一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略，包括：交流断路器合闸，全、半桥子模块进行不可控充电；待全桥子模块进入可控状态、且全桥子模块平均电压大于一定值后，导通所有全桥子模块T2开关管；当全、半桥子模块平均电压达到设定值时，投入子模块均压控制策略，对全、半桥子模块进行统一的排序，逐步切除一定个数的全、半桥子模块，将全、半桥子模块电压充电至接近额定值，充电启动完成。本发明专利技术的充电控制策略，无需MMC控制系统额外判断MMC运行方式，无需判定MMC接入状态，能够简化控制器程序设计，提高混合型MMC充电启动成功的可靠性。

An AC charging control strategy suitable for different conditions of mixed MMC

【技术实现步骤摘要】
一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略
本专利技术涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略。
技术介绍
柔性直流输电技术相比于常规直流输电技术因其不需无功补偿，没有换相失败问题，有功无功调节便捷，谐波水平低，适合构成多端直流系统等优点，使柔性直流输电相关技术得到了迅速发展，其中以基于MMC(模块化多电平换流器)拓扑结构的柔性直流输电系统最具代表性和技术优势。混合型MMC因具有直流侧故障清除能力，降压运行能力，成本、损耗相对较低等突出优点，在柔性直流输电领域具有广阔的应用前景，十分适合用于特高压柔性直流输电换流阀组单元的拓扑结构。目前基于混合型MMC两阀组串联的特高压柔性直流输电系统在交流充电启动方面主要面临两方面的问题：(1)交流充电，阀组直流侧不短接情况下全、半桥子模块充电速率不一致问题：混合型MMC由三个对称的相单元构成，每个相单元分上、下2个桥臂，桥臂完全对称，每个桥臂由N个子模块(含有x个半桥子模块，y个全桥子模块)级联和一个串联电抗器构成，每个桥臂拓扑结构图如图1所示，图中标示的电流即为规定的正方向。子模块所有开关管(图1中编号为T1，T2，T3，T4的可控功率器件)闭锁状态下，不同桥臂电流方向下全、半桥子模块充电情况如图2所示。交流断路器合闸后初期，子模块取能电源尚未得电，所有开关管均处于关断状态，电流只能经其反并联二极管流过，该阶段称为不可控充电阶段。半桥子模块仅在桥臂电流为正方向时才能进行充电，桥臂电流为负时半桥子模块将处于旁路状态，无法进行充电；全桥子模块论在正向还是负向桥臂电流下电容均可被充电。结合图1和图2可以绘出混合型MMC在交流侧合闸充电下的等效电路图如图3所示。不可控充电状态下，桥臂电流的方向取决于当前时刻MMC交流侧三相电压Uva、Uvb、Uvc瞬时值的大小：对于相电压最高的一相，该相上桥臂流过负向电流，下桥臂流过正向电流；对于相电压最低的一相，该相上桥臂流过正向电流，下桥臂流过负向电流。MMC交流侧三相电压为相位相差120°并且均为0轴对称的规则三相正弦波，桥臂电流也随着MMC交流侧电压在正负半周做周期性变化，且6个桥臂的充电机会是相等的，但由于全桥子模块在桥臂电流的正负半周均能充电，半桥子模块仅能在正半周内充电，由此造成全桥子模块的充电速率远远高于半桥子模块，造成全、半桥子模块间电压严重失衡。目前针对此问题，申请公开号为CN106787087A的中国专利公开了一种启动充电方法，待全桥子模块充电至取能电源工作后，立即触发导通全桥子模块的T4开关管，示意图如图4所示。T4开关管开通后，在桥臂电流为负的情况下，全桥子模块将被旁路不被充电，由此强迫全桥子模块只能在桥臂电流正半周内充电，以缩小在充电过程中全桥和半桥子模块电压之间的差距。但该方法仅能解决阀组直流侧不短接情况下全、半桥子模块交流充电速率不一致问题。(2)交流充电，阀组直流侧短接情况下半桥子模块无法取电工作问题：与常规的高压柔性单阀组直流输电系统相比，特高压柔性串联两阀组直流输电系统还需满足一项基本要求：阀组的“阀组在线投入”，即要求柔性换流阀组除满足常规柔性阀组所具备的充电启动和解锁运行能力外，还需具备直流侧短接情况下的充电启动和解锁运行的能力。以MMC交流侧Uva最高、Uvb最低为例(即a相上桥臂电流为负，下桥臂电流为正；b相上桥臂电流为正，下桥臂电流为负)说明直流侧短接情况下子模块充电情况，等效电路示意图如图5所示。充电初始阶段a相上下桥臂均进行充电，上桥臂电流为负，只有全桥子模块充电，下桥臂电流为正，全、半桥子模块均进行充电，随着充电进行，下桥臂直流电压(全桥子模块电压+半桥子模块电压)高于上桥臂(仅全桥子模块电压)，下桥臂二极管将因承受反向电压而关断；b相上下桥臂同理，由此将造成仅全桥子模块充电，半桥子模块无法正常充电启动。针对此问题，文献“特高压柔性直流阀组投入过程中混合型MMC启动充电策略[J],电力系统自动化,2018,42(24)”的研究内容公布了一种启动方法，通过测量MMC桥臂的电流和三相阀侧瞬时电压值，在桥臂电流为正时，切除本桥臂内部分全桥子模块，以此来强迫桥臂电流流过含半桥子模块的桥臂，对半桥子模块进行充电，但该方法也仅适用于交流阀组直流侧短接情况下混合型MMC的充电启动。综上所述，目前针对混合型MMC交流充电方法仅针对特定的运行工况下才能有效，为实现混合型MMC在直流侧短接和不短接两种工况下的正常充电启动必须将两种及以上方法结合起来才能实现，同时这些方法的实施必须依靠控制系统预先判定当前阀组所处的接线方式(直流侧短接启动或直流侧不短接启动)，并根据当前的运行方式选择不同的充电启动控制策略，由此需要控制系统接入用于判断MMC状态的开关位置信号(例如阀组旁路开关位置信号等)，设计程序阀组状态判定逻辑和充电模式选择逻辑，增加了控制程序的复杂度和设计难度，且存在因误判充电启动方式而导致MMC充电启动失败的风险。
技术实现思路
鉴于以上原因，本专利技术提供一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略，用于混合型MMC在直流侧短接和不短接两种工况下的充电，无需判定MMC接入状态，能够简化控制器程序设计，减少外部开关位置信号接入控制器，提高混合型MMC充电启动成功的可靠性。为实现以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略，包括：交流断路器合闸，全、半桥子模块进行不可控充电；待全桥子模块进入可控状态、且全桥子模块平均电压大于一定值后，导通所有全桥子模块T2开关管；当全、半桥子模块平均电压达到设定值时，投入子模块均压控制策略，对全、半桥子模块进行统一的排序，逐步切除一定个数的全、半桥子模块，将全、半桥子模块电压充电至接近额定值，充电启动完成。进一步地，所述的设定值为0.6Ucn，所述的接近额定值为0.95～1Ucn，其中，Ucn为子模块的额定电压。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的充电控制策略，无需MMC控制系统额外判断MMC运行方式，无需判定MMC接入状态，能够简化控制器程序设计，减少外部开关位置信号接入控制器，消除了因外接开关位置信号错误、消失、抖动等原因造成的误判充电启动方式而导致MMC充电启动失败的风险，提高混合型MMC充电启动成功的可靠性。附图说明图1为混合型MMC拓扑及全、半桥子模块示意图；图2为不同桥臂电流方向下全、半桥子模块充电示意图；；图3为混合型MMC直流侧不短接情况下交流充电等效电路图；图4为现有技术的T4开关管触发后桥臂电流为负的路径示意图；图5为混合型MMC直流侧短接情况下交流充电等效电路图；图6为本专利技术的充电控制策略的充电流程示意图；图7为本专利技术的可控充电阶段子模块个数变化示意图；图8为本专利技术的全桥子模块T2开通后电流路径示意图；图9为本专利技术的全桥子模块T2开通后直流侧不短接充电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略，其特征在于：包括：/n交流断路器合闸，全、半桥子模块进行不可控充电；/n待全桥子模块进入可控状态、且全桥子模块平均电压大于一定值后，导通所有全桥子模块T2开关管；/n当全、半桥子模块平均电压达到设定值时，投入子模块均压控制策略，对全、半桥子模块进行统一的排序，逐步切除一定个数的全、半桥子模块，将全、半桥子模块电压充电至接近额定值，充电启动完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种适应于混合MMC不同工况下的交流充电控制策略，其特征在于：包括：
交流断路器合闸，全、半桥子模块进行不可控充电；
待全桥子模块进入可控状态、且全桥子模块平均电压大于一定值后，导通所有全桥子模块T2开关管；
当全、半桥子模块平均电压达到设定值时，投入子模块均压控制策略，对全、半桥子模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑星星，徐攀腾，宋述波，包威，李金安，杨学广，周登波，朱博，李建勋，严海健，焦石，李倩，顾硕铭，郭云汉，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，
类型：发明
国别省市：广东;44