为直流电容额定电压。
在本实施例中，所述混合型模块化多电平换流器在所述第一阶段可控充电结束后,所有所述子模块的自取能电源均启动，进入可控状态。在进行所述第二阶段可控充电时,通过触发位于直流电压前列的T个待触发的子模块，继续减少串联在负向电流支路的所述子模块数量，最终使得所有所述子模块的直流电容电压均衡且达到额定值，并通过对所述子模块直流电压进行排序和以及轮换切除所述子模块，来实现所述子模块直流电压的动态均衡。
请参阅图13，其是本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动装置的流程图，所述混合型模块化多电平换流器的启动装置，包括：
不控整流充电模块1，用于在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中，所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；
不控整流充电结束模块2，用于当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；
待触发全桥子模块确定模块3，用于对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电，采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
第一阶段可控充电模块4，用于触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；
第一阶段可控充电结束模块5，用于当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；
待触发子模块确定模块6，用于切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电，采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
半桥子模块判定模块7，用于当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；
全桥子模块判定模块8，用于当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；
充电结束模块9，用于当被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。
在一种可选的实施例中，不控整流充电模块1包括：
当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述半桥子模块的电容被充电；当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述半桥子模块的电容被旁路；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反或相同时，所述全桥子模块的电容均被充电；
其中，当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相反时所述子模块的桥臂的电流方向为负，所述桥臂为负向桥臂；当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相同时所述子模块的桥臂的电流方向为正，所述桥臂为正向桥臂。
在一种可选的实施例中，根据当前时刻三相交流相电压瞬时值的大小确定所述混合型模块化多电平换流器的阀侧交流电流的方向；其中，对于相电压最高的一相，所述阀侧交流电流的方向为正；对于相电压最低的一相，所述阀侧交流电流的方向为负；其中,每一相上桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相同，每一相下桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相反。
全桥子模块直流电容电压计算单元，根据公式
Figure GDA0002401678260000161
计算所述全桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压；
其中，Usl为交流线电压有效值；N为每个桥臂总模块的数量；x为每个桥臂中全桥子模块占比值；
半桥子模块直流电容电压计算单元，根据公式UCh1≈0,得到所述半桥子模块在所述不控整流充电结束时直流电容电压。
在本实施例中，当所述混合型模块化多电平换流器处于所述不控整流充电阶段时，所有所述子模块均处于闭锁状态，即所有所述绝缘栅双极型晶体管均处于关断状态，电流只能经其反并联二极管流过。
在一种可选的实施例中，待触发全桥子模块确定模块3，包括：
全桥子模块通正向电流单元，所述全桥子模块在流经正向桥臂电流时，直流电容串联在回路中被充电；
全桥子模块通负向电流单元，所述全桥子模块在流经负向桥臂电流时，直流电容被旁路；
前M个全桥子模块数量计算单元，根据公式M＝y*N,抽取出各桥臂内位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
全桥子模块直流电容电压计算单元，根据公式
Figure GDA0002401678260000171
计算所述全桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压；
半桥子模块直流电容电压计算单元，根据公式
Figure GDA0002401678260000172
计算所述半桥子模块的直流电容的电压。
在一种可选的实施例中，待触发子模块确定模块6，包括：
前T个子模块数量计算单元，根据公式T＝z*N，计算抽取出各桥臂内位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；z为有绝缘栅双极型晶体管触发的子模块个数在桥臂总模块数中的占比，且y<z<1,
Figure GDA0002401678260000173
其中，UC为直流电容额定电压。
在本实施例中，所述混合型模块化多电平换流器在在所述第一阶段可控充电结束后,所有所述子模块的自取能电源均启动，进入可控状态。当进行所述第二阶段可控充电时,通过触发位于直流电压前列的T个待触发的子模块，继续减少串联在负向电流支路的所述子模块数量，最终使得所有所述子模块的直流电容电压均衡且达到额定值，并通过对所述子模块直流电压进行排序和以及轮换切除所述子模块，来实现所述子模块直流电压的动态均衡。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种混合型模块化多电平换流器的启动方法的有益效果在于：所述混合型模块化多电平换流器的启动方法，包括：在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中,所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；当被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。该方法通过触发部分子模块的绝缘栅双极型晶体管实现充电回路的改变，使得混合型模块化多电平换流器在直流侧短接状态下具备启动充电的能力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合型模块化多电平换流器的启动方法,其特征在于，包括:
在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中,所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；所述全桥子模块包括第一电容及与所述第一电容相并联的两个全桥子模块开关单元；第一全桥子模块开关单元包括相串联的全桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管和全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管，所述全桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述全桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一电容的正极连接，所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第一电容的负极连接；第二全桥子模块开关单元包括相串联的全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管和全桥子模块的第四绝缘栅双极型晶体管，所述全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述全桥子模块的第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一电容的正极连接，所述全桥子模块的第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第一电容的负极连接；每个全桥子模块的绝缘栅双极型晶体管均与对应的反向二极管相并联；
所述半桥子模块包括第二电容及与所述第二电容相并联的开关单元，所述半桥子模块的开关单元包括相串联的半桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管和半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管，所述半桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述半桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第二电容的正极连接，所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二电容的负极连接；每个半桥子模块的绝缘栅双极型晶体管均与对应的反向二极管相并联；
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；
对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电,采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；
切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；
当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；
当每一被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。
2.如权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述全桥子模块和所述半桥子模块的直流电容容值相等。
3.如权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电，具体包括：
当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述半桥子模块的电容被充电；当所述半桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述半桥子模块的电容被旁路；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反或相同时，所述全桥子模块的电容均被充电；
其中，当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相反时所述子模块的桥臂的电流方向为负，所述桥臂为负向桥臂；当所述子模块的电流的方向与设定电流方向相同时所述子模块的桥臂的电流方向为正，所述桥臂为正向桥臂。
4.如权利要求3所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，根据当前时刻三相交流相电压瞬时值的大小确定所述混合型模块化多电平换流器的阀侧交流电流的方向；其中，对于相电压最高的一相，所述阀侧交流电流的方向为正；对于相电压最低的一相，所述阀侧交流电流的方向为负；
其中,每一相上桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相同，每一相下桥臂电流的方向与所述阀侧交流电流的方向相反。
5.如权利要求1或3所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电，具体包括：
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，表示所述不控整流充电过程结束，所有所述全桥子模块进入可控状态，所有所述半桥子模块处于不可控状态；
根据公式
Figure FDA0002401678250000031
计算所述全桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压；
其中，Usl为交流线电压有效值；N为每个桥臂总模块的数量；x为每个桥臂中全桥子模块占比值；
根据公式UCh1≈0,得到所述半桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压；
其中，UCf1为所述全桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压，UCh1为所述半桥子模块在所述不控整流充电结束时的直流电容电压。
6.如权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电，采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块，具体包括：
当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束，所有所述子模块均进入可控状态；
根据公式M＝y*N,抽取出各桥臂内位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；y为触发第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管的全桥子模块个数在桥臂总模块数中的占比；
当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相反时，所述全桥子模块的电容被旁路；当所述全桥子模块的电流的方向与设定电流方向相同时，所述全桥子模块的电容被充电。
7.如权利要求1或6所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述混合型模块化多电平换流器的启动方法还包括：
根据公式
Figure FDA0002401678250000041
计算所述全桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压；
根据公式
Figure FDA0002401678250000042
计算所述半桥子模块在所述第一阶段可控充电结束时的直流电容的电压；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；x为每个桥臂中全桥子模块占比值；y为触发第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管的全桥子模块个数在桥臂总模块数中的占比；Usl为交流线电压有效值。
8.如权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电,采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块，具体包括：
根据公式T＝z*N，计算抽取出各桥臂内位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
其中，N为每个桥臂总模块的数量；z为有绝缘栅双极型晶体管触发的子模块个数在桥臂总模块数中的占比，且y<z<1,
Figure FDA0002401678250000051
其中，UC为直流电容额定电压，y为触发第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管的全桥子模块个数在桥臂总模块数中的占比，Usl为交流线电压有效值。
9.如权利要求1所述的混合型模块化多电平换流器的启动方法，其特征在于，所述第一阈值为所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压的额定值。
10.一种混合型模块化多电平换流器的启动装置，其特征在于，包括：
不控整流充电模块，用于在所述混合型模块化多电平换流器的直流侧短接状态下,投入启动限流电阻并闭合交流断路器,对所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的直流电容进行不控整流充电；其中，所述子模块包括全桥子模块和半桥子模块；所述全桥子模块包括第一电容及与所述第一电容相并联的两个全桥子模块开关单元；第一全桥子模块开关单元包括相串联的全桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管和全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管，所述全桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述全桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一电容的正极连接，所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第一电容的负极连接；第二全桥子模块开关单元包括相串联的全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管和全桥子模块的第四绝缘栅双极型晶体管，所述全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述全桥子模块的第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述全桥子模块的第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第一电容的正极连接，所述全桥子模块的第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第一电容的负极连接；每个全桥子模块的绝缘栅双极型晶体管均与对应的反向二极管相并联；
所述半桥子模块包括第二电容及与所述第二电容相并联的开关单元，所述半桥子模块的开关单元包括相串联的半桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管和半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管，所述半桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述半桥子模块的第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第二电容的正极连接，所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二电容的负极连接；每个半桥子模块的绝缘栅双极型晶体管均与对应的反向二极管相并联；
不控整流充电结束模块，用于当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，确定所述不控整流充电结束；
待触发全桥子模块确定模块，用于对所述混合型模块化多电平换流器进行第一阶段可控充电，采集所述混合型模块化多电平换流器中各桥臂内的全桥子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的M个待触发的全桥子模块；
第一阶段可控充电模块，用于触发所述M个待触发的全桥子模块内的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管，以建立所述半桥子模块内电容的充电回路；
第一阶段可控充电结束模块，用于当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定后，确定所述第一阶段可控充电结束；
待触发子模块确定模块，用于切除所述启动限流电阻，当所述混合型模块化多电平换流器中各子模块的电压达到稳定时，对所述混合型模块化多电平换流器进行第二阶段可控充电，采集各桥臂内所有子模块的直流电压并进行从高到低排序，以确定位于直流电压前列的T个待触发的子模块；
半桥子模块判定模块，用于当所述待触发的子模块为半桥子模块时，则触发所述半桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管；
全桥子模块判定模块，用于当所述待触发的子模块为全桥子模块，则触发所述全桥子模块的第二绝缘栅双极型晶体管或第三绝缘栅双极型晶体管；
充电结束模块，用于当每一被触发的子模块内的直流电容的电压达到设定第一阈值时，确定整个充电过程结束并解锁所述混合型模块化多电平换流器。
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