1. MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,该MMC型多端口固态变压器的拓扑结构包括MMC单元、DC/DC变换器单元、低压变换器单元、高压直流端口、高压交流端口、低压直流端口和低压交流端口;所述MMC单元中每一相均由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂均由多个基本模块串联而成,对于每一个基本模块,由HBSM模块和以FBSM模块为代表的具有直流故障穿越能力的模块这两种模块中的一种随机构成;两个桥臂之间为MMC单元的一相高压交流侧,由多个一相高压交流侧并联构成MMC型多端口固态变压器的高压交流端口,上桥臂的输入端和下桥臂的输入端构成MMC单元的高压直流端口;每个所述基本模块均由直流电容C和电力电子开关组成;所述DC/DC变换器单元由多个DAB电路组成,每个DAB电路的前级均分别与MMC单元的一个直流电容C相连;所有DAB电路的后级输出端相互并联形成低压直流端口,所述低压直流端口与低压变换器单元的直流侧并联,所述低压变换器单元的输出端构成MMC型多端口固态变压器的低压交流端口,在所述低压直流端口并联有直流电容CLVDC;
其特征在于:当以MMC型多端口固态变压器的高压直流端口或高压交流端口所接母线作为重启电源时,包括以下步骤:
步骤1:根据直流电容C的电压高低将基本模块分为两组:电压较高的一组记为模块组A和电压较低的一组记为模块组B,所述模块组A中的直流电容C数量与模块组B中的直流电容C数量相同;
步骤2:判断若模块组A的直流电容C的电压低于模块控制器启动电压Ucst,则对MMC单元的所有基本模块的直流电容C进行预充电,直至模块组A的直流电容C的电压达到模块控制器启动电压Ucst,并执行步骤3,若模块组A的直流电容C的电压低于额定电压Uc且高于模块控制器启动电压Ucst,则接入电源后执行步骤3,若模块组A的直流电容C的电压高于额定电压Uc,则接入电源后执行步骤4;
步骤3:对模块组B中的基本模块进行旁路控制,对模块组A中的基本模块的直流电容C进行预充电,直至模块组A中的基本模块的直流电容C的电压达到额定电压Uc,执行步骤4;
步骤4:继承步骤3中对模块组A中的直流电容C进行预充电的状态,与模块组B相连的DAB电路的开关保持封锁状态;通过控制与模块组A所连接的DAB电路的前级开关,使DAB电路前级开关控制信号的占空比从0增加到0.5, DAB电路的后级利用二极管单向导通性为直流电容CLVDC进行不控整流预充电,直至低压直流侧电压UcLVDC达到额定电压ULVDC,结束本步骤,执行步骤5;
步骤5:继承步骤4中模块组A的直流电容C的预充电状态和与模块组A相连的DAB电路的控制状态,控制与模块组B相连接的DAB电路的后级开关使DAB电路的后级开关控制信号的占空比从0增加至0.5,DAB电路的前级工作于不控整流状态,利用与模块组B相连的DAB电路为模块组B中的直流电容C进行预充电,直至模块组B中的直流电容C的电压均达到额定电压Uc,结束本步骤,执行步骤6;所述与模块组A相连的DAB电路的控制状态为使低压直流侧电压UcLVDC稳定;
步骤6:对模块组A中的直流电容C进行充电的同时,与模块组A相连的DAB电路通过单移相控制方法,使模块组A的直流电容C的电压稳定在额定电压Uc,并且使低压直流侧电压UcLVDC维持在额定电压ULVDC;控制与模块组B相连接的DAB电路的后级开关使DAB电路的后级开关控制信号的占空比随DAB前级所连接的直流电容C的电压与额定电压Uc的差值变化,后级开关控制信号的占空比范围从0至0.5,使模块组B中的直流电容C的电压保持在额定电压Uc,实现重启。
2.根据权利要求1所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:所述步骤6中的单移相控制方法具体包括:通过控制给各DAB电路中前级开关控制信号和后级开关控制信号的相位差值实现能量在DAB电路的前级和后级之间流动;
所述各DAB的相位差值由UcLVDC与ULVDC的差值与各DAB前级所接模块的直流电容C电压与额定电压Uc的差值分别经PI控制器计算后相减得到。
3.根据权利要求1所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:所述步骤6中,所述与模块组B相连的各DAB后级开关控制信号的占空比由与各DAB电路前级所接模块的直流电容C的电压与额定电压Uc的差值经PI控制器计算后得到。
4.根据权利要求1所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:在步骤4中,若DAB电路的前级开关控制信号的占空比没有达到0.5且低压直流侧电压UcLVDC达到额定电压ULVDC,则不继续对直流电容CLVDC预充电,若前级开关控制信号的占空比达到0.5且低压直流侧电压UcLVDC未达到额定电压ULVDC,则前级开关控制信号的占空比保持为0.5并继续为直流电容CLVDC预充电;
在步骤5中,若DAB电路的后级开关控制信号的占空比没有达到0.5且模块组B中的直流电容C的电压均达到额定电压Uc,则停止对相应的模块充电,若后级开关控制信号的占空比达到0.5且模块组B中的直流电容C的电压未达到额定电压Uc,则后级开关控制信号的占空比保持为0.5并继续为相应的模块充电。
5.根据权利要求1所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:在步骤2中,当模块组A的直流电容C的电压低于模块控制器启动电压Ucst时,若采用高压直流端口所接母线作为重启电源并供电后,通过MMC单元内的可正向导通的二极管对MMC单元的所有基本模块的直流电容C进行预充电,若采用高压交流端口所接母线作为重启电源并供电后,从高压交流侧对MMC单元内的所有基本模块的直流电容C进行不控整流充电。
6. MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,该MMC型多端口固态变压器的拓扑结构包括MMC单元、DC/DC变换器单元、低压变换器单元、高压直流端口、高压交流端口、低压直流端口和低压交流端口;所述MMC单元中每一相均由上桥臂和下桥臂组成,每个桥臂均由多个基本模块串联而成,对于每一个基本模块,由HBSM模块和以FBSM模块为代表的具有直流故障穿越能力的模块这两种模块中的一种随机构成;两个桥臂之间为MMC单元的一相高压交流侧,由多个一相高压交流侧并联构成MMC型多端口固态变压器的高压交流端口,上桥臂的输入端和下桥臂的输入端构成MMC单元的高压直流端口;每个所述基本模块均由直流电容C和电力电子开关组成;所述DC/DC变换器单元由多个DAB电路组成,每个DAB电路的前级均分别与MMC单元的一个直流电容C相连;所有DAB电路的后级输出端相互并联形成低压直流端口,所述低压直流端口与低压变换器单元的直流侧并联,所述低压变换器单元的输出端构成MMC型多端口固态变压器的低压交流端口,在所述低压直流端口并联有直流电容CLVDC;
其特征在于:当以MMC型多端口固态变压器的低压直流端口或低压交流端口所接母线作为重启电源时,包括以下步骤:
步骤1:根据直流电容C的电压高低将基本模块分为两组,电压较高的一组记为模块组A和电压较低的一组记为模块组B,所述模块组A中的直流电容C数量与模块组B中的直流电容C数量相同;
步骤2:对MMC单元的所有基本模块的开关进行封锁控制,并判断是否存在基本模块的直流电容C的电压大于额定电压Uc,若存在,则通过控制与该基本模块的直流电容C相连的DAB电路对该直流电容C进行放电;判断是否存在基本模块的直流电容C的电压小于额定电压Uc,若存在,则通过控制与该基本模块相连的DAB电路对该直流电容C进行充电,直至初始电压最高的直流电容C的电压达到额定电压Uc,执行步骤3;
步骤3:通过对直流电容CLVDC进行预充电,使其电压达到额定电压ULVDC,执行步骤4;
步骤4:对模块组A和B中的所有开关进行封锁控制,与模块组A相连的DAB电路采用单移相控制方式使低压直流侧电压UcLVDC维持在额定电压ULVDC,同时,使模块组A中的所有直流电容C的电压保持在额定电压Uc;控制与模块组B相连接的DAB电路的后级开关使DAB电路的后级开关控制信号的占空比从0逐渐增加至0.5,DAB后级工作于不控整流状态,利用与模块组B相连的DAB电路为模块组B的直流电容C进行充电,直至直流电容C的电压达到额定电压Uc,实现重启。
7.根据权利要求6所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:在所述步骤3中,若以低压直流端口所接母线作为重启电源时,则由低压直流母线直接对低压直流端口上的直流电容CLVDC进行预充电;若以低压交流端口所接母线作为重启电源时,由低压变换器经可控或不控整流对低压直流端口上的直流电容CLVDC进行预充电。
8.根据权利要求6所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:所述步骤2中,放电对应的操作步骤为:控制该模块所接DAB电路前级开关控制信号的占空比从0增加到0.5,同时,控制DAB电路的后级开关保持封锁,通过DAB电路后级的二极管进行不控整流对基本模块的直流电容C进行放电;
充电对应的操作步骤为:控制DAB后级开关控制信号的占空比从0逐渐增加到0.5,同时,控制DAB电路的前级开关保持封锁,通过DAB电路前级的二极管进行不控整流为每个基本模块的直流电容C充电。
9.根据权利要求8所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:在充/放电过程中,若相应的开关控制信号的占空比未达到0.5且对应的基本模块的直流电容C的电压达到额定电压Uc,则停止充/放电,若相应的开关控制信号的占空比达到0.5且对应的基本模块的直流电容C的电压未达到额定电压Uc,则相应的开关控制信号的占空比保持为0.5并继续进行充/放电。
10.根据权利要求6所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:所述步骤4中的单移相控制方法具体包括:通过控制给各DAB电路中前级开关控制信号和后级开关控制信号的相位差值实现能量在DAB电路的前级和后级之间流动;
所述各DAB的相位差值由UcLVDC与ULVDC的差值与各DAB前级所接模块的直流电容C的电压与额定电压Uc的差值分别经PI控制器计算后相减得到的。
11.根据权利要求6所述的MMC型多端口固态变压器的直流故障快速重启方法,其特征在于:所述步骤4中,若占空比未达到0.5且模块组B中的直流电容C的电压均达到额定电压Uc,则停止充电,若占空比达到0.5且模块组B中的直流电容C的电压未达到额定电压Uc,则占空比保持为0.5并继续充电。