[發明專利]鉗位雙子模塊模塊化多電平換流器的簡易啟動方法

在審

• 申請號: 201410683047.2
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104734484A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 張建;張浩;吳金龍;楊美娟;劉欣和;王先為;李道洋
• 申請（專利權）人: 許繼電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種鉗位雙子模塊模塊化多電平換流器的簡易啟動方法。

背景技術

隨著全控型電力電子器件的發展和電力電子技術在電力系統中的應用，基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術日益受到重視。模塊化多電平換流器(Modular?multilevel?converter，MMC)是柔性直流輸電系統應用中電壓源換流器的一種，它由多個子模塊按照一定的方式連接而成，通過分別控制各個子模塊IGBT組件的投入和切除狀態使換流器輸出的交流電壓逼近正弦波，實現能量的高效傳輸。

由鉗位雙子模塊(Clamp?Double?Sub-Module)構成的模塊化多電平換流器(C-MMC)被提出，如圖1所示，其能通過閉鎖所有IGBT器件，利用二極管的反向阻斷能力迅速完成閉鎖過程，無需交流斷路器動作即可實現直流故障自清除。且相對于同樣具備直流故障自清除能力的全橋子模塊MMC，C-MMC使用更少的功率器件，減小了運行損耗，具有較高的經濟效益。

浙江大學《柔性直流輸電系統》一書中曾提出了C-MMC的啟動策略，在不控整流充電至穩定后，利用直流電壓控制器結合調制均衡策略繼續充電。控制器采用雙閉環矢量解耦控制結構，選取合理限幅環節；電壓控制采用斜率控制方式；子模塊在電容電壓均衡策略的作用下，周期性地改變投切狀態進行充放電，使所有子模塊充電至設定值。該方法需要長時間投入軟啟電阻，加大了工程成本。

該書中提出的另一方案，根據橋臂電流極性，以橋臂為單元進行充電的方法。當橋臂電流為正，則旁路該橋臂內所有子模塊；當橋臂電流為負，則閉鎖該橋臂內所有子模塊，對其進行充電。重復該步驟至所有子模塊充電到設定值。該方法存在模塊電容電壓過充電的危險。

發明內容

本發明的目的是提供一種鉗位雙子模塊模塊化多電平換流器的簡易啟動方法，該方法相對于現有方法更適合于工程應用，不需長時間使用軟啟電阻，且消除了模塊電容電壓過充電的危險。

為實現上述目的，本發明的方案包括：

一種鉗位雙子模塊模塊化多電平換流器的簡易啟動方法，步驟如下：第一階段：對換流器進行不控整流充電，直到各雙子模塊具有可控性；第二階段：導通引導IGBT，充電穩定狀態子模塊電壓充電至設定倍額定電壓；第三階段：解鎖運行，利用直流電壓閉環控制器完成充電。

所述充電穩定狀態子模塊電壓充電至0.7倍額定電壓。

H-MMC通用啟動方法為先進行不控整流充電至穩定(約0.75pu)，后直接解鎖利用直流電壓閉環控制器繼續充電，充電完成后即進入正常運行。

本發明仿照H-MMC啟動方法來完成C-MMC的啟動，便于將H-MMC的工程經驗移植到C-MMC上。

啟動過程分為三個階段，第一階段為不控整流充電，第二階段為導通引導IGBT繼續充電，第三階段為解鎖后利用直流電壓閉環控制器完成充電。

第一階段進行不控整流充電至穩定。由于鉗位雙子模塊的閉鎖特性不同于半橋子模塊，導致其不控整流充電率較低，需要輔助充電策略繼續進行充電。下文對兩種子模塊的不控整流充電的充電率進行分析。

定義從直流側正端到直流側負端為橋臂電流的正方向(即子模塊電流正方向)。處于閉鎖狀態的子模塊等效電路與充電電流方向相關，如圖3所示。

鉗位雙子模塊對外等效為電容Csm與二極管串聯形式，二極管方向與電流流通方向相同。當橋臂電流為正時，鉗位雙子模塊的端口電壓為兩個電容電壓和；當橋臂電流為負時，鉗位雙子模塊的端口電壓為負的單個電容電壓。

由上可知，當橋臂電流為正時，橋臂電壓為2N倍電容電壓(即電容電壓總和)；當橋臂電流為負時，橋臂電壓為-N倍電容電壓。其中N為每橋臂鉗位雙子模塊的個數。

對應半橋子模塊當橋臂電流為正時，橋臂電壓為2N倍電容電壓(即電容電壓總和)；當橋臂電流為負時，橋臂電壓為零。(為對比，每橋臂取2N個半橋子模塊)。

由此可知C-MMC拓撲中，AB相間電壓為3N個子模塊電容充電。整個A，B兩相的充電回路及其簡化充電回路如圖4所示。而半橋子模塊MMC(H-MMC)拓撲中，AB相間電壓僅為2N個子模塊電容充電。故C-MMC拓撲的充電率較H-MMC拓撲低。