一种混合型换流器的不控充电方法及其装置与流程

1.本发明涉及直流输电领域，具体涉及一种混合型换流器的不控充电方法及其装置。


背景技术：

2.在现有的直流输电工程中，为兼顾直流故障穿越能力和经济性两方面的需求，常按照一定比例串联多个半桥子模块和多个全桥子模块的方式构成混合型换流器。半桥子模块由2个开关器件t1-t2串联后与电容并联组成，全桥子模块由2个开关器件t1-t2串联、2个开关器件t3-t4串联以及电容三个部分并联组成。混合型换流器交流侧带电前，半桥子模块和全桥子模块的电容都没有电压，子模块取能电源未启动，无触发脉冲，开关器件都处于关断状态。当交流侧带电时，交流电压可以通过开关器件内部反并联二极管给所有子模块充电，期间会导通全桥子模块的t4管，进一步给半桥子模块充电，最终使得所有子模块自取能电源达到启动状态，此过程为不控充电阶段。子模块自取能电源正常工作后，产生触发脉冲，控制开关器件通断，使得所有子模块电容电压到额定值，最后可以正常解锁。可见不控充电阶段，子模块快速有效的取能是后续过程的关键。
3.在混合型换流器连接高压长线路充电场景下，线路电容较大，全桥子模块一起导通t4管时，换流器直流侧低端被钳位，两端电压会突然增大，此时换流器桥臂和直流回路会产生较大的冲击电流，严重时有可能会破坏换流装置和功率开关器件。同时，控制系统需要等所有全桥子模块取能成功后才一起导通t4管，使得半桥子模块需要更长的时间才能取能成功，延长了子模块判别自身故障的时间，增大了子模块电压发散的风险，因此有必要对混合型换流器的不控充电方法进行研究。


技术实现要素：

4.本技术的目的，在于提供一种混合型换流器的不控充电方法及其装置，降低全桥子模块导通t4管时换流器桥臂和直流回路产生的冲击电流。同时，缩短半桥子模块取能成功和判别自身故障的时间，降低子模块电压发散的风险，保障直流系统的安全稳定高效运行。
5.为了达成上述目的，本技术的解决方案是：
6.一方面，本技术提供一种混合型换流器的不控充电方法，所述混合型换流器单个桥臂包括串联连接的半桥子模块和全桥子模块；所述不控充电方法包括：
7.控制混合型换流器交流侧带电；
8.按照第一时间间隔δt1循环检测全桥子模块取能状态；
9.在第二时间间隔δt2内，将已经成功取能且t4管未导通的全桥子模块，按照子模块电容电压由大到小依次排序；
10.在第三时间间隔δt3时间内，按照排序结果，以预设斜率x个/s导通全桥子模块的t4管；
11.当所有非故障全桥子模块的t4管均导通，不控充电结束。
12.优选地，所述控制混合型换流器交流侧带电指通过连接交流母线，为换流器的子模块充电，使子模块电源取能并正常工作，为全桥子模块的t4管导通做准备。
13.优选地，每个第一时间间隔δt1中，只检测一次全桥子模块取能状态。
14.优选地，所述全桥子模块的电容电压达到启动值，再经过硬件启动时间，和控制系统建立通讯之后，判定为处在取能成功状态，否则判定为处在待取能状态。
15.优选地，在每个所述第三时间间隔δt3时间内没有导通t4管的全桥子模块，参与到下个第一时间间隔δt1中重新排序，其中δt2＜δt1，δt3＝δt1-δt2。
16.优选地，在不控充电阶段，需要导通所有非故障全桥子模块的t4管，故障全桥子模块会在取能成功后直接旁路，不参与所述按照子模块电容电压由大到小依次排序的步骤。
17.另一方面，本技术提供了一种混合型换流器的不控充电装置，所述混合型换流器单个桥臂包括串联连接的半桥子模块和全桥子模块；所述不控充电装置包括：
18.交流侧连接单元，用于控制混合型换流器交流侧带电；
19.取能状态单元，用于按照第一时间间隔δt1循环检测全桥子模块取能状态；
20.排序单元，用于在第二时间间隔δt2内，将已经成功取能且t4管未导通的全桥子模块，按照子模块电容电压由大到小依次排序；
21.导通单元，用于在第三时间间隔δt3时间内，按照排序结果，以预设斜率x个/s导通全桥子模块的t4管；
22.不控充电结束判定单元，用于所有非故障全桥子模块的t4管均导通，结束不控充电。
23.优选地，所述全桥子模块的电容电压达到启动值，再经过硬件启动时间，和控制系统建立通讯之后，判定为处在取能成功状态，否则判定为处在待取能状态。
24.优选地，在每个所述第三时间间隔δt3时间内没有导通t4管的全桥子模块，参与到下个第一时间间隔δt1中重新排序，其中δt2＜δt1，δt3＝δt1-δt2。
25.优选地，在不控充电阶段，需要导通所有非故障全桥子模块的t4管，故障全桥子模块会在取能成功后直接旁路，不参与所述排序单元中按照子模块电容电压由大到小依次排序的操作。
26.采用上述方案后，本发明的有益效果为：
27.(1)分散导通全桥子模块的t4管，减小了换流器桥臂和直流回路的冲击电流，降低了换流装置和功率开关器件损坏的风险；
28.(2)在不控充电阶段，可以较早的使得半桥子模块取能成功，进而缩短了子模块判别自身故障的时间，降低了子模块电压发散的风险；
29.(3)只是改变了全桥子模块导通t4管策略，没有增加新的一次或二次设备，较为适用于工程现场；
30.(4)适用于高压以及特高压直流工程，同时适用于两端以及多端直流工程，具有较强的适应性。
附图说明
31.图1是本技术实施例的一种混合型换流器不控充电方法流程图；
32.图2是桥臂由多个全桥模块和多个半桥模块串接组成的混合型换流器拓扑结构示意图；
33.图3是本技术又一实施例的混合型换流器不控充电方法的计算机执行流程图；
34.图4是本技术提出的一种混合型换流器不控充电装置示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
36.图1所示为本技术提出的一种混合型换流器不控充电方法实施例，其中，混合型换流器单个桥臂包括串联连接的半桥子模块和全桥子模块；包括如下步骤：
37.s1：控制混合型换流器交流侧带电；
38.s2：按照第一时间间隔δt1循环检测全桥子模块取能状态；
39.s3：在第二时间间隔δt2内，将已经成功取能且t4管未导通的全桥子模块，按照子模块电容电压由大到小依次排序；
40.s4：在第三时间间隔δt3时间内，按照排序结果，以预设斜率x个/s导通全桥子模块的t4管；
41.s5：当所有非故障全桥子模块的t4管均导通，不控充电结束。
42.优选地实施例中，所述控制混合型换流器交流侧带电指通过连接交流母线，为换流器的子模块充电，使子模块电源取能并正常工作，为全桥子模块的t4管导通做准备。
43.优选地实施例中，每个第一时间间隔δt1中，只检测一次全桥子模块取能状态。
44.优选地实施例中，所述全桥子模块的电容电压达到启动值，再经过硬件启动时间，和控制系统建立通讯之后，判定为处在取能成功状态，否则判定为处在待取能状态。
45.优选地实施例中，在每个所述第三时间间隔δt3时间内没有导通t4管的全桥子模块，参与到下个第一时间间隔δt1中重新排序，其中δt2＜δt1，δt3＝δt1-δt2。
46.优选地实施例中，在不控充电阶段，需要导通所有非故障全桥子模块的t4管，故障全桥子模块会在取能成功后直接旁路，不参与所述按照子模块电容电压由大到小依次排序的步骤。
47.下面结合图2所示的桥臂由多个全桥模块和多个半桥模块串接组成的混合型换流器，来介绍本技术的不控充电方法。如图2所示，单个混合型换流器由六个桥臂组成，各桥臂都由h个半桥子模块、f个全桥子模块和1个桥臂电抗器串联组成，半桥子模块由2个开关器件t1-t2串联后与电容并联组成，全桥子模块由2个开关器件t1-t2串联、2个开关器件t3-t4串联以及电容三个部分并联组成。如图3所示的混合型换流器不控充电方法的计算机执行流程图所示，不控充电方法包括如下步骤：
48.(1)控制混合型换流器交流侧带电；连接交流母线为换流器六个桥臂的子模块充电；
49.(2)按照第一时间间隔δt1循环检测全桥子模块取能状态；六个桥臂中的全桥子模块电压会陆续达到取能电源启动值，每个时间间隔δt1检测一次所有全桥子模块取能状态；
50.(3)在第二时间间隔δt2内，将已经成功取能且t4管未导通的全桥子模块，按照子模块电容电压由大到小依次排序；此时，已经取能成功的全桥子模块可以自检故障，非故障
全桥子模块才能参与排序，故障模块直接旁路；
51.(4)在第三时间间隔δt3时间内，按照步骤(3)中的排序结果，以一定斜率x个/s导通全桥子模块的t4管；在δt3内，步骤(3)序列中且没有导通t4管的全桥子模块，则参与到下个第一时间间隔δt1中重新排序，其中时间间隔δt2＜δt1，δt3＝δt1-δt2；此步骤中，混合型换流器直流侧端间电压会根据导通t4管全桥子模块个数增加而上升，上升速率跟斜率x个/s的大小成正相关。
52.(5)判断导通t4管的全桥子模块数量是否小于混合型换流器中非故障全桥子模块的数量，小于则返回步骤(2)，否则不控充电结束。当所有全桥子模块的t4管导通时，混合型换流器直流侧端间电压达到最大，此时六个桥臂中所有的全桥子模块可以等效为半桥子模块，和其他的半桥子模块一起继续不控充电。由于全桥子模块数量在不停减少，半桥子模块充电速率增加，半桥子模块取能时间缩短，进而可以较早的自检故障。
53.如图4所示为本技术实施例提供的一种混合型换流器的不控充电装置，所述混合型换流器单个桥臂包括串联连接的半桥子模块和全桥子模块；所述不控充电装置包括：
54.交流侧连接单元101，用于控制混合型换流器交流侧带电；
55.取能状态单元102，用于按照第一时间间隔δt1循环检测全桥子模块取能状态。其中，每个第一时间间隔δt1中，只检测一次全桥子模块取能状态。
56.排序单元103，用于在第二时间间隔δt2内，将已经成功取能且t4管未导通的全桥子模块，按照子模块电容电压由大到小依次排序；
57.导通单元104，用于在第三时间间隔δt3时间内，按照排序结果，以预设斜率x个/s导通全桥子模块的t4管；
58.不控充电结束判定单元105，用于所有非故障全桥子模块的t4管均导通，结束不控充电。
59.优选地实施例中，所述全桥子模块的电容电压达到启动值，再经过硬件启动时间，和控制系统建立通讯之后，判定为处在取能成功状态，否则判定为处在待取能状态。
60.优选地实施例中，在每个所述第三时间间隔δt3时间内没有导通t4管的全桥子模块，参与到下个第一时间间隔δt1中重新排序，其中δt2＜δt1，δt3＝δt1-δt2。优选地实施例中，在不控充电阶段，需要导通所有非故障全桥子模块的t4管，故障全桥子模块会在取能成功后直接旁路，不参与所述排序单元中按照子模块电容电压由大到小依次排序的操作。
61.上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。