CN111835217A - 一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，所述模块化多电平换流器由多个结构相同的子模块级联构成，该方法包括不控制充电和可控充电两个过程，不控制充电的过程包括：在模块化多电平换流器闭锁时，交流侧电流通过子模块中反并联二极管对电容进行充电；可控充电的过程包括：不控制充电结束后，解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态，采用固定上升率的直流电压控制，从而使电容电压达到指定值并保持稳定。与现有技术相比，本发明在模块化多电平换流器中使用带固定上升率的直流电压控制，控制方法简单有效，可以避免交流转直流控制是产生的冲击电流，保护模块化多电平换流器设备安全稳定的运行。

Description

一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法
技术领域
本发明涉及模块化多电平换流器领域，尤其是涉及一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法。
背景技术
作为高压直流输电的核心器件，电压源换流器也是当今电力电子技术应用领域的研究热点。电压源换流器可以四象限运行，有功功率和无功功率独立控制，可以通过改变电流方向来实现潮流翻转，应用前景十分广阔。
目前实际工程中大多数是两电平和三电平的变流器，这两种变流器受拓扑结构的限制，输出特性差，谐波含量高，开关损耗比较大，开关频率高，受单个开关耐压的限制，这些拓扑结构需要使用大量开关器件直接串联的技术，对器件开通和关断的同步性有较高的要求。
现有方法是在子模块电容电压满足子模块控制电源所需的最低电压之后，将交流侧的限流电阻切除，MMC切换到稳态运行时的控制器作用，继续对电容进行充电，这时直接采用定直流控制会产生冲击电流，对设备安全稳定运行造成威胁。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，所述模块化多电平换流器由多个结构相同的子模块级联构成，该方法包括不控制充电和可控充电两个过程；
不控制充电的过程包括：在模块化多电平换流器闭锁时，交流侧电流通过子模块中反并联二极管对电容进行充电；可控充电的过程包括：不控制充电结束后，解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态，采用固定上升率的直流电压控制，从而使电容电压达到指定值并保持稳定。
优选的，所述不控制充电的过程中，模块化多电平换流器的三相瞬时电压Ua、Ub、Uc的大小包括六种关系：
Ua＞Uc＞Ub；Ua＞Ub＞Uc；Ub＞Ua＞Uc；Ub＞Uc＞Ua；Uc＞Ub＞Ua；Uc＞Ua＞Ub。
优选的，所述子模块包括电容器和分别带反并联二极管的第一IGBT、第二IGBT。
优选的，所述子模块中的第一IGBT、第二IGBT相互配合使子模块输出不同的电压。
优选的，所述解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态的过程包括以下步骤：
(1)先关断第一IGBT，给第二IGBT触发脉冲，使子模块处于切除状态；
(2)通过检测电流的方向来判定第二IGBT的开通与关断；
(3)不断进行步骤(1)和(2)，当电容电压达到额定要求电压时开通第二IGBT，使该子模块处于切除状态；
(4)当模块化多电平换流器所有电容都达到额定要求电压时关闭开关。
优选的，所述步骤(2)包括：当流过桥臂的电流对电容充电时给第二IGBT关断信号，此时子模块处于闭锁状态；当流过的电流反向时给第二IGBT开通信号，此时子模块处于切除状态，而且此时电容电压保持不变。
优选的，所述固定上升率的直流电压控制通过斜率控制器实现。
优选的，所述固定上升率的直流电压控制具体包括：让指令电压按照固定斜率上升到额定电压。
优选的，所述模块化多电平换流器包括六个桥臂。
优选的，所述模块化多电平换流器的电路交流侧设有限流电阻。
与现有技术相比，本发明在模块化多电平换流器中使用带固定上升率的直流电压控制，控制方法简单有效，可以避免交流转直流控制是产生的冲击电流，保护模块化多电平换流器设备安全稳定的运行，可以降低设备故障率同时也降低设备运行的成本。
附图说明
图1为本发明不控制充电的电路示意图；
图2为本发明可控充电的过程流程图；
图3为本发明固定上升率的直流电压控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本申请提出一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，模块化多电平换流器(MMC)由多个结构相同的子模块级联构成，该方法包括不控制充电和可控充电两个过程。
模块化多电平换流器包括六个桥臂。子模块包括电容器和分别带反并联二极管的第一IGBT、第二IGBT。子模块中的第一IGBT、第二IGBT相互配合使子模块输出不同的电压。模块化多电平换流器的电路交流侧设有限流电阻。
由于MMC是由众多子模块组成的，所以就先分析单一子模块的工作模式然后在进行多模块系统的搭建，在Simulink中搭建模型，在分析已有技术方案之后决定直接采用带固定上升率的直流电压控制技术运用到交流变直流控制中，并且达到预期效果。
不控制充电的过程包括：在模块化多电平换流器闭锁时，交流侧电流通过子模块中反并联二极管对电容进行充电，如图1所示。
不控制充电的过程中，模块化多电平换流器的三相瞬时电压Ua、Ub、Uc的大小包括六种关系：
Ua＞Uc＞Ub；Ua＞Ub＞Uc；Ub＞Ua＞Uc；Ub＞Uc＞Ua；Uc＞Ub＞Ua；Uc＞Ua＞Ub。
以其中1个例子说明过程：
当Uab＞Ucpb时，电流流经a相上桥臂的D2，再经过b相上桥臂的二极管D1给b相的电容进行充电；
当Uab＞Ucna时，电流流经a相下桥臂的D1二极管给电容充电，再通过b相的二极管D2流回；
当Uac＞Ucpc时，电流经过a相上桥臂二极管D2，再经过c相上桥臂的二极管D1给c相上桥臂电容充电；
当Ucb＞Ucnc时，电流通过c相下桥臂的D1给电容充电，再经过b相下桥臂的D2流回。
如图2所示，可控充电的过程包括：不控制充电结束后，解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态，采用固定上升率的直流电压控制，从而使电容电压达到指定值并保持稳定。解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态的过程包括以下步骤：
(1)先关断第一IGBT，给第二IGBT触发脉冲，使子模块处于切除状态；
(2)通过检测电流的方向来判定第二IGBT的开通与关断，当流过桥臂的电流对电容充电时给第二IGBT关断信号，此时子模块处于闭锁状态；当流过的电流反向时给第二IGBT开通信号，此时子模块处于切除状态，而且此时电容电压保持不变；
(3)不断进行步骤(1)和(2)，当电容电压达到额定要求电压时开通第二IGBT，使该子模块处于切除状态；
(4)当模块化多电平换流器所有电容都达到额定要求电压时关闭开关。
图3为固定上升率的直流电压控制图，当子模块达到最低电压要求后，MMC切切换到稳态运行时状态，这时如果采用直流电压控制会产生冲击电流。为了限制冲击电流，采用带斜率控制器的直流电压控制，让指令电压按照固定斜率上升到额定电压，避免冲击电流，从而保护设备安全稳定运行。

Claims (10)

1.一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，所述模块化多电平换流器由多个结构相同的子模块级联构成，该方法包括不控制充电和可控充电两个过程，其特征在于：
不控制充电的过程包括：在模块化多电平换流器闭锁时，交流侧电流通过子模块中反并联二极管对电容进行充电；可控充电的过程包括：不控制充电结束后，解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态，采用固定上升率的直流电压控制，从而使电容电压达到指定值并保持稳定。
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述不控制充电的过程中，模块化多电平换流器的三相瞬时电压Ua、Ub、Uc的大小包括六种关系：
Ua＞Uc＞Ub；Ua＞Ub＞Uc；Ub＞Ua＞Uc；Ub＞Uc＞Ua；Uc＞Ub＞Ua；Uc＞Ua＞Ub。
3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述子模块包括电容器和分别带反并联二极管的第一IGBT、第二IGBT。
4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述子模块中的第一IGBT、第二IGBT相互配合使子模块输出不同的电压。
5.根据权利要求4所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述解锁模块化多电平换流器，使子模块处于半闭锁状态的过程包括以下步骤：
(1)先关断第一IGBT，给第二IGBT触发脉冲，使子模块处于切除状态；
(2)通过检测电流的方向来判定第二IGBT的开通与关断；
(3)不断进行步骤(1)和(2)，当电容电压达到额定要求电压时开通第二IGBT，使该子模块处于切除状态；
(4)当模块化多电平换流器所有电容都达到额定要求电压时关闭开关。
6.根据权利要求5所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：当流过桥臂的电流对电容充电时给第二IGBT关断信号，此时子模块处于闭锁状态；当流过的电流反向时给第二IGBT开通信号，此时子模块处于切除状态，而且此时电容电压保持不变。
7.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述固定上升率的直流电压控制通过斜率控制器实现。
8.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述固定上升率的直流电压控制具体包括：让指令电压按照固定斜率上升到额定电压。
9.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述模块化多电平换流器包括六个桥臂。
10.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器交流侧预充电方法，其特征在于，所述模块化多电平换流器的电路交流侧设有限流电阻。
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