一种柔性直流输电换流器交流侧充电电压发散抑制方法，所述方法在模块化多电平换流器交流侧充电、且无法实施直流侧电压闭环控制的阶段，根据模块化多电平换流器交流侧每个桥臂功率模块电容电压的大小，令部分功率模块处于旁路，其余功率模块内的所有开关器件均关断，即可抑制功率模块电压发散。在模块化多电平换流器交流充电阶段无需换流器解锁闭环控制即可将功率模块电压充到额定值附近，同时允许交流侧长时间保持在充电状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用于柔性直流输电系统的模块化多电平换流器在交流侧充电 过程中功率模块电压发散的抑制方法。
技术介绍
近年来，基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC)的高压柔性直流输 电系统（VSC-HVDC)以其可四象限运行、滤波器小、可向无源网络供电等诸多优点在输电领 域获得了广泛关注。而模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC)的出 现更是为柔性直流输电的发展注入了新的活力。 现有的MMC电路拓扑中，最常见的功率模块为由两只开关器件和一只储能电容组 成的半桥型电路和由四只开关器件和一只储能电容组成的全桥型电路。功率模块内部还包 括开关器件，如IGBT(绝缘栅门极双极型晶体管）的驱动电路、功率模块电容电压采集电 路、控制和监测功率模块状态并与上级控制系统通讯的功率模块控制电路等。这些电路都 需要低压电源（通常小于50V)提供电能才能正常工作。对应用于实际工程的MMC来说，其 电压等级高达数百kv，甚至上千kV，同时功率模块的数量高达数千只，功率模块内部所需 的低压电源很难从外部获得，往往通过取能电源从模块内的电容上变换获得。 对应用柔性直流输电系统的MMC来说，在系统能够正常运行之前，必须对其功率 模块的电容进行充电，且电容电压达到一定的数值，换流器才能进行直流电压、交流侧电流 等的闭环控制。在此之前，由于MMC能够逆变出的交流电压小于电网电压，如果进行闭环控 制，则会产生很大的交流电流，威胁换流器的安全运行。 MMC通过交流侧电网对功率模块电容充电是一种典型的充电方式。在交流侧充电 阶段，现有的方法是进行不控充电一一即，将MMC中所有功率模块的开关器件全部闭锁，利 用每个功率模块内部的开关器件反并联二极管为每个功率模块的电容充电。但是，功率模 块内的开关器件驱动电路板以及功率模块控制电路板等均呈现出恒功率的特性，而与模块 电容电压的高低无关，这会导致串联连接的功率模块电压出现发散问题。例如，假设每个功 率模块的驱动板、控制板等负载的功率为P lMd PM，功率模块电容电压为UPM，由于负载从电容 取得能量，因此会使电容放电，形成的放电电流I disdmge= P lMd PM/UPM。显然，由于PlMd PM为 常数，电容电压越高的模块，其负载形成的放电电流越小，而电容电压越低的模块，其负载 形成的放电电流越大。另外，对于每个桥臂中的功率模块来说，由于其串联连接，因此流过 所有模块的充电电流均相同，但内部负载形成的放电电流不同。结果导致电压高的模块电 压越来越高，而电压低的模块电压越来越低，出现了功率模块在交流充电阶段电压发散的 问题。 上述问题在我国的多个柔性直流输电工程，例如广东南澳±160kV的3端直流输 电工程、浙江舟山的±200kV的5端直流输电工程中均已遇到。解决的方法一般是缩短交 流充电的时间，即交流充电过程需尽量短，以降低功率模块电压在充电阶段的发散程度。但 这给输电系统运行操作人员带来了很大的困难，也给换流器的长期安全稳定运行带来了隐 患。 另外，为了解决串联连接的功率模块电压发散的问题，专利CN103986308A公开了 一种在功率模块内增加宽范围电压输入直流电源、低压功率开关及功率电阻来调整每个功 率模块电容电压的方法。但是，这一方法会增加功率模块电路的成本和复杂程度，而功率电 阻的引入也增加了系统损耗。而专利CN101860203B、CN102130619B、CN102969922B以及多 篇学术论文中所提出的模块化多电平换流器的均压方法要求每个功率模块要么处于旁路 状态，要么处于投入状态，而不能是内部开关器件全部关断的状态。因此，这些方法只能在 换流器并网运行并开始直流电压的闭环控制之后才能使用，在交流侧充电阶段不能使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种抑制柔性直流输电换流器交流 侧充电电压发散的方法。 本专利技术应用于柔性直流输电工程的模块化多电平换流器，可在换流器交流侧充电 时抑制其桥臂功率模块的电压发散，特别是模块化多电平换流器在交流侧充电、且无法实 施直流侧电压闭环控制的阶段。本专利技术无需增加额外电路，也无需判断桥臂电流方向，根据 模块化多电平换流器交流侧桥臂的功率模块电容电压的大小，令部分功率模块处于旁路， 其余功率模块的所有开关器件均关断，这些模块既非投入也非切除，即可抑制模块化多电 平换流器交流侧桥臂的功率模块的电压发散。 本专利技术包括以下步骤： (1)假设块化多电平换流器交流侧每个桥臂中串联连接的功率模块数量为N， N彡1，以及交流侧线电压的峰值U PMk jid; (2)按下述公式确定每桥臂关断模块数量K的数值： K = int (Upeak grid/UPM_ charged)' 其中，int()为按照四舍五入原则进行取整的函数，Upuh^d为模块化多电平换流 器功率模块在交流侧充电阶段欲达到的目标电压，UpM^hmu可以选择为功率模块的额定电 压U PM_Mted或其他数值，但必须满足K小于N，K为正整数； (3)按照固定的控制周期对每个桥臂的功率模块电压进行控制。在每个控制周期 内，令每个桥臂内电容电压最高的N-K个功率模块处于旁路状态，其余K个功率模块的所有 开关器件均处于关断状态。 本专利技术方法能够抑制模块化多电平换流器的功率模块在交流侧充电阶段电压发 散的原理是： 在本专利技术方法中模块化多电平换流器MMC的所有功率模块只有两种状态，即（1) 旁路状态；（2)内部开关器件全部关断的状态。而在交流侧充电过程中，流过模块化多电平 换流器所有桥臂的电流只能给功率模块中的电容充电或者为零。令电容电压最高的N-K个 功率模块处于旁路状态，则该N-K个功率模块不能被充电，只能通过其内部的恒功率负载 进行放电，因此电压可以降低；令其余的K个功率模块处于内部开关器件全部关断的状态， 但是该K个功率模块内部的二极管为电容充电提供了路径，因此这些功率模块的电容会被 充电，其电压会升高。在每个控制周期中不断轮换选择电压最高的功率模块进行放电，而其 余功率模块充电，因此可以抑制模块化多电平换流器功率模块内因恒功率负载导致的电压 发散。[00当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柔性直流输电换流器交流侧充电电压发散抑制方法，所述的柔性直流输电换流器为模块化多电平换流器，模块化多电平换流器的交流侧每相由上下两个桥臂组成，每个桥臂中包括一个电抗器Larm和N个串联连接的功率模块PM1‑PMN，N≥1；交流侧通过充电电阻与交流电网连接在一起，其特征在于：所述方法在模块化多电平换流器交流侧充电、且无法实施直流侧电压闭环控制的阶段，根据模块化多电平换流器交流侧桥臂功率模块电容电压的大小，令部分功率模块处于旁路，其余功率模块内的所有开关器件均关断。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李子欣，李耀华，王平，高范强，徐飞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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