[发明专利]一种混合MMC换流器单元投退时的子模块稳压控制方法

说明书

本发明涉及一种混合MMC换流器单元及其投退时的子模块稳压控制方案，混合MMC换流器单元由直流场开关和混合MMC换流器构成，其中混合MMC换流器各桥臂至少含有一个半桥子模块和/或钳位双子模块，并含有一定比例的全桥子模块，在待投退混合MMC换流器低直流电压运行时，控制该MMC换流器子模块电压升高，在待投退MMC换流器高直流电压运行时，控制该MMC换流器子模块电压恢复正常。本发明应用于含有混合MMC换流器的串联型直流输电系统MMC换流器单元在线投入和退出过程，可在全桥子模块配比较低且直流电压调节时间较长时维持各类子模块电压的稳定，具有控制简便，避免增加设备成本，实用性和经济性强的优势。

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种混合MMC换流器单元投退时的子模块稳压控制方法。

背景技术

近年来，以模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)为基础的柔性直流输电技术具有能够准确、快速地控制与交流电网交换的有功功率和无功功率，谐波特性好，无换相失败等优势，成为直流输电技术新的发展方向。特别是其采用子模块级联的拓扑结构，易于达到高电压等级，极大的提升了柔性直流输电工程的可行性，促进了柔性直流输电技术和混合直流输电技术的发展及其工程推广应用，也使得特高压柔性直流输电和特高压混合直流输电技术的发展应用成为可能。

然而目前，由于MMC子模块由单个功率器件构成，电压等级很低，应用于特高压系统时导致子模块数量成倍增加，使得换流器电路受控节点数大大增大，对控制硬件和软件的要求极高，且受到换流变压器容量限制，因此MMC应用于特高压直流系统时，多采用基本换流器单元串联运行的结构形式。同时为了增加系统运行灵活性和可靠性，借鉴常规特高压直流系统技术经验，要求具备单个换流器单元的在线投入和退出控制功能，且不影响其余换流器单元的稳定运行。

对于柔性直流输电换流器单元而言，在线投入和退出功能要求换流器单元的直流电压可以在略低于零的值至额定值范围内调节，这就使得待投入或退出的换流器需采用含有负电压输出能力的全桥子模块的MMC拓扑，一般为了节约成本，常采用全桥子模块与半桥子模块或钳位双子模块等多种子模块构成的混合MMC换流器方案，且单个桥臂中全桥子模块配比需至少达到50％以满足直流电压调节范围要求。

此外，在待投退的混合MMC换流器直流电压调节过程中，其交流功率和交流电流幅值也将随之在零到正常值范围内变化，而为了不影响其余换流器单元的稳定运行，系统直流电流则可能保持不变或处于较大数值，这意味着换流器的桥臂电流可能在一段时间内持续为正或负。全桥子模块由于具有正、负压输出能力，因此可以通过改变输出的电压正负实现子模块电容充、放电，从而保证子模块电压稳定；相比而言，半桥子模块和钳位双子模块仅能输出正电压，则其在恒定正或负方向的桥臂电流下必定一直充电或放电，使其子模块电压失去稳定，若该阶段持续时间较长，必然导致子模块过、欠压，使得系统故障停运。

以如图1和图2所示的特高压直流系统单端单级系统和单个混合MMC换流器为例来进行说明。单端系统由两个混合MMC换流器单元串联构成高低阀组拓扑型式，各换流器单元均由直流场开关和混合MMC换流器构成，直流场开关用于在主回路层面投入或切除该换流器，各混合MMC换流器均为由全桥、半桥两种子模块构成的混合子模块式MMC。

以高端换流器单元投入工况为例来进行分析。对于退出工况，它是投入工况的逆过程，故不再进行分析，且此处主要对受端MMC站的投入过程进行说明。MMC换流器单元投入包括三个阶段：1)投入前，仅低端换流器单元运行，此时高端换流器单元直流场开关设备旁路刀闸BPI、隔离开关Q1、Q2以及高速旁路开关BPS的状态分别为1，0，0，0(1代表开关合闸，0代表开关断开)；2)投入初期，在MMC零直流电压运行状态下，通过直流场开关的操作，使得直流线路电流由旁路刀闸逐渐转移至MMC高端换流器单元，最终直流场开关设备旁路刀闸BPI、隔离开关Q1、Q2以及高速旁路开关BPS的状态分别为0，1，1，0；3)此后，MMC高端换流器单元逐渐抬升直流电压及有功功率直至正常运行水平。