[发明专利]基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法

说明书

本发明涉及一种基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法。所述启动方法包括：第一预充电阶段，通过变压器阀侧设定的启动电阻分别对各个桥臂中子模块进行充电，直到子模块电容的电压达到设定值时，解锁子模块的保护IGBT，进入第二预充电阶段；当子模块中电容C1和电容C2两者之间的电压达到平衡状态时，闭合预设的旁路刀闸使所述启动电阻被旁路；当子模块的电压达到稳定值时，解锁子模块的主IGBT，进入主动充电阶段；当充电至子模块的电压达到其额定工作电压时，停止充电，启动结束。通过本发明能避免子模块过电压和过电流问题，实现换流器的平稳启动。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法。

背景技术

电压源型换流器是柔性直流输电的核心，负责完成交直流变换和功率传输。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)是电压源换流器的拓扑结构之一，由于其模块化设计、谐波含量低、扩展容易等优点，广泛应用于柔性直流输电场合。

半桥型子模块是MMC的一种子模块拓扑结构，每个子模块包括两个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和一个子模块电容。基于半桥型子模块是MMC在直流双极短路时，由于二极管整流效应，该拓扑不能隔离交流系统和直流故障点的故障通路，导致短路电流水平高，威胁设备安全。为了提高可靠性，现有基于半桥子模块的MMC型柔性直流输电基本采用直流电缆作为媒介完成电力传输。

箝位式单子模块是MMC的另一种子模块拓扑结构，其在半桥型子模块基础上增加了一个保护IGBT和一个子模块电容，结构如图1所示，子模块IGBT包括保护IGBT、第一主IGBT和第二主IGBT(分别对应图1中的S3、S1和S2)，子模块电容包括第一电容和第二电容(分别对应图1中的C1、C2)。S1集电极与C1正极连接，S1发射极、S2集电极均连接所属子模块的一电压输入端，S2发射极、S3发射极均与C2负极连接，C1负极、C2正极通过二极管D4与S3集电极连接，S3集电极还连接所属子模块的另一电压输入端。基于箝位式单子模块是MMC在直流双极短路时，换流器自身能够提供足够反压促进短路电流衰减，完成直流故障自清除，因此特别适用于远距离、大容量、架空线场合的柔性直流输电工程。

启动是柔性直流输电换流器的一个核心问题，它的主要目标是完成子模块电容的充电过程，同时还需要避免过电压和过电流问题，避免设备损坏。传统的软启动方法为：将启动过程分为不可控启动和可控启动两个阶段，对于基于半桥型子模块的MMC来说，该方法能够实现换流器的平稳启动；然而，对于箝位式单子模块的MMC来说，若采用该方法启动，则在换流器解锁时，会产生较大的过电压和过电流，导致解锁失败。

因此，如何实现基于箝位式单子模块的MMC的平稳启动，是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，本发明提供一种基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法，能够实现换流器的平稳启动。

本发明一方面提供基于箝位式单子模块的模块化多电平换流器的启动方法，所述模块化多电平换流器包括至少两个桥臂，每个桥臂包括若干个级联的子模块，所述子模块为箝位式单子模块，每个子模块包括子模块IGBT和子模块电容；所述子模块IGBT包括一个保护IGBT和两个主IGBT，所述子模块电容包括电容C1、电容C2；

所述模块化多电平换流器的启动方法包括：

第一预充电阶段，通过设置在变压器阀侧的启动电阻分别对各个桥臂中子模块进行充电，直到子模块电容的电压达到设定值时，解锁子模块的保护IGBT，进入第二预充电阶段；

在第二预充电阶段，当子模块中电容C1和电容C2两者之间的电压达到平衡状态时，闭合预设的旁路刀闸以使所述启动电阻被旁路，当子模块的电压达到稳定值时，解锁子模块的两个主IGBT，进入主动充电阶段；