一种柔性直流输电的mmc系统软启动并网方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法,所述方法包括：MMC换流阀控制模式设置为直流电压平衡控制模式；闭合交流侧电源开关，对SM子模块的电容进行预充电，MMC换流阀处于闭锁状态；下发解锁指令，SM子模块的电容继续充电；SM子模块的直流电压达到稳态时，下发闭锁指令，然后旁路充电电阻；下发解锁指令，软启动控制策略开始，直流母线侧电压缓慢抬升至额定值，至此单端MMC换流阀整个启动过程完毕；另一端MMC换流阀按照上述步骤进行充电，也可同时进行。采用本方法的启动逻辑，在保持并网冲击电流小于额定电流的前提下，可大大提高充电电阻阻值、降低充电电流，大幅缩小电阻功率和体积。
【专利说明】
一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法。
【背景技术】
[0002]模块化多电平换流阀MMC(modular multilevel conventer)作为一种新型电压源型换流阀VSC(voltage source conventer)，已经成功应用于柔性直流输电系统中。MMC拓扑结构参见I，由六个桥臂构成，其中每个桥臂由N个相互连接且结构相同的子模块SM与一个电抗器L串联构成，同相上、下两个桥臂构成一个相单元。六个桥臂具有对称性，即各子模块的参数和各桥臂电抗值都是相同的。其中一个子模块SM的结构参见图2，1)闭锁状态:VI，V2均截止，电流由B经D2流向A，A、B间相当于短路，或由A经D1、C流向B，电容器充电，正常运行时，不允许出现这种状态;2)投入状态:VI开通，V2截止。电流由B经C，VI流向A，模块电容器放电，或由A经Dl，C流向B，电容器充电，此时A、B间电压为电容器电压;3)旁路状态:V2开通，Vl截止，电流由B经D2流向A，或由A经V2流向B，此时A、B间电压仅为D2或V2的正向压降，几乎为O。通过开关状态的切换，可实现对SM输出电压的控制。快速旁路开关KM，用于快速切除SM故障时的故障SM，从而使换流阀能工作于降压运行状态而不会造成断电。晶闸管V3用于在系统发生直流侧短路故障时，在交流侧断路器断开前分流IGBT模块反并联二极管的电流，降低二极管损坏的几率，提高系统可靠性。
[0003]图3是一种两电平拓朴结构的柔性直流输电系统，其左、右侧结构相同，分别包括交流电源、电缆、变压器、充电电阻，电感、换流站，所述换流站采用MMC换流阀；其左、右侧换流站之间连接有直流母线。
[0004]—般工程应用中MMC充电启动过程为:带充电电阻进行预充电(SM处于闭锁状态)，然后旁路电阻，由于去掉电阻分压，MMC充电电压会再继续上升一点，达到稳态后直接开脉冲抬直压至额定电压。为确保旁路充电电阻时的冲击电流不能过大，必须要求电阻分压(阻值)越小越好，一般工程应用选取阻值为保证充电电流接近额定电流。这样会带来网侧额定电压下的充电电阻功耗大，导致电阻体积过大、成本上升和安装占地面积过大等诸多问题。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，能大幅降低充电电阻成本及体积的同时，在较大压差的情况下并网，冲击电流在系统可承受范围内，甚至可达到零冲击，具有很强的适应性。
[0006]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:
一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，所述方法包括以下步骤:
a.MMC换流阀控制模式设置为直流电压平衡控制模式；
b.闭合交流侧电源开关，通过充电电阻对SM子模块的电容进行预充电，此阶段MMC换流阀处于闭锁状态；
c.下发解锁指令，SM子模块的电容继续充电； d.SM子模块的直流电压达到稳态时，下发闭锁指令，然后旁路充电电阻；
e.下发解锁指令，软启动控制策略开始，直流母线侧电压将缓慢抬升至额定值，至此单端MMC换流阀整个启动过程完毕；
f.另一端MMC换流阀按照上述步骤进行充电，也可同时进行；
g.两端MMC换流阀并网运行后，切换到相应的控制模式，再合直流母线开关；
h.至此，整个MMC系统启动完毕。
[0007]进一步，所述充电电阻采用阻值为500欧姆至1000欧姆的电阻。
[0008]进一步，步骤d中，SM子模块的直流电压达到稳态时的直流电压与额定电压之间还有差距。
[0009]进一步，步骤e中，所述软启动控制策略具体是:旁路掉充电电阻后并网时刻，电流内环及电压外环控制策略开始起作用，电压外环的给定为当前直流电压，然后采用一定的时序使电压由外环给定值缓慢增长至额定值，实现整个软启动过程稳定可控。
[0010]本发明的有益效果是:
1.充电电阻阻可根据实际工况选取较大阻值，可大幅降低电阻体积和成本；
2.米用软启动控制策略，确保在大压差并网时冲击电流在系统可承受范围内；
3.充电启动过程对MMC模块零冲击，大大延长电力电子元器件寿命。
【附图说明】
[0011]以下结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0012]图1是模块化多电平换流器MMC的拓扑结构；
图2是模块化多电平换流器MMC中的子模块SM的拓扑结构；
图3是两电平拓朴结构的柔性直流输电系统；
图4是基于PS頂的MMC柔性直流输电系统仿真模型结构图；
图5是基于PSIM的MMC柔性直流输电系统的仿真结果波形图；
图6是RT-LAB动态模拟试验一的波形图；
图7是RT-LAB动态模拟试验二的波形图；
图8是RT-LAB动态模拟试验三的波形图。
【具体实施方式】
[0013]本发明的一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，所述方法包括以下步骤:
a.MMC换流阀控制模式设置为直流电压平衡控制模式；
b.闭合交流侧电源开关，通过充电电阻对SM子模块的电容进行预充电，此阶段MMC换流阀处于闭锁状态；
c.下发解锁指令，SM子模块的电容继续充电；
d.SM子模块的直流电压达到稳态时，直流电压与额定电压之间还有差距，此时下发闭锁指令，然后旁路充电电阻；
e.下发解锁指令，软启动控制策略开始，直流母线侧电压将缓慢抬升至额定值，至此单端MMC换流阀整个启动过程完毕；
f.另一端MMC换流阀按照上述步骤进行充电，也可同时进行； g.两端MMC换流阀并网运行后，切换到相应的控制模式，再合直流母线开关；
h.至此，整个MMC系统启动完毕。
[0014]由于充电电阻的阻值较大，旁路充电电阻后并网时压差较大，非常容易引起大电流冲击，所以必须采用一种有效的控制策略来避免冲击，本专利采用了软启动控制策略，能够在较大压差的情况下并网达到很小的冲击电流。旁路掉充电电阻后并网时刻，电流内环及电压外环控制策略开始起作用，电压外环的给定为当前直流电压，然后采用一定的时序使电压由外环给定值缓慢增长至额定值，实现整个软启动过程稳定可控。
[0015]采用本方法的启动逻辑，在保持并网冲击电流小于额定电流的前提下，可大大提高充电电阻阻值、降低充电电流，大幅缩小电阻功率和体积。整个启动过程平滑可控。其中，所述充电电阻优选采用阻值为500欧姆至1000欧姆的电阻。
[0016]参照图4，我们在PS頂仿真系统软件上搭建MMC柔性直流输电仿真系统，以1kV为例，并针对大电阻充电启动做了一系列仿真。由于大电阻充电时达到稳态时间太长，为加快仿真时间，选取充电电阻为600欧姆。从仿真结果上看，MMC启动并网采用本专利也能够达到小充电电阻的并网冲击电流效果。
[0017]参照图5，仿真参数为:网侧额定电压为10kV，充电电阻为600欧姆，单个桥臂10个子模块SM，系统额定容量为2MW，直流母线额定直压为20kVDC。仿真过程为:预充电至0.8s，下发解锁信号抬升直压，至1.5s闭锁。1.6s旁路充电电阻，1.7s下发解锁信号，此时冲击电流峰值达到250A左右，开启软启动逻辑策略，2.5s软启动策略结束，整个启动并网流程完成，直流母线直压稳定在20000VDC。
[0018]我们还搭建了一套柔性直流输电MMC控制柜并做了 RT-LAB动态模拟试验，换流阀单个桥臂10个子模块SM，子模块SM额定电压为2000V，直流母线总直压为20000V，网侧电压为10kv，验证了 30欧电阻及1000欧电阻采用本专利软起方式及采用直接并网方式的几种启动并网过程。
[0019]参照图6，试验一采用本方法软启动方式，IK Ω充电电阻，冲击电流为200A;参照图7，试验二采用直并网方式，IK Ω充电电阻，冲击电流为900A;参照图8，试验三采用直并网方式，30 Ω充电电阻，冲击电流为400A。三个试验结果表明，大电阻时采用本方法启动方式也能大幅降低冲击电流。
[0020]以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: MMC换流阀控制模式设置为直流电压平衡控制模式； 闭合交流侧电源开关，通过充电电阻对SM子模块的电容进行预充电，此阶段MMC换流阀处于闭锁状态； 下发解锁指令，SM子模块的电容继续充电； SM子模块的直流电压达到稳态时，下发闭锁指令，然后旁路充电电阻； 下发解锁指令，软启动控制策略开始，直流母线侧电压将缓慢抬升至额定值，至此单端MMC换流阀整个启动过程完毕； 另一端MMC换流阀按照上述步骤进行充电，也可同时进行； 两端MMC换流阀并网运行后，切换到相应的控制模式，再合直流母线开关； 至此，整个MMC系统启动完毕。2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，其特征在于，所述充电电阻采用阻值为500欧姆至1000欧姆的电阻。3.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，其特征在于，步骤d中，SM子模块的直流电压达到稳态时的直流电压与额定电压之间还有差距。4.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电的MMC系统软启动并网方法，其特征在于，步骤e中，所述软启动控制策略具体是:旁路掉充电电阻后并网时刻，电流内环及电压外环控制策略开始起作用，电压外环的给定为当前直流电压，然后采用一定的时序使电压由外环给定值缓慢增长至额定值，实现整个软启动过程稳定可控。
【文档编号】H02M1/36GK105939101SQ201610141442
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】蓝竞豪, 黎林, 周立专
【申请人】广东明阳龙源电力电子有限公司