[發明專利]一種含全橋子模塊的混合型MMC啟動方法

有效

• 申請號: 201710945073.1
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107681877B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 林磊;李昂;徐晨;胡家兵
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02J3/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種含全橋子模塊的混合型MMC啟動方法，屬于柔性高壓直流輸電技術領域。本發明方法包括不控充電階段和控制充電階段：不控充電階段所有子模塊閉鎖，利用交流電網對子模塊內電容進行充電。不控充電階段結束后，進入控制充電階段，換流器解鎖，投入閉環控制環對子模塊開關管進行控制，子模塊電容進一步充電直至額定電壓，當所有子模塊電容電壓都達到額定電壓且直流側電壓達到額定直流母線電壓，啟動過程結束。本發明方法利用全橋子模塊的負電平輸出能力，在控制充電階段控制換流器提壓運行，提高交流側輸出電壓，減小了交流電網在充電過程中的沖擊電流，使限流電阻在低電流下切除，避免危害功率器件壽命。

技術領域

本發明屬于柔性高壓直流輸電技術領域，更具體地，涉及一種含全橋子模塊的混合型MMC啟動方法。

背景技術

近年來全球能源緊缺和環境污染等問題持續加重，其形勢愈加嚴峻，對于風能、太陽能等可再生能源的利用規模和利用形式不斷發展擴大，柔性直流輸電系統以其反應速度快、可控性較好、運行方式靈活等優點逐漸引起國內外學者的關注得到了迅速的發展,并在工程中得到了大力推廣。

基于電壓源型變換器VSC(Voltage Source Converter)的高壓直流輸電HVDC(High-Voltage Direct-Current)技術相對于傳統直流輸電技術具有：無需無功補償、沒有換相失敗風險，可以獨立調節系統的有功和無功功率等優勢。作為目前最有前景的換流器拓撲結構，模塊化多電平換流器MMC(Modular Multilevel Converter)具有結構高度模塊化、易于擴展、輸出電壓諧波低等優點，并在實際工程中得到應用，如美國的Transbay工程、中國的舟山五端柔性直流輸電工程。

相比采用傳統半橋子模塊HBSM(Half-Bridge SM)拓撲的MMC不具有直流故障自清除能力，包含全橋子模塊FBSM(Full-Bridge SM)的混合型MMC因全橋子模塊的拓撲結構特性使其具備直流故障穿越能力。混合型MMC的啟動是換流器穩態運行的前提，其實質是對各個子模塊內的電容預充電至額定電容電壓，從而建立交、直流側額定電壓。

目前混合型MMC交流側啟動一般采取雙階段啟動，分為不控充電階段和控制充電階段。在不控啟動階段，所有子模塊閉鎖，利用交流電網對子模塊電容充電，沖擊電流通過啟動電阻限制。在控制啟動階段，投入控制環瞬間仍利用啟動電阻限制沖擊電流，在充電電流受控后切除啟動電阻。然而，由于切除啟動電阻時充電電流不為零，且啟動電阻阻值通常較大，切除啟動電阻會造成較大的電壓跌落，危害換流器的可靠性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種含全橋子模塊的混合型MMC啟動方法，其目的在于在不控充電階段所有子模塊閉鎖，利用交流電網對子模塊內電容進行充電；不控充電階段結束后，進入控制充電階段，換流器解鎖，投入閉環控制環對子模塊開關管進行控制，子模塊電容進一步充電直至額定電壓，當所有子模塊電容電壓都達到額定電壓且直流側電壓達到額定直流母線電壓，啟動過程結束。由此解決現有技術在控制啟動階段沖擊電流及切除限流電阻的電壓跌落的技術問題。

為實現上述目的，提供了一種含全橋子模塊的混合型MMC啟動方法，所述方法包括：

(1)換流器閉鎖，交流電網通過限流電阻對子模塊的電容進行充電；

(2)充電電流衰減到零之后，換流器解鎖，投入閉環控制環，換流器控制方式設定為斜率直流電壓控制，控制直流電壓以一定斜率上升；換流器解鎖同時，切除限流電阻，換流器進入提壓運行狀態，換流器交流側輸出電壓提高；

(3)子模塊電容進一步充電直至額定電壓，當所有子模塊電容電壓都達到額定電壓且直流側電壓達到額定直流母線電壓，啟動過程結束。

進一步地，所述步驟(1)中限流電阻取值為：