电网支撑型有源换流器及其控制方法和换流系统技术方案

本申请公开了一种电网支撑型有源换流器及其控制方法和换流系统，属于大功率电力电子变流技术领域。该电网支撑型有源换流器包括有源换流链和阀控系统；有源换流链包括至少一个有源模块，有源模块包括储能单元、功率单元、功率控制模块和储能控制模块；其中，功率控制模块控制功率单元工作，储能控制模块从储能单元的储能元件取能并控制储能单元工作，阀控系统与储能控制模块以及功率控制模块通信。通过在有源模块中设置从储能元件取电的储能控制模块，可保证在电网失电时，储能控制模块仍能够正常工作，协同功率控制模块实现黑启动功能。协同功率控制模块实现黑启动功能。协同功率控制模块实现黑启动功能。

【技术实现步骤摘要】
电网支撑型有源换流器及其控制方法和换流系统


[0001]本申请属于大功率电力电子变流
，具体涉及一种电网支撑型有源换流器及其控制方法和换流系统。

技术介绍

[0002]在大容量大功率电力电子变流
，多电平换流器利用模块化级联技术，将储能装置集成在子模块中，具有模块化程度高、谐波特性好、等效开关频率低等优势，目前已成为高压电力电子领域的标准拓扑。通过将储能单元作为子模块集成在模块化多电平换流器中，如将储能单元集成在静止无功发生器中，实现高压交流直挂式储能，或者将储能单元集成在半桥模块中，实现高压直流直挂式储能，可以同时实现交直流功率转换和能量储存。由此诞生的有源换流器是一种能够有效满足储能系统接入要求、起到支撑电网作用的可行方案。
[0003]带有储能单元的多电平换流器，需要考虑将其作为在电网失电时重启区域电网的黑启动电源的应用需求，但是现有的技术方案均不能满足黑启动的需求。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本申请提供一种电网支撑型有源换流器，目的是解决现有技术中多电平换流器无法作为电网失电时重启区域电网的黑启动电源的技术问题；本申请还提供一种上述电网支撑型有源换流器的控制方法，目的是为该电网支撑型有源换流器提供多种可选择的控制模式；此外，本申请还提供一种换流系统，目的是提供一种该电网支撑型有源换流器的应用方式。
[0005]技术方案：本申请所述的一种电网支撑型有源换流器包括有源换流链和阀控系统；其中，所述有源换流链包括至少一个有源模块，所述有源模块包括：
[0006]储能单元，包括至少一个储能元件；
[0007]功率单元，包括并联连接的直流电容和功率组件，所述功率组件包括功率半导体器件构成的全桥电路和/或半桥电路，所述直流电容通过连接开关与所述储能单元连接，所述功率单元的交流端并联旁路开关；
[0008]功率控制模块，控制所述功率单元工作；
[0009]储能控制模块，从所述储能元件取能，并控制所述储能单元工作；
[0010]所述阀控系统与所述储能控制模块以及所述功率控制模块通信。
[0011]可选地，在一些实施例中，所述功率控制模块与所述储能控制模块通信，或者所述功率控制模块与所述储能控制模块集成在一起。
[0012]可选地，在一些实施例中，所述有源换流链包括相互串联的N个所述有源模块，N为大于等于2的整数；
[0013]所述有源换流链与所述阀控系统的连接方式包括点对点连接、分组首尾连接、串联随机连接、串联首尾连接或它们的任意组合；其中，
[0014]所述点对点连接是：在所述有源换流链中，所有的所述有源模块均通过各自的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接；
[0015]所述分组首尾连接是：在所述有源换流链中，P个有源模块为一组，2≤P≤N；在所述组内，各所述有源模块通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块串联连接，位于首尾两端的所述有源模块的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接；
[0016]所述串联随机连接是：在所述有源换流链中，所有的所述有源模块通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块串联连接，任选其中M个有源模块，2≤M≤N，通过所述M个有源模块所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接；
[0017]所述串联首尾连接是：在所述有源换流链中，所有的所述有源模块通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块串联连接，位于首尾两端的所述有源模块的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接。
[0018]可选地，在一些实施例中，所述阀控系统包括至少一个阀控制器，所述功率控制模块以及所述储能控制模块均与所述阀控制器通信。
[0019]可选地，在一些实施例中，所述阀控系统包括两个所述阀控制器，分别为第一阀控制器和第二阀控制器，所述功率控制模块与所述第一阀控制器通信，所述储能控制模块与所述第二阀控制器通信。
[0020]可选地，在一些实施例中，所述第一阀控制器和所述第二阀控制器通信；和/或
[0021]所述第一阀控制器和所述第二阀控制器为设置于同一个装置内的不同插件，或者所述第一阀控制器和所述第二阀控制器设置于不同的装置中；和/或
[0022]所述第一阀控制器配置在线切换的双系统；和/或
[0023]所述第二阀控制器配置在线切换的双系统。
[0024]可选地，在一些实施例中，所述连接开关通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块控制；和/或
[0025]所述连接开关并联有充电回路，所述充电回路包括串联的充电开关与电阻，所述充电开关通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块控制。
[0026]可选地，在一些实施例中，所述储能元件包括电池、超级电容、飞轮储能、气体压缩储能或它们的任意组合；和/或
[0027]所述储能单元还包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器设置于所述储能元件与所述储能单元的输入端之间；和/或
[0028]包括欠压保护单元，当所述旁路开关合闸且所述储能元件的电压低于阈值时，所述欠压保护单元使所述储能控制模块停止从储能元件取能；和/或
[0029]所述储能控制模块采样所述旁路开关的位置节点。
[0030]相应的，本申请提供的应用于上述电网支撑型有源换流器的控制方法，包括离线自检模式、有源启动模式、黑启动模式或它们的任意组合；其中，
[0031]所述离线自检模式包括：依靠所述储能单元供能，实现所述有源模块自检，并判断是否具备启动条件；
[0032]所述有源启动模式包括：在交流电网正常时，所述电网支撑型有源换流器先连接电网，再实现启动运行；
[0033]所述黑启动模式包括：在所述电网支撑型有源换流器未连接电网或电网失电时，由所述储能单元提供启动能量，实现换流器运行，输出独立的有功和/或无功支撑电网。
[0034]可选地，在一些实施例中，当同时具有离线自检模式、有源启动模式和黑启动模式时，所述离线自检模式还包括根据电网电压情况判断进入有源启动模式或黑启动模式。
[0035]可选地，在一些实施例中，所述离线自检模式的步骤包括：
[0036]通过所述储能控制模块，获得所有所述功率单元的所述旁路开关的位置信息和所述储能元件的荷电状态值；
[0037]进入第一环节：判断旁路子模块数量是否超过允许冗余数量，若未超过则进入第二环节，若超过则自检不通过，不允许进入第二环节；其中，所述旁路子模块为旁路开关闭合的有源模块；
[0038]第二环节：判断荷电状态值低于运行允许值的所述有源模块数量是否超过允许数量，若超过则认为黑启动自检不通过，不允许进入黑启动模式。
[0039]可选地，在一些实施例中，所述有源启动模式的步骤包括：
[0040]由交流电网向所述直流电容充电，所述功率控制模块从所述直流电容取能；
[0041]所有未旁路子模块与所述阀控系统建立通信；其中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网支撑型有源换流器，其特征在于，包括有源换流链和阀控系统；其中，所述有源换流链包括至少一个有源模块，所述有源模块包括：储能单元，包括至少一个储能元件；功率单元，包括并联连接的直流电容和功率组件，所述功率组件包括功率半导体器件构成的全桥电路和/或半桥电路，所述直流电容通过连接开关与所述储能单元连接，所述功率单元的交流端并联旁路开关；功率控制模块，控制所述功率单元工作；储能控制模块，从所述储能元件取能，并控制所述储能单元工作；所述阀控系统与所述储能控制模块以及所述功率控制模块通信。2.根据权利要求1所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述功率控制模块与所述储能控制模块通信，或者所述功率控制模块与所述储能控制模块集成在一起。3.根据权利要求1所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述有源换流链包括相互串联的N个所述有源模块，N为大于等于2的整数；所述有源换流链与所述阀控系统的连接方式包括点对点连接、分组首尾连接、串联随机连接、串联首尾连接或它们的任意组合；其中，所述点对点连接是：在所述有源换流链中，所有的所述有源模块均通过各自的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接；所述分组首尾连接是：在所述有源换流链中，P个有源模块为一组，2≤P≤N；在所述组内，各所述有源模块通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块串联连接，位于首尾两端的所述有源模块的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接；所述串联随机连接是：在所述有源换流链中，所有的所述有源模块通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块串联连接，任选其中M个有源模块，2≤M≤N，通过所述M个有源模块的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接；所述串联首尾连接是：在所述有源换流链中，所有的所述有源模块通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块串联连接，位于首尾两端的所述有源模块的所述功率控制模块和/或所述储能控制模块与所述阀控系统连接。4.根据权利要求1所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述阀控系统包括至少一个阀控制器，所述功率控制模块以及所述储能控制模块均与所述阀控制器通信。5.根据权利要求4所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述阀控系统包括两个所述阀控制器，分别为第一阀控制器和第二阀控制器，所述功率控制模块与所述第一阀控制器通信，所述储能控制模块与所述第二阀控制器通信。6.根据权利要求5所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述第一阀控制器和所述第二阀控制器通信；和/或所述第一阀控制器和所述第二阀控制器为设置于同一个装置内的不同插件，或者所述第一阀控制器和所述第二阀控制器设置于不同的装置中；和/或所述第一阀控制器配置在线切换的双系统；和/或所述第二阀控制器配置在线切换的双系统。7.根据权利要求1所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述连接开关通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块控制；和/或
所述连接开关并联有充电回路，所述充电回路包括串联的充电开关与电阻，所述充电开关通过所述功率控制模块和/或所述储能控制模块控制。8.根据权利要求1所述的电网支撑型有源换流器，其特征在于，所述储能元件包括电池、超级电容、飞轮储能、气体压缩储能或它们的任意组合；和/或所述储能单元还包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器设置于所述储能元件与所述储能单元的输入端之间；和/或包括欠压保护单元，当所述旁路开关合闸且所述储能元件的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晔源，姚宏洋，王宇，朱铭炼，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：