[发明专利]一种特高压柔性直流全桥半桥混合换流器充电方法

说明书

本发明公开了一种特高压柔性直流全桥半桥混合换流器充电方法，所述全桥半桥混合换流器的每一个相单元包括上下两个桥臂单元，每个桥臂单元主要由全桥子模块和半桥子模块串联而成，所述方法包括：直流侧短接充电方式下触发全桥模块内的功率器件T2或T3，直流侧不短接充电方式下不可控充电阶段触发全桥模块内的率器件T1或T4，可控充电阶段通过触发全桥模块内的功率器件T1、T3或T2、T4，以提高全桥和半桥模块电容电压直至所有模块达到额定电压。本方法通过直流侧短接充电方式下触发全桥模块内特定功率器件T2或T3，只需下发模块功率器件触发命令，而无需引入交流电压等测量量，无需增加额外判据，即可实现全桥和半桥模块均能上电正常工作。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种特高压柔性直流全桥半桥混合换流器充电方法。

背景技术

模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter basedHVDC，MMC-HVDC)作为一种新型输电技术，凭借其模块化、低谐波含量、低损耗等优点，在大规模风电场并网、电网互联、直流输电等方面已广泛应用。目前国内外已有多项柔性直流工程投运，如国内的鲁西背靠背直流、南澳三端柔性直流示范工程、美国的Trans Bay Cable工程等，近年来柔性直流输电技术迅猛发展，已迈入特高压大容量柔性直流输电发展阶段。

全桥与半桥模块混合的MMC-HVDC系统如附图1所示，每个相单元由上下两个桥臂单元组成，每个桥臂单元由n个子模块串联组成，模块内部结构可以为半桥模块也可以为全桥模块，全桥与半桥模块比例不受限制，该半桥子模块包括T1和T2两个IGBT功率器件，对应并接T1和T2上的D1和D2两个反并联二极管及一电容C，该全桥子模块包括按照逆时针依次连接的T1、T2、T3、T4四个IGBT功率器件，对应并接T1、T2、T3、T4上的D1、D2、D3、D4四个反并联二极管及一电容C,L为桥臂电抗、U_dc为直流电压。

为进一步提升柔性直流输电系统传输容量和电压等级，特高压柔性直流输电工程采用两个阀组单元串联构成一极的对称双极系统主接线方式。为了使得换流器具有直流故障清除能力，并降低功率器件运行损耗，桥臂采用基于半桥和全桥子模块的混合型换流器，具有广阔的应用前景。

子模块的工作依赖于模块内自取能电源，在充电的初始阶段模块内电容电压较低，自取能电源无法启动，模块无法正常工作，因此采取合理的充电策略让所有模块能正常工作是换流阀运行的前提。柔性直流换流器充电模式主要有直流侧短接充电和直流侧不短接充电两种，直流侧短接充电是为特高压柔性直流阀组在线投入做好解锁前准备，在不控充电阶段为使半桥模块能充电需要在全桥模块上电后切除部分全桥模块，现有文献研究需采集各相相电压瞬时值并进行排序找出合适的桥臂切除模块，但阀控装置引入交流电压测量量，增加了设备运行风险。直流侧不短接充电是柔性直流换流器常用的充电方式，有文献提出了三段式充电策略，通过触发模块内特定功率器件切除部分模块，使模块电压可充电至额定值，但在整个充电过程中保持特定功率器件触发一段时间增加了功率器件损耗，影响器件使用寿命。在申请中，切除的定义是指：切除模块使模块电容不串联入充电回路中充电。

因此，有必要对半桥和全桥子模块混合型换流器的充电策略进行深入研究，为实际工程设计提供参考。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种特高压柔性直流全桥半桥混合换流器充电方法，以在直流侧短接或不短接充电方式下，通过触发全桥模块内特定功率器件可使半桥模块上电正常工作，并通过轮换触发全桥模块内特定功率器件，达到降低模块损耗的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：