[發明專利]一種換流站及其單閥組投退過程中子模塊均壓控制方法

有效

• 申請號: 201710452733.2
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN109149612B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 楊美娟;吳金龍;王先為;姚為正;孫樹敏;李廣磊
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;西安許繼電力電子技術有限公司;許繼電氣股份有限公司;國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發明涉及一種換流站及其單閥組投退過程中子模塊均壓控制方法，包括高、低兩個串聯連接的MMC閥組，單個閥組至少包括一個半橋子模塊和/或鉗位雙子模塊，閥組投入/退出的過程中，該閥組投入環流控制器，環流控制器的輸出量疊加到對應相上、下橋臂調制波上，用于對應橋臂子模塊的觸發控制；所述環流控制器用于將環流指令值與實時檢測的相間環流值作差后，經過調節器調節后得到輸出量。本發明能夠人為創造正、負交替的橋臂電流，避免在單閥組投退過程中因橋臂電流持續為正或持續為負時造成半橋子模塊和/或鉗位雙子模塊過壓或欠壓現象；而且，本發明只針對控制策略進行了改進，并不需要增加全橋子模塊的數目，降低了設備成本，具有很強的實用性。

技術領域

本發明屬于柔性直流輸電技術領域，具體涉及一種換流站及其單閥組投退過程中子模塊均壓控制方法。

背景技術

隨著現代電網的快速發展及電力電子技術的更新換代，基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)技術的柔性直流輸電系統取得了長足進步。MMC具有可獨立控制有功無功功率、不存在換相失敗、可為無源孤島供電等諸多優點，同時，MMC系統還具備開關頻率較低、開關損耗小、無需交流濾波器組和擴展性強等優點，這使得MMC逐步實現了工程應用，并可以運用于高直流電壓、大功率輸電的場合。

目前，受開關器件耐壓水平和控制系統設計難度等限制，MMC應用于特高壓直流系統時，多采用兩個閥組串聯運行的結構形式；同時，為了增加系統運行靈活性和可靠性，要求單個閥組可在線投入/退出而不影響其余閥組正常運行。為此，在特高壓直流工程中，單閥組的自動投入/退出控制成為重要的控制環節之一。

單閥組的自動投入控制包含閥組直流電壓和直流功率的逐步建立，在直流電壓和直流功率建立之初，待投入的閥組需要運行于如下特殊工況下：零直流電壓/低直流電壓，以及高直流電流和零交流電流/低交流電流。同樣的，單閥組的自動退出控制也涉及此特殊運行工況。

首先，為了適應零直流電壓/低直流電壓工況，MMC閥組單個橋臂中全橋子模塊數目占比需至少達到50％。該占比進一步增加將會增大設備成本，占比減小則無法保證零直流電壓運行要求。

其次，在高直流電流和零交流電流/低交流電流的工況下，橋臂電流會持續為正(MMC逆變工況)或持續為負(MMC整流工況)，此時半橋子模塊和鉗位雙子模塊參與MMC調制時必然會出現子模塊電壓持續充電或持續放電問題，進而導致子模塊過、欠壓故障。此后，隨著輸出功率和交流電流的增大，橋臂電流出現過零點，此時電壓已經異常的半橋子模塊和鉗位雙子模塊在排序均壓的作用下會快速的放電或充電，其電壓的驟變必然引起閥側電壓突變，從而造成交流電流、橋臂電流等電流沖擊，同樣威脅換流閥設備安全。

針對以上問題，現有的解決方法是提高全橋子模塊數目以減少單閥組投入/退出過程中其余子模塊參與調制的時間，從而減輕子模塊電容充、放電程度和電壓失衡度，進而降低電流沖擊。然而，基于此方法，在保障設備安全的要求下，目前業界推薦的全橋子模塊占比高達80％之多，相比于正常情況下50％的全橋子模塊占比，這必然導致設備成本的極大增加。鑒于單閥組投入/退出是系統運行的小概率工況，因此上述解決方案使得直流系統的經濟性大幅降低，且依然無法從根本上避免上述問題。

以如圖1所示的一個雙端高壓柔性直流系統單級系統為例來進行說明。送、受端換流站均由兩個MMC閥組串聯構成高低閥組拓撲型式，其中MMC11和MMC12為高閥組，MMC21和MMC22為低閥組。每個閥組直流側均含有一套直流開關，用于投入或切除該閥組。四個MMC均為由全橋、半橋兩種子模塊構成的混合子模塊式MMC。

下面對調制時，半橋子模塊出現過壓或欠壓現象進行分析。