基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓源型換流器是柔性直流輸電的核心，負(fù)責(zé)完成交直流變換和功率傳輸。模塊化多電平換流器(Modular multilevel converter，MMC)是電壓源換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，由于其模塊化設(shè)計、諧波含量低、擴(kuò)展容易等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性直流輸電場合。
[0003]半橋型子模塊是MMC的一種子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個子模塊包括兩個IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)和一個子模塊電容。基于半橋型子模塊是MMC在直流雙極短路時，由于二極管整流效應(yīng)，該拓?fù)洳荒芨綦x交流系統(tǒng)和直流故障點(diǎn)的故障通路，導(dǎo)致短路電流水平高，威脅設(shè)備安全。為了提高可靠性，現(xiàn)有基于半橋子模塊的MMC型柔性直流輸電基本采用直流電纜作為媒介完成電力傳輸。
[0004]箝位式單子模塊是MMC的另一種子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其在半橋型子模塊基礎(chǔ)上增加了一個保護(hù)IGBT和一個子模塊電容，結(jié)構(gòu)如圖1所示，子模塊IGBT包括保護(hù)IGBT、第一主IGBT和第二主IGBT(分別對應(yīng)圖1中的S3、S1和S2)，子模塊電容包括第一電容和第二電容(分別對應(yīng)圖1中的Cl、C2)。SI集電極與Cl正極連接，SI發(fā)射極、S2集電極均連接所屬子模塊的一電壓輸入端，S2發(fā)射極、S3發(fā)射極均與C2負(fù)極連接，Cl負(fù)極、C2正極通過二極管D4與S3集電極連接，S3集電極還連接所屬子模塊的另一電壓輸入端。基于箝位式單子模塊是MMC在直流雙極短路時，換流器自身能夠提供足夠反壓促進(jìn)短路電流衰減，完成直流故障自清除，因此特別適用于遠(yuǎn)距離、大容量、架空線場合的柔性直流輸電工程。
[0005]啟動是柔性直流輸電換流器的一個核心問題，它的主要目標(biāo)是完成子模塊電容的充電過程，同時還需要避免過電壓和過電流問題，避免設(shè)備損壞。傳統(tǒng)的軟啟動方法為:將啟動過程分為不可控啟動和可控啟動兩個階段，對于基于半橋型子模塊的MMC來說，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)換流器的平穩(wěn)啟動;然而，對于箝位式單子模塊的MMC來說，若采用該方法啟動，則在換流器解鎖時，會產(chǎn)生較大的過電壓和過電流，導(dǎo)致解鎖失敗。
[0006]因此，如何實(shí)現(xiàn)基于箝位式單子模塊的MMC的平穩(wěn)啟動，是亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]基于此，本發(fā)明提供一種基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法，能夠?qū)崿F(xiàn)換流器的平穩(wěn)啟動。
[0008]本發(fā)明一方面提供基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法，所述模塊化多電平換流器包括至少兩個橋臂，每個橋臂包括若干個級聯(lián)的子模塊，所述子模塊為箝位式單子模塊，每個子模塊包括子模塊IGBT和子模塊電容;所述子模塊IGBT包括一個保護(hù)IGBT和兩個主IGBT，所述子模塊電容包括電容Cl、電容C2 ；
[0009 ]所述模塊化多電平換流器的啟動方法包括:
[0010]第一預(yù)充電階段，通過設(shè)置在變壓器閥側(cè)的啟動電阻分別對各個橋臂中子模塊進(jìn)行充電，直到子模塊電容的電壓達(dá)到設(shè)定值時，解鎖子模塊的保護(hù)IGBT，進(jìn)入第二預(yù)充電階段；
[0011]在第二預(yù)充電階段，當(dāng)子模塊中電容Cl和電容C2兩者之間的電壓達(dá)到平衡狀態(tài)時，閉合預(yù)設(shè)的旁路刀閘以使所述啟動電阻被旁路，當(dāng)子模塊的電壓達(dá)到穩(wěn)定值時，解鎖子模塊的兩個主IGBT，進(jìn)入主動充電階段；
[0012]在主動充電階段，當(dāng)充電至子模塊的電壓達(dá)到其額定工作電壓時，停止充電，啟動結(jié)束。
[0013]優(yōu)選的，所述模塊化多電平換流器包括6個橋臂。
[0014]優(yōu)選的，在所述第一預(yù)充電階段，子模塊電容的電壓達(dá)到設(shè)定值時，該子模塊中電容Cl和電容C2的電壓總和為0.6Ul/N，Ul為變壓器閥側(cè)的線電壓幅值，N為每個橋臂包含的子模塊數(shù)量。
[0015]優(yōu)選的，在所述第二預(yù)充電階段，當(dāng)子模塊中電容Cl的電壓高于電容C2的電壓、且兩者之差大于設(shè)定差值時，控制電容Cl進(jìn)行放電，直到兩者之差回到所述設(shè)定差值以下時，控制電容Cl停止放電；
[0016]或者，當(dāng)子模塊中電容C2的電壓高于電容Cl的電壓、且兩者之差大于設(shè)定差值時，控制電容C2進(jìn)行放電，直到兩者之差回到所述設(shè)定差值以下時，控制電容C2停止放電。
[0017]基于上述技術(shù)方案的箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法，能夠確保子模塊的電壓和直流電壓平穩(wěn)的充電至其額定值，同時有效避免啟動過程中的過電壓和過電流問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)啟動。
【附圖說明】
[0018]圖1為箝位式單子模塊的示意性結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為一實(shí)施例的基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的示意性結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為一實(shí)施例的基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明提供的實(shí)施例包括基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的實(shí)施例，還包括相應(yīng)的基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法實(shí)施例。以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]圖2為一實(shí)施例的基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的示意性結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的基于箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器包括至少兩個橋臂，每個橋臂包括一個橋臂電抗器和若干個級聯(lián)的子模塊，所述子模塊為箝位式單子模塊。優(yōu)選的，如圖2所示，本實(shí)施例的模塊化多電平換流器包括6個橋臂。
[0024]優(yōu)選的，如圖1所不，每個子模塊包括子模塊IGBT和子模塊電容。其中，子模塊IGBT包括保護(hù)IGBT、第一主IGBT和第二主IGBT(分別對應(yīng)圖1中的S3、S1和S2)，子模塊電容包括第一電容和第二電容(分別對應(yīng)圖1中的Cl、C2)。每個子模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為:SI集電極與Cl正極連接，SI發(fā)射極、S2集電極均連接所屬子模塊的一電壓輸入端，S2發(fā)射極、S3發(fā)射極均與C2負(fù)極連接，Cl負(fù)極、C2正極連接二極管D4負(fù)極，D4正極連接、S3集電極均連接所屬子模塊的另一電壓輸入端。
[0025]優(yōu)選的，每個子模塊中還包括二極管Dl?D3，如圖1所示，S1、S2、S3分別與D1、D2、D3構(gòu)成反并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0026]進(jìn)一步的，基于上述的箝位式單子模塊的模塊化多電平換流器的啟動方法，為了確保子模塊的電壓和直流電壓平穩(wěn)的充