一种多电平转换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多电平转换器及其控制方法，不可控预充电阶段，SDSM子模块和HBSM子模块的所有IGBT处于关断状态，三相对称正弦波电源进行桥式不可控整流，SDSM子模块和HBSM子模块充电至低于额定值的设定值后，停止充电；可控预充电阶段，SDSM子模块和HBSM子模块对IGBT开通或关断进行控制，依次对SDSM子模块和HBSM子模块进行分组充电，当HBSM子模块的电容电压到达额定值时，实现对SDSM子模块和HBSM子模块的预充电，预充电过程结束后，多电平转换器进入解锁启动阶段。本发明专利技术不需要解锁换流站完成预充电，也不需要采用复杂的控制策略，具有子模块控制简单和MMC充电时间短的优点。有子模块控制简单和MMC充电时间短的优点。有子模块控制简单和MMC充电时间短的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多电平转换器及其控制方法


[0001]本专利技术属于柔性直流输电
，具体涉及一种多电平转换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电，也称为电压源变换器
‑
高压直流(VSC
‑
HVDC)，是相对于传统直流输电(LCC)的概念，VSC
‑
HVDC是基于电压源换流技术，其换流器使用全控型电力电子器件。2002年，德国慕尼黑国防大学的R.Marquart和a.Lesnicar提出了一种模块化多电平转换器(MMC)拓扑结构，基于这种模块化多电平换流器的柔性高压直流输电技术(Modular Multilevel Converter
‑
High Voltage Direct Current，MMC
‑
HVDC)因易于拓展的模块化结构与较低的运行损耗等独特优势在直流电网中得到了快速发展。
[0003]陆上大规模新能源远距离接入的场景一般多采用架空线送出方式，架空线受地形地貌、气候等地理因素影响大，因此直流线路发生雷击短路的故障频发，这会严重影响输电系统的运行可靠性。
[0004]应对上述问题的技术方案中，其中一种主要方案为采用具备自清除直流故障能力的子模块来搭建MMC换流阀，本专利技术基于由一种具备自清除直流故障能力的新型子模块和半桥子模块混合搭建的新型MMC。
[0005]在MMC
‑
HVDC系统启动运行之前，需要先对MMC换流站的子模块电容进行充电，要求所有子模块电容充电至额定电压。现有提出在半桥MMC子模块预充电过程中采用电容协调控制策略，以解决冗余子模块预充电问题，但是需要在预充电过程中解锁换流站才能完成对子模块的充电。现有也以半桥MMC作为研究对象，所提出的充电策略是在受控充电阶段，对子模块逐个充电，虽然逻辑简单，但充电时间较长。现有还有将MMC的预充电过程分为闭锁充电过程和半闭锁充电过程，在半闭锁充电过程中，采用排序输入和退出策略，可以达到充电到额定电压的要求，但该策略需要排序输入和退出，导致子模块的控制比较复杂。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多电平转换器及其控制方法，用于解决现有多电平转换器控制复杂的技术问题。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种多电平转换器控制方法，包括不可控预充电阶段和可控预充电阶段；
[0009]不可控预充电阶段，SDSM子模块和HBSM子模块的所有IGBT处于关断状态，三相对称正弦波电源进行桥式不可控整流，SDSM子模块和HBSM子模块充电至低于额定值的设定值后，停止充电；
[0010]可控预充电阶段，SDSM子模块和HBSM子模块对IGBT开通或关断进行控制，依次对SDSM子模块和HBSM子模块进行分组充电，当HBSM子模块的电容电压到达额定值时，实现对SDSM子模块和HBSM子模块的预充电，预充电过程结束后，多电平转换器进入解锁启动阶段。
[0011]具体的，不可控预充电阶段，SDSM子模块通过反并联二极管组成的桥式无控整流
电路进行充电；HBSM子模块在桥臂电流为正方向时进行充电。
[0012]进一步的，SDSM子模块和HBSM子模块中的电容电压的比例关系如下：
[0013][0014]其中，U
c_HBSM
为HBSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压，U
c_SDSM
为SDSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压，m为额定工况下稳态运行时的调制比，k为SDSM子模块个数N1和子模块电容个数N的比，U
dc
为直流侧额定电压。
[0015]更进一步的，SDSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压U
c_SDSM
和HBSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压U
c_HBSM
分别为：
[0016][0017][0018]其中，U
CN
为子模块电容的额定电压。
[0019]具体的，可控预充电阶段采用分组充电策略实现SDSM子模块和HBSM子模块的可控预充电，将多电平转换器中每个桥臂分为SDSM组和HBSM组，一共分为12组，先对相同的6组进行充电，当充电至额定点后，再对剩余6组进行充电。
[0020]进一步的，对相同的6组进行充电时，在一个50HZ正弦波周期进行六等分内按照b
→
a
→
c
→
b
→
a
→
c的顺序进行充电，在每相的充电内，闭锁对应相上下桥臂中对应的两组子模块组，切除多电平转换器其余的10组。
[0021]进一步的，SDSM子模块和HBSM子模块的数量满足以下条件：
[0022]U
abmax
＝n
max
U
CN
[0023]其中，U
abmax
为，n
max
为可控预充电阶段的分组中的子模块电容个数的最大值，U
CN
为SDSM和HBSM中各个子模块电容的额定电压。
[0024]具体的，在可控预充电阶段，多电平转换器中6个桥臂的12个子模块分组中，每一时刻只有一相中的2组同类型子模块组处于一闭锁状态，剩余十组子模块组处于切除状态；
[0025]对多电平转换器中三相桥臂中子模块进行分组，分为SDSM组和HBSM组，对两组子模块组中的电容器进行轮流充电；当三相桥臂中的一类子模块组中的所有电容器被充电到额定电压后，对应子模块组的子模块被旁路，交流源通过三相桥臂给另一类子模块组的电容器充电，直到所有子模块都充电完毕。
[0026]具体的，在不可控预充电阶段，不投入限流电阻R
xl
，在变压器阀侧每个相中都设置一个限流电阻R
xl
，在可控预充电阶段投入限流电阻R
xl
，待所有子模块电容充电至额定电压，再旁路限流电阻。
[0027]本专利技术的另一技术方案是，一种多电平转换器，包括三个上桥臂和三个下桥臂，上桥臂和下桥臂形成一个相单元，每个桥臂包括依次连接的电抗器Lm，HBSM子模块和SDSM子模块，每相桥臂中的上桥臂一端与对应相交流源连接，另一端与直流侧正极连接，下桥臂一端与对应相交流源连接，另一端与直流侧负极连接，每个上下桥臂中都在交流源入口处串联电抗器，桥臂由电抗器与两种子模块串联构成；
[0028]SDSM子模块包括绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4和T5，T1、T2、T3、T4和T5分别反并联一个二极管，T1的发射极分别连接i
sm
和T2的集电极，T1的集电极分两路，一路连接电容C1的正极，另一路经续流二极管D6和阻尼电阻R1后分两路，一路连接电容C2的负极，另一路连接T3的发射极；T2的发射极分两路，一路连接电容C1的负极，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电平转换器控制方法，其特征在于，包括不可控预充电阶段和可控预充电阶段；不可控预充电阶段，SDSM子模块和HBSM子模块的所有IGBT处于关断状态，三相对称正弦波电源进行桥式不可控整流，SDSM子模块和HBSM子模块充电至低于额定值的设定值后，停止充电；可控预充电阶段，SDSM子模块和HBSM子模块对IGBT开通或关断进行控制，依次对SDSM子模块和HBSM子模块进行分组充电，当HBSM子模块的电容电压到达额定值时，实现对SDSM子模块和HBSM子模块的预充电，预充电过程结束后，多电平转换器进入解锁启动阶段。2.根据权利要求1所述的多电平转换器控制方法，其特征在于，不可控预充电阶段，SDSM子模块通过反并联二极管组成的桥式无控整流电路进行充电；HBSM子模块在桥臂电流为正方向时进行充电。3.根据权利要求2所述的多电平转换器控制方法，其特征在于，SDSM子模块和HBSM子模块中的电容电压的比例关系如下：其中，U
c_HBSM
为HBSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压，U
c_SDSM
为SDSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压，m为额定工况下稳态运行时的调制比，k为SDSM子模块个数N1和子模块电容个数N的比，U
dc
为直流侧额定电压。4.根据权利要求3所述的多电平转换器控制方法，其特征在于，SDSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压U
c_SDSM
和HBSM子模块中每个电容在不可控预充电阶段可充到的电压U
c_HBSM
分别为：分别为：其中，U
CN
为子模块电容的额定电压。5.根据权利要求1所述的多电平转换器控制方法，其特征在于，可控预充电阶段采用分组充电策略实现SDSM子模块和HBSM子模块的可控预充电，将多电平转换器中每个桥臂分为SDSM组和HBSM组，一共分为12组，先对相同的6组进行充电，当充电至额定点后，再对剩余6组进行充电。6.根据权利要求5所述的多电平转换器控制方法，其特征在于，对相同的6组进行充电时，在一个50HZ正弦波周期进行六等分内按照b
→
a
→
c
→
b
→
a
→
c的顺序进行充电，在每相的充电内，闭锁对应相上下桥臂中对应的两组子模块组，切除多电平转换器其余的10组。7.根据权利要求5所述的多电平转换器控制方法，其特征在于，SDSM子模块和HBSM子模块的数量满足以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁联辉，林心怡，王秀丽，张晨浩，李洋，周易，杨爽勉，曹均正，
申请(专利权)人：特变电工科技投资有限公司，
类型：发明
国别省市：