[发明专利]一种全桥型MMC-HVDC的启动方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统输配电领域，具体地说是一种全桥型MMC-HVDC的启动方法。

背景技术

近年来，半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)成为基于电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)领域的研究热点。与传统VSC-HVDC相比，MMC-HVDC具有较低的谐波含有率、直流侧无需并联电容、良好的动态特性等优势。

世界上第一个MMC-HVDC工程“Trans Bay Cable Project(TBC)”已于2010年在美国投入运行，该工程额定容量400MW，直流电压±200kV。目前全世界在建的MMC-HVDC工程有4项，并且将全部于2013年完工。其中，由西门子公司承建的法国至西班牙的“INELFE”工程额定传输容量为2×1000MW，直流电压±320kV。

全桥型MMC(FB-MMC)也是一种非常重要的MMC拓扑，其基本控制与调制策略与HB-MMC类似，由于其拓扑结构差异，FB-MMC-HVDC系统具有穿越严重直流故障的能力，是一种未来的趋势。但是，其启动方法尚无文献报道。

目前HB-MMC-HVDC的启动过程一般采取“两段式”启动，分为不控启动阶段和可控启动阶段，但HB-MMC的“两段式”启动不能直接应用于FB-MMC：若在不控启动阶段，将FB-MMC的子模块全部闭锁，最终充电的结果是上、下桥臂子模块输出电压大小相等、方向相反，因此直流电压为0；在可控启动阶段，采取定直流电压控制，则直流电压从0迅速升至直流电压参考值，这将使直流电缆承受巨大的电压变化率。

发明内容

本发明的目的是提供一种全桥型MMC-HVDC的“两段式”启动方法，以保证在不控启动阶段实现电容从交流系统取能充电，同时避免直流电缆承受巨大的电压变化率，在可控启动阶段直流电压升至额定直流电压值。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种全桥型MMC-HVDC的启动方法，其特征在于：启动方法分为不控启动阶段和可控启动阶段；在不控启动阶段，通过控制子模块触发脉冲和串联限流电阻实现电容预充电并保证充电阶段不产生过流，不控启动阶段结束时将限流电阻短路；在可控启动阶段，利用全桥型MMC触发系统，通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压，完成启动过程。

通过控制子模块触发脉冲实现电容预充电的具体要求如下：在不控启动阶段，规定六个桥臂的桥臂电流正方向为自上向下，当桥臂电流I_arm>0时，令其全部全桥子模块（FBSM）输出正电压；当桥臂电流I_arm<0时，令其全部全桥子模块输出电压为0，直至直流电压升高至交流侧线电压峰值。

可控启动阶段通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压的具体要求如下：换流器的触发脉冲由主控制器决定，换流器直流母线电压在定直流电压控制模式下，从最大值U_dcmax逐步上升至额定值U_ref，电缆缓慢被充电，保证系统的安全性，最终完成启动过程。

本发明保证了全桥型MMC-HVDC在不控启动阶段实现电容从交流系统取能充电，同时避免了直流电缆承受巨大的电压变化率，在可控启动阶段使直流电压升至额定直流电压值。

附图说明

图1为全桥型MMC-HVDC的拓扑结构。

图2为半桥子模块（HBSM）拓扑结构。

图3为FBSM拓扑结构。

图4a为IGBT闭锁时HBSM子模块的充电回路。

图4b为IGBT闭锁时FBSM子模块的充电回路。

图5为A、B相间的RLC等效电路。

图中各符号：图1中，A,B,C,表示换流器交流侧三相；SM1，SM2，…，SMn表示换流器某桥臂中第1,2,…,n个子模块；L_s表示桥臂电抗器；U_dc表示换流器正负极直流母线间的电压差；S表示上桥臂，X表示下桥臂。

图2中，T1，T2，T3，T4分别表示FBSM中四个IGBT，D1，D2，D3,D4分别表示相应IGBT的反并联二极管；C₀表示FBSM中电容器；U_c表示电容电压；U_SM表示子模块端口输出电压。

图3中，T1，T2，分别表示HBSM上下两个IGBT，D1，D2，分别表示相应IGBT的反并联二极管；C₀表示HBSM电容器；U_c表示子模块电容电压；U_SM表示子模块端口输出电压。