[发明专利]一种MMC型柔性直流换流器在线无缝并网的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种MMC型柔性直流换流器在线无缝并网的方法。

背景技术

以可关断电力电子器件和脉宽调制技术(PWM)为基础的柔性直流输电技术发展迅速，相比常规基于晶闸管阀的直流输电(HVDC)，柔性直流输电其最大的特点是具有两个控制自由度，能够根据电网及负荷运行状况灵活控制换流站直流母线电压及功率情况，具有输出谐波小、交流场滤波设备少、对交流系统短路容量无要求、可与孤岛或海上平台联网、功率可四象限快速连续调节、便于组成多端直流网络等优点，随着大功率电力电子器件和电压源变流器技术的进一步成熟，柔性直流输电有望在大规模风电并网、海岛及钻井平台供电、负荷中心地区集中供电、大电网异步互联以及直流配网领域获得广泛应用。

西门子公司2010年在美国投运的400MW/±200kV跨湾工程首次采用了模块化多电平换流器(MMC)结构。如图1(a)所示，典型MMC拓扑结构包含三相，交流侧分别与三相交流电源v_sa,v_sb,v_sc连接，每相包含上下两个桥臂，每个桥臂串联多个子模块(SM)和一个电抗(Ls)，如图中虚线框所示；其中子模块(SM)拓扑结构如图1(b)所示，包含两个上下两个开关管S_u、S_d，其中每个开关管反并联一个二极管，每个SM并联一个电容C。

换流器一旦闭锁，即SM中上下开关管S_u、S_d均为关断状态，此时并联电容C通过放电电阻R放电，电容电压衰减，其衰减电路如图2所示，其中R为子模块放电电阻，P为子模块内取能元件功率，子模块电容电压U_C衰减规律可根据图2中的子模块等效放电电路表示为如下的方程形式：

CdUctdt=-UctR-PUc(t)]]>

采用MMC结构，避免了开关器件的直接串联，并且使直流输电变流器具备了多电平变流器的各种优点，使柔性直流输电技术进入了新的阶段。多端柔性直流输电技术在运行灵活性、可靠性上比两端柔性直流输电技术更有优势，同时构建多端柔性直流输电能够满足电网互联、城市电网供电、多个风电场(新能源)互联等需要，随着南澳三端柔性直流工程的成功投运，多端柔性直流输电系统在世界各地快速发展，而且，其技术可以借鉴到柔性直流配网领域。

但不论在多端柔性直流输电领域还是柔性直流配电领域，如何实现单个MMC型换流器平滑无缝地并入正在运行的柔性直流系统中是一个亟需解决的问题。尤其在柔性直流配电系统中，负荷端换流器投入与退出的频次更高，更需要有一种灵活、高效的并网方法。而基于MMC结构的柔性直流换流器要实现在线无缝并网存在以下问题：

若待并入的换流器位于孤岛或者海上平台等无源地区，由于没有交流电源可以给MMC换流器进行充电，只能直接闭合直流隔离刀闸，从直流线路侧(额定电压)给MMC的直流电容充电(初始电压为零)。合闸时刻的产生的过流可能引起整个直流系统的闭锁。若在直流侧加装充电限流电阻，充电过程有极大一部分能量损耗在限流电阻上，造成电能浪费。特别是在需要频繁并网的场合，如柔性直流配网领域，这种损耗累计起来造成的浪费也是非常可观的。

综上所述，研究一种灵活的MMC型柔型直流换流器在线无缝并网的方法，在多端柔性直流输电、柔性直流配电领域具有重要的意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是为解决已有技术存在的问题，提出一种MMC型柔性直流换流器在线无缝并网的方法，该方法利用小容量电池储能系统，为MMC型换流器充电，使其电容电压略高于额定值，然后切断充电电路，闭合换流器直流侧隔离刀闸，在不影响柔性直流系统稳定运行的前提下，实现MMC型换流器在线无缝并网。