[发明专利]一种模块化多电平换流器柔性直流输电系统的起动方法

说明书

技术领域：

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器柔性直流输电系统的起动方法。

背景技术：

用于柔性直流输电的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)采用目前国际上较为流行的新型多电平拓扑结构。其核心单元——子模块(Sub Module，SM)，如图1所示，是由两个带有反并联二极管的可自关断的电力电子开关器件和一个电容器构成的半桥结构。新型多电平拓扑结构的基本拓扑结构如图2所示，与H桥级联型多电平结构类似，其由三个相单元(Phase Module或Phase Unite，图2中的1)组成，每个相单元包含上下对称的换流桥臂(ConverterLeg)，而每个换流桥臂又由多个子模块和一个桥臂电抗器串联而成。

正常运行时，通过控制两个开关器件的触发信号，合理地控制各相子模块的投入和切除数，可以得到不同的交流输出电压。换流器各相投入的子模块构成了直流侧电压，而直流电压的稳定是柔性直流输电系统稳定运行的基础。因此在系统运行之前，需对换流器的电容进行预充电，保证换流器正常运行前各子模块的电容电压达到额定值。待子模块的电容电压达到额定值后，换流器的站级控制切换至正常运行时的控制方式。上述电容器充电到站级控制切换的一系列过程构成了柔性直流输电系统的起动过程，可以看出，电容器的充电过程是输电系统起动的主要内容。

为了完成模块化多电平式柔性直流输电系统的正常起动，也即保证换流器各子模块电容的平稳、快速充电，可采取自励充电的方式，也可采用它励的方式。在中低压领域，可采取辅助电源的它励方式。丁冠军等人的“新型模块化多电平VSC子模块电容参数与均压策略”(中国电机工程学报，2009，29(30)，1～6)提及了一种简要的利用辅助电源的它励充电方式。选取大约等于子模块额定电压的直流电压源，将其跨接于换流器直流侧正负极之间，通过控制子模块的投入和切除，使得子模块电容电压升至额定值附近。具体实施是给各相2N个子模块的IGBT1关断信号，除待充子模块，其余2N-1的IGBT2给予触发信号，如此直流电压仅加载在待充电子模块电容两端，该子模块充电，待该子模块电容电压达到所预定值附近，即完成该子模块的充电。随后给该子模块IGBT2触发信号，同时下一个待充子模块IGBT2予关断信号，充电对象转移，如此顺序进行，可实现各相子模块的电容充电。

徐政、屠卿瑞等人的“无需辅助直流电源的三相模块化多电平换流器起动方法”(专利申请阶段，申请公布号：CN 101795057 A)，提出了一种在无需辅助直流电源的情况下，三相模块化多电平换流器的自励充电方法，该方法用交流系统线电压替代上文中的直流电压源，通过检测桥臂电流流向和各子模块电容电压来，控制各桥臂子模块的开关状态，完成换流器的子模块的充电。具体过程为：通过限流电阻将交流电压引至换流器，给所有子模块上下开关器件予关断信号，检测各桥臂的电流，当电流与充电方向一致时，给待充电子模块下开关器件予触发信号，该子模块充电；当电流与充电方向相反时，给该子模块下开关器件予关断信号，该子模块电容电压得以保持，如此反复，待子模块电容电压达到额定时，触发开通该子模块下开关器件，该子模块的充电完毕，可转而对下一个子模块进行充电，重复上述步骤，直至桥臂所有的子模块电容电压均达到额定值附近，换流器完成充电。

上述两种的子模块的方式其共同点缺点在于：第一，换流器各桥臂/相充电过程中，仅单个子模块投入充电，在同样的限流电阻下，换流器的充电时间增倍；第二，无论是直流电压源的它励充电，还是交流系统的自励充电，需要特别设计用于换流器充电的控制程序，均增加了控制器设计的复杂程度；第三，从柔性直流输电系统起动的角度来说，上述技术仅仅针对换流器的充电方式，直流线路与系统其它设备的充电过程未能涉及。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是在柔性直流输电系统正常运行前，保证子模块电容电压和直流电压达到额定值，并通过制定合适的控制策略抑制充电过程中产生的冲击电流。

本发明提供的一种模块化多电平换流器柔性直流输电系统的起动方法，所述换流器由三相六个桥臂构成，各桥臂由一个电抗器和若干结构相同的子模块串联而成，所述子模块包括电容和IGBT；其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

(1)设定站1为直流电压控制，无功功率控制；设定站2为无源交流电压控制；