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CN116232037A - 一种电力电子换流器的启动方法及系统 - Google Patents

一种电力电子换流器的启动方法及系统 Download PDF

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CN116232037A
CN116232037A CN202310082518.3A CN202310082518A CN116232037A CN 116232037 A CN116232037 A CN 116232037A CN 202310082518 A CN202310082518 A CN 202310082518A CN 116232037 A CN116232037 A CN 116232037A
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CN
China
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precharge
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CN202310082518.3A
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张雪垠
赵彪
白睿航
屈鲁
余占清
曾嵘
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Tsinghua University
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Sichuan Energy Internet Research Institute EIRI Tsinghua University
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Abstract

本发明提供了一种电力电子换流器的启动方法及系统，其中，所述方法包括：当换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；当换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；当换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。本发明可以实现电力电子换流器启动时的平稳预充电。

Description

一种电力电子换流器的启动方法及系统
技术领域
本发明属于直流输电系统技术领域，特别涉及一种电力电子换流器的启动方法及系统。
背景技术
电力电子化是新型电力系统的主要特征，电力电子换流器是新型电力系统的核心装备。高压大容量是电力电子换流器的发展方向。现有高压大容量电力电子换流器主要基于模块化多电平换流器(Modu l ar-Mu l t i l eve l-Converter,MMC)。MMC从2001年提出，至今已有较多的实践。国内外多个工程基于MMC拓扑开展，并投运，证明了MMC的可行性。然而，至今，MMC并未能够市场化广泛应用，究其原因，仍然是成本高昂。MMC由大量的模块构成，模块含有功率半导体开关器件、电容器等价格高昂的元器件，导致MMC的成本远高于传统电力系统中的各种设备。因此，也直接影响了新型电力系统的推广和应用。
现有预充电技术方案仅能针对MMC换流器拓扑使用，而对于新型的电力电子换流器拓扑，其拓扑结构与MMC存在差异，现有的针对MMC换流器的预充电技术方案无法应用。
因此，需要设计一种电力电子换流器的启动方法及系统，以解决上述技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种电力电子换流器的启动方法，其中，所述方法包括：
当换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；
当换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；
当换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。
进一步地，所述换流器的直流侧设有预充电电路，所述换流器的交流侧设有开关S3；或，
所述换流器的交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧设有开关S3；或，
所述换流器的直流侧和交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧和交流侧设有开关S3；
其中，
所述预充电电路包括开关S1、开关S2以及预充电电阻R，其中，所述开关S1的一端连接在预充电电阻R的一端，所述开关S2的一端连接在开关S1的另一端，所述开关S2的另一端连接在预充电电阻R的另一端。
进一步地，所述换流器包括并联的开关电容阀以及新型开关阀，所述新型开关阀用于实现交、直流之间的变换；所述开关电容阀用于实现换流器的软开关，其中，
所述开关电容阀包括串联的多个开关电容模块；
所述新型开关阀包括两相并联的桥臂，每相桥臂均包括多个串联的功率开关器件模块。
进一步地，其中，所述功率开关器件模块包括功率开关器件T1、二极管D1均压电容C1和耗能元件H1，所述二极管D1的阳极连接在功率开关器件T1的阳极，所述均压电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，所述均压电容C1的另一端与功率开关器件T1的阴极连接，所述耗能元件H1的一端与均压电容C1的一端连接，所述耗能元件H1的另一端与均压电容C1的另一端连接，所述功率开关器件T1上反并联有二极管D2。
进一步地，从所述直流侧启动换流器，包括：
换流器闭锁，断开开关S2和开关S3，闭合开关S1；
控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；
控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
闭锁整个换流器，断开开关S1，闭合开关S2和S3，以达到启动完成。
进一步地，控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr1，旁路N0个开关电容模块，待开关电容模块电压达到k*Udc/(N1-NA)后，再旁路N0个开关电容模块；
重复上述过程，直到所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，其中，
Usmr l＝k*Udc/N1；
其中，Udc为直流母线电压，N1为开关电容模块的数量，0＜k≤100％
，NA表示已旁路的开关电容模块数量。
进一步地，控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr3，旁路dN2个功率开关器件模块，待功率开关器件模块电压达到k*Udc/(N2-NB)后，再旁路dN2个功率开关器件模块；
重复上述过程，直到所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
其中，Usmr3＝k*Udc/N2；
其中，Udc为直流母线电压，N2为一相桥臂的功率开关器件模块的数量，0＜k≤100％，NB表示已旁路的开关电容模块数量。
进一步地，从所述交流侧启动换流器，包括：
换流器闭锁，断开开关S2，闭合开关S1；
控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；
控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
闭锁整个换流器，断开开关S1，闭合开关S2和S3，以达到启动完成。
进一步地，控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr1，旁路N0个开关电容模块，待开关电容模块电压达到k*Uac/N1后，再旁路N0个开关电容模块；
重复上述过程，直到所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2。
其中，Usmr1＝k*Uac/N1；
其中，Uac为交流侧相电压峰值，N1为开关电容模块的数量，0＜k≤100％。
进一步地，控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr3，旁路dN2个功率开关器件模块，待功率开关器件模块电压达到2*k*Uac/N2后，再旁路dN2个功率开关器件模块；
重复上述过程，直到所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
其中，Usmr3＝2*k*Uac/N2；
其中，Uac为交流侧相电压峰值，N2为一相桥臂的功率开关器件模块的数量，0＜k≤100％。
进一步地，所述耗能元件H1为取能电源、第一耗能电阻以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合，其中，可投切的耗能电阻包含为第二耗能电阻以及与第二耗能电阻串联的开关。
另一方面，本发明还提供一种电力电子换流器的启动系统，其中，所述系统包括：
第一启动模块，用于在换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；
第一启动模块，用于在换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；
第一启动模块，用于在换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。
进一步地，
所述换流器的直流侧设有预充电电路，所述换流器的交流侧设有开关S3；或，
所述换流器的交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧设有开关S3；其中，
所述预充电电路包括开关S1、开关S2以及预充电电阻R，其中，所述开关S1的一端连接在预充电电阻R的一端，所述开关S2的一端连接在开关S1的另一端，所述开关S2的另一端连接在预充电电阻R的另一端。
本发明提供了一种电力电子换流器的启动方法及系统，可以实现电力电子换流器启动时的平稳预充电，避免冲击电流的产生而导致的元器件损坏，避免桥臂的模块电压(功率开关器件模块中，均压电容的电压)的不均衡导致部分功率开关器件模块过压损坏。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的一种电力电子换流器的启动方法的流程图
图2示出了根据本发明实施例的一种电力电子换流器的拓扑图。
图3示出了根据本发明实施例的功率开关器件模块的拓扑图。
图4示出了根据本发明实施例的当开关电容模块为半桥模块时，开关电容阀的拓扑图。
图5示出了根据本发明实施例的当耗能元件H1为取能电源时，耗能元件H1的拓扑图。
图6示出了根据本发明实施例的当耗能元件H1为第一耗能电阻时，耗能元件H1的拓扑图。
图7示出了根据本发明实施例的当耗能元件H1为可投切的耗能电阻，耗能元件H1的拓扑图。
图8示出了根据本发明实施例的组合形式一的拓扑图。
图9示出了根据本发明实施例的组合形式二的拓扑图。
图10示出了根据本发明实施例的组合形式三的拓扑图。
图11示出了根据本发明实施例的预充电电路设置在交流侧时的换流器拓扑图。
图12示出了根据本发明实施例的基于3个图2所示的换流器进行变换而成的，预充电电路设在直流正母线上时的组合换流器的拓扑图。
图13示出了根据本发明实施例的基于3个图2所示的换流器进行变换而成的，开关S3设在直流正母线上时的组合换流器的拓扑图。
图14示出了根据本发明实施例的案例所对应的换流器的拓扑图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的，本发明提供一种电力电子换流器的启动方法，其中，所述方法包括：
当换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；
当换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；
当换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。
下面对进行详细的描述。
在本发明的一个实施例中，如图2所示的，所述换流器包括并联的开关电容阀以及新型开关阀，所述新型开关阀用于实现交、直流之间的变换，或交流到脉动直流之间的变换；所述开关电容阀用于实现换流器的稳定的直流电压到脉动直流电压之间的变换，其中，
所述开关电容阀包括串联的多个开关电容模块；
所述新型开关阀包括两相并联的桥臂，每相桥臂均包括多个串联的功率开关器件模块。
在本发明的一个实施例中，如图3所示的，所述功率开关器件模块包括功率开关器件T1、二极管D1、均压电容C1和耗能元件H1，所述二极管D1的阳极连接在功率开关器件T1的阳极，所述均压电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，所述均压电容C1的另一端与功率开关器件T1的阴极连接，所述耗能元件H1的一端与均压电容C1的一端连接，所述耗能元件H1的另一端与均压电容C1的另一端连接，所述功率开关器件T1上反并联有二极管。
在本发明的一个实施例中，功率开关器件T1可以为绝缘栅双极型晶体管(I nsu lated Gate B i po l ar Trans i stor，I GBT)、集成门极换流晶闸管(I ntegratedGate-Commutated Thyr i stor，I GCT)、场效应晶体管(F i e l d-Effect Trans istor，FET)等。
在本发明的一个实施例中，对于每相桥臂，后一个功率开关器件T1的阳极连接在前一个功率开关器件T1的阴极，其中，所述功率开关器件模块还包括旁路元件K1，所述旁路元件K1的一端连接在功率开关器件T1的阳极，旁路元件K1的另一端连接在功率开关器件T1的阴极。
旁路元件K1的功能有二，其一是旁路故障功率开关器件模块，保证桥臂内其他功率开关器件模块的正常运行；其二是旁路对应黑模块(即某些功率开关器件模块因为某种原因控制系统未能上电，如取能电源损坏)，黑模块由于取能电源没有正常工作，传统可控的旁路开关没有电控制其将该模块旁路，需采用晶闸管或二极管的过压击穿特性实现模块的自动旁路。
旁路元件K1所述旁路元件K1为机械开关、半导体开关以及晶闸管中的任意一种或多种的组合(例如它们的并联组合)，也可以不配置K1。特别的，当T1是I GCT时，K1无需采用晶闸管，因为I GCT具有晶闸管的过压击穿和长时通流特性，可以实现黑模块的旁路。
在本发明的一个实施例中，所述换流器还包括变压器，其中变压器一侧的绕组的一端通过连接电感L1与新型开关阀的其中一相桥臂的中点连接，变压器一侧的绕组的另一端与新型开关阀的另一相桥臂的中点连接。
在本发明的一个实施例中，开关电容模块可为半桥模块、全桥模块以及混合模块中的任意一种或多种的组合(例如半桥模块和全桥模块它们的串联组合)，其中，不管半桥模块还是全桥模块，在对应电容部分上并联耗能元件H2。
在本实施例中，T2可以是I GBT、I GCT、FET等。另外，在本实施例中，所述开关电容模块上连接有旁路开关K2，旁路元件K2的功能也有二，其一是旁路故障开关电容模块，保证其他开关电容模块的正常运行；其二是旁路对应黑模块。
另外，在本实施例中，所述旁路开关K2为机械开关、半导体开关以及晶闸管中的任意一种或多种的组合(例如它们的并联组合)，或者在本实施例中，旁路开关K2也可以不配置。
在本发明的一个实施例中，如图4所示的，以开关电容模块为半桥模块进行示例性的说明，当开关电容模块为半桥模块时，所述半桥模块中有电容C2以及两个功率开关器件T2，其中，其中一个功率开关器件T2的阴极连接在另一个功率开关器件T2的阳极，所述电容C2的一端连接在其中一个功率开关器件T2的阳极，所述电容C2的另一端连接在另一个功率开关器件T2的阴极，其中，上述提到的在对应电容部分上并联耗能元件H2，在这里即为耗能元件H2并联在电容C2上。
其中，第一个半桥模块中的其中一个功率开关器件T2的阳极，连接在一相桥臂(新型开关阀的一相桥臂)的第一个功率开关器件T1的阳极，最后一个半桥模块中的另一个功率开关器件T2的阴极，连接在一相桥臂(新型开关阀的一相桥臂)的第一个功率开关器件T1的阴极。其余半桥模块中，后一个半桥模块中的其中一个功率开关器件T2的阳极连接前一个半桥模块中的另一个功率开关器件T2的阴极。
在本发明的一个实施例中，在本发明的一个实施例中，所述耗能元件H为取能电源V、第一耗能预充电电阻R1以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合，其中，所述取能电源V，用于从均压电容C1上获取能量。
如图5所示的，当耗能元件H为取能电源V时，取能电源V的正极+连接在均压电容C1的正极，负极-连接在均压电容C1的负极。
如图6所示的，当耗能元件H为第一耗能预充电电阻R1时，第一耗能预充电电阻R1的一端连接在均压电容C1的正极，另一端连接在均压电容C1的负极。
如图7所示的，当耗能元件H为可投切的耗能电阻时，可投切的耗能电阻包含为第二耗能预充电电阻R2和开关S(示例性的，开关S可以是继电器、接触器、断路器、半导体开关等具有可分断电流的开关)，开关S的一端连接在第二耗能预充电电阻R2的一端，开关S的另一端连接在均压电容C1的正极，第二耗能预充电电阻R2的另一端连接在均压电容C1的负极，通过设置的开关S，可实现第二耗能预充电电阻R2的投切控制。
当耗能元件H为取能电源V、第一耗能预充电电阻R1以及可投切的耗能电阻中的组合时，该组合的结构包括但不限于为以下的组合形式：
第一组合形式：如图8所示的，包括可投切的耗能电阻以及取能电源V，其中，可投切的耗能电阻中的开关S的一端连接在第二耗能预充电电阻R2的一端，另一端连接在取能电源V的正极+；第二耗能预充电电阻R2的另一端连接在取能电源V的负极-；取能电源V的正极+连接在均压电容C1的正极，负极-连接在均压电容C1的负极，另外，在本组合形式中，对于开关S，还可以有如下的变化：
可投切的耗能电阻中的开关S的一端连接在第二耗能预充电电阻R2的另一端，可投切的耗能电阻中的开关S的另一端连接在取能电源V的负极-；第二耗能预充电电阻R2的一端连接在取能电源V的正极+。
第二组合形式：如图9所示的，包括第一耗能预充电电阻R1以及取能电源V，其中，第一耗能预充电电阻R1的一端连接在取能电源V的正极+，另一端连接在取能电源V的负极-，取能电源V的正极+连接在均压电容C1的正极，负极-连接在均压电容C1的负极。
第三组合形式：如图10所示的，包括第一耗能预充电电阻R1、取能电源V以及可投切的耗能电阻，其中，第一耗能预充电电阻R1的一端连接在取能电源V的正极+，另一端连接在取能电源V的负极-，取能电源V的正极+连接在均压电容C1的正极，负极-连接在均压电容C1的负极；开关S的一端连接在第二耗能预充电电阻R2的一端，另一端连接在第一耗能预充电电阻R1的一端，第二耗能预充电电阻R2的另一端连接在第一耗能预充电电阻R1的另一端，另外，在本组合形式中，还可以有如下的变化：
开关S的一端连接在第二耗能预充电电阻R2的另一端，开关S的另一端连接在第一耗能预充电电阻R1的另一端，第二耗能预充电电阻R2的一端连接在第一耗能预充电电阻R1的一端。
在本发明的一个实施例中，如图2所示的，所述换流器的直流侧设有预充电电路，所述预充电电路包括开关S1、开关S2以及预充电电阻R，其中，所述开关S1的一端连接在预充电电阻R的一端，所述开关S2的一端连接在开关S1的另一端，所述开关S2的另一端连接在预充电电阻R的另一端。
在本实施例中，预充电电阻R的功能是限制充电电流，避免充电的时候电流过大造成元器件损坏；开关S1作用是预充电电阻R的投切；开关S2的作用是充电完成后旁路预充电电阻R和开关S1。
在本发明的一个实施例中，预充电电路设置在直流正母线(本发明的实施例以预充电电路设置在直流正母线为例进行示例性的说明)或直流负母线上，直流负母线与一相桥臂(新型开关阀的一相桥臂)的第一个功率开关器件T1的阳极连接连接，一相桥臂(新型开关阀的一相桥臂)的最后一个功率开关器件T1的阴极连接。其中，在本实施例中，直流正母线和直流负母线上均还设有平波电抗L2。
在本实施例中，所述换流器的交流侧设有开关S3，即开关S3连接在变压器另一侧的绕组一端；其中，在此情况下，开关S2的一端还与对应平波电抗L2产生连接，开关S2的另一端还与一相桥臂(新型开关阀的一相桥臂)的第一个功率开关器件T1的阳极产生连接。
在本实施例中，开关S3的作用是预充电完成前，断开换流器输出端，避免输出侧的电源向换流器充电导致非设计情况的发生，例如过流损坏电路元器件。
在本发明的一个实施例中，如图11所示的，所述换流器的交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧设有开关S3；即此时，开关S2的一端还与变压器另一侧的绕组一端连接，开关S3设在直流正母线(本发明的实施例以开关S3设在直流正母线上为例进行示例性的说明)或直流负母线上，开关S3的一端还与对应平波电抗L2产生连接，开关S3的另一端还与一相桥臂(新型开关阀的一相桥臂)的第一个功率开关器件T1的阳极产生连接。
在本发明的一个实施例中，所述换流器的直流侧和交流侧设有预充电电路，此时，开关S3在换流器的直流侧和交流侧都配置，配置的方式为，开关S3在对应预充电电路和对应电网之间(如直流电网或交流电网)。
在本发明的一个实施例中，单相结构中，变压器可以不配置。
在本发明的一个实施例中，在上述的一种电力电子换流器的启动方法中，从所述直流侧启动换流器，包括：
步骤1：换流器闭锁，断开开关S2和开关S3，闭合开关S1。
步骤2：控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4。
步骤3：闭锁整个换流器，断开开关S1，闭合开关S2和S3，以达到启动完成。
其中，步骤2中，控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，包括：
待开关电容模块电压上升至对应取能电源耗能元件工作电压以上，取能电源上电(需要了解的是，如果开关电容模块内没有配置取能电源，即采用外部取能，则忽略此步骤，直接开始投入排序均压控制)，开始投入排序均压控制，保证全部开关电容模块电压的一致性，直至所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr1(设直流母线电压为Udc，开关电容模块数为N1，则Usmr l＝k*Udc/N1，其中，0＜k≤100％，通常为95％)，旁路N0个(N0越大，充电速度越快，但开关电容模块均压越困难，因此，根据实际电路参数选择N0，保证充电过程模块电压的一致性)开关电容模块，待开关电容模块电压达到k*Udc/(N1-已旁路的开关电容模块数量NA)后，再旁路N0个开关电容模块，重复上述过程，直到所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，通常为开关电容模块电压额定值的95％。
其中，本实施例的步骤2中，控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，包括：
待新型开关阀的功率开关器件模块电压上升至对应取能电源额定值以后，取能电源耗能元件上电(需要了解的是，如果功率开关器件模块内没有配置取能电源，即采用外部取能，则忽略此步骤，直接开始投入排序均压控制)，开始投入排序均压控制，保证全部功率开关器件模块电压的一致性，直至所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr3(设直流母线电压为Udc，一相桥臂的功率开关器件模块数为N2，则Usmr3＝k*Udc/N2，其中k通常为95％)，旁路dN2个(dN2越大，充电速度越快，但开关电容模块均压越困难，因此，根据实际电路参数选择dN2，保证充电过程模块电压的一致性)功率开关器件模块，待功率开关器件模块电压达到k*Udc/(N2-已旁路的功率开关器件模块数量NB)后，再旁路dN2个功率开关器件模块，重复上述过程，直到所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，通常为功率开关器件模块电压额定值的95％。
在本发明的一个实施例中，在上述的一种电力电子换流器的启动方法中，从所述交流侧启动换流器，包括：
步骤1：换流器闭锁，断开开关S2，闭合开关S1。
步骤2：控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4。
步骤3：闭锁整个换流器，断开开关S1，闭合开关S2和S3，以达到启动完成。
其中，本实施例的步骤2中，控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，包括：
待开关电容模块电压上升至对应取能电源工作电压以上，取能电源上电，开始投入排序均压控制，保证全部开关电容模块电压的一致性，直至所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr1(设交流侧相电压峰值为Uac，开关电容模块数为N1，则Usmr l为k*Uac/N1，其中k通常为95％)，旁路N0个(N0越大，充电速度越快，但模块均压越困难，因此，根据实际测试选择N0，保证充电过程模块电压的一致性)开关电容模块，待开关电容模块电压达到k*Uac/(N1-已旁路的开关电容模块数量NA)后，再旁路N0个开关电容模块，重复上述过程，直到所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，通常为开关电容模块电压额定值的95％(95％只是示例性的，可以为0-100％)；
其中，本实施例的步骤2中，控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，包括：
待新型开关阀的功率开关器件模块电压上升至额定值以后，取能电源上电，开始投入排序均压控制保证全部功率开关器件模块电压的一致性，直至所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr3(设交流侧相电压峰值为Uac，一相桥臂的功率开关器件模块数为N2，则Usmr3＝2*k*Uac/N2，其中k通常为95％)，旁路dN2个(dN2越大，充电速度越快，但模块均压越困难，因此，根据实际电路参数选择dN2，保证充电过程模块电压的一致性)功率开关器件模块，待功率开关器件模块电压达到2*k*Uac/(N2-已旁路的功率开关器件模块数量NB)后，再旁路dN2个功率开关器件模块，重复上述过程，直到所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，通常为功率开关器件模块电压额定值的95％。
上述新型开关阀的排序均压控制的方法如下：
步骤1：对新型开关阀内部的所有功率开关器件的均压电容电压进行排序；
步骤2：由启动策略(即旁路dN2个功率开关器件模块)可知，新型开关阀桥臂内一部分功率开关器件旁路，另一部分投入，则：经电压排序后，选取其中电压较高对应的功率开关器件旁路(即，功率开关器件导通)，选取其余功率开关器件投入(即，功率开关器件关断)。
步骤3：重复执行步骤1～步骤2，保证功率开关器件的均压电容电压的长期一致性。
在本发明的一个实施例中，换流器还可为多相结构的组合换流器，例如，图12所示的组合换流器和图13所示的换流器是基于3个图2所示的换流器进行变换，即将3个图2所示的换流器进行串联，示例性的，以图12为例进行串联的方式的说明：
3个换流器中，第一个换流器的一相桥臂的最后一个功率开关器件T1的阴极与中间的换流器的一相桥臂的第一个功率开关器件T1的阳极连接；中间的换流器的一相桥臂的最后一个功率开关器件T1的阴极与第三个换流器的一相桥臂的第一个功率开关器件T1的阳极连接。直流正母线连接在第一个换流器的第一个功率开关器件T1的阳极，直流负母线连接在第三个换流器的一相桥臂的最后一个功率开关器件T1的阴极连接。
3个换流器中，可以以下方式设置：
如图12所示的，直流正母线或直流负母线上设有预充电电路，3个变压器的另一侧绕组的一端均设有开关S3，3个变压器的另一侧绕组的另一端相互连接。
或者，如图13所示的，3个换流器中，直流正母线或直流负母线上设有开关S3，3个变压器的另一侧绕组的一端均设有预充电电路，3个变压器的另一侧绕组的另一端相互连接。
下面一个案例，对本发明的一种电力电子换流器的启动方法进行示例性的说明。
以图2对应的单相换流器的应用为例进行分析，如图14所示，直流侧连接直流电网，交流侧可连接交流电网，也可直接连接交流负载。预充电电路设置在直流正母线。
本发明的开关电容模块只需承受直流母线电压峰值，新型开关阀的上下桥臂(每相桥臂均包含上桥臂和下桥臂)一共承受1倍的直流母线电压峰值，且功率开关器件模块仅含有1只全控型的功率开关器件，因此图14所示的功率开关器件数较MMC减少25％以上。
本发明的新型开关阀的桥臂，由于桥臂没有桥臂电抗，桥臂关断后不存在续流，因此功率开关器件模块不存在较大的充放电功率，功率开关器件的电容较小。而开关电容阀，由于其电流是新型开关阀整流所得的二倍频电流，因此开关电容模块中的电容电压波动频率较MMC大了一倍。加之与直流端口(两个L2一端之间形成直流端口)电流的抵消，开关电容模块的波动功率是MMC的1/8，模块电容(开关电容模块中的电容)为MMC的1/8。
由于MMC并未能够市场化广泛应用，究其原因，仍然是成本高昂。MMC由大量的模块构成，模块含有功率半导体开关器件、电容器等价格高昂的元器件，导致MMC的成本远高于传统电力系统中的各种设备。因此，也直接影响了新型电力系统的推广和应用，而本发明的电力电子换流器可以实现功率开关器件数量和模块电容数量的大幅降低，从而带来成本和体积的大幅优化，适用于市场化的广泛应用。
预充电方面，能够保证安全完成预充电的原因是：
投入了预充电电阻R，限制了充电电流，避免冲击电流的产生而导致的元器件损坏；
限制每次旁路的开关电容模块和功率开关器件模块的数量，降低了桥臂中模块旁路/退出状态不一致情况下的充电速度，为模块均压控制提供了时间，保证模块电压的一致性。
在本发明中，还提供一种电力电子换流器的启动系统，其中，所述系统包括：
第一启动模块，用于在换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；
第一启动模块，用于在换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；
第一启动模块，用于在换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种电力电子换流器的启动方法，其中，所述方法包括：
当换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；
当换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；
当换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，所述换流器的直流侧设有预充电电路，所述换流器的交流侧设有开关S3；或，
所述换流器的交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧设有开关S3；或，
所述换流器的直流侧和交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧和交流侧设有开关S3；
其中，
所述预充电电路包括开关S1、开关S2以及预充电电阻R，其中，所述开关S1的一端连接在预充电电阻R的一端，所述开关S2的一端连接在开关S1的另一端，所述开关S2的另一端连接在预充电电阻R的另一端。
3.根据权利要求2所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，所述换流器包括并联的开关电容阀以及新型开关阀，所述新型开关阀用于实现交、直流之间的变换；所述开关电容阀用于实现换流器的软开关，其中，
所述开关电容阀包括串联的多个开关电容模块；
所述新型开关阀包括两相并联的桥臂，每相桥臂均包括多个串联的功率开关器件模块。
4.根据权利要求3所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，其中，所述功率开关器件模块包括功率开关器件T1、二极管D1均压电容C1和耗能元件H1，所述二极管D1的阳极连接在功率开关器件T1的阳极，所述均压电容C1的一端与二极管D1的阴极连接，所述均压电容C1的另一端与功率开关器件T1的阴极连接，所述耗能元件H1的一端与均压电容C1的一端连接，所述耗能元件H1的另一端与均压电容C1的另一端连接，所述功率开关器件T1上反并联有二极管D2。
5.根据权利要求4所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，从所述直流侧启动换流器，包括：
换流器闭锁，断开开关S2和开关S3，闭合开关S1；
控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；
控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
闭锁整个换流器，断开开关S1，闭合开关S2和S3，以达到启动完成。
6.根据权利要求5所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr1，旁路N0个开关电容模块，待开关电容模块电压达到k*Udc/(N1-NA)后，再旁路N0个开关电容模块；
重复上述过程，直到所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，其中，
Usmrl＝k*Udc/N1；
其中，Udc为直流母线电压，N1为开关电容模块的数量，0＜k≤100％，NA表示已旁路的开关电容模块数量。
7.根据权利要求5所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr3，旁路dN2个功率开关器件模块，待功率开关器件模块电压达到k*Udc/(N2-NB)后，再旁路dN2个功率开关器件模块；
重复上述过程，直到所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
其中，Usmr3＝k*Udc/N2；
其中，Udc为直流母线电压，N2为一相桥臂的功率开关器件模块的数量，0＜k≤100％，NB表示已旁路的开关电容模块数量。
8.根据权利要求4所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，从所述交流侧启动换流器，包括：
换流器闭锁，断开开关S2，闭合开关S1；
控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；
控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
闭锁整个换流器，断开开关S1，闭合开关S2和S3，以达到启动完成。
9.根据权利要求8所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，控制所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr1，旁路N0个开关电容模块，待开关电容模块电压达到k*Uac/N1后，再旁路N0个开关电容模块；
重复上述过程，直到所有开关电容模块电压达到预充电目标值Usmr2；
其中，Usmr1＝k*Uac/N1；
其中，Uac为交流侧相电压峰值，N1为开关电容模块的数量，0＜k≤100％。
10.根据权利要求8所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，控制所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4，包括：
开始投入排序均压控制，直至所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr3，旁路dN2个功率开关器件模块，待功率开关器件模块电压达到2*k*Uac/N2后，再旁路dN2个功率开关器件模块；
重复上述过程，直到所有功率开关器件模块电压达到预充电目标值Usmr4；
其中，Usmr3＝2*k*Uac/N2；
其中，Uac为交流侧相电压峰值，N2为一相桥臂的功率开关器件模块的数量，0＜k≤100％。
11.根据权利要求4-10任一项所述的一种电力电子换流器的启动方法，其中，所述耗能元件H1为取能电源、第一耗能电阻以及可投切的耗能电阻中的任意一种或组合，其中，可投切的耗能电阻包含为第二耗能电阻以及与第二耗能电阻串联的开关。
12.一种电力电子换流器的启动系统，其中，所述系统包括：
第一启动模块，用于在换流器的直流侧连接有源系统时，从所述直流侧启动换流器；
第一启动模块，用于在换流器的交流侧连接有源系统时，从所述交流侧启动换流器；
第一启动模块，用于在换流器的交流侧和直流侧均连接有源系统时，从所述直流侧或交流侧启动所述换流器。
13.根据权利要求12所述的一种电力电子换流器的启动系统，其中，
所述换流器的直流侧设有预充电电路，所述换流器的交流侧设有开关S3；或，
所述换流器的交流侧设有预充电电路，所述换流器的直流侧设有开关S3；其中，
所述预充电电路包括开关S1、开关S2以及预充电电阻R，其中，所述开关S1的一端连接在预充电电阻R的一端，所述开关S2的一端连接在开关S1的另一端，所述开关S2的另一端连接在预充电电阻R的另一端。
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