CN111697851B - 一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平换流器子模块电压维持的方法及装置。当子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁时，检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则闭锁或旁路子模块，以防子模块偏离额定电压值。或者检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则闭锁或旁路子模块，以防子模块电压偏离额定值。

Description

一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法及装置
技术领域
本发明涉及柔性直流输配电领域，具体涉及一种模块化多电平换流器子模块电压维持的方法。
背景技术
随着柔性直流输配电技术的工程应用日趋成熟，对换流器充电的要求也越来越高。一个可见的趋势是换流器将通过一系列充电技术使子模块电压在解锁前就充电到额定电压，以便实现平滑解锁。然而由于直流系统级调度的原因，不可避免地会出现有的换流站会在充电完成后，较长时间停留在充电完成状态，等待解锁命令到来。这个期间，直流系统内其他换流站可能有充电、解锁、退出等等状态变化，均有可能会引起本站子模块电压偏离额定值。因此有必要设计一种策略，在充电完成到解锁命令来临这段时间内，维持子模块电压在额定数值。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种子模块电压维持的方法，应用在模块化多电平换流器启动过程，实现换流器在充电完成后、解锁前所有子模块都稳定维持在额定电压附近，为实现换流器平滑解锁做好准备。本发明还提出了相应的装置。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，所述方法包括：
当子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁时，
检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流三者中一个或者多个，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值；
或者是，检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值。
进一步地，所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。
进一步地，所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。
进一步地，子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
进一步地，闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲。
进一步地，旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
进一步地，换流器一相闭锁子模块或旁路子模块的个数满足下式：
Figure BDA0001995736540000021
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器一相旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相闭锁半桥型子模块的个数。
本发明还相应提出一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，包括状态判断单元、检测判断单元和执行单元，其中：
所述状态判断单元，用于判断换流器是否处于子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁状态；是则触发检测判断单元；
所述检测判断单元，用于检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流三者中一个或者多个，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则触发执行单元；或者是，检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则触发执行单元；
所述执行单元，用于执行闭锁子模块或旁路子模块的指令，通过闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值。
进一步地，所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。
进一步地，所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。
进一步地，子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
进一步地，所述执行单元中闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲。
进一步地，所述执行单元中旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
进一步地，所述执行单元中换流器一相闭锁子模块或旁路子模块的个数满足下式：
Figure BDA0001995736540000031
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器一相旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相闭锁半桥型子模块的个数。
采用本方案的有益效果是，使换流器在直流系统中能适应更复杂的启动工况，增强子模块电容电压的长时间稳定性，将系统调度对子模块电容电压的影响降到最低，为最终实现换流器平滑解锁提供良好条件。
附图说明
图1为全桥型换流器示意图；
图2为半桥型换流器示意图；
图3为部分全桥型、部分半桥型换流器示意图；
图4为交流侧充电示意图；
图5为直流侧充电示意图；
图6为连接在同一直流网络的两个换流站示意图；
图7为闭锁的全桥型子模块与闭锁的半桥型子模块示意图；
图8为旁路的全桥型子模块与旁路的半桥型子模块示意图；
图9为本发明的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法的一个实施例；
图10为本发明的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法的另一个实施例；
图11为本发明的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置的一个实施例。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
以下实施例中提到的全桥型子模块换流器如图1所示，其中，全桥型子模块的第一可关断器件为Q1f，第二可关断器件为Q2f，第三可关断器件为Q3f，第四可关断器件为Q4f。换流器直流极间电压为Udc，换流器极线电流为Idc。端子A与端子P之间的支路为A相上桥臂，端子A与端子N之间的支路为A相下桥臂，A相上桥臂与A相下桥臂形成的支路为换流器的A相。B相和C相有类似概念。
半桥型子模块换流器如图2所示，其中，半桥型子模块的第一可关断器件为Q1h，第二可关断器件为Q2h。
部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型的换流器如图3所示。
处于充电过程中的换流器，其充电方向可能来自交流侧，也可能来自直流侧。从交流侧充电示意图如图4所示，从直流侧充电示意图如图5所示。
连接在同一直流网络的两个换流站示意图如图6所示。换流站之间通过直流线路连在一起，形成直流网络。连接在直流网络中的换流站个数可以为两个或多个。
全桥型子模块与半桥型子模块闭锁后的等效示意图如图7所示，闭锁可关断器件触发脉冲，由可关断器件自带的反并联二极管形成可能的充电通路。
全桥型子模块与半桥型子模块旁路后的等效示意图如图8所示，通过开通子模块两个输出端子之间的可关断器件，使子模块等效为短路状态。在全桥型子模块中，可同时导通Q1f和Q3f，或者同时导通Q2f和Q4f。在半桥型子模块中，应导通Q2h。
图9所示为本发明的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法的一个实施例，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。
所述方法包括如下步骤：
S101：判断子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁。
其中，子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
S102：检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流三者中一个或者多个，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则执行步骤S103。
S103：闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值。其中，闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲；旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
换流器一相的闭锁子模块和导通子模块个数应满足下式：
Figure BDA0001995736540000051
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器每相上下桥臂旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相上下桥臂闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相上下桥臂闭锁半桥型子模块的个数。
图10所示为本发明的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法的另一个实施例，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，有换流站间通讯的情况下可以选用。所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。
所述方法包括如下步骤：
S101：判断子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁。
其中，子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
S102：检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则执行步骤S103。
S103：闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值。其中，闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲；旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
换流器一相的闭锁子模块和导通子模块个数应满足下式：
Figure BDA0001995736540000061
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器每相上下桥臂旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相上下桥臂闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相上下桥臂闭锁半桥型子模块的个数。
图11所示为本发明的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置的一个实施例，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。所述装置包括状态判断单元、检测判断单元和执行单元，其中：
所述状态判断单元，用于判断换流器是否处于子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁状态；是则触发检测判断单元；
所述检测判断单元，用于检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则触发执行单元；
所述执行单元，用于执行闭锁子模块或旁路子模块的指令，通过闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值。
其中，子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
其中，所述执行单元中闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲。
其中，所述执行单元中旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
其中，所述执行单元中换流器一相闭锁子模块或旁路子模块的个数满足下式：
Figure BDA0001995736540000071
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器一相旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相闭锁半桥型子模块的个数。
本发明的一种模块化多电平换流器启动过程子模块电压维持装置的再一个实施例，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。所述装置包括状态判断单元、检测判断单元和执行单元，其中：
所述状态判断单元，用于判断换流器是否处于子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁状态；是则触发检测判断单元；
所述检测判断单元，用于检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流三者中一个或者多个，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则触发执行单元；
所述执行单元，用于执行闭锁子模块或旁路子模块的指令，通过闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值。
其中，子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
其中，所述执行单元中闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲。
其中，所述执行单元中旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
其中，所述执行单元中换流器一相闭锁子模块或旁路子模块的个数满足下式：
Figure BDA0001995736540000081
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器一相旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相闭锁半桥型子模块的个数。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，其特征在于：所述方法包括：
当子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁时，
检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流三者中一个或者多个，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值；
或者是，检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值；
换流器一相闭锁子模块或旁路子模块的个数满足下式：
Figure FDA0003639603260000011
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器一相旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相闭锁半桥型子模块的个数。
2.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，其特征在于：所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。
3.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，其特征在于：所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。
4.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，其特征在于：所述子模块的额定电压值为一个可设定的电压数值。
5.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，其特征在于：闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲。
6.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持方法，其特征在于：旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
7.一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，用于模块化多电平换流器启动过程中维持子模块电压的稳定，其特征在于，包括状态判断单元、检测判断单元和执行单元，其中：
所述状态判断单元，用于判断换流器是否处于子模块充电到额定电压值，且阀组尚未解锁状态；是则触发检测判断单元；
所述检测判断单元，用于检测换流器直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流三者中一个或者多个，若直流极间电压或者子模块平均电压或者换流器极线电流超过预设阈值，则触发执行单元；或者是，检测处于同一直流网络的其他换流站的解锁信号，若检测到其他换流站解锁信号已发出，则触发执行单元；
所述执行单元，用于执行闭锁子模块或旁路子模块的指令，通过闭锁或旁路一定数目的子模块，使子模块电压稳定在额定电压值；
所述执行单元中换流器一相闭锁子模块或旁路子模块的个数满足下式：
Figure FDA0003639603260000021
其中，N为换流器一个桥臂子模块总个数，k为换流器一相旁路子模块个数，Uc为子模块电压平均值，Udc为换流器直流极间电压，Uj为开关器件反并联二极管最高反向工作电压，mF为换流器一相闭锁全桥型子模块的个数，mH为换流器一相闭锁半桥型子模块的个数。
8.如权利要求7所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，其特征在于：所述模块化多电平换流器中构成换流器桥臂的子模块为全桥型子模块，或者为半桥型子模块，或者部分子模块为全桥型、其余子模块为半桥型。
9.如权利要求7所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，其特征在于：所述换流器启动过程为换流器子模块的充电过程，充电方向为从换流器交流侧充电，或者从换流器直流侧充电，或者从换流器交流侧和直流侧两个方向组合充电。
10.如权利要求7所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，其特征在于：子模块额定电压值为一个可设定的电压数值。
11.如权利要求7所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，其特征在于：所述执行单元中闭锁子模块具体是闭锁该子模块的触发脉冲。
12.如权利要求7所述的一种模块化多电平换流器子模块电压维持装置，其特征在于：所述执行单元中旁路子模块具体是子模块的两个输出端子之间为短路状态。
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