[发明专利]一种采用模块化结构的统一潮流控制器及其启动方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种采用模块化结构的统一潮流控制器及其启动方法。

背景技术

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是基于电压源换流器的串、并联混合型FACTS装置，能够对多个电气参数进行柔性控制，是提高电网可控性的有效手段。为了与输电网电压、功率等级相匹配，必须采取有效措施提高UPFC换流器容量。而模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)突破了传统电压源换流器的设计思路，将直流电容分散装设在各个子模块内，采用模块直接串联的方式，通过多个小电平值叠加生成多电平交流电压，功率等级变化灵活。近年来，MMC已在柔性直流输电领域得到实践和发展，也为UPFC的拓扑结构选择提供了新的方案。

由于模块化多电平换流器在稳定运行时每个子模块的电容电压应基本保持在一个稳态值左右，因此在换流器投入正常运行前，需要向所有子模块的电容预充电，使其上升到正常运行的稳态值附近，之后再将装置投入正常运行。而这个向换流器所有子模块电容充电的过程，即为采用模块化换流器的统一潮流控制器启动过程。在中低压应用领域，MMC的启动一般采用一个单独的辅助直流电源向各个子模块电容充电的他励式启动方案，辅助直流电压的输出电压约等于子模块电容电压。其实现方式为，首先将辅助直流电压源的输出端和换流器相应正、负极直流线相连，上下桥臂2N个子模块中仅投入一个子模块，由直流电压源对该模块充电。该子模块电容电压充电到额定之后，退出该模块，投入下一个模块。启动过程中任意时刻每相只开通一个模块，一相上下桥臂2N个子模块依次充电，所有模块充电完毕后再将辅助直流电源退出。这种方式不仅需要单独设计合适的辅助直流充电电源，增加设备投资，且充电过程较慢。

在高压应用领域，如柔性直流输电系统工程中，模块化多电平换流器采用两阶段启动的他励式启动方案。但依靠交流电网的不控整流到定直流电压控制两阶段启动方案要求换流器并联接入系统，电流可控是前提。由于UPFC串联换流器穿越输电线路电流，该电流取决于线路负荷，受到诸多因素限制，可控范围有限，出于系统安全和装置安全考虑，串联换流器无法直接通过系统电流充电。因此采用模块化结构的统一潮流控制器依靠交流电网的自励式启动技术需要特殊设计。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种采用模块化结构的统一潮流控制器及其启动方法，实现依靠交流电网的自励式启动方案，无需额外辅助电源，节省成本，提高装置可靠性。

本发明提供的一种采用模块化结构的统一潮流控制器的启动方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

（1）设置统一潮流控制器的初始状态；

（2）闭合并联侧的开关BKRSH，进行串联侧和并联侧的不可控整流充电；

（3）充电完成后，闭合启动电阻旁路开关BKRST；

（4）对并联换流器和串联换流器进行完全充电，直至并联换流器和串联换流器中的子模块电容电压达到额定电压；

（5）闭合直流旁路开关BPSDC1和直流旁路开关BPSDC2，拉开串联侧的旁路断路器BPSSE，装置启动完成，投入系统运行。

其中，步骤（1）设置统一潮流控制器的初始状态包括：

串联换流器和并联换流器的子模块触发脉冲均闭锁；

并联侧开关BKRSH断开；

启动电阻旁路开关BKRST断开；和

直流旁路开关BPSDC1和直流旁路开关BPSDC2均断开，串联断路器BPSSE闭合。

其中，步骤（4）包括如下步骤：

A、解锁并联换流器触发脉冲，采用定直流电压控制，直至交流侧将并联换流器子模块电容电压充电至额定，串联换流器子模块电容电压被充电到额定值一半；

B、解锁串联换流器触发脉冲，每相旁路一个桥臂的子模块，并联换流器继续定直流电压控制，直至串联换流器的所述一个桥臂的子模块的电容电压充电至额定值；

C、将串联换流器的每相中的已冲完电的桥臂的子模块退出，剩下的一个桥臂的子模块投入，并联换流器继续定直流电压控制，直至串联换流器中每相的子模块的电容电压充电至额定值。

其中，步骤（4）包括如下步骤：

A、解锁并联换流器触发脉冲，采用定直流电压控制，直至交流侧将并联换流器子模块电容电压充电至额定，串联换流器子模块电容电压被充电到额定值一半；

B、断开启动电阻旁路开关BKRST；