[发明专利]一种背靠背半桥型MMC电路的无源侧功率单元预充电方法

说明书

本发明公开了一种背靠背半桥型MMC电路的无源侧功率单元预充电方法，背靠背半桥型MMC电路包括依次连接的有源侧整流电路、直流母线、无源侧逆变电路和变压器，有源侧整流电路三相上下桥臂均为N个串联的有源侧功率单元，无源侧逆变电路三相上下桥臂均为N个串联的无源侧功率单元，功率单元均为半桥型MMC电路。本发明的启动预充电方法，不需采集各功率单元的直流电压值，不需排序算法。本发明方法主要通过轮换斩波控制提升无源侧功率单元直流电压，之后再配合系统正常运行时所采用的电压电流双环控制，大幅降低直流母线电压的波动，方法简单可靠，更适用于工程实践。

技术领域

本发明属于电工技术领域，主要涉及一种背靠背半桥型MMC电路的无源侧功率单元预充电方法。

背景技术

背靠背模块化多电平换流器(MMC)具有结构简单、拓展性强、直流母线无需电容支撑等独特的技术优势，因此在高压大容量电能变换领域得到广泛研究。半桥型拓扑作为主要的MMC子模块可选结构，在MMC-HVDC工程中得到普遍应用。

背靠背半桥型MMC的启动是首先要解决的问题。目前，预充电方法主要分为自励和他励两种。从经济性的角度看，自励的成本明显低于他励，因此研究自励充电的方法很多。

现有自励充电技术都分两部分，第一部分是不控充电，第二部分是可控充电。其主要目的是：在有源侧变换器或无源侧变换器功率单元充电时，尽可能减少功率单元对电网的影响以及尽可能减少中间直流母线的电压波动，使系统或装置内的功率单元能平稳启动，达到额定工况。

现有技术中有中国专利文件CN102983568A公开了一种用于电网黑启动的MMC-HVDC换流站启动方法，该专利通过判断子模块电容电压值大小进行轮换充电；中国专利文件CN104821712A公开一种MMC-MTDC系统协调启动控制方法，该专利在可控充电阶段，计算出切除模块数量后按照子模块电压值大小进行充电；中国专利文件CN108933543A公开了一种背靠背MMC结构中逆变器的预充电控制方法，它的主要思想是通过控制电流大小精确计算充电时间，从而完成充电。

基于背靠背MMC拓扑的功率单元预充电方法本质上对直流母线过电压、网侧过电流、功率单元均压三方面的平衡。相比他励充电方式，自励充电方式成本低，为大部分工程项目所采用。现有的自励充电方法不断检测子模块直流电压，然后将子模块按电压大小排序并分组充电。这种方法虽然可行，但对于启动过程，没有必要这么复杂。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种背靠背半桥型MMC电路的无源侧功率单元预充电方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种背靠背半桥型MMC电路的无源侧功率单元预充电方法，包括步骤：

(1)闭合第一充电电阻支路开关，断开第一充电电阻旁路开关，闭合第一直流母线开关和第二直流母线开关，断开变压器支路开关，断开第二充电电阻旁路开关和第三充电电阻旁路开关，断开第二充电电阻支路开关和第三充电电阻支路开关；功率单元开始自动充电，有源侧功率单元直流电压达到U_dcp＝1.35V_L/2N，式中，V_L为输入线电压值，N为单桥臂模块数，无源侧功率单元直流电压达到U_dcp/2，完成充电阶段Ⅰ；

(2)通过电压外环电流内环双环控制有源侧功率单元直流电压达到控制目标电压U_dcr，直流母线电压升高达到额定电压U_dc，无源侧功率单元直流电压升高为U_dcr/2，完成充电阶段Ⅱ；

(3)闭合第一充电电阻旁路开关，有源侧功率单元预充电过程结束；

(4)将无源侧逆变电路的三相桥臂功率单元分相分组，使每一相功率单元的分组以及充放电顺序相同。之后通过程序控制充放电时间，先后切换每组功率单元充放电，完成充电阶段Ⅲ；