[發(fā)明專利]一種混合MMC換流器單元投退時的子模塊穩(wěn)壓控制方法

有效

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• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN108933446B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛征;高諾;楊紅娟;魏莉;莊華偉;張漢元
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發(fā)明涉及一種混合MMC換流器單元及其投退時的子模塊穩(wěn)壓控制方案，混合MMC換流器單元由直流場開關(guān)和混合MMC換流器構(gòu)成，其中混合MMC換流器各橋臂至少含有一個半橋子模塊和/或鉗位雙子模塊，并含有一定比例的全橋子模塊，在待投退混合MMC換流器低直流電壓運行時，控制該MMC換流器子模塊電壓升高，在待投退MMC換流器高直流電壓運行時，控制該MMC換流器子模塊電壓恢復正常。本發(fā)明應(yīng)用于含有混合MMC換流器的串聯(lián)型直流輸電系統(tǒng)MMC換流器單元在線投入和退出過程，可在全橋子模塊配比較低且直流電壓調(diào)節(jié)時間較長時維持各類子模塊電壓的穩(wěn)定，具有控制簡便，避免增加設(shè)備成本，實用性和經(jīng)濟性強的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合MMC換流器單元投退時的子模塊穩(wěn)壓控制方法。

背景技術(shù)

近年來，以模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)為基礎(chǔ)的柔性直流輸電技術(shù)具有能夠準確、快速地控制與交流電網(wǎng)交換的有功功率和無功功率，諧波特性好，無換相失敗等優(yōu)勢，成為直流輸電技術(shù)新的發(fā)展方向。特別是其采用子模塊級聯(lián)的拓撲結(jié)構(gòu)，易于達到高電壓等級，極大的提升了柔性直流輸電工程的可行性，促進了柔性直流輸電技術(shù)和混合直流輸電技術(shù)的發(fā)展及其工程推廣應(yīng)用，也使得特高壓柔性直流輸電和特高壓混合直流輸電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用成為可能。

然而目前，由于MMC子模塊由單個功率器件構(gòu)成，電壓等級很低，應(yīng)用于特高壓系統(tǒng)時導致子模塊數(shù)量成倍增加，使得換流器電路受控節(jié)點數(shù)大大增大，對控制硬件和軟件的要求極高，且受到換流變壓器容量限制，因此MMC應(yīng)用于特高壓直流系統(tǒng)時，多采用基本換流器單元串聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)形式。同時為了增加系統(tǒng)運行靈活性和可靠性，借鑒常規(guī)特高壓直流系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)驗，要求具備單個換流器單元的在線投入和退出控制功能，且不影響其余換流器單元的穩(wěn)定運行。

對于柔性直流輸電換流器單元而言，在線投入和退出功能要求換流器單元的直流電壓可以在略低于零的值至額定值范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，這就使得待投入或退出的換流器需采用含有負電壓輸出能力的全橋子模塊的MMC拓撲，一般為了節(jié)約成本，常采用全橋子模塊與半橋子模塊或鉗位雙子模塊等多種子模塊構(gòu)成的混合MMC換流器方案，且單個橋臂中全橋子模塊配比需至少達到50％以滿足直流電壓調(diào)節(jié)范圍要求。

此外，在待投退的混合MMC換流器直流電壓調(diào)節(jié)過程中，其交流功率和交流電流幅值也將隨之在零到正常值范圍內(nèi)變化，而為了不影響其余換流器單元的穩(wěn)定運行，系統(tǒng)直流電流則可能保持不變或處于較大數(shù)值，這意味著換流器的橋臂電流可能在一段時間內(nèi)持續(xù)為正或負。全橋子模塊由于具有正、負壓輸出能力，因此可以通過改變輸出的電壓正負實現(xiàn)子模塊電容充、放電，從而保證子模塊電壓穩(wěn)定；相比而言，半橋子模塊和鉗位雙子模塊僅能輸出正電壓，則其在恒定正或負方向的橋臂電流下必定一直充電或放電，使其子模塊電壓失去穩(wěn)定，若該階段持續(xù)時間較長，必然導致子模塊過、欠壓，使得系統(tǒng)故障停運。

以如圖1和圖2所示的特高壓直流系統(tǒng)單端單級系統(tǒng)和單個混合MMC換流器為例來進行說明。單端系統(tǒng)由兩個混合MMC換流器單元串聯(lián)構(gòu)成高低閥組拓撲型式，各換流器單元均由直流場開關(guān)和混合MMC換流器構(gòu)成，直流場開關(guān)用于在主回路層面投入或切除該換流器，各混合MMC換流器均為由全橋、半橋兩種子模塊構(gòu)成的混合子模塊式MMC。

以高端換流器單元投入工況為例來進行分析。對于退出工況，它是投入工況的逆過程，故不再進行分析，且此處主要對受端MMC站的投入過程進行說明。MMC換流器單元投入包括三個階段：1)投入前，僅低端換流器單元運行，此時高端換流器單元直流場開關(guān)設(shè)備旁路刀閘BPI、隔離開關(guān)Q1、Q2以及高速旁路開關(guān)BPS的狀態(tài)分別為1，0，0，0(1代表開關(guān)合閘，0代表開關(guān)斷開)；2)投入初期，在MMC零直流電壓運行狀態(tài)下，通過直流場開關(guān)的操作，使得直流線路電流由旁路刀閘逐漸轉(zhuǎn)移至MMC高端換流器單元，最終直流場開關(guān)設(shè)備旁路刀閘BPI、隔離開關(guān)Q1、Q2以及高速旁路開關(guān)BPS的狀態(tài)分別為0，1，1，0；3)此后，MMC高端換流器單元逐漸抬升直流電壓及有功功率直至正常運行水平。