[发明专利]钳位双子模块模块化多电平换流器的简易启动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钳位双子模块模块化多电平换流器的简易启动方法。

背景技术

随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的柔性直流输电技术日益受到重视。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)是柔性直流输电系统应用中电压源换流器的一种，它由多个子模块按照一定的方式连接而成，通过分别控制各个子模块IGBT组件的投入和切除状态使换流器输出的交流电压逼近正弦波，实现能量的高效传输。

由钳位双子模块(Clamp Double Sub-Module)构成的模块化多电平换流器(C-MMC)被提出，如图1所示，其能通过闭锁所有IGBT器件，利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程，无需交流断路器动作即可实现直流故障自清除。且相对于同样具备直流故障自清除能力的全桥子模块MMC，C-MMC使用更少的功率器件，减小了运行损耗，具有较高的经济效益。

浙江大学《柔性直流输电系统》一书中曾提出了C-MMC的启动策略，在不控整流充电至稳定后，利用直流电压控制器结合调制均衡策略继续充电。控制器采用双闭环矢量解耦控制结构，选取合理限幅环节；电压控制采用斜率控制方式；子模块在电容电压均衡策略的作用下，周期性地改变投切状态进行充放电，使所有子模块充电至设定值。该方法需要长时间投入软启电阻，加大了工程成本。

该书中提出的另一方案，根据桥臂电流极性，以桥臂为单元进行充电的方法。当桥臂电流为正，则旁路该桥臂内所有子模块；当桥臂电流为负，则闭锁该桥臂内所有子模块，对其进行充电。重复该步骤至所有子模块充电到设定值。该方法存在模块电容电压过充电的危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种钳位双子模块模块化多电平换流器的简易启动方法，该方法相对于现有方法更适合于工程应用，不需长时间使用软启电阻，且消除了模块电容电压过充电的危险。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种钳位双子模块模块化多电平换流器的简易启动方法，步骤如下：第一阶段：对换流器进行不控整流充电，直到各双子模块具有可控性；第二阶段：导通引导IGBT，充电稳定状态子模块电压充电至设定倍额定电压；第三阶段：解锁运行，利用直流电压闭环控制器完成充电。

所述充电稳定状态子模块电压充电至0.7倍额定电压。

H-MMC通用启动方法为先进行不控整流充电至稳定(约0.75pu)，后直接解锁利用直流电压闭环控制器继续充电，充电完成后即进入正常运行。

本发明仿照H-MMC启动方法来完成C-MMC的启动，便于将H-MMC的工程经验移植到C-MMC上。

启动过程分为三个阶段，第一阶段为不控整流充电，第二阶段为导通引导IGBT继续充电，第三阶段为解锁后利用直流电压闭环控制器完成充电。

第一阶段进行不控整流充电至稳定。由于钳位双子模块的闭锁特性不同于半桥子模块，导致其不控整流充电率较低，需要辅助充电策略继续进行充电。下文对两种子模块的不控整流充电的充电率进行分析。

定义从直流侧正端到直流侧负端为桥臂电流的正方向(即子模块电流正方向)。处于闭锁状态的子模块等效电路与充电电流方向相关，如图3所示。

钳位双子模块对外等效为电容Csm与二极管串联形式，二极管方向与电流流通方向相同。当桥臂电流为正时，钳位双子模块的端口电压为两个电容电压和；当桥臂电流为负时，钳位双子模块的端口电压为负的单个电容电压。

由上可知，当桥臂电流为正时，桥臂电压为2N倍电容电压(即电容电压总和)；当桥臂电流为负时，桥臂电压为-N倍电容电压。其中N为每桥臂钳位双子模块的个数。

对应半桥子模块当桥臂电流为正时，桥臂电压为2N倍电容电压(即电容电压总和)；当桥臂电流为负时，桥臂电压为零。(为对比，每桥臂取2N个半桥子模块)。

由此可知C-MMC拓扑中，AB相间电压为3N个子模块电容充电。整个A，B两相的充电回路及其简化充电回路如图4所示。而半桥子模块MMC(H-MMC)拓扑中，AB相间电压仅为2N个子模块电容充电。故C-MMC拓扑的充电率较H-MMC拓扑低。