[发明专利]模块化多电平多端柔性直流输电系统启动试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平多端柔性直流输电系统启动试验方法，尤其涉及并联式多端换流站柔性直流输电模块化多电平换流器的充电试验方法。

背景技术

用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(MMC)采用目前国际上较为流行的新型模块化多电平拓扑结构。其核心单元——子模块(SM)是由两个带有反并联二极管的可关断的电力电子开关器件和一个电容器构成的半桥结构。图1为模块化多电平换流器的结构示意图，其由三个相单元1组成，每个相单元包含上下对称的换流桥臂，而每个换流桥臂又由多个子模块2（图1中以三个为例）和一个桥臂电抗器L串联而成。多端连接方式与两电平和三电平柔性直流输电方式相同，采用T接换流站并联方式连接。

正常运行时，模块化多电平换流器通过控制子模块中两个开关器件的开通关断，合理地控制各相子模块的投入和切除数，可以得到不同的交流输出电压。换流器各相投入的子模块构成了直流侧电压。系统正常运行之前，需对换流器的电容进行预充电，保证换流器各站的各子模块电容电压达到额定值。待子模块的电容电压达到额定值后，换流器的站级控制切换至正常运行时的控制方式。

为了完成模块化多电平式柔性直流输电系统的正常启动，也即保证换流器各子模块电容的平稳、快速充电，可采取自励充电的方式，也可采用它励的方式。

目前国内外关于柔性直流输电系统启动控制主要的研究对象为两端系统，这些在控制策略上有共同之处，即均将换流器的充电过程分为闭锁和解锁两阶段。在闭锁情况下，交流系统通过与换流器自关断器件反并联的二极管，进行整流式充电，但经历此阶段，换流器电容电压和直流电压一般不会达到额定值，为了使电容电压和直流电压满足系统运行的要求，一种可行的办法即解锁换流器，通过直流电压控制器提升电容器和直流线路的电压。

多端模块化多电平换流器亦可采用与两端系统相似的充电控制策略，在换流器的闭锁阶段，闭合交流线路断路器，由交流系统对换流器进行整流式充电。多端柔性直流输电此过程的动态特性与两端系统一致，采取相同的限流措施，即在线路中串入一定阻值的限流电阻。当柔性直流输电系统用于向无源系统供电或作为黑启动电源时，须由一端交流系统同时向另外几个站充电，考虑到系统拓扑结构特点，同时考虑到远端几个站存在解锁先后的顺序问题，后解锁的换流站由于解锁造成充电回路等效电容发生变化，从而将引起后解锁换流站和已解锁换流站间电流震荡，震荡形成过程较为复杂。以三端系统启动过程为例，站1将交流系统引至换流器，站1充电并通过直流线路给其余两个远端换流站充电。此时远端(相对于交流系统)的两个换流站其子模块电容电压将小于或等于站1的一半。假设站2已解锁将其子模块电容充电至额定值，当远端站3解锁控制投入正常运行的子模块数量时，由于会造成远端站3的充电回路中串联等效电容个数减少至少一半，该站直流侧电压也降低至少一半。此时，充电回路突变，站1、站2同时向站3馈入能量，造成站间电流过冲及震荡。

专利“无需辅助直流电源的三相模块化多电平换流器启动方法”（专利号ZL201010141636.X），提出了一种在无需辅助直流电源的情况下，三相模块化多电平换流器的自励充电方法，该方法用交流系统线电压替代上文中的直流电压源，通过检测桥臂电流流向和各子模块电容电压来，控制各桥臂子模块的开关状态，完成换流器的子模块的充电。具体过程为：通过限流电阻将交流电压引至换流器，给所有子模块上下开关器件予关断信号，检测各桥臂的电流，当电流与充电方向一致时，给待充电子模块下开关器件予触发信号，该子模块充电；当电流与充电方向相反时，给该子模块下开关器件予关断信号，该子模块电压得以保持，如此反复，待子模块电容电压达到额定时，触发开通该子模块下开关器件，该子模块的充电完毕，可转而对下一个子模块进行充电，重复上述步骤，直至桥臂所有的子模块电容电压均达到额定值附近，换流器完成充电。此方法只涉及了换流器的充电启动过程，没有涉及系统中直流线路与其他设备的充电过程。