CN110383659B - 包括半桥子模块和全桥子模块的混合的变流器的通电 - Google Patents

包括半桥子模块和全桥子模块的混合的变流器的通电 Download PDF

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Abstract

提供了使基于半桥(HB)变流器单元和全桥(FB)变流器单元的混合的变流器及其换流站通电的方法。根据一个实施例，一种用于使变流器通电的方法可以包括：在变流器的DC端子之间建立直接电连接；经由AC连接器而将该变流器电连接至AC电源；以及从该AC电源并且针对特定时间段获得两个电相线之间的AC电压，以用于对被连接至该两个电相线的该FB单元的电容器进行充电。因此，该FB单元将被充电到较高的值，并且它们可以被控制，以用于通过从该AC电源汲取功率来将该HB子模块的电容器充电到至少启动切换该HB子模块的开关装置所需的最小电压。

Description

包括半桥子模块和全桥子模块的混合的变流器的通电
技术领域
本公开总体上涉及用以传递或接收高压直流HVDC电功率的功率传输系统领域。更具体地，本公开涉及包括基于半桥子模块和全桥子模块的混合的阀臂的变流器(或者换流站)的通电进程或者启动进程。
背景技术
由于高压直流(HVDC)功率传输系统的损耗和成本较低，因此，针对大量传输电功率，高压直流(HVDC)功率传输系统已经成为优于其高压交流(HVAC)竞争者的选择。在现代HVDC功率传输系统(具有几百kV的电压)中，功率的大小可以达到几千兆瓦，并且功率可以被传递长达几千公里的距离。
在HVDC功率传输系统的每一端，换流站可以用于在AC与DC电功率之间进行转换。基于使用晶闸管作为开关装置的电流源变流器(CSC)的换流站已经被广泛用于HVDC应用。然而，随着半导体技术的最近发展，使用例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为开关装置的电压源变流器(VSC)已经很受欢迎，因为它们是自换向的，并且对换向失败不那么敏感。
例如，VSC可以是包括单元或子模块(SM)的模块化多电平变流器(MMC)，该单元或子模块(SM)包括诸如IGBT等开关装置和诸如电容器等能量存储元件。开关装置可以被布置在全桥FB子模块或FB单元中，在FB子模块或FB单元中，各自包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和并联续流二极管的四个开关装置或单元与充电电容器一起被连接在H桥配置中；或者可以被布置在半桥HB子模块或HB单元中，在HB子模块或HB单元中，两个开关装置(或单元)串联连接、一起连接有并联充电电容器。将分别参照图1和图2描述FB单元和HB单元的示例。
MMC的单元可以包括电容器作为用于IGBT的操作/换向的能量存储元件，并且因此存在在变流器可以开始操作之前首先对这些电容器进行充电的需要。取决于由开关装置的布置提供的对称性，可以使用来自AC电源(在AC侧)或DC传输系统(在DC侧)的电功率来对电容器进行充电。
然而，在基于HB单元和FB单元的混合的VSC的情况下，电容器将不均匀地进行充电。具体地，使用来自AC侧的充电(这是对MMC进行充电的最一般的方式)，与FB单元的电容器相比较，HB单元的电容器将被充电到非常低的值。进一步地，在HB单元和FB单元两者中达到的充电水平可能不足以启动操作开关装置。
因此，需要用于基于FB单元和HB单元的混合的变流器的通电的改进方法和相关联的换流站。
发明内容
为了至少部分地满足上述要求，本公开力图至少提供一种启动变流器和对应的换流站的操作的改进方法(或者使变流器和对应的换流站通电的方法)。本公开还涉及包括至少两个串联连接的变流器的换流站中的变流器的启动进程(或通电)。
为了实现这一点，提供了根据独立权利要求限定的启动变流器及其换流站的操作的方法。在从属权利要求中提供了其他实施例。
根据一个方面，提供了一种启动HVDC换流站中的变流器的操作的方法。在该方法中，变流器是MMC，该MMC在DC侧包括用于与DC传输系统连接的两个DC端子，以及在AC侧包括可连接至AC电源的电相线的AC连接器。变流器包括分别被连接在DC端子与用于与一个电相线连接的AC连接器之间的阀臂，并且每个阀臂包括被串联连接的至少一个FB子模块和至少一个HB子模块。换句话说，FB子模块和HB子模块被串联连接在AC电相线与变流器的DC端子中的一个DC端子之间。
该方法可以包括：在变流器的DC端子之间建立直接电连接；以及经由AC连接器而将变流器电连接至AC电源。然后可以从AC电源并且针对特定时间段获得两个电相线之间的AC电压，以用于对被连接至两个电相线的FB子模块的电容器进行充电。在所述时间段之后，然后可以控制FB子模块的开关装置，以用于将HB子模块的电容器充电到至少启动切换HB子模块的开关装置(通过从AC电源汲取功率)所需的最小电压。
启动切换HB子模块的开关装置所需的最小电压还可以被称为HB子模块“解阻(deblock)”电压。该最小电压与HB子模块(或至少HB子模块的开关装置)可以启动操作的电压相对应。
在本方面的变流器中，每个阀臂可以包括至少一个FB单元和至少一个HB单元，即，FB单元和HB单元的混合。在阀臂的最简单的构造中，即，在一些实施例中，阀臂可以包括相等数目的FB单元和HB单元，诸如，一个FB单元和一个HB单元。然而，可以设想FB单元和HB单元的其它组成(或混合)。
在本公开中，术语单元和子模块可以互换使用，以指代FB单元或FB子模块、或者指代HB单元或HB子模块。
将理解，会对将FB单元和HB单元两者串联地组合在换流站的阀臂中感兴趣，因为所得到的阀臂不具有以下缺点：仅具有被串联连接的FB单元(这可能导致较高的损耗和较高的成本)或者仅具有被串联连接的HB单元(这可能导致较少的控制特征)。
转向总体地对MMC的充电、更确切地对包括FB单元和/或HB单元的阀臂的电容器的充电，对这些电容器进行充电的一般方式是使用来自AC电源的电功率。当将变流器连接至AC线的AC断路器被闭合时，AC线间电压(即，第一相(例如，相A)的电线与第二相的电线(例如，相B)之间的电压)将跨两个相的正阀臂和负阀臂出现，从而对单元的电容器进行充电。
要了解，在阻断条件下，HB单元只可以在一个电流方向上进行充电，而FB单元可以在两个方向上进行充电。
因此，在阀臂只包括HB单元的情况下，相阀臂中的一个相阀臂被旁路，并且另一阀臂的电容器被充电到AC线电压。在该充电过程期间，HB单元的电容器可以被充电到其标称值的大约85％，这取决于AC线间电压的电压峰值的水平。
在阀臂只包括FB单元的情况下，AC线间电压将落在两个阀臂的串联连接两端，从而将每个阀臂充电到线间电压的一半，线间电压的一半与在仅基于HB单元的阀臂的情况下获得的值的一半相对应。在该充电过程期间，DC电压保持处于零伏特，并且FB子模块的电容器被充电到其标称值的大约43％。
然而，如上面提到的，在阀臂包括例如至少一个HB单元和至少一个FB单元(即，HB单元和FB单元的混合)的情况下，单元之间的电容器被非常不均匀地充电。具体地，与FB单元的电容器相比较，HB单元的电容器将被充电到非常低的值。充电值(即，充电水平，该充电水平可以被表示为电容器或单元的额定值的百分比)取决于HB单元和FB单元在阀臂(或变流器)中的比例。阀臂中的HB单元的数目越低，HB单元的电容器被充电到更低的充电水平。将理解，在该充电时段期间，HB SM的电压将跨DC端子出现并且不为零。
进一步地，虽然FB单元可以比HB单元以更高的水平被充电，但是FB单元的充电可能仍然不足以启动切换单元的装置(例如，IGBT)。
通常，为了启动变流器的操作，并且具体地启动切换单元的IGBT，电容器需要被充电到其额定值(或也被称为额定单元电压)的至少40％-50％。阀电子器件(诸如，门单元的电源)从单元电容器获取功率以启动操作，但是它们只能在单元的电容器中存储了足够的能量的情况下才开始起作用。
使用包括HB单元和FB单元的混合的阀臂，该充电然后可能不足以启动切换单元的IGBT。进一步地，即使单元的IGBT可以切换，充电水平也可能不足以满足AC电压要求并且同时使DC电压保持处于零(这可能在某些条件下进行启动期间是重要的要求)。
如上面提到的，利用包括HB单元和FB单元的混合的阀臂，HB单元和FB单元的电容器在初始充电过程中将不均等地进行充电。进一步地，FB单元和HB单元的电容器可能被充电到非常低的值，使得它们甚至不能被切换以开始起作用。为了克服该问题，变流器可以配备有从线电压获取的专用外部电源，或者具有再充电蓄电池。然而，这种解决方案增加了系统的构造的复杂性并且涉及额外的成本。
在本发明构思中，提供了一种启动进程，该启动进程克服了或至少缓解了上面提到的问题，并且特别是克服了或至少缓解了对HB单元和FB单元的电容器的低充电的问题。
本发明人已经认识到：通过对变流器的DC端子进行电连接(即，通过在变流器的DC端子之间建立直接电连接)，当线间电压跨两个相的正阀臂和负阀臂出现时，与HB子模块的电容器的充电水平相比较，FB子模块的电容器被充电到更高的水平，从而将被连接至这两个电相线的FB子模块的电容器充电到足以启动FB单元的开关装置的操作的水平。为了说明的目的，模拟已经表明：对于某一比例的FB单元和HB单元，当在DC端子没有被电连接(即，没有被短路)的情况下FB单元和HB单元的充电水平分别可以达到大约70％和35％(以其额定值的百分比)时，在变流器的DC端子被电短路的情况下FB单元和HB单元的充电水平分别可以达到几乎80-90％和0-20％。此处，要了解，充电的百分比可以取决于为被配置为使换流站与AC源连接或断开连接的ac断路器选择的AC预插入电阻器。然后，这种使FB单元的最初通电足以启动切换/操作FB单元的开关装置，从而满足所需AC电压要求和DC电压要求。FB单元的开关装置可以被控制，以对HB单元的电容器进行充电并且完成对FB单元的电容器的充电。
将了解，一旦FB单元的电容器被充电到足够高的水平(即，以用于切换FB单元的装置)，就可以控制FB单元的开关装置以在一个方向或另一方向上引导FB单元的电容器中的电流，从而允许控制对FB单元的电容器的充电和放电。
还将了解，在控制FB单元以对HB单元(以及在某种程度上，FB单元)的电容器进行充电期间，可以控制FB单元的开关装置以生成用于从AC电源汲取功率的标称AC电压。在该充电时段期间，可以控制FB单元的切换以跨两个DC端子生成零DC电压。
因此，本发明构思基于包括初始阶段和后续阶段(一旦FB单元被充电)的充电进程，在该初始阶段期间，FB单元被充电到高水平(其额定值的大约90％，其中DC端子被电短路)，在该后续阶段期间，HB单元被从低水平(大约0-10％)充电到它们可以启动操作的水平。然后可以控制HB子模块和FB子模块以将HB单元充电到高水平(大约100％)。FB单元然后也将被从已经很高的水平(大约80-90％)充电到几乎完全充电(即，大约100％)。
如上面表达的，可以从AC电源并且针对特定时间段(即，在初始充电阶段或步骤期间)获得两个电相线之间的AC电压，以用于对被连接至两个电相线的FB子模块的电容器进行充电。将了解，在该初始充电阶段或步骤期间，HB单元的电容器也可以被充电，但是仅是稍微地被充电，即，与FB单元的电容器相比被充电到低得多的值(并且不被充电到HB单元的装置可以启动切换的水平)。
在所述时间段之后、或者在FB子模块的所述初始充电阶段使得FB子模块的装置可以启动切换之后，FB子模块的开关装置可以被控制，以用于(通过从AC电源汲取功率)将HB子模块的电容器充电到至少HB子模块能够启动切换的最小电压值，该最小电压值也被称为子模块“解阻”电压。
HB子模块然后也可以被切换以用于将(所有)FB子模块和HB子模块充电到其额定值。
根据实施例，该方法可以进一步包括：一旦HB子模块被充电到启动切换HB子模块的开关装置所需的最小电压，就激活对HB子模块的开关装置的控制；以及将DC电压维持在与在激活对HB子模块的开关装置的控制之前达到的水平大致相同的水平。如果DC端子仍然彼此电连接，则维持零DC电压。
根据实施例，电容器可以通过经由被连接至AC电源的电相线从AC电源汲取电功率而被充电。
根据实施例，在对HB子模块的电容器进行充电期间，FB子模块的开关装置被控制以(主要)将HB子模块的电容器从非常低的水平(0-10％)充电到HB子模块可以启动切换的水平，并且如果可能的话充电到高水平(大约100％)。然而，FB子模块和HB子模块的切换可以被控制以将FB子模块和HB子模块的电容器充电到其额定值。
根据实施例，变流器可以被配置为在对HB子模块的电容器进行充电的同时(即，一旦FB单元已经被充分充电并且已经启动切换)，利用无功功率来支撑AC侧。
根据实施例，该方法可以进一步包括：在HB子模块的电容器被充电到至少启动切换HB子模块所需的最小电压之后使变流器的DC端子彼此断开电连接；以及将DC端子电连接至DC传输系统。
在本实施例中，开关装置被控制，使得在使DC端子断开连接之前维持零DC电压。根据另一实施例，该方法可以进一步包括：在控制FB子模块的开关装置以将HB子模块的电容器充电到至少启动切换HB子模块的开关装置所需的最小电压之前使变流器的DC端子彼此断开电连接；以及将DC端子电连接至DC传输系统。
根据实施例，该方法可以进一步包括：一旦DC端子被连接至DC传输系统并且FB子模块和HB子模块的电容器被充电到其额定值，就开始使DC电压斜坡上升至所选择的值以用于传递/接收电功率。
根据实施例，对于具有中点接地的对称DC功率传输系统，变流器的第一DC端子可以被连接至相对于地具有正电位的第一极，并且变流器的第二DC端子可以被连接至相对于地具有负电位的第二极。在其它实施例中，对于非对称系统，DC端子中的一个DC端子可以被连接至中性线(或可以是中性点)，而另一DC端子可以被连接至电位较高的极。
根据另一方面，提供了一种启动包括与第一变流器串联连接的第二变流器的HVDC换流站中的第一变流器的操作的方法。
将两个变流器串联连接可以允许更高的可用性和可靠性，因为如果变流器中的一个变流器发生故障，总电源容量的仅一部分会丢失。而且，被串联连接的多个变流器可以允许例如被连接至要被制造的变流器的变压器具有减小的大小。这可以提供降低的成本和减少的空间要求两者以及更容易运输变压器。
为了实现与传统相似的高功率传递，需要对变流器进行串联连接。在本实施例中，提供对单独的变流器的独立、更顺畅和在线(不干扰运行系统)启动进程以提高系统可用性。变流器在零DC电压下操作是优选的，以在串联连接系统中顺畅地启动变流器。
在换流站中，第一变流器可以是模块化多水平变流器，该模块化多水平变流器使用连接器(或开关)的集合，在其DC侧经由第一DC端子而可连接至DC传输系统的DC传输线、并且经由第二DC端子而可连接至传输系统的另一个DC传输线或第二变流器的DC端子中的任何一个。进一步地，第一变流器的每个阀臂包括至少一个FB子模块和至少一个HB子模块。
换流站可以包括用以将第一变流器的第一和第二DC端子电连接的第一旁路开关和用以旁路第一变流器的第二旁路开关。然而，将了解，第一旁路开关可以是可选的，并且第一和第二DC端子可以通过闭合第二旁路开关以及通过闭合连接器的集合而被电连接，即，被短路。还可以设想用于使DC端子短路的其它备选方案。
进一步地，第一变流器可以在其AC侧进一步包括可连接至AC电源的电相线的AC连接器。
在本方法(或充电进程)中，第二变流器在初始时操作，以传递或接收电功率、并且在其DC侧经由其两个DC端子而被直接连接至DC传输系统。进一步地，第一变流器使用连接器的集合而在其DC侧与DC传输系统断开电连接并且与第二变流器断开电连接。第一变流器还使用第二旁路开关而被旁路。
在包括如上面提到的串联连接的变流器的换流站中，可以使用与在针对极中的单个变流器的情况的前述实施例中描述的进程中的一个进程相似的进程来使变流器通电。本方面的有益之处在于：其允许变流器串联连接，并且允许更顺畅的启动进程。
更具体地，该方法可以包括：在第一变流器的DC端子之间建立直接电连接(例如，通过闭合第一旁路开关)；以及将第一变流器电连接至AC电源。进一步地，可以从AC电源并且针对特定时间段获得两个电相线之间的AC电压，以用于对被连接在两个电相线之间的FB子模块的电容器进行充电。在所述时间段之后，可以控制FB子模块的开关装置，以用于(通过从AC电源汲取功率)将HB子模块的电容器充电到至少启动HB子模块的开关装置的切换(或操作)所需的最小电压。
根据实施例，可以在HB子模块的电容器被充电到至少启动切换HB子模块的装置所需的最小电压之后(例如，通过断开第一旁路开关)使第一变流器的DC端子彼此断开电连接。备选地，可以在控制FB子模块的开关装置以将HB子模块的电容器充电到至少启动切换HB子模块的装置所需的最小电压之前使第一变流器的DC端子彼此断开电连接。
根据实施例，该方法可以进一步包括：使用连接器的集合，将第一DC端子电连接至DC传输系统的DC传输线并且将第二DC端子电连接至第二变流器的第二DC端子。
根据实施例，可以控制第一变流器的HB和FB子模块的开关装置，使得从DC传输系统流过第二旁路开关的DC电流被引导至第一变流器。
进一步地，当通过第二旁路开关的DC电流变为大约为零时，可以断开第二旁路开关。
根据实施例，可以将第一变流器上的DC电压增加到第一所选择的值，以向/从DC传输系统传递/接收电功率。
根据另一方面，提供了一种适于控制对根据前述实施例中任一实施例的变流器(或换流站)的充电的控制单元。
根据再一方面，通过了一种适于传递/接收电功率的换流站。该换流站可以包括被配置为根据前述实施例中任一实施例所述的方法来操作至少一个变流器的控制器。
将了解，在本发明的上下文中，换流站可以操作为逆变器和/或整流器，这取决于情况和/或应用。
本公开还提供了一种包括根据前述实施例中任一实施例所述的换流站的功率传输系统。
将了解，参照本公开的第一方面描述的所有实施例可以与参照本公开的其它方面描述的任何实施例进行组合，反之亦然。
本公开涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。下面将借助于示例性实施例来描述本公开的各个实施例的进一步目的和优点。
附图说明
下面将参照附图来描述示例性实施例，其中：
图1是FB单元或子模块的示意图；
图2是HB单元或子模块的示意图；
图3是包括被串联连接的一个FB单元和一个HB单元的阀臂的示意图，在该图中，在阻断条件下图示了电流在单元中的流动；
图4图示了根据实施例的包括单个变流器的换流站；
图5是根据一个实施例的包括诸如在图4中的单个变流器的换流站的示意图，其中每个阀臂包括FB单元和HB单元的混合；
图6是根据一个实施例的针对对诸如在例如图5中示出的换流站进行充电的启动进程的流程图；
图7是根据另一实施例的针对对诸如在例如图5中示出的换流站进行充电的启动进程的流程图；
图8是根据实施例的包括两个串联连接的VSC的换流站的示意图；
图9是根据一个实施例的包括诸如在图8中的两个串联连接的VSC的换流站的示意图，其中每个阀臂包括FB单元和HB单元的混合；以及
图10是针对启动换流站中的两个串联连接的变流器中的一个变流器的操作的进程的流程图。
在附图中，相同的附图标记将用于相同的元件，除非另有说明。除非明确地相反指出，否则附图仅示出了用于说明示例实施例所必需的这些元件，同时为了清楚起见，可以省略或仅仅暗示其它元件。如在附图中图示的，为了说明的目的，可以扩大元件和区域的大小，并且因此提供这些元件和区域的大小以说明实施例的一般结构。
具体实施方式
图1图示了FB单元或子模块100。在FB单元100中，各自包括诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)101以及并联续流二极管103等开关装置(例如，自换向电子开关装置)的四个开关单元102与充电电容器104一起被连接在H桥配置以及充电电容器104中。FB单元100可以被插入到任一极性的电路中。
图2图示了HB单元或子模块200。在子单元200中，可以等效于参照图1描述的FB单元的开关装置102的两个开关单元202串联连接、一起连接有并联充电电容器204。由于HB单元200包括较少数目的半导体(例如，与用于FB-MMC的子单元100的四个IGBT相比较，仅存在两个IGBT)，因此，制造HB单元没那么昂贵，并且可以提供更低损耗。然而，相对于极性而言，HB单元无法提供与HB单元一样的灵活性。
将了解，开关组件可以不限于IGBT，并且例如它们可以是集成栅极换向晶闸管(IGCT)、双模式绝缘栅极晶体管(BIGT)等。
图3示出了包括被串联连接的一个FB单元305和一个HB单元310的阀臂300。FB单元305可以等效于参照图1所描述的FB单元100，并且HB单元310可以等效于参照图2所描述的HB单元。
图3还图示了在阻断条件(blocking conditions)下电流在单元中的流动，其中FB单元305和HB单元310的开关装置或单元的二极管中的一些二极管被正向偏置，而其它二极管被反向偏置。在图3中，虚线箭头图示了电流如何沿第一方向流过阀臂，而连续箭头图示了在相反方向上的电流流动。
如可以看到的，在由连续箭头指示的电流流动中，电流仅流过FB单元305的电容器，而在由虚线箭头指示的电流流动中，电流流过FB单元305的电容器和HB单元310的电容器两者。因此，在使用AC电功率的充电进程中，HB单元的电容器将仅在AC信号处于例如正部分(与由虚线箭头表示的电流方向相对应)的一半时段期间被充电，而FB单元的电容器将在两个电流方向上均被充电，与该特定AC相电压是正还是负无关。
图4和图5图示了根据本公开的一些实施例的换流站400和500。
在本实施例中，换流站400包括一个电压源变流器VSC，该电压源变流器VSC是模块化多电平变流器。换流站被配置为在AC与DC电功率之间进行转换。换流站400是HVDC换流站，并且在DC侧420包括用于与DC传输系统430连接的两个DC端子422、424。DC传输系统430包括两个DC传输线432、434，其中第一DC传输线432可以被称为架空线中性(overhead lineneutral)，并且第二DC传输线434可以被称为架空线极(overhead line pole)，或者反之亦然。跨两个DC传输线432和434的电压是DC电压，该DC电压可以在几百kV的范围内。每个DC传输线432和434可以表示一个极，并且可以假设：例如，相对于地而言，DC传输线432被布置为承载正DC电压，而DC传输线434被布置为承载负DC电压。
换流站400的DC端子422、424可以经由连接器或开关436、438的集合而被连接至DC传输系统430。具体地，换流站400的第一DC端子422可以经由第一开关436而被连接至DC传输系统430的第一DC传输线432，并且换流站400的第二DC端子424可以经由第二开关438而被连接至DC传输系统430的第二DC传输线434。
因此，换流站400可以分别通过闭合或断开第一开关436和第二开关438来被连接至DC传输系统430或者与DC传输系统430断开连接。
换流站(或变流器)400在其AC侧410包括经由AC断路器480而可连接至AC电源440的电相线的AC连接器，该AC连接器由图4中的公共节点470表示(更多细节见图5)。图4和图5还图示了换流站400可以经由变压器460而被连接至AC系统(或AC电源)440。
换流站400中的变流器可以是MMC，并且在图5中示出了MMC的FB单元和HB单元的连接的示例的细节。进一步地，图5图示了来自AC侧的电相线与换流站500的不同阀臂的连接。具体地，换流站(或在这种情况下为变流器，因为换流站是基于单个变流器的换流站)400可以包括用于与例如承载A相的电信号的第一电相线442连接的第一AC连接器472，用于与例如承载B相(不同于A相)的电信号的第二电相线444连接的第二AC连接器474，用于与例如承载C相(不同于A相和B相)的电信号的第三电相线446连接的第三连接器476。
可以等效于在图4中示出的变流器400的变流器500可以包括阀臂550，该阀臂550各自被连接在DC端子422或424与用于与一个电相线442、444或446连接的AC连接器472、474或476之间。在该示例中，每个阀臂550按照可以等效于参照图3描述的电路300的配置包括被串联连接的一个FB子模块和一个HB子模块。FB子模块可以等效于参照图1和图3描述的FB子模块305，并且HB子模块可以等效于参照图2和图3描述的HB子模块。
将了解，在图5中示出的变流器500只是一个示例，并且每个阀臂可以包括多于一个FB单元和多于一个HB单元的FB单元和HB单元的混合。进一步地，一个阀臂中的HB单元的数目和FB单元的数目可以不相同。例如，仅为了提供又一示例，该变流器可以包括这样的阀臂，其中阀臂是25％为FB子模块并且75％为HB子模块的MMC。为了简化说明本发明构思，变流器500在图5中被示出为包括分别具有被串联连接的一个FB单元和一个HB单元的阀臂以及电感552。
进一步地，换流站400可以包括用于在换流站的DC端子422、424之间建立直接电连接的旁路开关490。换句话说，旁路开关490可以被闭合以使第一DC端子422与第二DC端子424被电短路(或连接)。
将了解，利用功率传输系统430，DC功率可以被从AC系统440传递至另一AC系统(未示出)。AC系统可以包括多个变压器，诸如在图4中示出的变压器460，该多个变压器可以用于根据需要而在较低AC电压与较高AC电压之间进行变换。变压器又可以被连接至例如涡轮机、发电机、电动机或者提供和/或消耗AC功率的其它组件。例如，AC系统440可以是发电厂的一部分，并且例如，另一AC系统(未示出)可以是消耗由发电厂产生的功率的城市、城镇或工厂的一部分。然后，换流站400、500可以被操作为整流器以便从AC转换为DC，而被连接在DC传输系统430的另一端的另一换流站可以被操作为逆变器，以将电功率从DC转换回AC。
参照图6，将描述用于对换流站(诸如，参照图4和图5描述的换流站)中的变流器进行充电的方法或者启动该变流器的操作的方法的实施例。
图6示出了根据一个实施例的用于对诸如在例如图4和图5中示出的换流站400或500进行充电的这种启动进程的流程图。
包括FB单元和HB单元的混合的HVDC站的启动进程包括第一阶段，在该第一阶段期间，经由旁路开关490而将换流站的DC端子422和424电连接或电短路，并且然后可以通过闭合AC断路器480来从AC电源获得AC电压，使得将换流站400、500电连接至AC电源440。在这种从AC电源440对变流器的初始充电期间，使DC端子422、424短路有助于与不使DC端子422、424短路的情况相比将FB单元充电到更高的值并且将HB单元充电到低得多的值(或者在一些情况下，甚至几乎没有进行充电)。
在这种对FB单元的电容器的初始充电之后，即，在用于对FB单元的电容器进行充电的特定时间段之后，可以按照不同的方式来对HB单元的电容器进行充电，其中DC端子422和424被断开(即，旁路开关490被断开)或者其中DC端子422和424被短路(即，旁路开关490被闭合)。
图6图示了以下进程：在该进程中，首先使DC端子保持短路，维持零DC电压，并且汲取来自AC电源的功率以对HB单元进行充电(与并联STATCOM的操作相似)。具体地，在最初对FB单元进行充电之后，FB单元的单元电压(即，FB单元的电容器的充电)将足够高以开始起作用(或“解阻”)并且生成参考AC电压。
在随后对HB单元进行充电期间，控制FB单元的开关装置，使得FB单元生成以相反的极性的HB单元的电压以维持零DC电压。
回到图6并且考虑如在图4和图5中示出的HVDC换流站400或500，可以如下描述换流站的充电进程(或者用以启动换流站的操作的过程)。
在S610，最初闭合旁路开关490以在第一DC端子422与第二DC端子424之间建立直接电连接。然后同时地或之后不久，在S620也闭合AC断路器480，使得在S630从AC电源440获得两个电相线(例如，如在图5中示出的，线442和444)之间的AC电压，以用于对被连接至两个电相线442和444的FB子模块的电容器进行充电。将了解，该AC电压是电压VA-VB，即，两个电相线442与444之间的AC电压，该电压VA-VB将生成在被连接至这两个电相线442和444的FB子模块(和HB子模块)中流动的电流，从而使FB单元的电容器能够充电到相对高的值。将了解，在该进程的初始阶段期间，可以不对HB子模块的电容器进行充电，或者仅稍微对HB子模块的电容器进行充电。
如参照图3所解释的，考虑A相的上阀臂(该上阀臂包括FB单元541和HB单元542)和B相的上阀臂(该上阀臂包括FB单元543和HB单元544)，如果VA-VB为正(VA-VB>0)，则电流可以沿第一方向(例如，在A相脚(或列)的上阀臂的HB单元542中向上)分别流过A相和B相的上阀臂的FB单元541和543，并且经由B相的上阀臂的HB单元544而流回节点474。在该电流方向上，将不对A相的上阀臂的HB单元542的电容器进行充电，但是将对FB单元541、543和HB单元544的电容器进行充电。然而，如果VA-VB为负(VA-VB<0)，则电流将在相反的方向上流动，并且此时将不对B相的上阀臂的HB单元544的电容器进行充电，但是将对FB单元541、543和HB单元542的电容器进行充电。因此，HB单元被充电到比FB单元更低的水平。
进一步地，在不使换流站400、500的DC端子422和424短路的情况下，FB单元的电容器的充电水平将到达比在经由旁路开关490将DC端子422和424电连接的情况下的更低的值。通过使DC端子短路，FB单元被充电到足以启动操作/切换FB单元的开关装置的高得多的水平，而HB单元被充电到甚至更低的水平或甚至根本不被充电。在本示例中，FB单元的充电水平可以达到其额定值的大约80-90％，而HB单元的充电水平可以低至大约0-10％。将了解，这些值仅用于进行说明，并且该水平可以取决于在特定MMC中使用的HB单元和FB单元的混合(HB单元和FB单元的总数目和比例)、并且取决于为被配置为使换流站与AC电源连接或断开连接的AC断路器所选择的AC预插入电阻器而发生变化。
在进程的第二(或后续)阶段中，即，在特定时间段之后，然后可以在S640控制FB单元的开关装置，以将HB子模块的电容器充电到至少启动切换HB子模块的装置所需的最小电压。换句话说，通过从AC电源汲取功率来将HB子模块的电容器充电到高于HB子模块的解阻电压的电压。在该充电期间，维持零DC电压，并且由FB单元生成标称AC电压。将了解，可以通过调整AC源电压与由FB单元生成的变流器AC电压之间的相位差来从AC电源汲取功率。在该充电阶段期间，可以将FB单元充电到高达100％(因此，在本示例中为从大约80-90％充电到100％)，即使大部分充电都涉及或针对HB单元(需要将该HB单元从0-10％充电到启动切换HB单元的装置所需的水平)。进一步地，可以控制FB单元的开关装置以在一个方向或另一方向上引导在其相应电容器中的电流，这会引起对电容器进行充电或放电，从而使得也能够调整对FB单元的电容器的充电。
换句话说，在特定时间段期间从AC电源440汲取足够的功率(以执行充电过程的后续阶段)，从而允许HB单元充电到其子模块的“解阻”电压。在此期间，变流器400、500可以利用无功功率来支撑AC系统(例如，AC电网)。
一旦将HB单元充电到足以启动切换的电压(可以通过测量或基于估计来确定该电压)，然后就可以控制HB单元(可以切换HB子模块的装置)。换句话说，一旦对HB单元进行了充电使得它们可以进行切换，就可以在S650激活对开关装置的控制。当HB单元被“解阻”时(即，可以从电容器施加栅极电压以启动操作单元)，将DC电压维持在与在激活对HB单元的控制之前达到的水平相同的水平。在本进程中，然后维持零DC电压。
然后可以控制HB单元以及FB单元，以便将HB单元和FB单元充电到其额定值，即，充电到甚至更高的充电水平。
此时，可以在S660断开旁路开关490以便使第一DC端子422与第二DC端子424断开电连接，即，中断在两个DC端子之间建立的直接电连接。然后可以通过闭合开关436和438来将DC端子422、424电连接至DC传输系统430。
然后可以在S670将DC电压增加到所选择的值(例如，使用特定电压斜升)，并且换流站400、500可以开始向/从DC传输系统430传递/接收电功率。一旦电压和功率处于有序值，启动进程就完成了，并且换流站处于运行。
图7示出了根据另一实施例的针对对诸如在例如图4和图5中示出的换流站400或500进行充电的启动进程的流程图。
启动进程可以包括诸如参照图6描述的初始充电，其中FB单元被充电到较高的值，并且HB单元被充电到较低的值，DC端子422和424经由旁路开关490而彼此电连接。换句话说，参照图6描述的方法的进程的第一阶段(如由图6中的步骤S610、S620和S630表示的)等效于现在参照图7描述的方法的进程的第一阶段(如由步骤S710、S720和S730表示的)。
参照图7描述的本启动进程与参照图6描述的启动进程之间的不同之处在于：在该进程的第二(或后续)阶段期间，不将DC端子电连接，即，断开旁路开关490。如下面进一步描述的，所有其它步骤以其它方式与参照例如图6描述的进程的步骤相似。在该实施例中，FB单元不需要在充电的第二阶段期间补偿HB单元电压，并且DC端子上的DC电压将基于HB单元电压。
因此，在图7中示出的启动进程的第二阶段中，可以在S740断开旁路开关490，以便使第一DC端子422与第二DC端子424断开电连接，即，中断在两个DC端子之间建立的直接电连接。然后可以通过闭合开关436和438来将DC端子422、424电连接至DC传输系统430。
然后可以在S750控制FB单元的开关装置，以通过从AC电源汲取功率来将HB子模块的电容器充电到至少启动HB子模块的开关装置的切换所需的最小值，即，充电到高于HB子模块的“解阻”电压的电压。在该充电期间，DC电压最初为零，并且然后可以不受控制。进一步地，FB单元生成标称AC电压。将了解，在该备选进程中，还可以通过调整AC信号与由FB单元生成的标称AC电压之间的相位差来从AC电源汲取功率。关于参照图6所描述的启动进程，在该充电阶段期间，可以将FB单元充电到较高的水平并且高达100％(因此，在本示例中为从大约80-90％充电到100％)，即使大部分充电都涉及HB单元(在本示例中，需要将该HB单元从0-10％充电到100％)。进一步地，可以控制FB单元的开关装置，以在一个方向或另一方向上引导在其相应电容器中的电流，这会引起对电容器进行充电或放电，从而使得能够调整FB单元的充电水平。在此期间，换流站可以利用无功功率来支撑AC系统440。
换句话说，在特定时间段期间从AC电源440汲取足够的功率，从而允许HB单元充电到比对HB单元进行“解阻”所需的水平更高的水平。如上面提到的，在此期间，变流器400、500可以利用无功功率来支撑AC系统(例如，AC电网)。
一旦将HB单元充电到启动HB子模块的开关装置的开关所需的水平(可以通过测量或基于估计来确定该水平)，就可以控制HB单元。换句话说，一旦对HB单元进行了充电使得它们可以切换，就可以在S760激活对开关装置的控制。当HB单元被“解阻”时，将DC电压维持在与在激活对HB单元的控制之前达到的水平相同的水平。
然后可以控制HB单元和FB单元，使得将HB单元和FB单元的电容器充电到其额定值，或至少充电到更高的水平。
然后可以在S770(例如，使用特定电压斜升)将DC电压增加到所选择的(或有序的)值，并且换流站400、500可以开始向/从DC传输系统430传递/接收功率。一旦电压和功率处于有序值，启动进程就完成了，并且换流站处于运行。
参照图8和图9，描述了包括两个串联连接的VSC的换流站800或900。
图8示出了包括与第二变流器802串联连接的第一变流器801的换流站800的示意图。换流站800可以被连接在DC传输系统830的第一架空线或DC传输线832与第二架空线或DC传输线834之间。DC传输线832和834以及DC传输系统830可以等效于参照图4和图5描述的DC传输线432和434以及DC传输系统430。
进一步地，第一变流器801和第二变流器802中的每一个变流器可以等效于参照图4和图5描述的变流器400、500。
具体地，第一变流器801可以包括具有DC侧821、AC侧811、第一DC端子822、第二DC端子828、可选的第一旁路开关890(用于使DC端子822、828短路)和开关/连接器836、837的集合(用于与DC传输系统830的连接)的MMC和/或包括第二变流器802，该MMC可以等效于参照图4和图5描述的相应具有DC侧420、AC侧410、第一DC端子422、第二DC端子424、第一旁路开关490和开关/连接器436、438的集合的MMC。因此，这里并非重复参照图4和图5描述的所有细节。
在AC侧811，第一变流器801可以通过激活(或闭合)AC断路器880a来被连接至AC电源840。变压器860a还可以被布置在第一变流器801与AC电源840之间。
同样，第二变流器802可以包括具有DC侧、AC侧、第一DC端子826、第二DC端子824、可选的第一旁路开关892(用于使DC端子824、826短路)和开关838、839的集合(用于与DC传输系统830的连接)的MMC，该MMC可以等效于参照图4和图5描述的具有DC侧420、AC侧410、第一DC端子422、第二DC端子424、第一旁路开关490和开关436、438的集合的MMC。
在该MMC的AC侧，第二变流器802可以通过激活(或闭合)AC断路器880b来被连接至AC电源840。变压器860b还可以被布置在第二变流器802与AC电源840之间。
在包括两个串联连接的VSC的换流站中，第一变流器801的第二DC端子828可以经由换流站的开关837和839而被连接至第二换流站802的第一DC端子826。
换流站800还配备有用以旁路第一变流器801的第二旁路开关825。然后，DC传输线832可以使用第二旁路开关825并且还使用开关839而被直接连接至第二变流器802。同样，换流站800配备有用以旁路第二变流器802的另一旁路开关827。然后，DC传输线834可以使用旁路开关827并且还使用开关837而被直接连接至第一变流器801。
图9示出了换流站900，除了相对于MMC的构造提供了进一步细节之外，该换流站900可以等效于参照图8描述的换流站800。
图9按照与针对包括单个变流器的换流站的图5中示出的并且参照图5描述的相似方式、示出了变流器801或802的每个阀臂包括被串联连接的一个FB单元和一个HB单元的特定示例。
图9示出了第一变流器801可以包括分别用于将第一变流器801连接至AC电相线842、844和846的AC连接器872、874、876。
虽然已经结合针对单个变流器情况的图5进行了说明，然而，本实施例不限于在图9中示出的FB单元和HB单元的特定数目和布置。可以设想FB单元和HB单元的其它数目和混合。
图10示出了用于启动换流站800、900中的第一变流器801的操作(以及在第一变流器801中的在线开关)的方法1000的流程图。如下面陈述的，可以根据与参照图6和图7描述的进程非常类似的进程来使变流器801通电。具体地，用于HB单元和FB单元的电容器的充电进程可以与参照用于单个变流器的图6和图7描述的充电进程600和700相似。
在这种情况下，一旦将传入的变流器(即，待被通电的变流器，在本示例中，该变流器可以是第一变流器801)的HB和FB单元充电到FB单元和HB单元的开关装置可以启动切换的水平，传入的变流器801就可以将通过旁路开关825的DC电流控制到零，从而引起DC线电流完全转向到变流器801中。
转向图10，描述了启动(或送入/接入)具有在阀臂中的HB和FB单元的混合的第一变流器801以用于在具有变流器的串联连接的系统配置中操作的进程的示例。
作为前提条件，闭合旁路开关825和断开器(或开关)839和838，使得第二变流器802操作，并且向/从DC传输系统传递或接收电功率。然后，旁路第一变流器801。
连接器或开关836和837(取决于其状态，即，取决于它们是否被激活以连接两个元件或使两个元件断开连接，该连接器或开关836和837也可以被称为“断开器(disconnectors)”)被断开，使得第一变流器801与DC传输系统830和第二变流器802断开连接。
如参照图1至图6描述的，在初始阶段期间，在S1001在第一变流器801的DC端子822与828之间建立直接电连接。可以通过闭合可选的第一旁路开关890来建立DC端子822与828之间的这种直接电连接。然而，可以设想其它备选方案。例如，可以通过闭合第二旁路开关825以及连接器836和837来使DC端子822和828短路(即，在端子822与828之间建立直接电连接)。
进一步地，通过闭合AC断路器880a来在S1002将第一变流器801电连接至AC电源840。然后可以在S1003从AC电源840并且针对特定时间段获得两个电相线(例如，电线842与844)之间的AC电压，以用于对被连接在这两个电相线之间的FB子模块的电容器进行充电。在所述时间段之后(或在所述初始充电阶段之后)，可以在S1004控制FB子模块的开关装置，以用于将HB子模块的电容器充电到至少HB子模块的开关装置可以启动切换(具体地，通过从AC电源汲取功率)的最小电压。
然后，充电进程遵循参照图6或图7描述的进程中的任何一个进程，即，在HB子模块的电容器被充电到高于上面提到的最小电压的电压(图6)之后、或者在控制FB子模块的开关装置以将HB子模块的电容器充电到高于上面提到的最小电压(该最小电压是HB子模块的“解阻”电压)的电压(图7)之前，在S1005使DC端子被断开电连接。将了解，如果换流站包括这种旁路开关，则可以通过断开可选的第一旁路开关890来使DC端子822和828被断开电连接(即，不被短路)，或者如果这些连接器和第二旁路开关825用于使DC端子822和828短路，则例如可以通过断开连接器836和837中的一个连接器来使DC端子822和828被断开电连接(即，不被短路)。
在一个实施例中，如在参照图6描述的进程中，可以使DC端子保持连接，其中例如可选的第一旁路开关890闭合。然后可以在已经闭合连接器836和837并且已经使线电流转向之后断开第一旁路开关890。在另一实施例中，如在参照图7描述的进程中，通过在控制FBSM的开关装置以用于对电容器进行充电之前断开可选的第一旁路开关890，来使DC端子断开电连接。将了解，使用第一旁路开关仅是可选的。如上面提到的，其它开关和连接器(例如，包括第二旁路开关825)可能已经用于使DC端子短路。因此，这些其它开关和连接器可以用于使端子断开电连接。
然后，方法1000可以进一步包括：在S1006，使用断开器或开关836来将第一DC端子836电连接至DC传输系统830的DC传输线832，并且通过使用断开器或开关837来将第一变流器801的第二DC端子828电连接至第二变流器802的DC端子826。
在S1007，一旦分别将第一变流器801的第一DC端子822和第二DC端子828连接至DC传输系统830和第二变流器802的DC端子826，就可以控制第一变流器801的HB和FB子模块的开关装置，使得从DC传输系统830流过第二旁路开关825的DC电流被引导(或转向)至第一变流器801。
在S1008，当DC电流跨第二旁路开关825变为零时断开第二旁路开关825，并且然后将跨第一变流器801的DC电压增加到第一所选择的值以向/从DC传输系统830传递/接收电功率。
将了解，可以在第一变流器开始传递/接收有功功率的同时缓慢增加被施加至第一变流器的DC电压。进一步地，在DC传输系统830的另一端引入被施加至换流站(未示出)中的变流器的情况下，应该同时并且按照与该另一变流器相同的速率来使第一变流器801斜坡上升。
启动进程可以在电压和功率处于有序值时完成。
虽然未在附图中示出，但是根据实施例，换流站可以经由DC传输链路而连接至相同类型和布置的另一换流站。然后，换流站可以操作为逆变器和/或整流器。
本领域的技术人员认识到，本公开绝不限于上面描述的实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
虽然上面按照特定组合描述了特征和元件，但是每个特征或元件可以在没有其它特征和元件的情况下单独使用、或者按照具有或不具有其它特征和元件的各种组合单独使用。
此外，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了某些特征这一事实并不表示不能使用这些特征的组合来获益。

Claims (19)

1.一种启动高压直流HVDC换流站中的变流器(400、500)的操作的方法，其中所述变流器是模块化多电平变流器MMC，所述MMC在直流DC侧(420)包括用于连接至DC传输系统(430)的两个DC端子(422、424)并且在交流AC侧(410)包括可连接至AC电源(440)的电相线(442、444、446)的AC连接器(472、474、476)，其中所述变流器包括阀臂(550)，所述阀臂(550)各自被连接在DC端子与用于连接到一个电相线的AC连接器之间，其中每个阀臂包括被串联连接的至少一个全桥FB子模块(305)和至少一个半桥HB子模块(310)，所述方法包括：
在所述变流器的所述DC端子之间建立(S610、S710)直接电连接；
经由所述AC连接器而将所述变流器电连接(S620、S720)至所述AC电源；
从所述AC电源并且针对特定时间段获得(S630、S730)两个电相线之间的AC电压，以用于对被连接至所述两个电相线的所述FB子模块的电容器进行充电；以及
在所述时间段之后控制(S640、S750)所述FB子模块的开关装置，以用于将所述HB子模块的电容器充电到至少启动切换所述HB子模块的开关装置所需的最小电压。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：一旦所述HB子模块的所述开关装置被充电到至少所述最小电压，激活(S650、S760)对所述HB子模块的所述开关装置的控制；以及将DC电压维持在与所述激活对所述HB子模块的所述开关装置的控制之前所达到的水平大致相同的水平。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述HB子模块的电容器通过从所述AC电源经由被连接至所述AC电源的所述电相线汲取电功率来被充电。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述变流器被配置为：在将所述HB子模块的所述电容器充电到至少所述最小电压的同时，利用无功功率来支撑所述AC侧。
5.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
在所述HB子模块的所述电容器被充电到至少所述最小电压之后，使所述变流器的所述DC端子彼此断开电连接(S660)；以及
将所述DC端子电连接(S660)至所述DC传输系统。
6.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
在控制所述FB子模块的所述开关装置以用于将所述HB子模块的所述电容器充电到至少所述最小电压之前，使所述变流器的所述DC端子彼此断开电连接(S740)，以及
将所述DC端子电连接(S740)至所述DC传输系统。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：一旦所述DC端子被连接至所述DC传输系统、并且所述FB子模块和所述HB子模块的所述电容器被充电到其额定值，开始(S670、S770)使DC电压斜坡上升至所选择的值以用于传递/接收电功率。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：一旦所述DC端子被连接至所述DC传输系统、并且所述FB子模块和所述HB子模块的所述电容器被充电到其额定值，开始(S670、S770)使DC电压斜坡上升至所选择的值以用于传递/接收电功率。
9.一种启动HVDC换流站(800、900)中的第一变流器(801)的操作的方法，所述HVDC换流站(800、900)包括与所述第一变流器串联连接的第二变流器(802)，其中所述第一变流器是模块化多电平变流器，所述模块化多电平变流器使用连接器(836、837)的集合在其DC侧(821)经由第一DC端子(822)而可连接至DC传输系统(830)的DC传输线(832)、并且经由第二DC端子(828)而可连接至所述传输系统的另一个DC传输线(834)或所述第二变流器的DC端子(826)中的任何一个，其中所述第一变流器的每个阀臂包括至少一个FB子模块和至少一个HB子模块，其中所述换流站包括用以旁路所述第一变流器的旁路开关(825)，其中所述第一变流器在其AC侧(811)进一步包括可连接至AC电源(840)的电相线(842、844、846)的AC连接器(872、874、876)，其中所述第二变流器在初始时操作以传递或接收电功率、并且在其DC侧经由其两个DC端子而被直接连接至所述DC传输系统，其中所述第一变流器被旁路并且使用所述连接器的集合而在其DC侧与所述DC传输系统断开电连接并与所述第二变流器断开电连接，所述方法包括：
在所述第一变流器的所述DC端子之间建立(S1001)直接电连接；
将所述第一变流器电连接(S1002)至所述AC电源；
从所述AC电源并且针对特定时间段获得(S1003)两个电相线之间的AC电压，以用于对被连接在所述两个电相线之间的所述FB子模块的电容器进行充电；以及
在所述时间段之后控制(S1004)所述FB子模块的开关装置，以用于将所述HB子模块的电容器充电到至少启动切换所述HB子模块的开关装置所需的最小电压。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：一旦所述HB子模块的所述开关装置被充电到至少所述最小电压，激活(S650、S760)对所述HB子模块的所述开关装置的控制；以及
将DC电压维持在与所述激活对所述HB子模块的所述开关装置的控制之前所达到的水平大致相同的水平。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一变流器的HB子模块的电容器通过从所述AC电源经由被连接至所述AC电源的所述电相线汲取电功率来被充电。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述变流器被配置为：在将所述第一变流器的HB子模块的电容器充电到至少所述最小电压的同时，利用无功功率来支撑所述AC侧。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述方法包括：在所述HB子模块的所述电容器被充电到至少所述最小电压之后、或者在控制所述FB子模块的所述开关装置以用于将所述HB子模块的所述电容器充电到至少 所述最小电压之前，使所述第一变流器的所述DC端子彼此断开电连接(S1005)。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：使用所述连接器的集合，来将所述第一DC端子电连接(S1006)至所述DC传输系统的所述DC传输线并且将所述第二DC端子电连接至所述第二变流器的DC端子。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：一旦所述第一变流器的所述第一DC端子和所述第二DC端子分别被连接至所述DC传输系统和所述第二变流器的DC端子，控制(S1007)所述第一变流器的所述HB子模块和所述FB子模块的开关装置，使得从所述DC传输系统流过所述旁路开关的DC电流被引导至所述第一变流器。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：当跨所述旁路开关的所述DC电流大致变为零时断开(S1008)所述旁路开关，以及将跨所述第一变流器的DC电压增加(S1009)至第一所选择的值以向/从所述DC传输系统传递/接收电功率。
17.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述换流站进一步包括用以在所述第一变流器的所述第一DC端子(822)与所述第二DC端子(828)之间建立直接电连接的另一旁路开关(890)。
18.一种控制单元，适于根据前述权利要求中任一项所述的方法来控制变流器的充电。
19.一种换流站，适于传递/接收电功率，所述换流站包括被配置为根据权利要求1至17中任一项所述的方法来操作至少一个变流器的控制器。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110739715B (zh) * 2019-11-15 2021-03-02 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局 多端混合直流输电系统柔直站在线投退直流网络的方法
WO2021190732A1 (de) * 2020-03-24 2021-09-30 Siemens Aktiengesellschaft Versorgungseinrichtung für eine hochstromlast und anordnung mit der versorgungseinrichtung
EP3913786A1 (de) * 2020-05-18 2021-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichteranordnung mit einem netzgeführten stromrichter sowie verfahren zum anfahren der stromrichteranordnung
EP3944450B1 (en) * 2020-07-23 2024-02-14 General Electric Technology GmbH Improvements in or relating to converter stations

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105207504A (zh) * 2015-10-09 2015-12-30 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 一种具有增强电压特性半桥全桥混合型的mmc拓扑
CN106712238A (zh) * 2017-01-16 2017-05-24 南京南瑞继保电气有限公司 一种子模块混合型换流器的充电方法
CN107317472A (zh) * 2017-06-30 2017-11-03 中国西电电气股份有限公司 一种全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7851943B2 (en) * 2006-12-08 2010-12-14 General Electric Company Direct current power transmission and distribution system
KR100964079B1 (ko) * 2008-02-05 2010-06-16 엘에스산전 주식회사 급전자동화 시스템
US9172248B2 (en) * 2010-12-09 2015-10-27 State Grid Corporation Of China Cascaded converter station and cascaded multi-terminal HVDC power transmission system
WO2014162620A1 (ja) * 2013-04-02 2014-10-09 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN103337972B (zh) * 2013-05-22 2014-06-18 华中科技大学 一种混合型换流器及风力发电系统
US10128741B2 (en) * 2013-12-16 2018-11-13 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
US9515565B2 (en) * 2014-03-07 2016-12-06 General Electric Company Hybrid high voltage direct current converter systems
CN104953609A (zh) * 2014-03-27 2015-09-30 通用电气公司 直流电能传输系统和方法
CN104134998B (zh) * 2014-08-05 2018-02-16 南京南瑞继保电气有限公司 一种静止同步串联补偿器的起动方法及停运方法
JP6342063B2 (ja) * 2015-03-26 2018-06-13 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN204967648U (zh) 2015-09-18 2016-01-13 山东建筑大学 全桥与半桥子模块混联的模块化多电平换流器
JP6461424B2 (ja) * 2016-03-28 2019-01-30 三菱電機株式会社 電力変換装置
RU2714121C1 (ru) * 2016-11-25 2020-02-12 Нр Электрик Ко., Лтд Установка и способ управления оперативным вводом и выводом в модуле преобразователя источника напряжения
CN106487033A (zh) * 2016-12-15 2017-03-08 南方电网科学研究院有限责任公司 一种混合直流输电系统中全压转半压运行的转换方法及系统
CN106787087A (zh) 2017-01-09 2017-05-31 许继集团有限公司 混合式mmc排序均压充电方法、启动方法及装置
CN106712248B (zh) * 2017-01-16 2019-06-18 南京南瑞继保电气有限公司 一种子模块混合型换流器的充电方法
WO2018154783A1 (ja) * 2017-02-27 2018-08-30 三菱電機株式会社 電力変換装置および直流送電システム
CN107453635B (zh) 2017-09-01 2019-11-22 东南大学 一种模块化多电平换流器拓扑结构的电容预充电方法
US11121637B2 (en) * 2017-09-11 2021-09-14 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and power conversion system including a power converter capable of converting between alternating-current (AC) power and direct-current (DC) power
CN107681877B (zh) 2017-10-12 2019-06-11 华中科技大学 一种含全桥子模块的混合型mmc启动方法
CN111433994A (zh) * 2017-12-06 2020-07-17 Abb电网瑞士股份公司 Hvdc系统的电压源换流器系统、及其相关的整流站和逆变站

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105207504A (zh) * 2015-10-09 2015-12-30 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 一种具有增强电压特性半桥全桥混合型的mmc拓扑
CN106712238A (zh) * 2017-01-16 2017-05-24 南京南瑞继保电气有限公司 一种子模块混合型换流器的充电方法
CN107317472A (zh) * 2017-06-30 2017-11-03 中国西电电气股份有限公司 一种全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"一种实现柔直系统快速恢复的自取能故障阻尼器";谢晔源，等;《电力自动化设备》;20170731;第37卷(第7期);全文 *

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