CN107171540A - 具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的mmc系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，公开了一种模块化多电平换流器拓扑结构，它包括主控制器、阀基控制器VBC和三相六桥臂的电路拓扑结构；多个MMC系统组合即可应用于高压直流柔性输电系统中，且启动方法简单易行，能有效地抑制在启动过程中直流电压的跌落；能够实现MMC的快速启动；对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性；还可应用于架空线柔性直流输电、多端柔性直流输电等场合。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及电力电子直流输电技术领域，特别是一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC(Modular Multilevel Converter,MMC——模块化多电平换流器)的启动及其工作方法。
(二)背景技术：
随着新能源发电技术的发展及应用，其规模日趋大型化。因此如何实现大容量电力的远距离输送是一个极具现实意义而又十分迫切的课题。柔性直流输电技术实现大容量、远距离的电力输送方面具有明显的优势。
模块化多电平换流器，具有有功功率和无功功率独立控制、输出电压电平数多谐波含量低、输出电压波形好、开关频率低、高度模块化、易于扩展、冗余控制、可作为黑启动电源等技术优势,是近年来国内外学术界与工业界研究的热点。已经在风电并网、远距离大功率送电等场合得到成功的应用,未来将在可再生能源并网、高压直流输电,、多端直流输电等领域得到更为广泛的应用。
近年来，采用基于电压源换流器的高压直流输电系统的研究受到广泛关注。柔性直流换流器的启动作为系统正常运行的前提和基础，其启动有2个主要目标：换流器交流出口电压的建立和额定直流电压的建立。额定直流电压的建立是换流器预充电过程的中心环节，其实质是电容器额定电压的建立。因此，合适的拓扑结构和启动控制对基于模块化多电平器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)正常投入运行和保障设备安全是十分必要的。
MMC-HVDC系统换流站启动的实质是子模块内电容的预充电策略。MMC的电容分散于各子模块中,与两电平变流器相比,其电容充电的动态过程更为复杂。对单个换流站启动时，在电流不可控阶段，主要通过串接限流电阻来限制启动阶段的过电流，限流电阻的整定和投切时间对系统的顺利启动有着关键性的影响。
(三)发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统及工作方法，其结构简单；工作方法容易实现，对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性。
本发明的技术方案：一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于它包括主控制器、阀基控制器VBC和三相六桥臂的电路拓扑结构；其中，所述三相中的每一相分别包括两个桥臂，且每个桥臂由子模块SM和桥臂电抗串联连接构成；所述主控制器的功能与两电平电压源换流器VSC相同，是通过器件的开关导通状态对电流进行逆变和整流；所述阀基控制器VBC则是将MMC系统的输出电压指令值转化为各桥臂导通模块数并决定导通哪些子模块，以对MMC系统的各桥臂分别施以触发脉冲。
所述子模块SM的数量不少于一个，所述桥臂电抗的数量不少于一个。
所述子模块SM是由端口I、端口II、5个IGBT、3个二极管、电容C1和电容C2构成；其中，所述子模块SM的端口I连接另一个子模块SM的端口II，子模块SM端口II则连接下一个子模块SM的端口I，所有的子模块SM依次串联连接；所述5个IGBT中的3个IGBT分别与3个二极管反向并联连接，构成三组续流单元，对电路起到保护和续流的作用，分别记作续流单元I、续流单元II和续流单元III，其余2个IGBT则呈反向并联连接，构成双向可控单元，用于控制子模块电平输出状态；所述续流单元I和续流单元II串联，续流单元III和双向可控单元串联，两组串联的组合又相互并联连接；所述端口I连接在呈并联连接的续流单元I和续流单元II之间；所述端口II则与续流单元II、双向可控单元以及电容C2相连；所述电容C1的一端与续流单元I的一端连接，其另一端连接在相互串联的续流单元III和双向可控单元的连接点上；所述电容C2则并联连接在相互串联的续流单元III和双向可控单元的两端。
所述电容C1和电容C2的容值可以相等。
所述子模块SM有0、Uc、2Uc三种输出电压状态，其中Uc是电容C1和电容C2的每个电容两端的电压；并且用“1”表示IGBT管导通，“0”表示IGBT管关断。
所述子模块SM的工作状态有以下几种，规定以由端口I流入端口II流出为正，反之为负，则有：
(1)子模块SM工作在闭锁状态下：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为2UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为0；在闭锁状态下时，所有IGBT均处于关断状态，此时子模块SM中的5个IGBT管分别记作IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次为00000；
(2)子模块SM工作在I工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为0；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为0；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次为01000；
(3)子模块SM工作在II工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为UC；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5对应的开关状态依次为10011；
(4)子模块SM工作在III工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为2UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为2UC；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5对应的开关状态依次为10100。
所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于高压直流柔性输电系统中，其特征在于它是由不少于2个的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统构成的MMC-HVDC(High Voltage Direct Current Transmission Based on ModularMultilevel Converter，MMC-HVDC——基于模块化多电平换流器的高压直流输电)输电系统；其中一个具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统连接主电网，其余的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统分别连接一个无源网络或有源网络，MMC之间用直流线路连接。
所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统与主电网之间线路连接依靠断路器实现；所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统与无源网络或有源网络的线路连接是依靠断路器实现。
一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于MMC-HVDC系统的启动方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)在启动阶段时，连接主电网侧的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统定义为MMC1子系统，连接无源网络或有源网络的MMC定义为MMC2子系统；同时，定义“解锁阀基控制器VBC”，表示MMC1子系统和MMC2子系统具备对IGBT施加触发脉冲的能力，定义“解锁主控制器”，表示MMC1子系统和MMC2子系统开始正常工作；
(2)闭合主电网与MMC1子系统之间的断路器，交流电网通过子模块SM中的二极管的不控整流对MMC1子系统和MMC2子系统的子模块进行充电；此时，所有的IGBT处于闭锁状态；当达到稳态时，则公式(1)成立；
式中：VPN-1为不控整流阶段的直流极线电压；Um为交流侧相电压有效值；uc-MMC1-1和uc-MMC2-1分别为不控整流阶段的MMC1子系统和MMC2子系统的子模块电容电压；
(3)定义MMC2子系统“解锁阀基控制器VBC”后为半控整流阶段；此时，当直流电压稳定后，MMC-HVDC输电系统将进入半控整流启动阶段；
(4)半控整流阶段结束后，MMC-HVDC系统进入高频整流阶段；当直流电压稳定且满足公式(2)时，即：
式中：VPN-2为半控整流阶段的直流极线电压；Um为交流侧相电压有效值；uc-MMC1-2和uc-MMC2-2分别为半控整流阶段的MMC1子系统和MMC2子系统中子模块SM的电容电压；
(5)MMC1子系统“解锁主控制器”，通过定直流电压控制继续对MMC1子系统和MMC2子系统的子模块电容充电，同时维持MMC2子系统运行状态不变，确保直流电压同步上升至额定值；当直流电压上升至额定值后，启动MMC2子系统的无源逆变控制以建立稳定空载输出电压，当MMC2子系统的交流输出电压稳定后，闭合MMC2子系统侧连接的断路器，此时启动过程结束；在此阶段对子模块电容电压进行调制时，根据MMC系统所需电压，每个子模块SM输出所需要的电压，此时每个子模块SM根据情况输出0，Uc，2Uc中的一个状态；也就是说，在此阶段每个子模块SM可能工作在I，II，III中的任一状态。
所述步骤(3)的具体操作由以下步骤构成：
1)对MMC2子系统的每一个桥臂的子模块根据子模块输出电压从大到小进行排序；
2)排序后，对每一个桥臂，使子模块输出电压最高的1个子模块处于I工作状态，即此时子模块SM中的5个IGBT管分别记作IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次01000，此时，子模块输出电压为0；其它所有子模块SM依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电，并等待直流电压稳定；
3)当直流电压稳定后，再进行步骤1)所述的子模块SM排序，使此时子模块输出电压最高的2个子模块工作在I工作状态，其它子模块依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电，等待直流电压稳定；
4)同理，每一步均是等待直流电压稳定后，对所有子模块SM输出电压进行排序，使得电压最高的n+1个子模块工作在I工作状态，其中，n为步骤3)中工作在I工作状态的子模块个数，其它子模块SM依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电；
5)当工作在I工作状态的子模块SM的数量为子模块SM总数量的一半且直流电压稳定时，公式(2)成立。
本发明的优越性：能有效地抑制在启动过程中直流电压的跌落；能够实现MMC的快速启动；子模块在闭锁状态下，根据电流的方向不同，可输出0和2UC两种电压状态；子模块在正常运行时可输出0，UC，2UC三种电压状态；对电力电子器件的要求较低，具有良好的可扩展性；可应用于架空线柔性直流输电、多端柔性直流输电等场合。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统的拓扑结构示意图。
图2为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统中子模块SM的结构图。
图3为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统中子模块处于闭锁状态下电流流通示意图(其中，图3(a)为电流方向为正时的示意图；图3(b)为电流方向为负时的示意图)。
图4为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC中子模块处于工作在状态I下电流流通示意图(其中，图4(a)为电流方向为正时的示意图；图4(b)为电流方向为负时的示意图)。
图5为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC中子模块处于工作在状态II下电流流通示意图(其中，图5(a)为电流方向为正时的示意图；图5(b)为电流方向为负时的示意图)。
图6为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC中子模块处于工作在状态III下电流流通示意图(其中，图6(a)为电流方向为正时的示意图；图6(b)为电流方向为负时的示意图)。
图7为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC所组成的高压直流柔性输电系统(MMC-HVDC)。
图8为本发明所涉一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC在高压直流柔性输电系统(MMC-HVDC)中的启动控制流程图。
其中，由端口1流入端口2流出为正，反之为负，其中虚线为子模块充电电流路径。
(五)具体的实施方式：
实施例：一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统(见图1)，其特征在于它包括主控制器、阀基控制器VBC和三相六桥臂的电路拓扑结构；其中，所述三相中的每一相分别包括两个桥臂，且每个桥臂由子模块SM和桥臂电抗串联连接构成；所述主控制器的功能与两电平电压源换流器VSC相同，是通过器件的开关导通状态对电流进行逆变和整流；所述阀基控制器VBC则是将MMC系统的输出电压指令值转化为各桥臂导通模块数并决定导通哪些子模块，以对MMC系统的各桥臂分别施以触发脉冲。
所述每个桥臂由不少于1个子模块SM和1个桥臂电抗串联连接构成(见图1)。
所述子模块SM是由端口I、端口II、5个IGBT、3个二极管、电容C1和电容C2构成；其中，所述子模块SM的端口I连接另一个子模块SM的端口II，子模块SM端口II则连接下一个子模块SM的端口I，所有的子模块SM依次串联连接(见图1)；所述5个IGBT中的3个IGBT分别与3个二极管反向并联连接，构成三组续流单元，对电路起到保护和续流的作用，分别记作续流单元I、续流单元II和续流单元III，其余2个IGBT则呈反向并联连接，构成双向可控单元，用于控制子模块电平输出状态；所述续流单元I和续流单元II串联，续流单元III和双向可控单元串联，两组串联的组合又相互并联连接；所述端口I连接在呈并联连接的续流单元I和续流单元II之间；所述端口II则与续流单元II、双向可控单元以及电容C2相连；所述电容C1的一端与续流单元I的一端连接，其另一端连接在相互串联的续流单元III和双向可控单元的连接点上；所述电容C2则并联连接在相互串联的续流单元III和双向可控单元的两端(见图2)。
所述电容C1和电容C2的容值相等。
所述子模块SM有0、Uc、2Uc三种输出电压状态，其中Uc是电容C1和电容C2的每个电容两端的电压；并且用“1”表示IGBT管导通，“0”表示IGBT管关断。
所述子模块SM的工作状态有以下几种，规定以由端口I流入端口II流出为正，反之为负，则有：
(1)子模块SM工作在闭锁状态下：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为2UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为0；在闭锁状态下时，所有IGBT均处于关断状态，此时子模块SM中的5个IGBT管分别记作IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次为00000(见图3(a)、图3(b))；
(2)子模块SM工作在I工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为0；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为0；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次为01000(见图4(a)、图4(b))；
(3)子模块SM工作在II工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为UC；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5对应的开关状态依次为10011(见图5(a)、图5(b))；
(4)子模块SM工作在III工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为2UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为2UC；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5对应的开关状态依次为10100(见图6(a)、图6(b))。
所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于高压直流柔性输电系统中，其特征在于它是由不少于2个的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统构成的MMC-HVDC输电系统；其中一个具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统连接主电网，其余的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统分别连接一个无源网络或有源网络，MMC之间用直流线路连接(见图7)。
所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统与主电网之间线路连接依靠断路器实现；所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统与无源网络或有源网络的线路连接是依靠断路器实现。
一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于MMC-HVDC系统的启动方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)在启动阶段时，连接主电网侧的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统定义为MMC1子系统，连接无源网络或有源网络的MMC定义为MMC2子系统；同时，定义“解锁阀基控制器VBC”，表示MMC1子系统和MMC2子系统具备对IGBT施加触发脉冲的能力，定义“解锁主控制器”，表示MMC1子系统和MMC2子系统开始正常工作；
(2)闭合主电网与MMC1子系统之间的断路器，交流电网通过子模块SM中的二极管的不控整流对MMC1子系统和MMC2子系统的子模块进行充电；此时，所有的IGBT处于闭锁状态；当达到稳态时，则公式(1)成立；
式中：VPN-1为不控整流阶段的直流极线电压；Um为交流侧相电压有效值；uc-MMC1-1和uc-MMC2-1分别为不控整流阶段的MMC1子系统和MMC2子系统的子模块电容电压；
(3)定义MMC2子系统“解锁阀基控制器VBC”后为半控整流阶段；此时，当直流电压稳定后，MMC-HVDC输电系统将进入半控整流启动阶段；
(4)半控整流阶段结束后，MMC-HVDC系统进入高频整流阶段；当直流电压稳定且满足公式(2)时，即：
式中：VPN-2为半控整流阶段的直流极线电压；Um为交流侧相电压有效值；uc-MMC1-2和uc-MMC2-2分别为半控整流阶段的MMC1子系统和MMC2子系统中子模块SM的电容电压；
(5)MMC1子系统“解锁主控制器”，通过定直流电压控制继续对MMC1子系统和MMC2子系统的子模块电容充电，同时维持MMC2子系统运行状态不变，确保直流电压同步上升至额定值；当直流电压上升至额定值后，启动MMC2子系统的无源逆变控制以建立稳定空载输出电压，当MMC2子系统的交流输出电压稳定后，闭合MMC2子系统侧连接的断路器，此时启动过程结束；在此阶段对子模块电容电压进行调制时，根据MMC系统所需电压，每个子模块SM输出所需要的电压，此时每个子模块SM根据情况输出0，Uc，2Uc中的一个状态；也就是说，在此阶段每个子模块SM可能工作在I，II，III中的任一状态。
所述步骤(3)的具体操作由以下步骤构成：
1)对MMC2子系统的每一个桥臂的子模块根据子模块输出电压从大到小进行排序；
2)排序后，对每一个桥臂，使子模块输出电压最高的1个子模块处于I工作状态，即此时子模块SM中的5个IGBT管分别记作IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次01000，此时，子模块输出电压为0；其它所有子模块SM依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电，并等待直流电压稳定；
3)当直流电压稳定后，再进行步骤1)所述的子模块SM排序，使此时子模块输出电压最高的2个子模块工作在I工作状态，其它子模块依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电，等待直流电压稳定；
4)同理，每一步均是等待直流电压稳定后，对所有子模块SM输出电压进行排序，使得电压最高的n+1个子模块工作在I工作状态(n为步骤3)中工作在I工作状态的个数)，其它子模块SM依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电；
5)当工作在I工作状态的子模块SM的数量为子模块SM总数量的一半且直流电压稳定时，公式(2)成立。
图8是基于MMC的MMC-HVDC系统启动控制流程图，其中，左侧虚框为MMC1在启动过程中的控制方式，右侧虚框为MMC2在启动过程中的控制方式。不控整流启动阶段、半控整流阶段、高频整流阶段分别用虚线框标出。
最后应当说明的是所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于它包括主控制器、阀基控制器VBC和三相六桥臂的电路拓扑结构；其中，所述三相中的每一相分别包括两个桥臂，且每个桥臂由子模块SM和桥臂电抗串联连接构成；所述主控制器的功能与两电平电压源换流器VSC相同，是通过器件的开关导通状态对电流进行逆变和整流；所述阀基控制器VBC则是将MMC系统的输出电压指令值转化为各桥臂导通模块数并决定导通哪些子模块，以对MMC系统的各桥臂分别施以触发脉冲。
2.根据权利要求1所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述子模块SM的数量不少于一个，所述桥臂电抗的数量不少于一个。
3.根据权利要求2所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述子模块SM是由端口I、端口II、5个IGBT、3个二极管、电容C1和电容C2构成；其中，所述子模块SM的端口I连接另一个子模块SM的端口II，子模块SM端口II则连接下一个子模块SM的端口I，所有的子模块SM依次串联连接；所述5个IGBT中的3个IGBT分别与3个二极管反向并联连接，构成三组续流单元，分别记作续流单元I、续流单元II和续流单元III，其余2个IGBT则呈反向并联连接，构成双向可控单元；所述续流单元I和续流单元II串联，续流单元III和双向可控单元串联，两组串联的组合又相互并联连接；所述端口I连接在呈并联连接的续流单元I和续流单元II之间；所述端口II则与续流单元II、双向可控单元以及电容C2相连；所述电容C1的一端与续流单元I的一端连接，其另一端连接在相互串联的续流单元III和双向可控单元的连接点上；所述电容C2则并联连接在相互串联的续流单元III和双向可控单元的两端。
4.根据权利要求3所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述电容C1和电容C2的容值可以相等。
5.根据权利要求3所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述子模块SM有0、Uc、2Uc三种输出电压状态，其中Uc是电容C1和电容C2的每个电容两端的电压；并且用“1”表示IGBT导通，“0”表示IGBT关断。
6.根据权利要求5所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述子模块SM的工作状态有以下几种，规定以由端口I流入端口II流出为正，反之为负，则有：
(1)子模块SM工作在闭锁状态下：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为2UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为0；在闭锁状态下时，所有IGBT均处于关断状态，此时子模块SM中的5个IGBT分别记作IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次为00000；
(2)子模块SM工作在I工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为0；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为0；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次为01000；
(3)子模块SM工作在II工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为UC；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5对应的开关状态依次为10011；
(4)子模块SM工作在III工作状态：当电流方向为正时，子模块SM的输出电压为2UC；当电流方向为负时，子模块SM的输出电压为2UC；此时，IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5对应的开关状态依次为10100。
7.根据权利要求1所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于高压直流柔性输电系统中，其特征在于它是由不少于2个的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统构成的MMC-HVDC输电系统；其中一个具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统连接主电网，其余的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统分别连接一个无源网络或有源网络，所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统之间用直流线路连接。
8.根据权利要求7所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统，其特征在于所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统与主电网之间线路连接依靠断路器实现；所述具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统与无源网络或有源网络的线路连接是依靠断路器实现。
9.一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于MMC-HVDC系统的启动方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)在启动阶段时，连接主电网侧的具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统定义为MMC1子系统，连接无源网络或有源网络的MMC定义为MMC2子系统；同时，定义“解锁阀基控制器VBC”，表示MMC1子系统和MMC2子系统具备对IGBT施加触发脉冲的能力，定义“解锁主控制器”，表示MMC1子系统和MMC2子系统开始正常工作；
(2)闭合主电网与MMC1子系统之间的断路器，交流电网通过子模块SM中的二极管的不控整流对MMC1子系统和MMC2子系统的子模块进行充电；此时，所有的IGBT处于闭锁状态；当达到稳态时，则公式(1)成立；
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式中：VPN-1为不控整流阶段的直流极线电压；Um为交流侧相电压有效值；uc-MMC1-1和uc-MMC2-1分别为不控整流阶段的MMC1子系统和MMC2子系统的子模块电容电压；
(3)定义MMC2子系统“解锁阀基控制器VBC”后为半控整流阶段；此时，当直流电压稳定后，MMC-HVDC输电系统将进入半控整流启动阶段；
(4)半控整流阶段结束后，MMC-HVDC系统进入高频整流阶段；当直流电压稳定且满足公式(2)时，即：
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式中：VPN-2为半控整流阶段的直流极线电压；Um为交流侧相电压有效值；uc-MMC1-2和uc-MMC2-2分别为半控整流阶段的MMC1子系统和MMC2子系统中子模块SM的电容电压；
(5)MMC1子系统“解锁主控制器”，通过定直流电压控制继续对MMC1子系统和MMC2子系统的子模块电容充电，同时维持MMC2子系统运行状态不变，确保直流电压同步上升至额定值；当直流电压上升至额定值后，启动MMC2子系统的无源逆变控制以建立稳定空载输出电压，当MMC2子系统的交流输出电压稳定后，闭合MMC2子系统侧连接的断路器，此时启动过程结束；在此阶段对子模块电容电压进行调制时，根据MMC系统所需电压，每个子模块SM输出所需要的电压，此时每个子模块SM根据情况输出0，Uc，2Uc中的一个状态；也就是说，在此阶段每个子模块SM可能工作在I，II，III中的任一状态。
10.根据权利要求9所述一种具有快速启动和抑制直流电压跌落能力的MMC系统应用于MMC-HVDC系统的启动方法，其特征在于所述步骤(3)的具体操作由以下步骤构成：
1)对MMC2子系统的每一个桥臂的子模块根据子模块输出电压从大到小进行排序；
2)排序后，对每一个桥臂，使子模块输出电压最高的1个子模块处于I工作状态，即此时子模块SM中的5个IGBT管分别记作IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4、IGBT管T5，各自对应的开关状态依次01000，此时，子模块输出电压为0；其它所有子模块SM依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电，并等待直流电压稳定；
3)当直流电压稳定后，再进行步骤1)所述的子模块SM排序，使此时子模块输出电压最高的2个子模块工作在I工作状态，其它子模块依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电，等待直流电压稳定；
4)同理，每一步均是等待直流电压稳定后，对所有子模块SM输出电压进行排序，使得电压最高的n+1个子模块工作在I工作状态，其中，n为步骤3)中工作在I工作状态的个数，其它子模块SM依然工作在闭锁状态，通过直流线路进行充电；
5)当工作在I工作状态的子模块SM的数量为子模块SM总数量的一半且直流电压稳定时，公式(2)成立。
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|---|---|---|---|---|
| CN110994662A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-04-10 | 许继电气股份有限公司 | 海上风电柔性直流送出系统启停控制方法 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106712238A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-24 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种子模块混合型换流器的充电方法 |
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