一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法技术

本发明专利技术涉及一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法，包括以下步骤：步骤1、将有源侧MMC闭锁，无源侧MMC启动到热备用状态；步骤2、将限流电阻接入换流站中的MMC充电回路；步骤3、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合；步骤4、将有源侧换流站中的MMC与交流系统之间的交流断路器闭合；步骤5、切除接入MMC充电回路中的限流电阻；步骤6、将有源侧换流站MMC解除闭锁并切换到定电压工作模式；步骤7、将无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的交流断路器闭合；步骤8、完成直流配电网的启动，进入稳定运行。本发明专利技术控制简单，易实现，且整个直流配电网启动过程无大的冲击电流。

A starting method of medium voltage DC distribution network based on half bridge MMC

【技术实现步骤摘要】
一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法
本专利技术属于直流配电网
，涉及中压直流配电网启动方法，尤其是一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法。
技术介绍
随着可再生能源的快速发展，越来越多的新能源发电和储能大量接入配电网，配电网的潮流变成了双向流动，这对配电网的容量、可靠性、电能质量等提出了更高的要求，而目前传统的交流配电网并不是针对双向潮流而设计的，已经不能满足某些用户的要求。另外，随着电力电子技术和直流负荷技术取得了较大的进展，使得直流配电网受到了国内外学者的广泛关注。相比于交流配电网，柔性直流配电系统可以方便的实现多电源同时并网，不仅解决了各类电源同时接入交流配电系统时可能存在的不同步问题，并可将配电设备故障导致的供电中断时间压缩至数十毫秒级，极大地提高供电可靠性指标，节省用户侧不间断电源系统的投资和运维成本，同时可大量减少电力电子变换器的使用，省去变换环节，减少电能损耗并节省运行成本，提升效率，方便分布式能源灵活接入，实现分布式能源的充分利用。在柔性直流配电网中，换流站是最关键的电力电子设备，其主要负责交流电到直流电的变换、直流配电网电压和有功功率的控制以及向交流侧电网提供无功功率的支撑。模块化多电平换流器(ModularMulti-levelConverter,MMC)相较于传统的电网换相型换流器(LineCommutatedConverter,LCC)具有不存在换相失败、输出特性好、结构模块化、能实现快速解耦控制等优势，近些年在直流配电网换流站得到了广泛的应用。而由于MMC的结构特点，目前向无源网络供电的中低压直流配电网启动时需采用辅助充电电源的他励启动方式，启动成本较高，并具有较大的冲击电流，可能导致功率器件的损坏和保护的误动作。综上所述，如何研发一种更加经济有效的直流配电网启动方法，提高直流配电启动的经济性和可靠性，充分发挥直流配电网的优势是本领域技术人员亟欲解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、简单实用且可靠性强的基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法，包括以下步骤：步骤1、首先将有源侧MMC闭锁，无源侧MMC启动到热备用状态；步骤2、将并联在限流电阻两端的断路器打开，限流电阻接入换流站中的MMC充电回路；步骤3、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合，同时也将无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合；步骤4、将有源侧换流站中的MMC与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对有源侧MMC进行不控整流充电，直流母线电压随之上升；步骤5、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间并联在限流电阻两端的断路器闭合，切除接入MMC充电回路中的限流电阻；步骤6、将有源侧换流站MMC解除闭锁并切换到定电压工作模式，直流电压指令通过斜率控制缓慢上升到额定值；步骤7、等待无源侧换流站MMC的直流侧电压达到额定电压的允许偏差范围，切换无源侧换流站MMC工作模式为V/F工作模式，使得无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的交流断路器闭合；步骤8、完成直流配电网的启动，进入稳定运行。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术借助直流配电网和半桥型MMC换流站的结构特点，通过接入限流电阻、设置换流站交流侧和直流侧断路器合闸顺序、切换换流站控制模式和电压斜坡给定等方法，实现了当直流配电网向无源网络供电和黑启动时，无需借助其他辅助电源或设备即可完成直流配电网的启动。本专利技术控制简单，易实现，并在整个直流配电网启动过程无大的冲击电流，具有较好的经济性和系统可靠性。附图说明图1为本专利技术的直流配电网启动流程图；图2为本专利技术的直流配电网结构图；图3为本专利技术的MMC的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：本专利技术涉及的中压直流配电系统包括两个MMC换流站，如图2所示，其中MMC的结构示意图如图3所示，每个MMC由三个相单元组成，每个相单又分为上下桥臂，每个桥臂包含n个半桥型的功率子模块，由于半桥子模块的IGBT有反并联的二极管，此结构决定了MMC具有不控整流的能力。其中一个换流站MMC1接入交流电网，另外一个换流站MMC2向无源网络供电。另外，此直流配电网系统也可以看作是双端手拉手直流配电网其中一个换流站的交流侧电网发生故障断电时的一种特殊场景，当给交流负荷供电的交流电网断电时，直流配电网可以为交流负荷提供功率支援。一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1、首先将有源侧MMC闭锁，无源侧MMC启动到热备用状态(解锁脉冲，控制器内环给定和外环给定均设置为零)；在本实施例中，首先，将MMC1闭锁，将MMC2启动到热备用状态(MMC控制器内环给定和外环给定均设置为零)；步骤2、将并联在限流电阻两端的断路器打开，限流电阻接入换流站中的MMC充电回路；在本实施例中，使得并联在限流电阻两端的断路器ACB3打开，限流电阻接入换流站中MMC1的充电回路；步骤3、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合，同时也将无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合；在本实施例中，使得MMC1与直流母线之间的直流断路器DCB1闭合，同时也闭合MMC2与直流母线之间的直流断路器DCB2；步骤4、将有源侧换流站中的MMC与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对有源侧MMC进行不控整流充电，直流母线电压随之上升；由于此时无源侧换流站MMC已经启动到热备用状态，直流侧电压也向无源侧换流站MMC每个子模块电容进行充电，当不控整流使得直流电压达到稳态时，两个换流站的每个桥臂电容电压之和与所连接的交流电网线电压峰值相等；在本实施例中，闭合MMC1与交流系统之间的交流断路器ACB1，交流系统对MMC1进行不控整流充电，直流母线电压随之上升，换流站的每个桥臂电容电压之和与所连接的交流电网线电压峰值相等时，反并联二极管截止，停止对电容继续充电，不控整流使得MMC1直流侧电压达到稳态，此时每个子模块电容电压可以达到额定电压的71％～74％。在不控整流过程中，由于MMC2处于热备用解锁状态，且MMC2交流侧源，直流侧电压会向MMC2每个子模块电容进行充电。根据MMC的控制原理，任意时刻上下桥臂投入的子模块总数是恒定，所以，MMC2的每个桥臂电容电压之和与所连接的直流母线电压相等时充电达到稳态。步骤5、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间并联在限流电阻两端的断路器闭合，切除接入MMC充电回路中的限流电阻；在本实施例中，闭合并联在限流电阻两端的断路器ACB3，切除接入MMC1充电回路中的限流电阻；步骤6、将有源侧换流站MMC解除闭锁并切换到定电压工作模式，直流电压指令通过斜率控制缓慢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、首先将有源侧MMC闭锁，无源侧MMC启动到热备用状态；/n步骤2、将并联在限流电阻两端的断路器打开，限流电阻接入换流站中的MMC充电回路；/n步骤3、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合，同时也将无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合；/n步骤4、将有源侧换流站中的MMC与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对有源侧MMC进行不控整流充电，直流母线电压随之上升；/n步骤5、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间并联在限流电阻两端的断路器闭合，切除接入MMC充电回路中的限流电阻；/n步骤6、将有源侧换流站MMC解除闭锁并切换到定电压工作模式，直流电压指令通过斜率控制缓慢上升到额定值；/n步骤7、等待无源侧换流站MMC的直流侧电压达到额定电压的允许偏差范围，切换无源侧换流站MMC工作模式为V/F工作模式，使得无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的交流断路器闭合；/n步骤8、完成直流配电网的启动，进入稳定运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于半桥型MMC的中压直流配电网启动方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、首先将有源侧MMC闭锁，无源侧MMC启动到热备用状态；
步骤2、将并联在限流电阻两端的断路器打开，限流电阻接入换流站中的MMC充电回路；
步骤3、将有源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合，同时也将无源侧换流站中的MMC与直流母线之间的直流断路器闭合；
步骤4、将有源侧换流站中的MMC与交流系统之间的交流断路器闭合，交流系统对有源侧MMC进行不控整流充电，直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍现旭，尚学军，刘云，徐科，谢兴峰，吴在军，曹骁勇，黄仁志，吕家乐，王璐瑶，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，国家电网有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：天津;12