一种轻型直流输电设备高压直流侧电容充电方法

摘要

本发明涉及一种轻型直流输电设备高压直流侧电容充电方法，整流侧或逆变侧的直流输出采用逐级启动的方式，整流侧级联的每个功率单元之间的启动延迟时间为t，每个功率单元输出采用脉宽调制PWM技术，占空比由0逐渐递增至1。可有效减小高压直流侧瞬态冲击电流，尤其是轻型直流输电设备应用于条件比较恶劣的现场，或直流侧安装有避雷装置的现场时，轻型直流输电设备的直流侧短路保护装置是十分必要的，本发明可有效地在直流输电发生故障时在直流输出侧或输入侧关断直流电流，提升整个系统运行的安全可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及轻型直流输电、电力电子领域，特别涉及一种轻型直流输电设备高压直流 侧电容充电方法。

背景技术

随着电力电子器件和控制技术的飞速发展，轻型直流输电技术日趋完善，其用途包括 远距离无源网络供电、孤岛及海上钻井平台供电、新能源并网及用来构成大城市内多端直 流输电系统代替传统的交流配电网等，采用直流输电更加节能、降耗，提高经济效益。轻 型直流输电作为一种经济、灵活、高质量的输电方式，能够应用于远距离直流高压输电工 程中，将取得良好的经济及环保效益。

当轻型直流输电设备应用于条件比较恶劣的现场，或直流侧安装有避雷装置的现场 时，轻型直流输电设备的直流侧短路保护装置是十分必要的，可有效地在直流输电发生故 障时在直流输出侧或输入侧关断直流电流，提升整个系统运行的安全可靠性。由于短路保 护装置的存在，整流侧或逆变侧输入三相交流电后，功率单元侧带高压直流电，逆变侧或 整流侧功率单元电压为0V，为减小高压直流侧瞬态冲击电流，整流侧或逆变侧的直流输出 采用逐级启动方式十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻型直流输电设备高压直流侧电容充电方法，整流侧或逆变 侧的直流输出采用逐级启动的方式，可有效减小高压直流侧瞬态冲击电流，尤其是轻型直 流输电设备应用于条件比较恶劣的现场，或直流侧安装有避雷装置的现场时，轻型直流输 电设备的直流侧短路保护装置及直流侧电容充电方法的选择是十分必要的。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种轻型直流输电设备高压直流侧电容充电方法，所述的轻型直流输电设备由整流侧 换流站、逆变侧换流站和直流输电电缆组成；整流侧输入为三相交流电压，经整流侧的移 相变压器变换为n组低压三相交流输出至整流侧功率单元；整流侧功率单元采用三相可控 整流加直流电容器滤波后，将n级整流功率单元直流输出侧串联形成高压直流，经直流电 缆传输至轻型直流输电设备逆变侧换流站；逆变侧高压直流输入采用电容和电阻分压，将 直流母线的高压直流均分为n个低压直流，为n级逆变功率单元供电，逆变功率单元通过 PWM调制和LC滤波技术将输入的直流电压变换为低压三相交流电压；其特征在于：

所述的直流电容器两端设有由两个IGBT电子式开关器件串联组成的并联保护装置， 正常工作时，上桥臂处于开通状态，下桥臂处于关断状态，通过两个IGBT电子式开关器 件串联中间点和直流电容负极端输出稳定的直流电压；整流侧的直流输出采用逐级启动的 方式，整流侧级联的每个功率单元之间的启动延迟时间为t，每个功率单元输出采用脉宽 调制PWM技术，占空比由0逐渐递增至1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过脉宽调制PWM控制方式为功率单元串联结构的轻型直流输电设备高压直流侧电 容充电，并通过控制其电容电压缓慢上升，可有效可靠地解决了带直流侧短路保护装置的 轻型直流输电设备高压直流侧电容充电的关键问题，具有较为实际的工程应用价值。

当轻型直流输电设备应用于条件比较恶劣的现场，或直流侧安装有避雷装置的现场 时，轻型直流输电设备的直流侧短路保护装置是十分必要的，本发明可有效地在直流输电 发生故障时在直流输出侧或输入侧关断直流电流，提升整个系统运行的安全可靠性。由于 短路保护装置的存在，整流侧或逆变侧输入三相交流电后，功率单元侧带高压直流电，逆 变侧或整流侧功率单元电压为0V，为减小高压直流侧瞬态冲击电流，整流侧或逆变侧的直 流输出采用逐级启动方式尤为重要。

附图说明

图1是带直流侧短路保护装置的轻型直流输电系统拓扑图。

图2是PWM驱动脉冲图示。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的具体实施例。

一种轻型直流输电设备高压直流侧电容充电方法，轻型直流输电设备应用于条件比较 恶劣的现场，在直流侧安装有避雷器，直流电容器两端设有由两个IGBT电子式开关器件 串联组成的并联保护装置，正常工作时，上桥臂处于开通状态，下桥臂处于关断状态，通 过两个IGBT电子式开关器件串联中间点和直流电容负极端输出稳定的直流电压。

轻型直流输电设备由结构完全相同的整流测换流站和逆变侧换流站组成，启动方式可 以是整流侧启动逆变功率单元或逆变侧启动整流功率单元。所述的整流侧(逆变侧)输 入三相交流电后，功率单元侧带高压直流电，逆变侧(整流侧)功率单元电压为0V；为减 小高压直流侧瞬态冲击电流，整流侧(逆变侧)的直流输出采用逐级启动方式，每个功率 单元之间的启动延迟时间为t，每个功率单元输出采用脉宽调制(PWM)技术，占空比由 0逐渐递增至1。

见图1，轻型直流输电设备包括整流侧换流站、逆变侧换流站和直流输电电缆组成， 其中整流侧换流站由移相变压器、变压器、LC滤波电路、功率单元和短路保护装置构成， 逆变侧换流站由短路保护装置、功率单元、LC滤波电路、变压器和移相变压器构成。

整流侧换流站，移相变压器原边接入高压交流系统，在副边形成低压交流电送入功率 单元；功率单元为IGBT组成的三相可控整流电路整流，在直流侧电容C两端形成直流电 压，直流侧电容器C输出端并联短路保护装置，即两个串联的电子式开关器件IGBT1和 IGBT2，通过两个串联的电子式开关器件IGBT1、IGBT2的串联点和直流电容C负极输出 稳定的直流电压；正常工作时，IGBT1处于开通状态，IGBT2处于关断状态。

逆变侧换流站，直流电压通过电子式开关器件IGBT3、IGBT4的串联点加在电容器两 端，然后经过由IGBT所组成的三相可控逆变电路逆变成交流电压输出；正常工作时IGBT3 处于开通状态，IGBT4处于关断状态；将直流输入侧级联起来再与直流输电电缆连接，采 用电容和电阻均压使每个功率单元承担等分的直流电压，功率单元采用PWM脉宽调制技 术将直流电压逆变输出交流电，再将每个功率单元的交流输出端经过LC滤波电路接入变 压器副边，通过不同型号的变压器输出用户所需求的交流电。

直流侧电容是其直流侧储能元件，可缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐 波，并为功率单元提供电压支撑。

其中，整流侧换流站和逆变侧换流站的功率单元个数，由用户所需求的直流电压等级 决定。直流电压等级越高，所需求的功率单元个数越多。

见图2，为短路保护装置上桥臂的PWM驱动脉冲，周期为T，占空比逐次递增，每 个占空比持续时间为nT，在t2时刻占空比为1；

所述的整流侧启动逆变侧直流电容充电方法包括以下步骤：

步骤一：整流侧功率单元U_1p采用PWM驱动脉冲启动短路保护装置上桥臂IGBT1， 直流侧输出电压为U_C1，逆变侧均压电阻R确保各单元承担等分电压，在t₂时刻PWM驱 动脉冲的占空比为1，此时启动U_2p；

步骤二：依照步骤一顺次启动其余单元，每个单元启动延迟时间均为t₂；

步骤三：高压直流侧电容两端的电压稳步上升，减小了瞬态冲击电流。

所述的逆变侧启动整流侧直流电容充电方法包括以下步骤：

步骤一：逆变侧功率单元U_1n采用PWM驱动脉冲启动短路保护装置上桥臂IGBT3， 直流侧输出电压为U_C2，整流侧均压电阻R确保各单元承担等分电压，在t₂时刻PWM驱 动脉冲的占空比为1，此时启动U_2n；

步骤二：依照步骤一顺次启动其余单元，每个单元启动延迟时间均为t₂；

步骤三：高压直流侧电容两端的电压稳步上升，减小了瞬态冲击电流。

所述直流输电线，由导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层三层同时挤压成绝缘层，中间 导体一股为铝材单芯导体，具有高强度、环保和方便掩埋等特点。