特高壓柔性直流不控充電策略

范晶晶　章功遼

摘要：本文針對特高壓柔性直流不控充電策略進行研究，依靠PSCAD/EMTDC仿真平臺，通過模擬特高壓混合橋柔性直流換流站啟動過程，找尋一種更經濟科學的啟動方式。

關鍵詞：特高壓柔性直流;充電策略;混合橋拓撲

Abstract：This paper studies the Voltage Source Converter based Ultra High Voltage Direct Current uncontrolled charging strategy， and relies on the PSCAD / EMTDC simulation platform to find a more economical and scientific startup method by simulating the startup process of the UHV HCMC converter station.

Keywords：VSC-HVDC;charging strategy;HCMC

引言

近年來，我國柔性直流輸電輸電技術迅速發展，柔性直流輸電以其獨特的優勢迅速占領市場，柔性直流輸電技術目前應用廣泛，主要應用在海上風電并網、交流電網改造、背靠背換流站工程、特高壓大容量電能輸送、能量路由器、構建直流電網等場合。新一代的直流輸電技術解決了傳統直流輸電例如換相失敗許多難題，柔性直流在提升電能質量、提高電網可靠性等方面優勢突出，是未來構建智能電網的關鍵技術。

1混合橋啟動策略分析

實際工程以混合橋為例時，模擬直流側開路時的狀態，先采用交流側進行不控充電，穩態以后，全橋子模塊電壓為半橋的一倍，再進行觸發IGBT中的T4管，使得全橋變為半橋子模塊，進行充電，充電穩態后，當半橋子模塊電壓抬升，達到穩態以后，再合閘啟動電阻，使得電容電壓再次抬升，分階段充電的目的是使電容電壓緩緩抬升，避免過大電壓越變，造成設備損壞，有利于提升設備壽命及可靠性。其計算過程如下：

由于全橋和半橋子模塊電容量大小相等，充電時流經的電流一致，故全橋子模塊與半橋子模塊電壓有如下關系：

直流電壓與全橋半橋電壓又有如下關系：

其中，Uch和Ucf分別是半橋子模塊與全橋子模塊的電壓，N為橋臂子模塊數量，x為全橋占比，當N為20、x為70%時，單個橋臂所有全橋子模塊與所有半橋子模塊電壓為。帶入模型參數計算可得：

當第一過程不控充電達到穩態階段以后：Udc=Uh=3kV

當第四過程不控充電階段達到穩態階段以后，合閘旁路開關：Udc=31.108kV

2 仿真驗證

2.1混合橋充電啟動策略

實際工程橋臂子模塊數量為200個，受仿真條件所限制，為簡化模型，本文采用20個為模型，交流側電壓為22kV，子模塊電容值為1200uf，仿真步長250us，混合橋中全橋占比為x，其值為30%，即半橋子模塊數量為6個，全橋子模塊數量為14個，啟動電阻采用500歐姆。

仿真第一階段：混合橋不控充電達到穩定狀態。

仿真第二階段：第一階段結束后，分兩批觸發T4管，使得全橋子模塊全部變成半橋子模塊，直流電壓躍升。

仿真第三階段：合閘旁路電阻，使電壓再次躍升。

仿真波形如下：直流電壓Udc、

1s時，觸發部分T4管、1.4s時，觸發剩余T4管，2s合閘啟動電阻。上圖波形數據與理論計算值Udc=Uh=3kV、Udc=31.108kV一致。

3結語

本文計算分析了特高壓混合橋換流器啟動過程，電容電壓抬升一共四個階段，階段一：二極管不控充電整流階段;階段二：觸發50%T4管，電壓抬升;階段三：觸發剩余的50%T4管，電壓進一步抬升;階段四：合閘啟動電阻，電壓持續抬升，穩態后不控充電階段結束。通過四個階段給電容充電，介紹了對電容的沖擊電流，使得電容電壓緩緩抬升，增加了電容使用的可靠性。

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作者簡介：范晶晶（1993-），女，大學本科，電氣工程及其自動化專業，職稱助理工程師，就業于中國南方電網超高壓輸電公司柳州局，從事換流站運行工作;

章功遼（1995-），男，大學本科，電氣工程及其自動化專業，職稱助理工程師，就業于中國南方電網超高壓輸電公司柳州局，從事換流站運行工作。