[發明專利]無需輔助直流電源的三相模塊化多電平換流器啟動方法

無效

• 申請號: 201010141636.X
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101795057A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 徐政;屠卿瑞;翁華;黃弘揚;薛英林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及電力系統柔性輸配電、電力電子和用戶電力技術領域，具 體涉及三相模塊化多電平換流器的啟動方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter，MMC)是近幾年備 受關注的一種多電平換流器拓撲結構。它采用多個子模塊(submodule，SM) 級聯的方式，通過分別控制各個子模塊的投入和切除狀態，可以使得換流 器輸出的交流電壓波形包含很多的電壓階梯以最大限度的逼近正弦波，從 而降低輸出電壓中的諧波含量，減小波形畸變，以滿足電網的諧波要求。

三相模塊化多電平換流器的基本結構(如圖1所示)是由三相六個橋 臂構成，每相有上、下兩個橋臂。每個橋臂分別由一個電抗器和若干個結 構相同的子模塊級聯而成。每個子模塊包括與直流電容串聯的第一電力電 子開關以及與第一電力電子開關和直流電容并聯的第二電力電子開關。

由于模塊化多電平換流器在穩定運行時每個子模塊的電容電壓應基 本保持在一個穩態值左右，因此在換流器投入正常運行前，需要向所有子 模塊的電容預充電，使其電壓由零上升到正常運行時的穩態值附近，之后 再將模塊化多電平換流器投入正常運行。這個向換流器的所有子模塊電容 充電的過程，稱為模塊化多電平換流器的啟動過程。

為了完成模塊化多電平換流器的正常啟動，在中低壓應用領域，一般 采取用一個單獨的輔助直流電源向各個子模塊電容預充電的它勵方式。丁 冠軍等人的“新型多電平VSC子模塊電容參數與均壓策略”(中國電機工 程學報，2009，29(30)，1～6)給出了上述的它勵啟動方式的詳細說明。 即：首先將輔助直流電壓源的輸出端接到換流器相應的正、負直流母線上， 直流電壓源的輸出電壓約等于子模塊電容電壓，保持上下橋臂中所有2N 個子模塊的IGBT1關斷，待充電子模塊的IGBT2也關斷，其余(2N-1)個 子模塊中的IGBT2開通，這樣直流電壓源便只對該待充模塊的電容充電， 等到該待充子模塊電容達到運行電壓時，其充電完畢，將其上的IGBT2 由關斷狀態變為開通狀態，與此同時，將下一個待充電子模塊中的IGBT2 由原先的開通狀態變為關斷狀態，這樣直流電壓源便會轉向對此子模塊充 電，以此類推實現一相橋臂中2N個子模塊的依次充電。到最后充電完畢， 可以通過串聯的二極管或機械開關將直流電壓源斷開。由于三相橋臂是并 聯在正負母線上的，故可對三相橋臂中的各子模塊同時進行充電。

顯然，這種方式不但需要單獨設計一個合適的輔助直流充電電源，增 加設備投資；而且由于直流電壓源的輸出電壓需要約等于子模塊電容電 壓，所以在高壓大容量的應用場合，這種單獨制造的相應高壓的輔助直流 電源不易獲得，因此不能滿足實際工程需要。此外，雖然上述采用輔助直 流電源的充電方法可以實現三相橋臂間的同時充電，但不能實現同相上下 兩個橋臂間的同時充電，而且如果同時對三相橋臂充電，需要提供的直流 電源的容量也要相應增加，從而進一步加大了該輔助直流電源的制造難 度。這些問題的存在大大限制了用輔助直流電源向各個子模塊電容預充電 的它勵啟動方式的應用。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種直接利用交流 電網本身的線電壓輸入、在無需輔助直流電源情況下自勵啟動三相模塊化 多電平換流器的方法，減少了設備投資，縮短了預充電時間，降低了系統 復雜度，并使得三相模塊化多電平換流器可廣泛應用于各種高壓大容量的 實際工程場合。

本發明中，所述的三相模塊化多電平換流器由三相六個橋臂構成，每 個橋臂由一個電抗器和若干個結構相同的子模塊級聯而成，每個子模塊由 第一電力電子開關、第二電力電子開關、與第一電力電子開關反并聯的二 極管、與第二電力電子開關反并聯的二極管以及直流電容組成。其中，直 流電容與第一電力電子開關串聯后，再與第二電力電子開關并聯。

一種無需輔助直流電源的三相模塊化多電平換流器啟動方法，包括以 下步驟：

(1)關斷所有子模塊的第一電力電子開關，開通所有子模塊的第二 電力電子開關，此時每個橋臂上的所有子模塊電容均處于切除狀態，電流 在橋臂中自由雙向流動；

(2)通過交流系統側的限流電阻將交流系統電壓引入換流器；