CN102739030A - 一种全桥型mmc-hvdc的启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全桥型MMC-HVDC的启动方法。目前HB-MMC-HVDC的“两段式”启动方法不能直接应用于FB-MMC。本发明采用的技术方案为：启动方法分为不控启动阶段和可控启动阶段；在不控启动阶段，通过控制子模块触发脉冲和串联限流电阻实现电容预充电并保证充电阶段不产生过流，不控启动阶段结束时将限流电阻短路；在可控启动阶段，利用全桥型MMC触发***，通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压，完成启动过程。本发明保证了全桥型MMC-HVDC在不控启动阶段实现电容从交流***取能充电，同时避免了直流电缆承受巨大的电压变化率，在可控启动阶段使直流电压升至额定直流电压值。

Description

一种全桥型MMC-HVDC的启动方法
技术领域
本发明涉及电力***输配电领域，具体地说是一种全桥型MMC-HVDC的启动方法。
背景技术
近年来，半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)成为基于电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)领域的研究热点。与传统VSC-HVDC相比，MMC-HVDC具有较低的谐波含有率、直流侧无需并联电容、良好的动态特性等优势。
世界上第一个MMC-HVDC工程“Trans Bay Cable Project(TBC)”已于2010年在美国投入运行，该工程额定容量400MW，直流电压±200kV。目前全世界在建的MMC-HVDC工程有4项，并且将全部于2013年完工。其中，由西门子公司承建的法国至西班牙的“INELFE”工程额定传输容量为2×1000MW，直流电压±320kV。
全桥型MMC(FB-MMC)也是一种非常重要的MMC拓扑，其基本控制与调制策略与HB-MMC类似，由于其拓扑结构差异，FB-MMC-HVDC***具有穿越严重直流故障的能力，是一种未来的趋势。但是，其启动方法尚无文献报道。
目前HB-MMC-HVDC的启动过程一般采取“两段式”启动，分为不控启动阶段和可控启动阶段，但HB-MMC的“两段式”启动不能直接应用于FB-MMC：若在不控启动阶段，将FB-MMC的子模块全部闭锁，最终充电的结果是上、下桥臂子模块输出电压大小相等、方向相反，因此直流电压为0；在可控启动阶段，采取定直流电压控制，则直流电压从0迅速升至直流电压参考值，这将使直流电缆承受巨大的电压变化率。
发明内容
本发明的目的是提供一种全桥型MMC-HVDC的“两段式”启动方法，以保证在不控启动阶段实现电容从交流***取能充电，同时避免直流电缆承受巨大的电压变化率，在可控启动阶段直流电压升至额定直流电压值。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种全桥型MMC-HVDC的启动方法，其特征在于：启动方法分为不控启动阶段和可控启动阶段；在不控启动阶段，通过控制子模块触发脉冲和串联限流电阻实现电容预充电并保证充电阶段不产生过流，不控启动阶段结束时将限流电阻短路；在可控启动阶段，利用全桥型MMC触发***，通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压，完成启动过程。
通过控制子模块触发脉冲实现电容预充电的具体要求如下：在不控启动阶段，规定六个桥臂的桥臂电流正方向为自上向下，当桥臂电流Iarm>0时，令其全部全桥子模块（FBSM）输出正电压；当桥臂电流Iarm<0时，令其全部全桥子模块输出电压为0，直至直流电压升高至交流侧线电压峰值。
可控启动阶段通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压的具体要求如下：换流器的触发脉冲由主控制器决定，换流器直流母线电压在定直流电压控制模式下，从最大值Udcmax逐步上升至额定值Uref，电缆缓慢被充电，保证***的安全性，最终完成启动过程。
本发明保证了全桥型MMC-HVDC在不控启动阶段实现电容从交流***取能充电，同时避免了直流电缆承受巨大的电压变化率，在可控启动阶段使直流电压升至额定直流电压值。
附图说明
图1为全桥型MMC-HVDC的拓扑结构。
图2为半桥子模块（HBSM）拓扑结构。
图3为FBSM拓扑结构。
图4a为IGBT闭锁时HBSM子模块的充电回路。
图4b为IGBT闭锁时FBSM子模块的充电回路。
图5为A、B相间的RLC等效电路。
图中各符号：图1中，A,B,C,表示换流器交流侧三相；SM1，SM2，…，SMn表示换流器某桥臂中第1,2,…,n个子模块；Ls表示桥臂电抗器；Udc表示换流器正负极直流母线间的电压差；S表示上桥臂，X表示下桥臂。
图2中，T1，T2，T3，T4分别表示FBSM中四个IGBT，D1，D2，D3,D4分别表示相应IGBT的反并联二极管；C0表示FBSM中电容器；Uc表示电容电压；USM表示子模块端口输出电压。
图3中，T1，T2，分别表示HBSM上下两个IGBT，D1，D2，分别表示相应IGBT的反并联二极管；C0表示HBSM电容器；Uc表示子模块电容电压；USM表示子模块端口输出电压。
图5中，Uab表示A、B两相线电压，Rd为限流电阻，L为交流侧等效电感，Ls为桥臂电抗器，C为等效桥臂电容值。
具体实施方式
下面结合说明书附图对全桥型MMC-HVDC的启动方法进行详细说明。
步骤1：不控启动阶段。
（1）不控启动阶段的控制。
在不控启动阶段，FB-MMC与HB-MMC有很大区别，对于HB-MMC，所有IGBT闭锁，上、下桥臂的子模块将通过半波整流而交替充电，图4a为IGBT闭锁时HBSM的充电回路。此时直流电压始终为处于充电过程中桥臂的电压。然而，如果在启动FB-MMC的不控启动阶段中闭锁全部IGBT，上、下桥臂的子模块将通过全波整流而充电,图4b为IGBT闭锁时全桥子模块的充电回路。此时上、下桥臂交替地输出正和负的电容电压，因此直流电压在该阶段中始终为零。在可控整流阶段中，直流电压将迅速跃变到额定值，这将使直流电缆承受巨大的电压变化率。为了使FB-MMC在不控启动阶段中直流电压随着子模块电压逐渐上升，对FB-MMC的任意桥臂，当电流为正时，令其全部子模块输出正电压,即T1和T4导通；当电流为负时，令其输出电压为0，即T1和T2或T3和T4导通。这样，FB-MMC的直流母线电压将交替地与上或下桥臂电压相同，在可控启动阶段，利用定直流电压控制，虽然SMC的预充电效率因此而一定程度上降低，但是直流母线及电缆电压将逐步上升至额定值。
（2）串联限流电阻。
在该阶段中，需要在交流侧串联限流电阻，以避免在交流***充电的初始阶段产生过流而损坏***元件。以A、B相为例对FB-MMC充电回路进行分析从而得到计算限流电阻大小的方法。FB-MMC的充电回路实际上是一个RLC回路，A、B相间的RLC等效电路如图5所示。A、B相线电压正半波和负半波充电回路参数是相同的，充电电流i的最大值Imax出现在Uab的第一个周波。有
I max = 2 U s R 2 + X 2 - - - ( 1 )
式中，Us为交流***线电压的有效值，其中R≈2Rd；
Figure BDA00001850157400042
为由此可以得到：
R d &ap; 1 2 2 U s 2 I max 2 - X 2 - - - ( 2 )
（3）不控启动阶段结束。
根据基尔霍夫电压定律，不控启动阶段最终的充电结果为：
Udcmax＝Upeak                    （3）
式中，Upeak为FB-MMC交流侧线电压峰值，Udcmax为不控启动阶段由交流***充电时FB-MMC的最大直流电压。
不控启动阶段结束时，将限流电阻短路。
步骤2：可控启动阶段。
解锁瞬间，将充电电阻短路后，直流电压整定值按照设定的斜率缓慢上升，直到额定值，电缆缓慢被充电，保证了***的安全性。在该阶段，换流器的触发脉冲由主控制器决定，换流器直流母线电压将在定直流电压控制模式下，从最大值Udcmax逐步上升至额定值，最终完成启动过程。

Claims (3)

1.一种全桥型MMC-HVDC的启动方法，其特征在于：启动方法分为不控启动阶段和可控启动阶段；在不控启动阶段，通过控制子模块触发脉冲和串联限流电阻实现电容预充电并保证充电阶段不产生过流，不控启动阶段结束时将限流电阻短路；在可控启动阶段，利用全桥型MMC触发***，通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压，完成启动过程。
2.根据权利要求1所述的全桥型MMC-HVDC的启动方法，其特征在于，通过控制子模块触发脉冲实现电容预充电的具体要求如下：在不控启动阶段，规定六个桥臂的桥臂电流正方向为自上向下，当桥臂电流Iarm>0时，令其全部全桥子模块输出正电压；当桥臂电流Iarm<0时，令其全部全桥子模块输出电压为0，直至直流电压升高至交流侧线电压峰值。
3.根据权利要求1或2所述的全桥型MMC-HVDC的启动方法，其特征在于，可控启动阶段通过定直流电压控制使直流电压上升至额定电压的具体要求如下：换流器的触发脉冲由主控制器决定，换流器直流母线电压在定直流电压控制模式下，从最大值Udcmax逐步上升至额定值Uref，电缆缓慢被充电，保证***的安全性，最终完成启动过程。
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