一种全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法与流程

本发明涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法。

背景技术：

模块化多电平换流器(mmc)是目前国际上发展较为迅速的一种柔性直流输电拓扑结构，目前，工程上所用的模块化多电平结构多为半桥型，其因所用开关器件相对较少，损耗小，造价低等优势被广泛使用，但其无法隔离直流故障，不适用于长距离架空线路，降低了柔性直流输电系统的运行可靠性及适用范围。

全桥型子模块具备直流故障隔离的能力，但其开关器件比半桥子模块多，损耗大，造价高，增加了系统的建设成本，降低了系统运营收益。

基于全桥与半桥子模块混合型的模块化多电平换流器相比于全桥结构，在具备直流故障隔离的能力的基础上，降低了成本与损耗，具有很好的技术前景。

但全桥与半桥混合型换流器在交流不控充电启动时，其不同结构的子模块的对外特性不完全一致，将导致在参数设计一致的情况下，全桥与半桥的充电电压不一致；若在子模块带电后直接解锁换流器，将产生较大的电流冲击，为了减少子模块充电及启动期间对电网及一次设备的冲击，一种合理有效的模块化多电平柔性直流输电换流器启动方法是必不可少的。

中国专利申请201510600148.3全桥与半桥子模块混联的模块化多电平换流器启动方法，重点介绍了一种全桥与半桥子模块混联的模块化多电平换流器及启动方法，其所介绍的混联型换流器子模块参数设计不一致，全桥子模块的电容值设置为半桥子模块电容值的二倍，以此来抑制交流不控充电阶段全桥与半桥子模块充电的不一致。但这会造成全桥子模块电容值过大，大幅增加子模块的制造成本及系统的建设成本，在高压大功率的运行情况下，现有的子模块电容器制造工艺甚至无法制造出满足全桥子模块使用的电容器，同时该专利只考虑到抑制交流不控充电时不同子模块充电电压的不一致，但其所用设计方法在换流器通过直流侧充电时会出现半桥子模块电压是全桥子模块电压的二倍，这在工程中是不可取的。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法，用以解决全桥与半桥混合型模块化多电平换流器在交流侧不控充电过程中不同子模块充电电压不一致的情况；保证子模块在启动过程中的电压一致性，避免不同子模块电容电压不均匀引起的启动失败及保护闭锁。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法，全桥与半桥混合型模块化多电平换流器包括三个相单元，每个相单元包括结构相同的上桥臂与下桥臂，每个桥臂有a个全桥子模块、b个半桥子模块及桥臂电抗器组成；

其中，全桥子模块和半桥子模块的额定直流电压及子模块电容均相同；

全桥子模块的个数a大于等于满足直流双极短路故障下隔离直流故障所需全桥子模块数的最小值，根据不同的系统及主回路参数，全桥子模块数与半桥子模块数的比例不同；

多电平换流器启动方法包括以下步骤：

a、闭合换流器交流侧的交流断路器，电源通过启动电阻给换流器的子模块不控充电，此时换流器的全桥子模块充电电压约为半桥子模块充电电压的2倍；

b、当换流器各个子模块电压达到取能回路工作门槛值后，各子模块与阀控系统建立通讯，通过触发全桥子模块的igbt，使全桥子模块的对外特性与半桥子模块一致，系统通过启动电阻对所有的子模块进行二次不控充电；

c、检测直流电压，当直流电压达到设定值时，旁路换流站的启动电阻；

d、解锁换流站，控制切除桥臂中的子模块，其余子模块保持原先闭锁不投入状态；通过逐渐增加子模块切除数量的方式给子模块充电，并投入子模块均压控制，当切除数量达到预设值时，不再增加子模块切除数量，直至全桥及半桥电压达到一致；

e、换流站启动直流电压控制，直至直流电压及所有子模块充电至额定电压，充电完成。

进一步，所述步骤d中子模块均压控制为：当桥臂电流方向为子模块充电方向时，切除所有子模块中电压最大的n个子模块；当桥臂电流方向为子模块放电方向时，切除所有子模块中电压最小的n个子模块，其中n为设置的切除子模块数，由系统主回路参数、全桥与半桥的比例及允许的子模块充电电压最大值限定。

进一步，所述步骤e中换流站通过带斜率控制的直流电压控制，直至直流电压及所有子模块充电至额定电压。

进一步，所述步骤b中，通过对全桥子模块进行触发，使全桥子模块的对外特性与桥臂中的半桥子模块一致，通过改变全桥子模块的对外特性，使系统通过启动电阻对所有的子模块进行二次不控充电。

进一步，初始不控充电时，全桥子模块的电压为半桥子模块电压的二倍。

本发明的全桥与半桥混合型模块化多电平换流器启动方法，当换流器各个子模块电压达到取能回路工作门槛值后，通过触发全桥子模块的igbt使全桥子模块的对外特性与半桥子模块一致，系统通过启动电阻对所有的子模块进行二次不控充电；可解决因不同子模块间充电特性不一引起不同子模块间充电电压不一致的情况，降低混联型模块化多电平不控充电后直接解锁所带来的电流冲击，避免不同子模块电容电压不均匀引起的启动失败及保护闭锁。

附图说明

图1为全桥与半桥混合型模块化多电平换流器结构

图2为半桥型子模块(hbsm)拓扑结构

图3为全桥型子模块(fbsm)拓扑结构

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。交直流两种情况。

如图1-3所示，本发明实施例的全桥与半桥混合型模块化多电平柔性直流输电换流器包括三个相单元，每个相单元包括结构相同的上桥臂与下桥臂，每个桥臂有a个全桥子模块(fbsm)、b个半桥子模块(hbsm)及桥臂电抗器组成；

其中全桥子模块与半桥子模块的额定直流电压与子模块电容均相同；

全桥子模块的个数大于等于满足直流双极短路故障下隔离直流故障所需全桥子模块数的最小值，根据不同的系统及主回路参数，全桥子模块数与半桥子模块数的比例会有所不同。

本发明所述的全桥与半桥混合型模块化多电平柔性直流输电换流器启动方法，包括：

a、闭合换流器交流侧的交流断路器，电源通过启动电阻给换流器的子模块不控充电，此时该站全桥子模块充电电压约为半桥子模块充电电压的2倍；

b、当换流器各个子模块电压达到取能回路工作门槛值后，各子模块与阀控系统建立通讯，此时通过触发全桥子模块的igbt，使全桥子模块的对外特性与半桥子模块一致，系统通过启动电阻对所有的子模块进行二次不控充电；(此时给换流器所有全桥子模块的igbt4触发信号，保持igbt4闭合，系统通过启动电阻对所有的子模块进行二次不控充电)。

c、检测直流电压，当直流电压达到设定值时，旁路换流站的启动电阻；

d、解锁换流站，控制切除桥臂中的子模块，其余子模块保持原先闭锁不投入状态；通过逐渐增加子模块切除数量的方式给子模块充电，并投入子模块均压控制，因充电回路中的子模块数量减少，子模块的充电电压将随着切除数量的增加而变大，当切除数量达到预设值时，不再增加子模块切除数量，通过子模块的均压控制，直至全桥及半桥电压达到一致；

所述子模块的均压控制方法为：当桥臂电流方向为子模块充电方向时，切除所有子模块中电压最大的n个子模块，其中n为设置的切除子模块数；当桥臂电流方向为子模块放电方向时，切除所有子模块中电压最小的n个子模块，其中n为设置的切除子模块数。

所述的设置切除子模块数n由系统主回路参数、全桥与半桥的比例及允许的子模块充电电压最大值限定；因初始不控充电时，全桥子模块的电压为半桥型的二倍，在二次不控充电后，全桥型子模块的电压仍比半桥型子模块高，若持续减少n，则可能出现全桥子模块电压已超过额定电压，而半桥型子模块仍低于额定电压，因此可由系统参数及允许的子模块充电电压最大值来限定n的最大值。

e、换流站启动带斜率控制的直流电压控制，直至直流电压及所有子模块充电至额定电压，充电完成。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所述领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。