[发明专利]一种子模块混合型换流器的充电方法

说明书

本发明公开一种子模块混合型换流器的充电方法，通过在充电过程中将全桥子模块由闭锁逐个变换为半闭锁的半控充电环节，在半桥子模块不受控阶段抬高半桥子模块电压达到半桥子模块自取能电源的启动工作点，从而提高子模块自取能电源的启动工作点，降低子模块自取能电源的设计难度。本发明还公开另外一种子模块混合型换流器的充电方法，通过在充电过程中将全桥子模块由闭锁逐个变换为旁路的半控充电环节，同样可以实现上述目标。

技术领域

本发明涉及柔性直流输配电领域，具体涉及一种子模块混合型换流器的充电方法。

背景技术

柔性直流采用电压源型换流器，可以独立、快速控制控制有功功率和无功功率，从而提高系统的稳定性，抑制系统频率和电压的波动，提高并网交流系统的稳态性能。柔性直流在新能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市配网供电等领域具有较大的优势。换流器是柔性直流技术的核心装备，模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)因其具有模块化设计、开关频率低、谐波性能好等优点而成为当前柔性直流工程的首选方案。

目前已投入运行的基于MMC方案的柔性直流工程均采用基于半桥子模块的模块化多电平换流器(half bridge sub-module based modular multilevel converter，HB-MMC)方案，当换流器直流侧发生短路故障，交流电源、半桥子模块中的反并联二极管以及短路故障点将形成短路回路，由于现阶段高压直流断路器技术及制造工艺尚不成熟，因此需要通过分断交流断路器来切断故障回路并等待故障电流自然衰减到0后才能重新启动，该方案恢复供电的延时较长，降低了供电可靠性。

为了使得换流器具有直流故障清除能力，国内外学者提出了诸多新型拓扑。其中MMC的提出者，德国学者R.Marquart提出了以子模块为基本功率单元的广义MMC概念并提出了全桥子模块(full bridge sub-module，FBSM)等新型子模块拓扑。但是基于全桥子模块的模块化多电平换流器(full bridge sub-module based modular multilevelconverter，FB-MMC)开关器件较多，开关器件利用率不高，运行损耗大。为此专利WO2012103936A1提出了基于半桥和全桥子模块的混合型模块化多电平换流器(HBFB-MMC)方案，其兼具HB-MMC和FB-MMC的优点，在具有直流故障清除能力的同时还比FB-MMC方案减少开关器件约1/4，因此该方案具有广阔的应用前景。

HBFB-MMC方案中，子模块混合型换流器如图1所示，包含至少一个相单元，各相单元包含上桥臂和下桥臂，上、下桥臂包含相互串联的至少一个半桥子模块、至少一个全桥子模块和至少一个电抗器，换流器交流侧通过充电电阻及其旁路开关、进线开关与交流电网相连。半桥子模块至少包括两个带反并联二极管的可关断器件、一个储能元件，第一可关断器件的负极与第二可关断器件的正极相连构成一号桥，第一可关断器件的正极作为一号桥的正极，第二可关断器件的负极作为一号桥的负极，第一可关断器件与第二可关断器件的连接点作为半桥子模块的第一端点，一号桥的负极作为半桥子模块的第二端点，一号桥的正极与储能元件的正极相连，一号桥的负极与储能元件的负极相连。全桥子模块至少包括四个带反并联二极管的可关断器件、一个储能元件，第一可关断器件的负极与第二可关断器件的正极相连构成一号桥，第一可关断器件的正极作为一号桥的正极，第二可关断器件的负极作为一号桥的负极，第一可关断器件与第二可关断器件的连接点作为半桥子模块的第一端点，第三可关断器件的负极与第四可关断器件的正极相连构成二号桥，第三可关断器件的正极作为二号桥的正极，第四可关断器件的负极作为二号桥的负极，第三可关断器件与第四可关断器件的连接点作为全桥子模块的第二端点，一号桥的正极、二号桥的正极与储能元件的正极相连，一号桥的负极、二号桥的负极与储能元件的负极相连。