一种具备电网主动支撑能力的交交变频器及其启动方法技术

本发明专利技术属于柔性低频交流输电技术领域，涉及一种具备电网主动支撑能力的交交变频器及其启动方法，包括：至少一个变频模块，变频模块包括多个桥臂，每个桥臂上设置若干变频子模块，变频子模块包括储能电池、子模块开关、交流软启电阻、旁路断路器和变频电路，储能电池通过子模块开关与交流软启电阻、变频电路串联，旁路断路器与交流软启电阻并联。其能够有效解决含子模块并联储能电池的交交变频器系统启动问题。动问题。动问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具备电网主动支撑能力的交交变频器及其启动方法


[0001]本专利技术涉及一种具备电网主动支撑能力的交交变频器及其启动方法，属于柔性低频交流输电


技术介绍

[0002]柔性低频交流输电技术是一种新型输电技术，由于其输电频率低，输电距离与外送功率水平提升，特别适用于海上风电送出。
[0003]交交变频器是低频系统接入工频系统的变频设备，是柔性低频交流输电的关键环节。与柔性直流系统不同，柔性低频系统无直流环节，难以通过直流储能装置实现大功率储存，无法实现交流电网频率主动支撑。通过在交交变频器子模块中增加并联储能电池能够储存海上风电的盈余有功功率，当工频交流系统或低频交流系统功率不足而导致频率下降时，储能电池能够迅速提供功率支撑，保证系统的频率安全。但目前尚未提出具备电网主动支撑能力的交交变频器启动方法。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种具备电网主动支撑能力的交交变频器及其启动方法，其能够有效解决含子模块并联储能电池的交交变频器系统启动问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种具备电网主动支撑能力的交交变频器，包括：至少一个变频模块，变频模块包括多个桥臂，每个桥臂上设置若干变频子模块，变频子模块包括储能电池、子模块开关、交流软启电阻、旁路断路器和变频电路，储能电池通过子模块开关与交流软启电阻、变频电路串联，旁路断路器与交流软启电阻并联。
[0006]进一步，每个桥臂上还设置有与变频子模块串联的电感。
[0007]进一步，变频电路为全桥结构，全桥结构包括两组开关器件桥臂和直流电容，两组开关器件桥臂并联，且两组开关器件桥臂与直流电容并联。
[0008]进一步，各组开关器件桥臂均包括两个串联的开关器件，开关器件为IGBT。
[0009]本专利技术还公开了一种具备电网主动支撑能力的交交变频器的启动方法，用于上述任一项具备电网主动支撑能力的交交变频器，启动方法包括以下三种：通过储能电池实现变频器启动；通过交流系统及交流软启电阻实现变频器启动；通过储能电池、交流系统和交流软启电阻实现变频器启动。
[0010]进一步，通过储能电池实现变频器启动的方法为：设定变频子模块中电容的额定运行平均电压；关闭子模块开关，储能电池通过交流软启电阻对电容进行充电；当电容的电压达到额定运行平均电压后，工频侧交流电网开关合闸，换流器解锁，变频器启动完成启动。
[0011]进一步，通过交流系统及交流软启电阻实现变频器启动的方法为：交流电网开关合闸，交流电网通过交流软启电阻对各个变频子模块的电容进行充电；当变频子模块的电容平均值达到U
dcsmref1
后，旁路断路器合闸，变频子模块采用主动充电模式进行充电；每隔预
设时间增加一个旁路断路器合闸的变频子模块，依次使各个变频子模块进入主动充电模式，当各个变频子模块的电容平均电压达到额定运行平均电压后，不再增加旁路断路器合闸的变频子模块，主动充电完成；储能电池的子模块开关合闸，换流器解锁，变频器启动完成。
[0012]进一步，U
dcsmref1
的计算公式为：
[0013][0014]其中，U
LL
为联接变阀侧线电压峰值，N为单个阀臂全桥子模块个数。
[0015]进一步，通过储能电池实现变频器启动的方法应用于变频子模块的储能电池SOC较高时；通过交流系统及交流软启电阻实现变频器启动的方法应用于子模块储能电池SOC较低，无法满足启动要求时。
[0016]进一步，通过储能电池、交流系统和交流软启电阻实现变频器启动的方法为：交流电网开关合闸，交流电网通过交流软启电阻对对各个变频子模块的电容进行充电；当变频子模块的电容平均值达到U
dcsmref1
后，旁路断路器合闸，变频子模块采用主动充电模式进行充电；储能电池的子模块开关合闸，对变频子模块的电容进行进一步充电，直至子模块电容电压平均值达到额定运行平均电压；换流器解锁，变频器启动完成。
[0017]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0018]1、本专利技术能够通过储能电池、交流系统、储能电池与交流系统混合三种方式对换流器进行充电，启动方式更灵活。
[0019]2、本专利技术通过旁路断路器合闸，变频子模块采用主动充电模式对全桥子模块进行主动充电，进一步提高子模块电容电压至额定运行值。
[0020]3、本专利技术可以广泛应用于解决海上风电低频送出系统中柔性低频输电换流器的启动问题。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交交变频器拓扑结构图；
[0022]图2是本专利技术一实施例中变频子模块的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交交变频器通过储能电池充电的变频子模块电容电压平均值随时间变化图；
[0024]图4是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交交变频器通过交流系统充电的变频子模块电容电压平均值随时间变化图；
[0025]图5是本专利技术一实施例中具备电网支撑能力的交交变频器通过交流系统与变频子模块储能电池混合充电的子模块电容电压平均值随时间变化图。
具体实施方式
[0026]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，通过具体实施例对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0027]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种具备电网主动支撑能力的交交变频器及其启动方法，其包括：变频子模块、交流软启电阻及其旁路断路器、储能电池，储能电池并联变频电路，相应的控制保护系统，储能电池通过具备限制过流能力的变频电路与MMMC子模块电容并联，从而具备能量储存能力。启动方法包括三种：1、通过储能电池实现变频器启动；2、通过交流系统及交流软启电阻实现变频器启动；3、通过储能电池与交流系统及相应的软启装置实现变频器混合启动。其解决了海上风电低频送出系统中含子模块储能电池的柔性低频输电换流器启动问题。下面结合附图，通过实施例对本专利技术方案进行详细说明。
[0028]实施例一
[0029]本实施例公开了一种具备电网主动支撑能力的交交变频器，如图1所示，包括：至少一个变频模块，变频模块包括多个桥臂，每个桥臂的输入端与工频系统的一相交流母线对应连接，每个桥臂的输出端与低频系统的同一相交流母线连接；每个桥臂上设置若干变频子模块，每个桥臂上还设置有与变频子模块串联的电感。
[0030]如图2所示，变频子模块包括储能电池、子模块开关、交流软启电阻、旁路断路器和变频电路，储能电池通过子模块开关与交流软启电阻、变频电路串联，旁路断路器与交流软启电阻并联。其中，变频电路为全桥结构，全桥结构包括两组开关器件桥臂和直流电容，两组开关器件桥臂并联，且两组开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备电网主动支撑能力的交交变频器，其特征在于，包括：至少一个变频模块，所述变频模块包括多个桥臂，每个桥臂上设置若干变频子模块，所述变频子模块包括储能电池、子模块开关、交流软启电阻、旁路断路器和变频电路，所述储能电池通过所述子模块开关与所述交流软启电阻、变频电路串联，所述旁路断路器与所述交流软启电阻并联。2.如权利要求1所述的具备电网主动支撑能力的交交变频器，其特征在于，每个所述桥臂上还设置有与所述变频子模块串联的电感。3.如权利要求1所述的具备电网主动支撑能力的交交变频器，其特征在于，所述变频电路为全桥结构，所述全桥结构包括两组开关器件桥臂和直流电容，所述两组开关器件桥臂并联，且所述两组开关器件桥臂与所述直流电容并联。4.如权利要求3所述的具备电网主动支撑能力的交交变频器，其特征在于，各组所述开关器件桥臂均包括两个串联的开关器件，所述开关器件为IGBT。5.一种具备电网主动支撑能力的交交变频器的启动方法，其特征在于，用于如权利要求1
‑
4任一项所述的具备电网主动支撑能力的交交变频器，所述启动方法包括以下三种：通过储能电池实现变频器启动；通过交流系统及交流软启电阻实现变频器启动；通过储能电池、交流系统和交流软启电阻实现变频器启动。6.如权利要求5所述的具备电网主动支撑能力的交交变频器的启动方法，其特征在于，所述通过储能电池实现变频器启动的方法为：设定变频子模块中电容的额定运行平均电压；关闭所述子模块开关，所述储能电池通过所述交流软启电阻对所述电容进行充电；当所述电容的电压达到额定运行平均电压后，工频侧交流电网开关合闸，换流器解锁，变频器启动完成启动。7.如权利要求5所述的具备电网主动支撑能力的交交变频器的启动方法，其特征在于，所述通过交流系统及交流软启电阻实...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑宾，李明，厉璇，张和，尹聪琦，王秀丽，孟永庆，宁联辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：