CN116317661A - 一种am-mmc的交流启动控制方法及控制系统 - Google Patents

一种am-mmc的交流启动控制方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AM‑MMC的交流启动控制方法及控制系统，涉及柔性直流输电技术领域。该交流启动控制方法具体步骤包括：控制桥臂切换开关，使桥臂复用型模块化多电平换流器为闭锁状态，限流电阻接入，进行第一阶段充电；当上桥臂子模块电容电压达到额定值后，控制上桥臂子模块全部工作在切除状态，复用桥臂子模块和下桥臂子模块闭锁，进行第二阶段充电；当复用桥臂子模块和下桥臂子模块的电容电压达到额定值后，阻断充电电流，闭合直流断路器，完成交流启动。本发明可以有效实现AM‑MMC子模块电容充电，解决了子模块充电过程中电容电压过高的问题以及现有充电过程中需要可控充电复杂的闭环控制问题，实现换流器的平稳安全启动。

Description

一种AM-MMC的交流启动控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种AM-MMC的交流启动控制方法及控制系统。
背景技术
模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)因其控制方式灵活、易于拓展、可工作在孤岛模式等优势，在电网异步互联、高压直流输电、海上风电场联网等领域得到了广泛的应用。海上风电具有风能密度高、风速稳定等优势，已成为目前新能源发电领域的热门发展方向之一。目前海上风电并网工程主要采用海上风电场交流汇集后经柔性直流集中并网送出的方式，随着电压和功率等级的增大，应用于高压大功率换流器的体积与重量问题也愈加显著。因此，实现MMC换流站的轻型化在远海风电领域有着重要意义。
申请公布号CN113938037A，申请公布日2022年01月14号的发明专利模块化多电平换流器、故障穿越方法及电子设备中提出了一种桥臂复用型多电平换流器（armmultiplexing MMC，AM-MMC）通过将相单元划分为上桥臂、复用桥臂和下桥臂，并利用桥臂切换开关对桥臂进行复用，AM-MMC的子模块利用率可以提升至66.7%，子模块装配数量降低25%，有效实现了轻型化目标。
换流器的正常运行的前提是子模块电容储存足够的能量来维持直流母线电压稳定。因此，在换流器正常运行前，将子模块电容电压充电至额定值是实际工程中不可避免的过程。针对MMC的启动过程，目前实际工程中采用的是直流侧启动和交流侧启动两种技术方案。直流侧启动主要是通过在直流侧串联直流电源，将闭锁的子模块直接串联到充电回路中进行充电的方式。交流侧启动是通过交流侧电源对MMC的桥臂子模块进行充电的方法，主要应用在连接有交流电源的场景。交流侧启动过程种主要分为不控充电和可控充电两个阶段。在不控充电阶段，子模块电容电压无法达到额定值，需要通过可控充电阶段，子模块电容电压进一步升高，使其达到额定值。上述交流侧启动的技术方案主要是应用于上下桥臂子模块数相等的常规MMC或者全桥半桥混合型MMC。
然而，由于发明专利CN113938037A中桥臂复用型MMC由于其交流连接口的连接位置不同，以其交流连接口为分界点，其上下桥臂的子模块数不相等，如果采用适用于传统MMC的交流侧启动策略，在不控充电阶段，部分桥臂子模块电容电压无法达到额定值，而部分子模块的电容电压将高于额定值，这可能会造成开关器件和电容的损坏。常规MMC的启动策略中可控充电阶段需要采用复杂的闭环控制财可以使子模块电容电压达到额定值，结构复杂且实用性较低。而目前现有技术中缺乏针对桥臂复用型MMC不控充电阶段的研究。综上所述，如何仅在不控充电阶段实现AM-MMC的平稳安全启动成为现有技术亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种AM-MMC的交流启动控制方法及控制系统，可以有效实现AM-MMC子模块电容充电，防止子模块电容电压过高的同时避免了可控充电复杂的闭环控制，实现换流器的平稳安全启动，有利于该拓扑向实际工程的应用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明第一方面提供了一种AM-MMC的交流启动控制方法，包括以下步骤：
控制直流断路器断开，交流断路器闭合，对桥臂复用型模块化多电平换流器的上桥臂子模块、下桥臂子模块及复用桥臂子模块进行充电；
控制桥臂切换开关，使桥臂复用型模块化多电平换流器为闭锁状态，限流电阻接入，进行第一阶段充电；
当上桥臂子模块电容电压达到额定值后，控制上桥臂子模块全部工作在切除状态，复用桥臂子模块和下桥臂子模块闭锁，进行第二阶段充电；
当复用桥臂子模块和下桥臂子模块的电容电压达到额定值后，阻断充电电流，闭合直流断路器，完成交流启动。
进一步的，进行第一阶段充电时，控制每一个相单元的第一桥臂切换开关闭合，第二桥臂切换开关断开。
进一步的，进行第二阶段充电时，控制每一个相单元的第二桥臂切换开关闭合，第一桥臂切换开关断开。
进一步的，闭锁所有子模块，在充电电流减小到0之前，根据上桥臂、下桥臂和复用桥臂的等效电路分别得到每个相单元的等效上桥臂、等效下桥臂和等效复用桥臂；通过判断交流侧各相电压的过零点，对桥臂切换开关进行控制，完成阻断充电电流。
更进一步的，在相单元等效上桥臂和等效下桥臂承受电压相同时，通过对桥臂切换开关的控制，使复用桥臂分别与上桥臂或下桥臂串联，阻断交流侧电源对子模块的充电，避免子模块过充。
更进一步的，当相电压小于0时，将每一个相单元的第二桥臂切换开关闭合，第一桥臂切换开关断开，此时上桥臂子模块和复用桥臂子模块电容电压之和大于等效上桥臂电压，下桥臂子模块电容电压之和大于等效下桥臂电压，交流充电过程被阻断。
更进一步的，当相电压大于0时，将每一个相单元的第一桥臂切换开关闭合，第二桥臂切换开关断开，此时上桥臂子模块电容电压之和大于等效上桥臂电压，下桥臂子模块和复用桥臂子模块电容电压之和大于等效下桥臂电压，交流充电过程被阻断。
更进一步的，根据等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压相等时刻划分为区间一和区间二，基于区间一和区间二实现交流侧各相电压的过零点的判断。
更进一步的，从0到等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第一次相等时刻的时间段为区间一，从等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第一次相等时刻到等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第二次相等时刻的时间段为区间二。
本发明第二方面提供了一种AM-MMC的交流启动控制系统，包括桥臂复用型模块化多电平换流器和控制器；所述桥臂复用型模块化多电平换流器包括A、B、C三个相单元，每一个相单元均包括上桥臂、下桥臂和复用桥臂，上桥臂、下桥臂和复用桥臂分别包括若干上桥臂子模块、下桥臂子模块和复用桥臂子模块；每一个相单元的复用桥臂与上桥臂的连接点处接入第一桥臂切换开关；每一个相单元的复用桥臂与下桥臂连接点处接入第二桥臂切换开关；
所述控制器用于执行如上述所述的AM-MMC的交流启动控制方法中的步骤。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明公开了一种AM-MMC的交流启动控制方法及控制系统，可以有效实现AM-MMC子模块电容充电，能够仅在不控阶段有效的将各个桥臂的子模块电容电压充电至其额定值，不会出现子模块电容电压过高的情况且过程中不会出现较大的冲击电流，同时避免了可控充电复杂的闭环控制，实现换流器的平稳安全启动，有利于该拓扑向实际工程的应用。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中AM-MMC结构图；
图2为本发明实施例二中AM-MMC子模块闭锁时等效电路图；
图3为本发明实施例二中A、B相上桥臂通路充电等效电路图；
图4为本发明实施例二中A、B相复用桥臂、下桥臂通路充电等效电路图；
图5为本发明实施例二中交流启动控制方法流程图；
图6为本发明实施例二中等效桥臂电压示意图；
图7为本发明实施例二中系统仿真模型示意图；
图8为本发明实施例二中A相电容电压仿真结果示意图；
图9为本发明实施例二中交流电流与功率仿真结果示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
实施例一：
本发明提供了一种AM-MMC的控制系统，包括桥臂复用型模块化多电平换流器和控制器；其中，桥臂复用型模块化多电平换流器包括A、B、C三个相单元，每一个相单元均包括上桥臂、下桥臂和复用桥臂，上桥臂、下桥臂和复用桥臂分别包括若干上桥臂子模块、下桥臂子模块和复用桥臂子模块；每一个相单元的复用桥臂与上桥臂的连接点i1处接入第一桥臂切换开关Ki1；每一个相单元的复用桥臂与下桥臂连接点i2处接入第二桥臂切换开关Ki2；其中，K表示桥臂切换开关，i=a，b，c；a，b，c分别表示A、B、C三相。控制器用于控制第一桥臂切换开关和第二桥臂切换开关的开关状态。
具体的，AM-MMC的三相拓扑结构如图1所示。三相AM-MMC由三个相同的相单元并联而成，每个相单元均由两部分组成，一部分是上桥臂电感L0、上桥臂、复用桥臂、下桥臂、下桥臂电感L0依次串联组成的部分，另一部分是从复用桥臂与上桥臂的连接点i1、复用桥臂与下桥臂连接点i2处接入的桥臂切换开关(i=a，b，c)。上桥臂通过上桥臂L0与直流母线的正极连接，下桥臂通过下桥臂L0与直流母线负极连接。每相的上桥臂、复用桥臂、下桥臂均包含N/2个串联子模块（SM），其中，N为子模块数。子模块电路为由两个带反并联二极管的IGBT与电容器组成的半桥子模块。以A相为例，与传统MMC相比AM-MMC相单元中增设了a1和a2两个交流连接端口，分别经A相第一桥臂切换开关Ka1和A相第二桥臂切换开关Ka2连接至同一个交流电源，其中，K表示桥臂切换开关，a表示A相。
实施例二：
AM-MMC通过交流侧有源启动时，其主要过程为子模块电容充电过程。对于交流侧启动的AM-MMC，在充电初期，由于子模块电容电压为零，IGBT因为缺乏必要的能量而无法触发进行控制，子模块处于闭锁状态，子模块的等效电路与其电流方向密切相关，当电流方向为正时，子模块处于充电状态，对外等效为带电电容；当电流为负时，子模块处于旁路状态，对外等效为短路。此时，充电电流只能通过与IGBT反并联的二极管对电容进行充电，AM-MMC子模块闭锁时等效电路如图2所示。
假设各相单元初始状态均为下桥臂复用模式，即第一桥臂切换开关Ki1闭合第二桥臂切换开关Ki2断开，且ua>uc>ub，三相子模块对称充电，其中，K表示桥臂切换开关，i=a，b，c；a，b，c分别表示A、B、C三相；本实施例以B相上桥臂、A相复用桥臂和下桥臂为例进行说明。
A相和B相充电回路等效电路如图3、图4所示，图3为A、B相上桥臂通路，图4为A、B相复用桥臂和下桥臂通路。图中Rd代表线路限流电阻，L表示系统电抗、L0表示桥臂电抗，Ciu、Cim、Cid(i=a,b,c)分别表示三相对应的上桥臂、复用桥臂、下桥臂的串联子模块电容等效值。其关系为：
Figure SMS_1
(1)
其中，Ciu、Cim、Cid(i=a,b,c)分别表示三相对应的上桥臂、复用桥臂、下桥臂的串联子模块电容等效值，a，b，c分别表示A、B、C三相，N为子模块数，本实施例中，等效电路不改变子模块数量，因此N即可以表示为等效桥臂的子模块数，也可以表示为相单元实际投入的子模块数。C为子模块电容器的值。
以A相电压最高，B相电压最低为例说明各桥臂充电情况。对于A、B相上桥臂子模块，充电电流流过A相上桥臂子模块下管反并联二极管、B相上桥臂子模块上管反并联二极管和电容，为B相上桥臂子模块电容充电。对于A、B相复用桥臂和下桥臂子模块，充电电流流过A相复用桥臂和下桥臂子模块上管反并联二极管、电容与B相复用桥臂和下桥臂子模块下管反并联二极管，为A相复用桥臂和下桥臂子模块电容充电。其它情况下充电过程原理相同，此处不再赘述。
由图3、图4可见，AM-MMC的充电回路实际是一个 RLC回路，由于串联二极管的存在，电容会逐渐累积起一定的电压值。当阀侧线电压峰值与桥臂子模块电压之和相等时，充电停止，子模块电压进入稳态。假设所有子模块完全一致，则充电结束时，三相上桥臂子模块电容电压与阀侧相电压峰值的关系为：
Figure SMS_2
(2)
其中，Um为相电压峰值，N为子模块数，Ucu为上桥臂子模块的电容电压。
三相复用桥臂和下桥臂的子模块电容与电压为：
Figure SMS_3
(3)
其中，Um为相电压峰值，N为子模块数，Ucm为复用桥臂子模块的电容电压，Ucd下桥臂子模块的电容电压。
子模块额定电容电压UcN为：
Figure SMS_4
(4)
其中，Um为相电压峰值，N为子模块数，m为电压调制比。
子模块电容电压与额定电压之间的关系为：
Figure SMS_5
(5)
其中，Ucm为复用桥臂子模块的电容电压，Ucd下桥臂子模块的电容电压，UcN为子模块额定电容电压，Ucu为上桥臂子模块的电容电压，m为电压调制比。
由式(5)可知，当m=1时，上桥臂子模块电容电压可以达到额定值的173.2%，而复用桥臂和下桥臂的子模块仅可以充电到额定值的86.6%。仅通过闭锁充电，AM-MMC上桥臂的子模块可能会因为过压而导致器件的损坏，复用桥臂和下桥臂的子模块的电容电压无法达到额定值，各桥臂的子模块之间电容电压严重不均衡。
假设各桥臂切换开关Ki1断开Ki2闭合，上桥臂子模块切除，且ua>uc>ub，其中，K表示桥臂切换开关，i=a，b，c；a，b，c分别表示A、B、C三相。则AM-MMC的充电回路与桥臂子模块数为N/2的常规MMC相同。子模块闭锁条件下，当充电电流为0时，复用桥臂和下桥臂子模块电容电压为：
Figure SMS_6
(6)
其中，Ucm为复用桥臂子模块的电容电压，Ucd下桥臂子模块的电容电压，UcN为子模块额定电容电压，m为电压调制比。当m=1时，复用桥臂和下桥臂子模块电容电压为其额定电压的173.2%。
通过上述分析，可以发现，AM-MMC在启动过程中会出现各桥臂间子模块电容电压不均衡的问题，而且部分桥臂子模块可能会出现过压问题。因此，本发明实施例提供了一种基于实施例一AM-MMC的控制系统的交流启动控制方法，可以有效实现AM-MMC子模块电容充电，防止子模块电容电压过高的同时避免了可控充电复杂的闭环控制，实现换流器的平稳安全启动。
交流启动电源经变压器与桥臂复用型模块化多电平换流器交流侧相连，交流断路器ACCB安装在变压器网侧，桥臂复用型模块化多电平换流器直流侧经架空线路与直流负荷相连，直流断路器DCCB安装在桥臂复用型模块化多电平换流器直流侧；桥臂复用型模块化多电平换流器包括A、B、C三个相单元，每一个相单元均包括上桥臂、下桥臂和复用桥臂，上桥臂、下桥臂和复用桥臂分别包括若干上桥臂子模块、下桥臂子模块和复用桥臂子模块；每一个相单元的复用桥臂与上桥臂的连接点i1处接入第一桥臂切换开关Ki1；每一个相单元的复用桥臂与下桥臂连接点i2处接入第二桥臂切换开关Ki2；其中，K表示桥臂切换开关，i=a，b，c；a，b，c分别表示A、B、C三相。具体交流启动方法如图5所示，包括以下步骤：
控制直流断路器断开，交流断路器闭合，对桥臂复用型模块化多电平换流器的上桥臂子模块、下桥臂子模块及复用桥臂子模块进行充电；其中，桥臂复用型模块化多电平换流器包括A、B、C三个相单元，每一个相单元均包括上桥臂、下桥臂和复用桥臂，上桥臂、下桥臂和复用桥臂分别包括若干上桥臂子模块、下桥臂子模块和复用桥臂子模块；
此时换流器为闭锁状态，限流电阻接入，控制每一个相单元的第一桥臂切换开关Ki1闭合，第二桥臂切换开关Ki2断开，进行第一阶段充电；
当上桥臂子模块电容电压达到额定值后，将每一个相单元的第二桥臂切换开关Ki2闭合，第一桥臂切换开关Ki1断开，控制上桥臂子模块全部工作在切除状态即旁路上桥臂子模块，复用桥臂子模块和下桥臂子模块闭锁，进行第二阶段充电；
当复用桥臂子模块和下桥臂子模块的电容电压达到额定值后，在充电电流减小到0之前，根据上桥臂、下桥臂和复用桥臂的等效电路分别得到每个相单元的等效上桥臂、等效下桥臂和等效复用桥臂；通过判断交流侧各相电压的过零点，对桥臂切换开关进行控制，阻断充电电流，具体的，若相电压大于零则每一个相单元的第一桥臂切换开关Ki1闭合，第二桥臂切换开关Ki2断开，否则，第二桥臂切换开关Ki2闭合，第一桥臂切换开关Ki1断开。判断是否收到系统闭合直流断路器指令，若是则进行功率传输，完成交流启动，否则，继续等待指令。
在一种具体的实施方式中，充电第一阶段，将每一个相单元的第一桥臂切换开关Ki1闭合，第二桥臂切换开关Ki2断开。上桥臂子模块的电容电压可以通过充电达到额定值，复用桥臂和下桥臂子模块的电容电压小于额定值。子模块通常从电容取电，用于给驱动板与子控制器供电。通常子模块电容电压必须达到其额定值的25%时，才能够实现控制。当上桥臂子模块电容电压达到额定值后，上桥臂子模块中的开关器件可以从电容取电，进行投切控制。充电第二阶段，控制上桥臂子模块全部工作在切除状态，此时上桥臂对外等效电路为短路，把每一个相单元的第二桥臂切换开关Ki2闭合，第一桥臂切换开关Ki1断开，其中，K表示桥臂切换开关，i=a，b，c；a，b，c分别表示A、B、C三相。以A、B相为例进行说明，假设此时A相电压最高，B相电压最低，充电电流通过桥臂切换开关K2，A复用桥臂子模块下管反并联二极管与B上桥臂子模块上管反并联二极管、电容器，为B相上桥臂子模块电容充电，此时B复用桥臂子模块电容电压之和小于线电压，子模块将继续充电，同理，A下桥臂子模块也会充电。当达到额定值之后，为避免子模块过充，需要阻断充电电流。
当充电第二阶段结束时，桥臂子模块电压之和仍然小于交流侧电源的线电压峰值，因此，子模块电压会进一步升高，这会引起子模块过压。
在充电电流减小到0之前，根据上桥臂、下桥臂和复用桥臂的等效电路分别得到每个相单元的等效上桥臂、等效下桥臂和等效复用桥臂；以A相为例，A相等效上桥臂和等效下桥臂所承受的电压如图6所示，图中实现表示
Figure SMS_7
，为等效上桥臂所承受的电压，虚线表示
Figure SMS_8
，为等效下桥臂所承受的电压，根据等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压相等时刻划分为区间一和区间二，其中，从0到等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第一次相等时刻的时间段为区间一，从等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第一次相等时刻到等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第二次相等时刻的时间段为区间二，基于区间一和区间二实现交流侧各相电压的过零点的判断。
在区间一内，等效桥臂承受电压与子模块额定电压之间的关系为：
Figure SMS_9
(7)
其中，Um为相电压峰值，N为子模块数，UcN为子模块额定电容电压，
Figure SMS_10
为等效上桥臂所承受的电压，/>
Figure SMS_11
为等效下桥臂所承受的电压。
在区间二内，等效桥臂承受电压与子模块额定电压之间的关系为：
Figure SMS_12
(8)
其中，Um为相电压峰值，N为子模块数，UcN为子模块额定电容电压，
Figure SMS_13
为等效上桥臂所承受的电压，/>
Figure SMS_14
为等效下桥臂所承受的电压。
A相等效上桥臂承受电压大于A相上桥臂子模块额定电压之和时，A相等效下桥臂承受电压小于A相下桥臂子模块额定电压之和，且此时A相等效上桥臂承受电压小于A相上桥臂和复用桥臂的子模块电容电压之和；当A相等效上桥臂承受电压小于A相上桥臂子模块额定电压之和时，A相等效下桥臂承受电压大于A相下桥臂子模块额定电压之和，且此时A相等效下桥臂承受电压小于A相下桥臂和复用桥臂的子模块电容电压之和。因此，在A相等效上桥臂和等效下桥臂承受电压相同时，通过对桥臂切换开关的控制，使复用桥臂分别与上桥臂或下桥臂串联，就可以阻断交流侧电源对子模块的充电，避免子模块过充。
具体方法为：首先闭锁所有子模块，通过判断交流侧各相电压的过零点，对桥臂切换开关进行控制，完成交流电流的阻断。当相电压小于0时，将每一个相单元的第二桥臂切换开关Ki2闭合，第一桥臂切换开关Ki1断开，其中，K表示桥臂切换开关，i=a，b，c；a，b，c分别表示A、B、C三相；此时上桥臂和复用桥臂子模块电容电压之和大于等效上桥臂电压，下桥臂子模块电容电压之和大于等效下桥臂电压，交流充电过程被阻断；当相电压大于0时，将Ki1闭合，Ki2断开，此时上桥臂子模块电容电压之和大于等效上桥臂电压，下桥臂和复用桥臂子模块电容电压之和大于等效下桥臂电压，交流充电过程被阻断。
为验证本实施例交流启动控制方法的有效性，利用Matlab/Simulink搭建了如图7所示的仿真模型，交流启动电源经变压器与AM-MMC换流器交流侧相连，交流断路器ACCB安装在变压器网侧，换流器直流侧经架空线路与直流负荷相连，直流断路器DCCB安装在AM-MMC直流侧，具体安装在其换流阀的直流侧，仿真参数如表所示。
表1仿真模型参数
Figure SMS_15
A相上桥臂、复用桥臂、下桥臂子模块电容电压如图8所示。0~t1时桥臂切换开关Ka1闭合，Ka2断开，其中，K表示桥臂切换开关，a表示A相。上桥臂子模块的电容电压快速升高，复用桥臂和下桥臂子模块的电容电压缓慢升高。t1时上桥臂子模块的电容电压达到额定值。t1~t2时桥臂切换开关Ka1断开，Ka2闭合，上桥臂子模块切除。上桥臂子模块的电容电压保持恒定，复用桥臂和下桥臂的子模块电容电压继续升高。t2时全部子模块的电容电压达到额定值。t2~t3时所有子模块闭锁，通过对桥臂切换开关的控制，可以阻断交流侧馈流，避免电容电压进一步升高。t3时AM-MMC开始功率传输，所有子模块解除闭锁跟随控制策略进行投切，在均压控制下，子模块电容电压收敛，系统正常运行。
需要特别说明的是，上述时间t是通过电容电压自行判断，t1时即为上桥臂子模块电容电压达到额定值时；t2即为复用桥臂和下桥臂子模块电容电压达到额定值；t3时刻为通过系统预设时间得到。
交流侧电流和功率如图9所示。0~t2时充电过程中，由于限流电阻的存在，没有出现较大冲击电流。t2~t3时交流电流很小，此阶段可以切除限流电阻，不会引起大的冲击电流，可以选择开断容量较小的断路器。t3~t4时换流器传输有功功率跟随指令按斜率上升，t4时系统开始以额定工况运行，此时有功标幺值为1.0，无功标幺值为0。可以看出，本实施例中的AM-MMC的交流启动控制方法过程中不会出现较大的冲击电流。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制直流断路器断开，交流断路器闭合，对桥臂复用型模块化多电平换流器的上桥臂子模块、下桥臂子模块及复用桥臂子模块进行充电；
控制桥臂切换开关，使桥臂复用型模块化多电平换流器为闭锁状态，限流电阻接入，进行第一阶段充电；
当上桥臂子模块电容电压达到额定值后，控制上桥臂子模块全部工作在切除状态，复用桥臂子模块和下桥臂子模块闭锁，进行第二阶段充电；
当复用桥臂子模块和下桥臂子模块的电容电压达到额定值后，阻断充电电流，闭合直流断路器，完成交流启动。
2.如权利要求1所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，进行第一阶段充电时，控制每一个相单元的第一桥臂切换开关闭合，第二桥臂切换开关断开。
3.如权利要求1所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，进行第二阶段充电时，控制每一个相单元的第二桥臂切换开关闭合，第一桥臂切换开关断开。
4.如权利要求1所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，闭锁所有子模块，在充电电流减小到0之前，根据上桥臂、下桥臂和复用桥臂的等效电路分别得到每个相单元的等效上桥臂、等效下桥臂和等效复用桥臂；通过判断交流侧各相电压的过零点，对桥臂切换开关进行控制，完成阻断充电电流。
5.如权利要求4所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，在相单元等效上桥臂和等效下桥臂承受电压相同时，通过对桥臂切换开关的控制，使复用桥臂分别与上桥臂或下桥臂串联，阻断交流侧电源对子模块的充电，避免子模块过充。
6.如权利要求4所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，当相电压小于0时，将每一个相单元的第二桥臂切换开关闭合，第一桥臂切换开关断开，此时上桥臂子模块和复用桥臂子模块电容电压之和大于等效上桥臂电压，下桥臂子模块电容电压之和大于等效下桥臂电压，交流充电过程被阻断。
7.如权利要求4所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，当相电压大于0时，将每一个相单元的第一桥臂切换开关闭合，第二桥臂切换开关断开，此时上桥臂子模块电容电压之和大于等效上桥臂电压，下桥臂子模块和复用桥臂子模块电容电压之和大于等效下桥臂电压，交流充电过程被阻断。
8.如权利要求5所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，根据等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压相等时刻划分为区间一和区间二，基于区间一和区间二实现交流侧各相电压的过零点的判断。
9.如权利要求8所述的AM-MMC的交流启动控制方法，其特征在于，从0到等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第一次相等时刻的时间段为区间一，从等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第一次相等时刻到等效上桥臂所承受的电压和等效下桥臂所承受的电压第二次相等时刻的时间段为区间二。
10.一种AM-MMC的交流启动控制系统，其特征在于，包括桥臂复用型模块化多电平换流器和控制器；所述桥臂复用型模块化多电平换流器包括A、B、C三个相单元，每一个相单元均包括上桥臂、下桥臂和复用桥臂，上桥臂、下桥臂和复用桥臂分别包括若干上桥臂子模块、下桥臂子模块和复用桥臂子模块；每一个相单元的复用桥臂与上桥臂的连接点处接入第一桥臂切换开关；每一个相单元的复用桥臂与下桥臂连接点处接入第二桥臂切换开关；
所述控制器用于执行如权利要求1-9中任一项所述的AM-MMC的交流启动控制方法中的步骤。
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