CN109905046A - 一种mmc换流器的试验电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MMC换流器的试验电路，该试验电路包括辅助阀桥臂、试品阀桥臂接口，辅助阀臂包括N个串联的辅助MMC子模块，试品阀桥臂接口用于接入N个串联的待测MMC子模块，N大于1，辅助阀桥臂和试品阀桥臂接口串联连接后与直流母线并联，直流母线上还并联连接有直流充电电源支路和直流补能电源支路，直流补能电源支路包括串联的直流补能电源和第一防反二极管D1，直流充电电源支路包括直流充电电源。本发明在直流充电电源退出之前投入直流补能电源，能够实现直流充电电源和直流补能电源的快速切换，并由直流补能电源补充换流器的能量损失，保证了电容电压能够达到MMC子模块的额定电压，该方法原理简单，性能可靠。
Description
技术领域
本发明属于直流输电领域，特别涉及一种MMC换流器的试验电路。
背景技术
模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)是近几年备受关注的一种多电平换流器拓扑结构，采用若干子模块(Sub Module，SM)级联形式，避免了大量电力电子器件之间的串联，通过控制各个子模块的投入和切除状态，进而实现对换流器交流侧输出电压的控制，这种控制方式能够以阶梯波的形式最大限度逼近正弦波，从而降低输出电压畸变，满足电网对于谐波的限制要求。具有开关频率低、运行损耗小、波形质量高、扩展性能好以及故障处理能力强等优势，在学术界和工业界得到了广泛的关注。对MMC的拓扑结构、数学模型、控制策略、损耗计算、故障保护等方面已经有比较充分的研究。
在传统直流输电中，开关器件主要采用晶闸管，对于晶闸管控制电路的电源均取自直流母线。在高电压大功率***中，开关器件控制取电自直流电容，是一个简单实用的方法。同样，对于MMC模块化多电平柔性直流输电***，MMC子模块控制用电(包括MMC子模块驱动电路以及其他控制电路)取自于MMC子模块直流电容两侧，也是一个简单实用的方法。MMC子模块控制用电取自于MMC子模块直流电容功能的加入，引入了各控制电流消耗的差异性，再加之MMC子模块电路参数本身有差异性，使得MMC子模块串联入一个直流源***两端时，MMC子模块电压会存在不小的不均衡度，如果该不均衡度足够大，将导致***无法正常运行。
在换流器运行过程中，需要保证各桥臂内MMC子模块电压在一定范围内保持一致。因此***在启动过程中完成对各MMC子模块的预充电，并保证MMC子模块电压均匀，即平稳的启动是***稳定运行的第一步。
实际***运行时，MMC子模块一般从交流侧取电，而在试验电路中，MMC子模块一般从直流侧的充电电源和补能电源取电。如公布号为“CN103163459A”的中国发明专利申请公开了一种MMC阀稳态运行试验装置的启动退出方法，利用充电电源对MMC子模块电容器充电，当MMC子模块电容器电压达到额定电压后，断开充电回路，启动补能电源补充试验中消耗的能量，这种采用充电电源充电完成后退出，再启动补能电源，所需时间较长(ms级)，造成能量损失，导致电容电压达不到MMC子模块的额定电压，影响***的稳定运行，而且该专利电路结构复杂，所以需要提供一种充电方法解决此问题，并提供一种结构简单的电路用于实现此方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MMC换流器的试验电路，用于解决现有充电方法使直流电容电压达不到MMC子模块的额定电压的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种MMC换流器的试验电路，该电路包括辅助阀臂、试品阀臂接口，所述辅助阀臂包括N个串联的辅助MMC子模块，所述试品阀臂接口用于接入N个串联的待测MMC子模块，N大于1，所述辅助阀臂和试品阀臂接口串联连接后与直流母线并联，所述直流母线上还并联连接有直流充电电源支路和直流补能电源支路，所述直流补能电源支路包括串联的直流补能电源和第一防反二极管，所述直流充电电源支路包括直流充电电源。
进一步地，所述直流充电电源支路还包括与直流充电电源串联的第二防反二极管。
进一步地，述辅助阀臂与试品阀臂接口通过对应的阀臂电抗器串联，串联点通过接地负载接地。
进一步地，正直流母线与接地点之间串联连接有第一电容，负直流母线与接地点之间串联连接有第二电容。
进一步地，所述辅助MMC子模块是半/全桥子模块；所述试品阀臂接口用于接入的待测MMC子模块为半/全桥子模块。
进一步地，所述直流充电电源电压为2Udc，所述直流补能电源电压为Udc，Udc为正负直流母线电压差。
本发明的有益效果是：
本发明的MMC换流器的试验电路，包括辅助阀臂、试品阀臂接口，辅助阀臂和试品阀臂接口串联连接后与直流母线并联，直流母线上还并联连接有直流充电电源支路和直流补能电源支路，直流充电电源支路包括直流充电电源。直流补能电源在直流充电电源退出之前已经投入，并且维持在工作状态，因此能够在直流充电电源退出后实现迅速的切换，能够为换流器的运行提供直流支撑，同时保证了电容两端的电压在一个恒定的范围内，使***得以稳定运行，解决了当直流充电电源退出后，再启动直流补能电源，所需要的切换时间比较长，由于换流器的能量损失，易造成电容两端的电压达不到MMC子模块额定电压的问题，并且该电路结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明的单相MMC换流器的拓扑结构图；
图2为本发明的单相MMC换流器子模块电路图；
图3为本发明的单相MMC换流器充电原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细的说明。
本发明的基本构思是提供一种MMC换流器的试验电路，能够实现在直流充电电源退出之前就投入直流补能电源，在直流充电电源退出之后继续由直流补能电源继续充电，从而能够解决电容电压达不到MMC子模块额定电压的问题。
具体的，本实施例提供一种试验用MMC换流器的充电方法：
一种试验用MMC换流器的充电方法，步骤如下：
1)投入直流补能电源，由直流补能电源向MMC子模块充电；
2)投入直流充电电源，由直流充电电源继续向MMC子模块充电；
3)退出直流充电电源，由直流补能电源继续向MMC子模块充电。
另一种试验用MMC换流器的充电方法，步骤如下：
1)投入直流充电电源，向MMC子模块充电；
2)投入直流补能电源，向MMC子模块充电；
3)退出直流充电电源。
基于以上的方法，下面提供一种实施上述方法的试验电路：
一种MMC换流器的试验电路，具体的，如图1和图3所示，该电路包括辅助阀臂、试品阀臂接口，辅助阀臂包括N个串联的辅助MMC子模块，MMC子模块的结构图如图2所示，试品阀臂接口用于接入N个串联的待测MMC子模块，N大于1，辅助阀臂和试品阀臂接口串联连接后与直流母线并联，直流母线上还并联连接有直流充电电源支路和直流补能电源支路，直流补能电源支路包括串联的直流补能电源和第一防反二极管D1，用于防止直流充电电源对其放电，直流充电电源支路包括直流充电电源，其中，直流充电电源电压为2Udc，直流补能电源电压为Udc，且Udc为正负直流母线电压差；辅助阀臂与试品阀臂接口通过对应的阀臂电抗器串联，即通过阀臂电抗器Lp和Ln串联，一般取Lp＝Ln，串联点通过接地负载接地，即通过电感负载Lload和电阻负载Rload接地；正直流母线与接地点之间串联连接有第一电容C1，负直流母线与接地点之间串联连接有第二电容C2；辅助MMC子模块是半桥子模块；试品阀臂接口用于接入的待测MMC子模块为半桥子模块。
为了安全起见，在直流充电电源支路上连接有第二防反二极管D2。
其中，辅助阀臂和试品阀臂分别为上下桥臂，例如辅助阀臂为上桥臂，试品阀臂为下桥臂；又如辅助阀臂为下桥臂，试品阀臂为上桥臂。
本发明中，MMC子模块都是半桥子模块，MMC子模块中开关管T1、负载R、开关管T2串联后与子模块电容C3并联，子模块电容C3用于为负载R放电；作为其他实施方式，也可以是全桥子模块。
以上的电路为单相MMC换流器的试验电路，本领域技术人员应当理解，根据该单相电路，很容易得出三相MMC试验电路，由于三相MMC试验电路的构成和原理与单相MMC试验电路大致是一致的，故不再赘述。
该试验电路可以用于实施上述方法，例如：首先，启动直流补能电源E1，二极管D1承受正向电压导通，由直流补能电源E1对直流电容进行充电，直流电容C1、C2各分得直流母线一半的电压Udc/2，相应地，每个MMC子模块中的电容充电至Udc/2/N，直流电容C1、C2均充电至Udc/2后，启动直流充电电源E2，由于直流充电电源E2电压高于直流补能电源E1，二极管D2承受正向电压导通，继续给直流电容充电，直流电容C1、C2各分得直流母线一半的电压Udc，相应地，每个子模块中的电容充电至Udc/N，(由于上下桥臂中，同时仅N个MMC子模块工作，因此Udc为上桥臂或下桥臂N个MMC子模块的额定电压)，此时，充电过程结束，退出直流充电电源E2，这时直流电容C1、C2分别向上下桥臂的MMC子模块放电，由直流补能电源补充直流电容C1、C2电能损耗，使直流电容C1、C2始终保持恒压，一般取Uc1＝Uc2，保证了换流器的正常工作过程，并实现了直流充电电源与直流补能电源的快速切换。如果采用直流充电电源充电完成后退出，再启动直流补能电源的话，所需时间较长(ms级以上)，在此时间内，第一电容C1和第二电容C2通过并联电阻放电，由直流补能电源提供放电损耗。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种MMC换流器的试验电路，其特征在于，包括辅助阀臂、试品阀臂接口，所述辅助阀臂包括N个串联的辅助MMC子模块，所述试品阀臂接口用于接入N个串联的待测MMC子模块，N大于1，所述辅助阀臂和试品阀臂接口串联连接后与直流母线并联，所述直流母线上还并联连接有直流充电电源支路和直流补能电源支路，所述直流补能电源支路包括串联的直流补能电源和第一防反二极管，所述直流充电电源支路包括直流充电电源。
2.根据权利要求1所述的MMC换流器的试验电路，其特征在于，所述直流充电电源支路还包括与直流充电电源串联的第二防反二极管。
3.根据权利要求2所述的MMC换流器的试验电路，其特征在于，所述辅助阀臂与试品阀臂接口通过对应的阀臂电抗器串联，串联点通过接地负载接地。
4.根据权利要求1所述的MMC换流器的试验电路，其特征在于，正直流母线与接地点之间串联连接有第一电容，负直流母线与接地点之间串联连接有第二电容。
5.根据权利要求4所述的MMC换流器的试验电路，其特征在于，所述辅助MMC子模块是半/全桥子模块；所述试品阀臂接口用于接入的待测MMC子模块为半/全桥子模块。
6.根据权利要求1-5任一项所述的MMC换流器的试验电路，其特征在于，所述直流充电电源电压为2Udc，所述直流补能电源电压为Udc，Udc为正负直流母线电压差。
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