一種柔性直流輸電的mmc系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法,所述方法包括：MMC換流閥控制模式設(shè)置為直流電壓平衡控制模式；閉合交流側(cè)電源開關(guān)，對(duì)SM子模塊的電容進(jìn)行預(yù)充電，MMC換流閥處于閉鎖狀態(tài)；下發(fā)解鎖指令，SM子模塊的電容繼續(xù)充電；SM子模塊的直流電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，下發(fā)閉鎖指令，然后旁路充電電阻；下發(fā)解鎖指令，軟啟動(dòng)控制策略開始，直流母線側(cè)電壓緩慢抬升至額定值，至此單端MMC換流閥整個(gè)啟動(dòng)過程完畢；另一端MMC換流閥按照上述步驟進(jìn)行充電，也可同時(shí)進(jìn)行。采用本方法的啟動(dòng)邏輯，在保持并網(wǎng)沖擊電流小于額定電流的前提下，可大大提高充電電阻阻值、降低充電電流，大幅縮小電阻功率和體積。
【專利說明】
一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平換流閥MMC(modular multilevel conventer)作為一種新型電壓源型換流閥VSC(voltage source conventer)，已經(jīng)成功應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)中。MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見I，由六個(gè)橋臂構(gòu)成，其中每個(gè)橋臂由N個(gè)相互連接且結(jié)構(gòu)相同的子模塊SM與一個(gè)電抗器L串聯(lián)構(gòu)成，同相上、下兩個(gè)橋臂構(gòu)成一個(gè)相單元。六個(gè)橋臂具有對(duì)稱性，即各子模塊的參數(shù)和各橋臂電抗值都是相同的。其中一個(gè)子模塊SM的結(jié)構(gòu)參見圖2，1)閉鎖狀態(tài):VI，V2均截止，電流由B經(jīng)D2流向A，A、B間相當(dāng)于短路，或由A經(jīng)D1、C流向B，電容器充電，正常運(yùn)行時(shí)，不允許出現(xiàn)這種狀態(tài);2)投入狀態(tài):VI開通，V2截止。電流由B經(jīng)C，VI流向A，模塊電容器放電，或由A經(jīng)Dl，C流向B，電容器充電，此時(shí)A、B間電壓為電容器電壓;3)旁路狀態(tài):V2開通，Vl截止，電流由B經(jīng)D2流向A，或由A經(jīng)V2流向B，此時(shí)A、B間電壓僅為D2或V2的正向壓降，幾乎為O。通過開關(guān)狀態(tài)的切換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)SM輸出電壓的控制?？焖倥月烽_關(guān)KM，用于快速切除SM故障時(shí)的故障SM，從而使換流閥能工作于降壓運(yùn)行狀態(tài)而不會(huì)造成斷電。晶閘管V3用于在系統(tǒng)發(fā)生直流側(cè)短路故障時(shí)，在交流側(cè)斷路器斷開前分流IGBT模塊反并聯(lián)二極管的電流，降低二極管損壞的幾率，提高系統(tǒng)可靠性。
[0003]圖3是一種兩電平拓樸結(jié)構(gòu)的柔性直流輸電系統(tǒng)，其左、右側(cè)結(jié)構(gòu)相同，分別包括交流電源、電纜、變壓器、充電電阻，電感、換流站，所述換流站采用MMC換流閥；其左、右側(cè)換流站之間連接有直流母線。
[0004]—般工程應(yīng)用中MMC充電啟動(dòng)過程為:帶充電電阻進(jìn)行預(yù)充電(SM處于閉鎖狀態(tài))，然后旁路電阻，由于去掉電阻分壓，MMC充電電壓會(huì)再繼續(xù)上升一點(diǎn)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后直接開脈沖抬直壓至額定電壓。為確保旁路充電電阻時(shí)的沖擊電流不能過大，必須要求電阻分壓(阻值)越小越好，一般工程應(yīng)用選取阻值為保證充電電流接近額定電流。這樣會(huì)帶來網(wǎng)側(cè)額定電壓下的充電電阻功耗大，導(dǎo)致電阻體積過大、成本上升和安裝占地面積過大等諸多問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，能大幅降低充電電阻成本及體積的同時(shí)，在較大壓差的情況下并網(wǎng)，沖擊電流在系統(tǒng)可承受范圍內(nèi)，甚至可達(dá)到零沖擊，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
[0006]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，所述方法包括以下步驟:
a.MMC換流閥控制模式設(shè)置為直流電壓平衡控制模式；
b.閉合交流側(cè)電源開關(guān)，通過充電電阻對(duì)SM子模塊的電容進(jìn)行預(yù)充電，此階段MMC換流閥處于閉鎖狀態(tài)；
c.下發(fā)解鎖指令，SM子模塊的電容繼續(xù)充電； d.SM子模塊的直流電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，下發(fā)閉鎖指令，然后旁路充電電阻；
e.下發(fā)解鎖指令，軟啟動(dòng)控制策略開始，直流母線側(cè)電壓將緩慢抬升至額定值，至此單端MMC換流閥整個(gè)啟動(dòng)過程完畢；
f.另一端MMC換流閥按照上述步驟進(jìn)行充電，也可同時(shí)進(jìn)行；
g.兩端MMC換流閥并網(wǎng)運(yùn)行后，切換到相應(yīng)的控制模式，再合直流母線開關(guān)；
h.至此，整個(gè)MMC系統(tǒng)啟動(dòng)完畢。
[0007]進(jìn)一步，所述充電電阻采用阻值為500歐姆至1000歐姆的電阻。
[0008]進(jìn)一步，步驟d中，SM子模塊的直流電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的直流電壓與額定電壓之間還有差距。
[0009]進(jìn)一步，步驟e中，所述軟啟動(dòng)控制策略具體是:旁路掉充電電阻后并網(wǎng)時(shí)刻，電流內(nèi)環(huán)及電壓外環(huán)控制策略開始起作用，電壓外環(huán)的給定為當(dāng)前直流電壓，然后采用一定的時(shí)序使電壓由外環(huán)給定值緩慢增長至額定值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟啟動(dòng)過程穩(wěn)定可控。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
1.充電電阻阻可根據(jù)實(shí)際工況選取較大阻值，可大幅降低電阻體積和成本；
2.米用軟啟動(dòng)控制策略，確保在大壓差并網(wǎng)時(shí)沖擊電流在系統(tǒng)可承受范圍內(nèi)；
3.充電啟動(dòng)過程對(duì)MMC模塊零沖擊，大大延長電力電子元器件壽命。
【附圖說明】
[0011]以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012]圖1是模塊化多電平換流器MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖2是模塊化多電平換流器MMC中的子模塊SM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖3是兩電平拓樸結(jié)構(gòu)的柔性直流輸電系統(tǒng)；
圖4是基于PS頂?shù)腗MC柔性直流輸電系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)圖；
圖5是基于PSIM的MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的仿真結(jié)果波形圖；
圖6是RT-LAB動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)一的波形圖；
圖7是RT-LAB動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)二的波形圖；
圖8是RT-LAB動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)三的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明的一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，所述方法包括以下步驟:
a.MMC換流閥控制模式設(shè)置為直流電壓平衡控制模式；
b.閉合交流側(cè)電源開關(guān)，通過充電電阻對(duì)SM子模塊的電容進(jìn)行預(yù)充電，此階段MMC換流閥處于閉鎖狀態(tài)；
c.下發(fā)解鎖指令，SM子模塊的電容繼續(xù)充電；
d.SM子模塊的直流電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，直流電壓與額定電壓之間還有差距，此時(shí)下發(fā)閉鎖指令，然后旁路充電電阻；
e.下發(fā)解鎖指令，軟啟動(dòng)控制策略開始，直流母線側(cè)電壓將緩慢抬升至額定值，至此單端MMC換流閥整個(gè)啟動(dòng)過程完畢；
f.另一端MMC換流閥按照上述步驟進(jìn)行充電，也可同時(shí)進(jìn)行； g.兩端MMC換流閥并網(wǎng)運(yùn)行后，切換到相應(yīng)的控制模式，再合直流母線開關(guān)；
h.至此，整個(gè)MMC系統(tǒng)啟動(dòng)完畢。
[0014]由于充電電阻的阻值較大，旁路充電電阻后并網(wǎng)時(shí)壓差較大，非常容易引起大電流沖擊，所以必須采用一種有效的控制策略來避免沖擊，本專利采用了軟啟動(dòng)控制策略，能夠在較大壓差的情況下并網(wǎng)達(dá)到很小的沖擊電流。旁路掉充電電阻后并網(wǎng)時(shí)刻，電流內(nèi)環(huán)及電壓外環(huán)控制策略開始起作用，電壓外環(huán)的給定為當(dāng)前直流電壓，然后采用一定的時(shí)序使電壓由外環(huán)給定值緩慢增長至額定值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟啟動(dòng)過程穩(wěn)定可控。
[0015]采用本方法的啟動(dòng)邏輯，在保持并網(wǎng)沖擊電流小于額定電流的前提下，可大大提高充電電阻阻值、降低充電電流，大幅縮小電阻功率和體積。整個(gè)啟動(dòng)過程平滑可控。其中，所述充電電阻優(yōu)選采用阻值為500歐姆至1000歐姆的電阻。
[0016]參照?qǐng)D4，我們?cè)赑S頂仿真系統(tǒng)軟件上搭建MMC柔性直流輸電仿真系統(tǒng)，以1kV為例，并針對(duì)大電阻充電啟動(dòng)做了一系列仿真。由于大電阻充電時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間太長，為加快仿真時(shí)間，選取充電電阻為600歐姆。從仿真結(jié)果上看，MMC啟動(dòng)并網(wǎng)采用本專利也能夠達(dá)到小充電電阻的并網(wǎng)沖擊電流效果。
[0017]參照?qǐng)D5，仿真參數(shù)為:網(wǎng)側(cè)額定電壓為10kV，充電電阻為600歐姆，單個(gè)橋臂10個(gè)子模塊SM，系統(tǒng)額定容量為2MW，直流母線額定直壓為20kVDC。仿真過程為:預(yù)充電至0.8s，下發(fā)解鎖信號(hào)抬升直壓，至1.5s閉鎖。1.6s旁路充電電阻，1.7s下發(fā)解鎖信號(hào)，此時(shí)沖擊電流峰值達(dá)到250A左右，開啟軟啟動(dòng)邏輯策略，2.5s軟啟動(dòng)策略結(jié)束，整個(gè)啟動(dòng)并網(wǎng)流程完成，直流母線直壓穩(wěn)定在20000VDC。
[0018]我們還搭建了一套柔性直流輸電MMC控制柜并做了 RT-LAB動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，換流閥單個(gè)橋臂10個(gè)子模塊SM，子模塊SM額定電壓為2000V，直流母線總直壓為20000V，網(wǎng)側(cè)電壓為10kv，驗(yàn)證了 30歐電阻及1000歐電阻采用本專利軟起方式及采用直接并網(wǎng)方式的幾種啟動(dòng)并網(wǎng)過程。
[0019]參照?qǐng)D6，試驗(yàn)一采用本方法軟啟動(dòng)方式，IK Ω充電電阻，沖擊電流為200A;參照?qǐng)D7，試驗(yàn)二采用直并網(wǎng)方式，IK Ω充電電阻，沖擊電流為900A;參照?qǐng)D8，試驗(yàn)三采用直并網(wǎng)方式，30 Ω充電電阻，沖擊電流為400A。三個(gè)試驗(yàn)結(jié)果表明，大電阻時(shí)采用本方法啟動(dòng)方式也能大幅降低沖擊電流。
[0020]以上所述，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，只要其以相同的手段達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: MMC換流閥控制模式設(shè)置為直流電壓平衡控制模式； 閉合交流側(cè)電源開關(guān)，通過充電電阻對(duì)SM子模塊的電容進(jìn)行預(yù)充電，此階段MMC換流閥處于閉鎖狀態(tài)； 下發(fā)解鎖指令，SM子模塊的電容繼續(xù)充電； SM子模塊的直流電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，下發(fā)閉鎖指令，然后旁路充電電阻； 下發(fā)解鎖指令，軟啟動(dòng)控制策略開始，直流母線側(cè)電壓將緩慢抬升至額定值，至此單端MMC換流閥整個(gè)啟動(dòng)過程完畢； 另一端MMC換流閥按照上述步驟進(jìn)行充電，也可同時(shí)進(jìn)行； 兩端MMC換流閥并網(wǎng)運(yùn)行后，切換到相應(yīng)的控制模式，再合直流母線開關(guān)； 至此，整個(gè)MMC系統(tǒng)啟動(dòng)完畢。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，其特征在于，所述充電電阻采用阻值為500歐姆至1000歐姆的電阻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，其特征在于，步驟d中，SM子模塊的直流電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的直流電壓與額定電壓之間還有差距。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性直流輸電的MMC系統(tǒng)軟啟動(dòng)并網(wǎng)方法，其特征在于，步驟e中，所述軟啟動(dòng)控制策略具體是:旁路掉充電電阻后并網(wǎng)時(shí)刻，電流內(nèi)環(huán)及電壓外環(huán)控制策略開始起作用，電壓外環(huán)的給定為當(dāng)前直流電壓，然后采用一定的時(shí)序使電壓由外環(huán)給定值緩慢增長至額定值，實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟啟動(dòng)過程穩(wěn)定可控。
【文檔編號(hào)】H02M1/36GK105939101SQ201610141442
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月11日
【發(fā)明人】藍(lán)競豪, 黎林, 周立專
【申請(qǐng)人】廣東明陽龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰?br>