[发明专利]一种换流站及其阀组投退过程中子模块均压控制方法

说明书

本发明涉及一种换流站及其阀组投退过程中子模块均压控制方法，阀组投入/退出过程中，控制增大该阀组的无功电流的指令值，从而使得阀组工作在阀侧交流电流的幅值大于三分之二倍的直流母线电流幅值的工况下，从而创造正、负交替的桥臂电流，实现子模块的均压控制。该控制方法避免因桥臂电流持续为正或持续为负时造成半桥子模块和/或钳位双子模块电压过压或欠压现象，从而解决了因子模块电压不均引起电流冲击的问题。本发明只针对控制策略进行了改进，并不需要增加全桥子模块的数目，有效降低了设备成本，具有很强技术经济性。而且，该控制方法对交流系统影响较小，具有较强的实用性。

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种换流站及其阀组投退过程中子模块均压控制方法。

背景技术

随着现代电网的快速发展及电力电子技术的更新换代，基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)技术的柔性直流输电系统取得了长足进步。MMC具有可独立控制有功无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等诸多优点，同时，MMC系统还具备开关频率较低、开关损耗小、无需交流滤波器组和扩展性强等优点，这使得MMC逐步实现了工程应用，并可以运用于高直流电压、大功率输电的场合。

目前，受开关器件耐压水平和控制系统设计难度等限制，MMC应用于特高压直流系统时，多采用两个阀组串联运行的结构形式；同时，为了增加系统运行灵活性和可靠性，要求单个阀组可在线投入/退出而不影响其余阀组正常运行。为此，在特高压直流工程中，单阀组的自动投入/退出控制成为重要的控制环节之一。

单阀组的自动投入控制包含阀组直流电压和直流功率的逐步建立，在直流电压和直流功率建立之初，待投入的阀组需要运行于如下特殊工况下：零直流电压/低直流电压，以及高直流电流和零交流电流/低交流电流。同样的，单阀组的自动退出控制也涉及此特殊运行工况。

为了适应零直流电压/低直流电压工况，MMC阀组单个桥臂中全桥子模块数目占比需至少达到50％。该占比进一步增加将会增大设备成本，占比减小则无法保证零直流电压运行要求。

在高直流电流和零交流电流/低交流电流的工况下，桥臂电流会持续为正(MMC逆变工况)或持续为负(MMC整流工况)，此时半桥子模块和钳位双子模块参与MMC调制时必然会出现子模块电压持续充电或持续放电问题，进而导致子模块过、欠压故障。此后，随着输出功率和交流电流的增大，桥臂电流出现过零点，此时电压已经异常的半桥子模块和钳位双子模块在排序均压的作用下会快速的放电或充电，其电压的骤变必然引起阀侧电压突变，从而造成交流电流、桥臂电流等电流冲击，同样威胁换流阀设备安全。

针对以上问题，现有的解决方法是提高全桥子模块数目以减少单阀组投入/退出过程中其余子模块参与调制的时间，从而减轻子模块电容充、放电程度和电压失衡度，进而降低电流冲击。然而，基于此方法，在保障设备安全的要求下，目前业界推荐的全桥子模块占比高达80％之多，相比于正常情况下50％的全桥子模块占比，这必然导致设备成本的极大增加。鉴于单阀组投入/退出是系统运行的小概率工况，因此上述解决方案使得直流系统的经济性大幅降低，且依然无法从根本上避免上述问题。

以如图1所示的一个双端高压柔性直流系统单级系统为例来进行说明。送、受端换流站均由两个MMC阀组串联构成高低阀组拓扑型式，其中MMC11和MMC12为高阀组，MMC21和MMC22为低阀组。每个阀组直流侧均含有一套直流开关，用于投入或切除该阀组。四个MMC均为由全桥、半桥两种子模块构成的混合子模块式MMC。

下面对调制时，半桥子模块出现过压或欠压现象进行分析。