一种半波交替型模块化多电平换流器启动方法

本发明涉及供电电力系统，特别是涉及一种半波交替型模块化多电平换流器启动方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)的柔性直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current，vsc-hvdc)因为具有不依赖电网换相、可孤岛运行、波形质量高、损耗低、可独立调节有功和无功功率等突出优势而成为研究热点。mmc在进入稳态运行之前必须完成对各个子模块电容的充电，否则在启动瞬间将在桥臂造成严重的浪涌电流，容易对开关器件和电容造成不可逆损害；为使得子模块的电容电压被充到额定值，通常需要通过不控充电和可控充电两个阶段对mmc进行相应的控制和充电。

3、半波交替型模块化多电平换流器(alternating half wave mmc，ahw-mmc)在综合了常规mmc换流器优点的同时还具有更低的子模块数量；同样，ahw-mmc在启动时也需要对子模块电容进行充电，以便于其平滑的进入稳态运行工况。

4、在传统的mmc充电过程中，不控充电是子模块充电过程的必要步骤，由于mmc是不具有切换开关和引导开关结构的，所以在接入交流电源后，电流可自然流通以对子模块进行不控充电；

5、但是，对于ahw-mmc来说，若直接运用mmc的启动策略对ahw-mmc进行不控充电，相单元中的切换开关和引导开关不加以配合控制的话，整形电路将无法形成充电回路来对子模块进行充电，而目前还尚未有一种适用于ahw-mmc充电启动时的控制策略。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种半波交替型模块化多电平换流器启动方法，提出一种分别适合于全桥型和半桥型半波交替型模块化多电平换流器的启动方法，根据全桥型和半桥型的电路特点，有策略的控制切换开关和引导开关的配合对子模块电容进行充电，启动过程无需控制子模块的投切状态。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种全桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，所述全桥型半波交替型模块化多电平换流器包括三相相单元，每相相单元均包括第一引导开关、复用桥臂、第二引导开关、第一切换开关和第二切换开关，复用桥臂包括若干个级联的全桥子模块，复用桥臂的两端分别通过第一引导开关和第二引导开关连接至直流侧端口，复用桥臂两端的交流输出端口分别通过第一切换开关和第二切换开关连接至交流电网；

4、具体包括：

5、导通a相相单元中的第一引导开关、第二引导开关和第一切换开关，闭锁第二切换开关，导通b相相单元和c相相单元中的第一引导开关和第二切换开关，闭锁b相相单元和c相相单元中的第二引导开关和第一切换开关；

6、获取充电过程中全桥子模块电容电压；

7、若a相相单元中全桥子模块电容电压达到额定值，则闭锁a相相单元中的第二引导开关；

8、若b相相单元和c相相单元中全桥子模块电容电压均达到额定值，则闭锁三相相单元中的第一引导开关；

9、直至所有全桥子模块电容电压均达到额定值，则闭锁所有开关。

10、作为可选择的实施方式，所述第一切换开关和第二切换开关均采用双向型切换开关，所述第一引导开关和第二引导开关均由多个igbt开关单元串联构成，每个igbt开关单元均包括igbt开关管和反向并联的二极管。

11、作为可选择的实施方式，对于a相相单元中的充电电流通路，基于第二引导开关中二极管的单向导电特性，充电电流从a相单向流通到b相和c相进行充电。

12、作为可选择的实施方式，对于b相相单元和c相相单元中的充电电流通路，产生的线电压和待充电的全桥子模块构成双向导通的电流通路，充电电流对b相相单元和c相相单元中的全桥子模块无论正反都能进行充电。

13、作为可选择的实施方式，b相相单元和c相相单元中的充电电流通路相同，且全桥子模块电容电压的响应相同，a相相单元中的充电电流通路与b相相单元和c相相单元的充电电流通路不对称，且全桥子模块电容电压的响应不同于b相相单元和c相相单元。

14、第二方面，本发明提供一种半桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，所述半桥型半波交替型模块化多电平换流器包括三相相单元，每相相单元均包括第一引导开关、复用桥臂、第二引导开关、第一切换开关和第二切换开关，复用桥臂包括若干个级联的半桥子模块，复用桥臂的两端分别通过第一引导开关和第二引导开关连接至直流侧端口，复用桥臂两端的交流输出端口分别通过第一切换开关和第二切换开关连接至交流电网；

15、具体包括：

16、导通三相相单元中的第一引导开关和第二引导开关，闭锁第一切换开关和第二切换开关；

17、获取充电过程中半桥子模块电容电压；

18、若三相相单元中的半桥子模块电容电压均达到额定值，则闭锁所有的引导开关。

19、作为可选择的实施方式，三相相单元的充电电流通路是对称的，且三相相单元的半桥子模块电容电压的响应相同。

20、作为可选择的实施方式，第一切换开关和第二切换开关均采用单向耐压型桥臂切换开关，单向耐压型桥臂切换开关包括若干个串联的igbt开关单元，且至少有一个igbt开关单元反向串联，每个igbt开关单元均包括igbt开关管和反向并联的二极管。

21、作为可选择的实施方式，根据第一切换开关和第二切换开关中反并联二极管的单相导通作用，充电电流通路在电流的正半周期和负半周期不相同，且在过零时改变。

22、作为可选择的实施方式，所述第一引导开关和第二引导开关均由多个igbt开关单元串联构成，每个igbt开关单元均包括igbt开关管和反向并联的二极管。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明提出一种半波交替型模块化多电平换流器启动方法，可以在利用充分利用现有的交流端口三相电源以及有策略的控制导通开关的基础上对子模块电容进行充电，在实现将高效率的将子模块电容充至额定电压目标的同时不需要任何辅助电源，降低了启动的复杂程度和投资成本。

25、本发明提出一种分别适合于全桥型和半桥型半波交替型模块化多电平换流器的启动方法，根据全桥型和半桥型的电路特点，有策略的控制切换开关和引导开关来配合交流三相电源对子模块电容进行充电，启动过程无需控制子模块的投切状态。

26、本发明提出的充电手段对交流调制比要求宽泛，能够适合绝大多数启动环境，且在不需要任何辅助充电电源和复杂的控制手段情况下就能将电容电压充置额定值，进一步降低了整个工程的投资和运维成本。

27、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种全桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，所述全桥型半波交替型模块化多电平换流器包括三相相单元，每相相单元均包括第一引导开关、复用桥臂、第二引导开关、第一切换开关和第二切换开关，复用桥臂包括若干个级联的全桥子模块，复用桥臂的两端分别通过第一引导开关和第二引导开关连接至直流侧端口，复用桥臂两端的交流输出端口分别通过第一切换开关和第二切换开关连接至交流电网；

2.如权利要求1所述的一种全桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，对于a相相单元中的充电电流通路，基于第二引导开关中二极管的单向导电特性，充电电流从a相单向流通到b相和c相进行充电。

3.如权利要求1所述的一种全桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，对于b相相单元和c相相单元中的充电电流通路，产生的线电压和待充电的全桥子模块构成双向导通的电流通路，充电电流对b相相单元和c相相单元中的全桥子模块无论正反都能进行充电。

4.如权利要求2或3所述的一种全桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，b相相单元和c相相单元中的充电电流通路相同，且全桥子模块电容电压的响应相同，a相相单元中的充电电流通路与b相相单元和c相相单元的充电电流通路不对称，且全桥子模块电容电压的响应不同于b相相单元和c相相单元。

5.如权利要求1所述的一种全桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，所述第一切换开关和第二切换开关均采用双向型切换开关，所述第一引导开关和第二引导开关均由多个igbt开关单元串联构成，每个igbt开关单元均包括igbt开关管和反向并联的二极管。

6.一种半桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，所述半桥型半波交替型模块化多电平换流器包括三相相单元，每相相单元均包括第一引导开关、复用桥臂、第二引导开关、第一切换开关和第二切换开关，复用桥臂包括若干个级联的半桥子模块，复用桥臂的两端分别通过第一引导开关和第二引导开关连接至直流侧端口，复用桥臂两端的交流输出端口分别通过第一切换开关和第二切换开关连接至交流电网；

7.如权利要求6所述的一种半桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，三相相单元的充电电流通路是对称的，且三相相单元的半桥子模块电容电压的响应相同。

8.如权利要求6所述的一种半桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，第一切换开关和第二切换开关均采用单向耐压型桥臂切换开关，单向耐压型桥臂切换开关包括若干个串联的igbt开关单元，且至少有一个igbt开关单元反向串联，每个igbt开关单元均包括igbt开关管和反向并联的二极管。

9.如权利要求8所述的一种半桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，根据第一切换开关和第二切换开关中反并联二极管的单相导通作用，充电电流通路在电流的正半周期和负半周期不相同，且在过零时改变。

10.如权利要求6所述的一种半桥型半波交替型模块化多电平换流器启动方法，其特征在于，所述第一引导开关和第二引导开关均由多个igbt开关单元串联构成，每个igbt开关单元均包括igbt开关管和反向并联的二极管。

技术总结
本发明公开一种半波交替型模块化多电平换流器启动方法，涉及供电电力系统技术领域，提出一种分别适合于全桥型和半桥型半波交替型模块化多电平换流器的启动方法，根据全桥型和半桥型的电路特点，有策略的控制切换开关和引导开关配合对子模块电容进行充电，启动过程无需控制子模块的投切状态。

技术研发人员：王毅,余欣洋,王琛,高玉华,于义轩,苏子萌
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15