本发明专利技术公开了属于电力系统柔性交流输配电技术领域的基于MMC的三相UPQC拓扑电路及其预充电方法。该方法首先利用并联部分交流侧三相交流电网电压通过不控整流对三相MMC-UPQC所有子模块进行充电，再利用对串联侧子模块的合理控制，在保证对高压交流电网无电流冲击以及子模块内开关器件仅受最小应力的条件下，将三相MMC-UPQC所有功率模块的直流电压从零电压值充到稳定工作设定值。本发明专利技术的有益效果为：在不增加外部辅助设备、减小投资成本、不添加复杂控制方法的情况下实现了对三相高压交流电网无冲击的三相MMC-UPQC自励预充电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电カ系统柔性交流输配电
，特别涉及基于MMC的三相UPQC拓扑电路及其预充电方法。
技术介绍
统一电能质量控制器(Unified Power Quality Conditioner, UPQC)作为功能强大的电能质量综合补偿装置，可同时解决压暂升、电压暂降、三相不平衡电压、谐波电压、无功电流、谐波电流、不平衡电流等电能质量问题，其串联、并联単元可解耦后独立运行实现各自功能，也可联合运行实现统一的综合功能。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为一种应用在轻型直流输电中的多电平换流器拓扑结构，其采用多个子模块级联的方式，无需变压器便可方便的直挂于中高压配电系统的配电线路中，且换流器输出电压采用多电平方式，可较好的逼近正弦波并具有较低的谐波含量。当所有功率模块的直流电容C两端电压上升至稳态工作电压时，三相MMC-UPQC才能投入运行；因此在三相MMC-UPQC投入正常运行前，需要对所有功率模块的直流电容C充电，使直流电容C两端电压由零上升到稳态工作电压，即完成MMC-UPQC的预充电过程。所有功率模块由并联模块的所有功率模块和串联模块的所有功率模块组成；并联模块的所有功率模块指并联模块中的第I上桥臂A相MMC功率模块至第N上桥臂A相MMC功率模块、第I上桥臂B相MMC功率模块至第N上桥臂B相MMC功率模块、第I上桥臂C相MMC功率模块至第N上桥臂C相MMC功率模块、第I下桥臂A相MMC功率模块至第N下桥臂A相MMC功率模块、第I下桥臂B相MMC功率模块至第N下桥臂B相MMC功率模块和第I下桥臂C相MMC功率模块至第N下桥臂C相MMC功率模块；串联模块的所有功率模块指串联模块中的第I上桥臂A相MMC功率模块至第N上桥臂A相MMC功率模块、第I上桥臂B相MMC功率模块至第N上桥臂B相MMC功率模块、第I上桥臂C相MMC功率模块至第N上桥臂C相MMC功率模块、第I下桥臂A相MMC功率模块至第N下桥臂A相MMC功率模块、第I下桥臂B相MMC功率模块至第N下桥臂B相MMC功率模块和第I下桥臂C相MMC功率模块至第N下桥臂C相MMC功率模块；由于三相MMC-UPQC的串联模块和并联模块均接在同一电源，且两部分直流侧是由直流母线直接相连，所以三相MMC-UPQC仅能利用并联模块通过交流电源进行充电，串联模块则通过直流母线对其进行充电。当交流电源通过第一续流ニ极管Dl和第二续流ニ极管D2对并联模块的每个功率模块进行充电吋，由于MMC电路的特殊结构，交流电源在ー个エ频周期内，分时段分别对并联模块各相(A相、B相和C相)的上、下桥臂上的每个功率模块进行充电；且从并联模块直流侧看，每个时刻并联模块每相(A相、B相和C相)均只会有上桥臂或者下桥臂的N个功率模块串联进电路中。对于串联模块来说，各相(A相、B相和C相)上、下桥臂的每个功率模块通过与并联模块相连的直流母线对其充电，从串联模块直流侧看，每个时刻串联模块每相(A相、B相和C相)均有2N个功率模块串进电路中。因此，MMC-UPQC就会出现由并联模块上桥臂或者下桥臂N个功率模块提供的直流电压对串联模块上桥臂和下桥臂2N个功率模块进行充电的情況，此时，串联模块每个功率模块的直流电压仅能充到并联模块每个功率模块直流电压的一半。对于应用于高电压(6kV及以上)场合的MMC来说,功率模块控制系统的电源主要通过MMC主回路取能，一般均设计在功率模块进入设定的工作电压吋，才能正常工作，所以对于应用在高电压场合的功率模块来说，在未达到额定工作电压时，功率模块的控制系统不工作，功率模块的开关器件均在关断状态，主回路电流仅能通过与第一续流ニ极管Dl和第二续流ニ极管D2对直流电容进行充电。由于串联模块电压在启动过程中的特殊性，因此必须设计串联模块中每个功率模块的取能电路能在二分之一到全额额定工作电压范围内，均能为功率模块控制系统提供稳定的工作电源， 而并联模块功率模块取能电路应能在功率模块额定工作电压范围内向控制系统提供稳定的工作电源。当并联模块的每个功率模块达到工作电压，而串联模块每个功率模块到达工作电压的二分之ー时，串联模块和并联模块的功率模块控制系统开始正常工作，若此时对串联模块和并联模块的功率模块解锁，使串联模块和并联模块的三相每个桥臂都只投入N个功率模块，会使串联模块ー侧直流电压变为解锁前直流电压的一半，而并联模块ー侧直流电压不变，从而引起直流母线电压和电流冲击，进而引起并联模块交流电源的电流冲击。若不对此冲击进彳丁合通控制，就可能对MMC中的器件造成损坏，并引起系统电压波动。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺陷公开了ー种三相MMC-UPQC无冲击自励预充电方法。本专利技术在实现对直流母线电压、电流以及交流电源电流小冲击的同时，使串联模块每个功率模块在迅速达到额定工作电压。利用本专利技术进行MMC-UPQC预充电，在无需外部辅助设备的情况下，实现MMC-UPQC的快速、小冲击启动，简单易实现，非常适合应用于高电压大容量的实际工程中。基于MMC的三相UPQC拓扑电路的结构如下并联模块连接串联模块，第一隔离变压器、第二隔离变压器和第三隔离变压器的原边绕组分别安装在输电线路A相线路、输电线路B相线路和输电线路C相线路上，第一隔离变压器的副边绕组的一端通过第三三相断路器连接串联模块中的第一电抗器和第二电抗器的公共节点，第二隔离变压器的副边绕组的一端通过第三三相断路器连接串联模块中的第三电抗器和第四电抗器的公共节点，第三隔离变压器的副边绕组的一端通过第三三相断路器连接串联模块中的第五电抗器和第六电抗器的公共节点，第一隔离变压器的副边绕组的另一端、第二隔离变压器的副边绕组的另一端和第三隔离变压器的副边绕组的另一端连接在一起；第一限流电阻的一端连接第一三相断路器，另一端连接并联模块中的第一电抗器和第二电抗器的公共节点；第二限流电阻的一端连接第一三相断路器，另一端连接并联模块中的第三电抗器和第四电抗器的公共节点；第三限流电阻的一端连接第一三相断路器，另一端连接并联模块中的第五电抗器和第六电抗器的公共节点；第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻均与第二三相断路器并联；第一三相断路器KMl分别连接输电线路A相线路、输电线路B相线路和输电线路C相线路；输电线路A相线路、输电线路B相线路和输电线路C相线路是指三相高压交流电网的三相交流线路。所述并联模块与串联模块的结构均为第I上桥臂A相MMC功率模块至第N上桥臂A相MMC功率模块依次串联连接构成上桥臂A相电路，第I上桥臂B相MMC功率模块至第N上桥臂B相MMC功率模块依次串联连接构成上桥臂B相电路；第I上桥臂C相MMC功率模块至第N上桥臂C相MMC功率模块依次串联连接构成上桥臂C相电路，第I下桥臂A相MMC功率模块至第N下桥臂A相MMC功率模块依次串联连接构成下桥臂A相电路，第I下桥臂B相MMC功率模块至第N下桥臂B相MMC功率模块依次串联连接构成下桥臂B相电路，第I下桥臂C相MMC功率模块至第N下桥臂C相MMC功率模块依次串联连接构成下桥臂C相电路；第一电抗器连接第N上桥臂A相MMC功率模块的第二公共端，第二电抗器连接第I下桥臂A相MMC功率模块的第一公共端，第三电抗器连接第N上桥臂B相本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于MMC的三相UPQC拓扑电路，其特征在于，它的结构如下：并联模块连接串联模块，第一隔离变压器（Ta）、第二隔离变压器（Tb）和第三隔离变压器（Tc）的原边绕组分别安装在输电线路A相线路（Ua）、输电线路B相线路（Ub）和输电线路C相线路（Uc）上，第一隔离变压器（Ta）的副边绕组的一端通过第三三相断路器（KM3）连接串联模块中的第一电抗器（La）和第二电抗器（La’）的公共节点，第二隔离变压器（Tb）的副边绕组的一端通过第三三相断路器（KM3）连接串联模块中的第三电抗器（Lb）和第四电抗器（Lb’）的公共节点，第三隔离变压器（Tc）的副边绕组的一端通过第三三相断路器（KM3）连接串联模块中的第五电抗器（Lc）和第六电抗器（Lc’）的公共节点，第一隔离变压器（Ta）的副边绕组的另一端、第二隔离变压器（Tb）的副边绕组的另一端和第三隔离变压器（Tc）的副边绕组的另一端连接在一起；第一限流电阻（Ra）的一端连接第一三相断路器（KM1），另一端连接并联模块中的第一电抗器（La）和第二电抗器（La’）的公共节点；第二限流电阻（Rb）的一端连接第一三相断路器（KM1），另一端连接并联模块中的第三电抗器（Lb）和第四电抗器（Lb’）的公共节点；第三限流电阻（Rc）的一端连接第一三相断路器（KM1），另一端连接并联模块中的第五电抗器（Lc）和第六电抗器（Lc’）的公共节点；第一限流电阻（Ra）、第二限流电阻（Rb）和第三限流电阻（Rc）均与第二三相断路器（KM2）并联；第一三相断路器KM1 分别连接输电线路A相线路（Ua）、输电线路B相线路（Ub）和输电线路C相线路（Uc）；输电线路A相线路（Ua）、输电线路B相线路（Ub）和输电线路C相线路（Uc）是指三相高压交流电网的三相交流线路。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龙云波，肖湘宁，徐永海，郝君伟，于宝来，徐云飞，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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