專利名稱：一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的mmc-hvdc換流站啟動(dòng)方法
—種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的圖C-HVDC換流站啟動(dòng)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
模塊化多電平換流器(ModularMultilevel Converter, MMC)是 R. Marquardt 和A. Lesnicar于2002年提出的新型電壓源換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有無需大量IGBT串聯(lián)、 器件承受電壓變化率低、輸出波形諧波含量較低等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于MMC的高壓直流輸電系統(tǒng)(MMC-HVDC)也是成為了來直流輸電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，采用VSC-HVDC作為黑啟動(dòng)電源實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)黑啟動(dòng)的研究受到廣泛關(guān)注，并已經(jīng)在Troll A鉆井平臺和美國Eagle Pass工程中得到了應(yīng)用，但國內(nèi)外有關(guān)柔性直流輸電在黑啟動(dòng)中的應(yīng)用的文獻(xiàn)并不多見。 MMC-HVDC用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)時(shí)，所需要研究的首要問題是換流站的啟動(dòng)，包括換流站子模塊電容的預(yù)充電和其他設(shè)備的啟動(dòng)等問題。
MMC-HVDC換流站啟動(dòng)控制的目的是使換流器的直流電壓快速上升到正常工作時(shí)的水平，又不能產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓和過電流現(xiàn)象。換流站啟動(dòng)的實(shí)質(zhì)是MMC子模塊內(nèi)電容的預(yù)充電策略。MMC的電容分散于各子模塊中，相較于兩電平拓?fù)?，其電容充電?dòng)態(tài)過程較為復(fù)雜。一般來說，MMC電容的充電方式可分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種，目前工程上大部分采用自勵(lì)充電的方式。對于有源網(wǎng)絡(luò)，MMC采用的自勵(lì)充電方式與兩電平VSC-HVDC原理相同，都是采用“不控整流一定直流電壓控制”的兩階段啟動(dòng)模式。
當(dāng)MMC用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)時(shí)，停電端可等效為無源網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)需要借助有源端實(shí)現(xiàn)換流站的啟動(dòng)。對于兩端網(wǎng)絡(luò)，一端大停電則兩端換流站同時(shí)退出運(yùn)行，黑啟動(dòng)停電端換流站時(shí)，兩端換流站同時(shí)啟動(dòng)；對于多端網(wǎng)絡(luò)，一端大停電退出運(yùn)行后，其他端可繼續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)黑啟動(dòng)停電端換流站時(shí)，直流母線電壓已運(yùn)行于額定值，此時(shí)的黑啟動(dòng)策略與兩端系統(tǒng)不同。發(fā)明內(nèi)容
針對兩端系統(tǒng)和多端系統(tǒng)利用MMC-HVDC來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的黑啟動(dòng)的問題，本發(fā)明提出了一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法。
一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟
步驟I :判斷是對兩端系統(tǒng)還是多端系統(tǒng)換流站黑啟動(dòng)；如果是對兩端系統(tǒng)換流站進(jìn)行黑啟動(dòng)，則執(zhí)行步驟2 步驟5 ;如果是多端系統(tǒng)換流站進(jìn)行黑啟動(dòng)，則執(zhí)行步驟 6 步驟10 ；
步驟2 :啟動(dòng)有源側(cè)換流站的同時(shí)閉合直流線路隔離刀閘，同時(shí)向無源側(cè)換流站充電；
步驟3 :輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電；
步驟4 :預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站；
步驟5 :解鎖換流站，投入定交流電壓控制器；
步驟6 :在直流母線上串聯(lián)電阻，并斷開串聯(lián)電阻上并聯(lián)的旁路開關(guān)，閉合直流母線上隔離刀閘；
步驟7 :輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電；
步驟8 :停電端換流站充電至額定值后，合上開關(guān)將串聯(lián)電阻短路；
步驟9 :預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站；
步驟10 :解鎖換流站，投入定交流電壓控制器。
所述輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電的過程為
在電容充電過程中，監(jiān)測無源側(cè)各相上、下橋臂子模塊電容電壓的值，將每相兩個(gè)橋臂2N個(gè)子模塊電容電壓以設(shè)定的第一輪換周期進(jìn)行排序，選出電容電壓最小的N個(gè)子模塊閉鎖，其余子模塊以設(shè)定的第二輪換周期進(jìn)行排序。
本發(fā)明提出了一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法，針對兩端系統(tǒng)和多端系統(tǒng)，分別提出了相應(yīng)的啟動(dòng)策略，所提出的方法能保證換流站黑啟動(dòng)的安全、可靠地實(shí)現(xiàn)，并保證多端系統(tǒng)中剩余端運(yùn)行不受影響。


圖1是模塊化多電平換流器MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖2是半橋結(jié)構(gòu)MMC的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖3是全橋結(jié)構(gòu)MMC的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖4是本發(fā)明中所提出的MMC仿真提速模型的說明圖5是兩端系統(tǒng)黑啟動(dòng)I旲型；
圖6是多端系統(tǒng)黑啟動(dòng)模型(以三端為例)；
圖7是兩端系統(tǒng)黑啟動(dòng)換流站時(shí)充電等效電路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
圖1是模塊化多電平換流器MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1中，A，B，C，表示MMC換流器交流側(cè)三相；SM1，SM2，-,SMn,表示MMC某橋臂中第一個(gè)子模塊，第二個(gè)子模塊，…，第η個(gè)子模塊；L表示橋臂電抗器;Udc表示MMC正負(fù)極直流母線間的電壓差。
圖2是半橋結(jié)構(gòu)MMC的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2中，T1, T2，分別表示半橋子模塊中上下兩個(gè)IGBT，D1;D2分別表示相應(yīng)IGBT的反并聯(lián)二極管；(；表示半橋子模塊中電容器；Uc 表不子模塊電容電壓；usm表不子模塊端口輸出電壓。
圖3是全橋結(jié)構(gòu)MMC的子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖3中，T1, T2, T3, T4分別表示全橋子模塊中四個(gè)IGBT，D1; D2, D3, D4分別表示相應(yīng)IGBT的反并聯(lián)二極管；(；表示全橋子模塊中電容器；U。表不子模塊電容電壓；usm表不子模塊端口輸出電壓。
圖4是本發(fā)明中所提出的MMC仿真提速模型的說明圖。圖4中，Rliffl表示交流側(cè)限流電阻，MMC1和MMC2表示兩端系統(tǒng)的兩端的換流站，橋臂電流的監(jiān)測值；如圖4所示，一端由于故障發(fā)生大停電后，另一端換流站也將停運(yùn)，這種情況下，停電端無交流電源對子模塊電容充電，因此需要有源端交流電源同時(shí)向兩端換流站充電，其黑啟動(dòng)策略同樣適用于供電無源網(wǎng)絡(luò)時(shí)的換流站啟動(dòng)。
圖5是兩端系統(tǒng)黑啟動(dòng)模型。圖5中，MMC1、MMC2以及MMC3表示三端系統(tǒng)的三個(gè)換流站。
圖7是兩端系統(tǒng)黑啟動(dòng)換流站時(shí)充電等效電路。圖7中，Ude表示直流電源，Rx表示直流母線上串的電阻。
兩端系統(tǒng)換流站黑啟動(dòng)策略
步驟I :啟動(dòng)有源側(cè)換流站的同時(shí)閉合直流線路隔離刀閘，同時(shí)向無源側(cè)換流站充電；
步驟2 :采用輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電；
在電容充電過程中，時(shí)刻監(jiān)測無源側(cè)各相上、下橋臂子模塊電容電壓的值，將每相兩個(gè)橋臂2N個(gè)子模塊電容電壓以給定輪換周期T進(jìn)行排序，選出電容電壓最小的N個(gè)子模塊閉鎖，其余子模塊觸發(fā)T2。若子模塊控制器SMC的取能采用自取能方式，則可全站閉鎖充電至子模塊控制器SMC達(dá)到其工作電壓后再進(jìn)行排序觸發(fā)；
步驟3 :預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站；
無源側(cè)子模塊電容電壓與有源側(cè)同步逐漸上升至額定值后，預(yù)充電過程結(jié)束，此時(shí)閉鎖換流站；短暫閉鎖換流站時(shí)為了避免控制模式直接切換時(shí)造成的暫態(tài)沖擊；
步驟4 :解鎖換流站，投入定交流電壓控制器。
解鎖換流站，投入定交流電壓控制器，此時(shí)采用“軟啟動(dòng)”聯(lián)結(jié)變壓器與空載線路的方法，定交流電壓控制器采用斜率控制使交流電壓從O逐漸上升至額定值，以避免空充變壓器和空載線路時(shí)造成的勵(lì)磁涌流和過電壓等問題。換流站啟動(dòng)結(jié)束。
多端MMC-HVDC用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)時(shí)停電端換流站的啟動(dòng)策略為
步驟I :斷開串聯(lián)電阻Rx上并聯(lián)的旁路開關(guān)，閉合直流母線上隔離刀閘；
步驟2 :采用輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電；
步驟3 :停電端換流站充電至額定值后，合上開關(guān)將串聯(lián)電阻Rx短路；
步驟4 :預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站；
步驟5 :解鎖換流站，投入定交流電壓控制器。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟 步驟I :判斷是對兩端系統(tǒng)還是多端系統(tǒng)換流站黑啟動(dòng)；如果是對兩端系統(tǒng)換流站進(jìn)行黑啟動(dòng)，則執(zhí)行步驟2 步驟5 ;如果是多端系統(tǒng)換流站進(jìn)行黑啟動(dòng)，則執(zhí)行步驟6 步驟10 ； 步驟2 :啟動(dòng)有源側(cè)換流站的同時(shí)閉合直流線路隔離刀閘，同時(shí)向無源側(cè)換流站充電； 步驟3 :輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電； 步驟4 :預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站； 步驟5 :解鎖換流站，投入定交流電壓控制器； 步驟6 :在直流母線上串聯(lián)電阻，并斷開串聯(lián)電阻上并聯(lián)的旁路開關(guān)，閉合直流母線上隔離刀閘； 步驟7 :輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電； 步驟8 :停電端換流站充電至額定值后，合上開關(guān)將串聯(lián)電阻短路； 步驟9 :預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站； 步驟10 :解鎖換流站，投入定交流電壓控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法，其特征在于，所述輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式觸發(fā)進(jìn)行充電的過程為 在電容充電過程中，監(jiān)測無源側(cè)各相上、下橋臂子模塊電容電壓的值，將每相兩個(gè)橋臂2N個(gè)子模塊電容電壓以設(shè)定的第一輪換周期進(jìn)行排序，選出電容電壓最小的N個(gè)子模塊閉鎖，其余子模塊以設(shè)定的第二輪換周期進(jìn)行排序。
全文摘要
本發(fā)明公開了輸配電技術(shù)領(lǐng)域的一種用于電網(wǎng)黑啟動(dòng)的MMC-HVDC換流站啟動(dòng)方法。其技術(shù)方案是，針對兩端系統(tǒng)和多端系統(tǒng)，分別提出了相應(yīng)的啟動(dòng)方法策略其中，兩端系統(tǒng)換流站黑啟動(dòng)策略首先，啟動(dòng)有源側(cè)換流站的同時(shí)閉合直流線路隔離刀閘，同時(shí)向無源側(cè)換流站充電；其次，采用輪換周期排序轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行充電；在預(yù)充電結(jié)束后短暫閉鎖換流站；最后，解鎖換流站，投入定交流電壓控制器，啟動(dòng)完成。多端系統(tǒng)換流站黑啟動(dòng)策略是在以上兩端啟動(dòng)步驟的基礎(chǔ)上，在多端系統(tǒng)的每一端出口側(cè)的正負(fù)極均串聯(lián)電阻Rx可保證對任何一端進(jìn)行黑啟動(dòng)時(shí)，其他端均可保持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,保證了供電的可靠性。
文檔編號H02J3/00GK102983568SQ201210451948
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者趙成勇, 李探, 王朝亮, 郭春義 申請人:華北電力大學(xué)