[发明专利]基于MMC的三相UPQC拓扑电路及其预充电方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统柔性交流输配电技术领域，特别涉及基于MMC的三相UPQC拓扑电路及其预充电方法。

背景技术

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、并联单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1上桥臂A相MMC功率模块至第N上桥臂A相MMC功率模块、第1上桥臂B相MMC功率模块至第N上桥臂B相MMC功率模块、第1上桥臂C相MMC功率模块至第N上桥臂C相MMC功率模块、第1下桥臂A相MMC功率模块至第N下桥臂A相MMC功率模块、第1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1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1上桥臂A相MMC功率模块至第N上桥臂A相MMC功率模块、第1上桥臂B相MMC功率模块至第N上桥臂B相MMC功率模块、第1上桥臂C相MMC功率模块至第N上桥臂C相MMC功率模块、第1下桥臂A相MMC功率模块至第N下桥臂A相MMC功率模块、第1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1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二极管D1和第二续流二极管D2对并联模块的每个功率模块进行充电时，由于MMC电路的特殊结构，交流电源在一个工频周期内，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况，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时，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二极管D1和第二续流二极管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。