[发明专利]基于临时性闭锁功能的功率模块充电模式转化策略

说明书

本发明公开了一种基于临时性闭锁功能的功率模块充电模式转化策略，在对本极单个阀组充电时，旁路开关BPS在合位状态下合上交流开关，功率模块进入“直流侧短接式交流充电”，完成不控充电后，断开旁路开关BPS，进入“交流侧充电”，阀控启动“临时性闭锁”功能，闭锁所有功率模块的触发脉冲，让所有模块处于自然充电状态，经延时后，撤销“临时性闭锁”，功率模块进入“交流侧充电”。本发明可以防止全桥功率模块同时导通T3和T4，从而避免直流电容短接放电进而爆炸，也可以实现“直流侧短接式交流充电”与“交流侧充电”两种充电策略的平稳过渡，不需要将阀组退出充电然后再次充电，效率更高。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种基于临时性闭锁功能的功率模块充电模式转化策略，利用换流阀控制系统的临时性闭锁功能来实现功率模块“交流侧充电”、“直流侧短接式交流充电”两种模式的自动切换。

背景技术

(1)与特高压常规直流工程相同，特高压混合柔性直流仍然采用双极结构，每个极由高端阀组和低端阀组串联而成，为了实现双阀组运行、单阀组运行、第二个阀组在线投退等，阀组旁路区域配置有旁路开关BPS和旁路刀闸BPI，如图1所示；

(2)每个柔性阀组包含三相、六个桥臂，每个桥臂由N个(一般取偶数)级联的功率模块(又称子模块)和一个串联电抗器构成，如图2所示；

(3)混合柔性直流的每个桥臂包含全桥功率模块和半桥功率模块，其中，全桥功率模块包括4个开关模块T1-T4和直流电容，半桥功率模块包括2个开关模块T1-T2和直流电容，开关模块则由一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和一个二极管反并联组成；

(4)由图2的拓扑结构可知，在自然充电时，若电流从A端流入，则半桥和全桥功率模块均充电，输出电压为﹢Uc；若电流从B端流入，则半桥功率模块处于旁路，而全桥功率模块仍然充电，输出电压为﹣Uc；由此可知，因充电时间不同，全桥功率模块电容电压要高于半桥功率模块；

(5)阀组交流侧充电过程

阀组直流侧处于连接状态，旁路开关BPS在分闸位置，旁路刀闸BPI在拉开位置。当合上交流开关后，功率模块进入不控充电，此时，阀组控制系统(简称组控)向换流阀控制系统(简称阀控)下发“交流侧充电”信号。经延时后，组控向阀控下发“阀组已带电”信号，当所有非旁路功率模块的电容电压的平均值＞阈值时，触发所有全桥功率模块的T4，使得全桥功率模块变成半桥型功率模块，从而使两者的电容电压趋向一致。

启动电阻旁路刀闸合上之后，组控下发“可控充电”命令，阀控按照一定的斜率切除N₁个电容电压较高的功率模块(半桥触发T2，全桥触发T2和T4)，N-N₁个功率模块处于充电状态，启动电容电压平衡控制，使得电容电压达到标准值。当所有电容电压平均值＞阈值后，可控充电完成，可以解锁运行。

(6)直流侧短接式交流充电过程

单阀组运行，在线投入第二个阀组时，首先合上旁路开关BPS，组控向阀控下发“直流侧短接式交流充电”信号，接着拉开旁路刀闸BPI，然后合上交流开关，此时三相经旁路开关BPS形成短路，任何一相的上桥臂(或下桥臂)的半桥功率模块始终无法充电(如图3)，上下桥臂的全桥功率模块输出电压极性相反，相互抵消，因此，直流侧电压只有下桥臂(或上桥臂)半桥功率模块的电容电压之和。交流开关合上之后，经延时后，组控向阀控下发“阀组已带电”信号，当所有非旁路功率模块的电容电压的平均值＞阈值时，阀控在规定时间内相继触发N₂个全桥功率模块的T3，当电流从A端流入时，这部分全桥功率模块处于旁路状态，强迫电流从A端流入半桥功率模块对其进行充电，从而使半桥型功率模块带电，如图4所示。