若采用混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)換流器，交流電源對(duì)本側(cè)功率模塊充電和對(duì)對(duì)側(cè)功率模塊充電回路示意如圖2.42所示。

圖2.42 不控整流啟動(dòng)充電回路（混合拓?fù)鋼Q流器結(jié)構(gòu)）

根據(jù)對(duì)采用混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)換流器啟動(dòng)回路的分析，得出結(jié)論如下：

對(duì)于混合結(jié)構(gòu)，由于不控整流充電階段全橋電容始終在充電，而半橋電容只有一半的充電時(shí)間，因此全橋功率模塊電容電壓為半橋電容電壓的2倍。

假設(shè)一個(gè)橋臂中有N₁個(gè)全橋功率模塊和N₂個(gè)半橋功率模塊。

全橋電容充電電壓（單橋臂）：。

半橋電容充電電壓（單橋臂）：。

不控整流單閥組端間：。

不控整流雙閥組直流極線對(duì)地：。

考慮僅對(duì)本側(cè)換流器充電，單相啟動(dòng)電阻沖擊吸收能量：E_n（N₁+N₂）/（4N₁+N₂）。

考慮對(duì)本側(cè)和對(duì)側(cè)換流器充電，單相啟動(dòng)電阻沖擊吸收能量：E_n（N₁+N₂）/（4N₁+N₂）+E_n（N₂）²/2（4N₁+N₂）²。

以上均針對(duì)理想的不控整流充電回路進(jìn)行分析。對(duì)于混合結(jié)構(gòu)，由于全橋和半橋結(jié)構(gòu)電容電壓存在天然差異，且全橋功率模塊和半橋功率模塊數(shù)量也存在差異，當(dāng)半橋功率模塊數(shù)量占比較少時(shí)，半橋結(jié)構(gòu)不控整流期間損耗等效橋臂電阻遠(yuǎn)小于全橋結(jié)構(gòu)，造成半橋電容在充電后迅速放電，引起半橋電容電壓下跌和全橋電容電壓上升，如圖2.43所示（圖中半橋橋臂電壓為×8后的數(shù)值）。

圖2.43 混合模塊不控整流充電階段橋臂電壓波形

由于全橋、半橋功率模塊自然充電電壓不均衡，換流閥閥控與子模塊建立通信后，全橋VT₄管導(dǎo)通，使全橋子模塊對(duì)外特性與半橋子模塊一致，形成和半橋一樣的充電模式，系統(tǒng)對(duì)全部子模塊進(jìn)行二次充電，全橋、半橋電壓共同升高，但由于初始電壓不一致，無法充電至相同電壓水平。后續(xù)啟動(dòng)自均壓功能，例如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊電壓并排序，按照自均壓算法選定一定數(shù)量的高電壓模塊，通過IGBT旁路，均衡模塊電壓。

因此，混合結(jié)構(gòu)啟動(dòng)充電步驟及對(duì)啟動(dòng)電阻影響如下：

1）不控整流充電，半橋模塊電壓為全橋模塊電壓的一半。

2）通過閥控控制全橋轉(zhuǎn)半橋特性，進(jìn)行二次充電，半橋模塊和全橋模塊電壓共同升高。二次充電過程中，啟動(dòng)電阻仍需投入，因此混合結(jié)構(gòu)啟動(dòng)電阻選型需考慮充電時(shí)功率模塊全部為半橋模塊外特性時(shí)的情況，且需考慮該過程中的功率模塊損耗。

3）啟動(dòng)自均壓功能。閥控采用合適的自均壓算法，保證該過程中充電電流不會(huì)對(duì)設(shè)備造成影響，該過程中啟動(dòng)電阻可退出。

1）根據(jù)以上分析，在理想情況下，不同換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下不控整流啟動(dòng)特性及啟動(dòng)電阻沖擊能量見表2.10。

表2.10 不控整流啟動(dòng)特性及啟動(dòng)電阻沖擊能量（對(duì)應(yīng)不同換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）

2）對(duì)于混合結(jié)構(gòu)，由于全橋和半橋子模塊在不控整流階段充電電壓不均勻，半橋僅為全橋一半，且半橋模塊由于等效損耗電阻較小引起電壓迅速下跌，對(duì)后續(xù)控制提出了較高的要求。閥控需快速介入將全橋模塊控制為半橋模塊充電模式，進(jìn)行二次充電。該過程對(duì)于啟動(dòng)電阻吸收能量影響很大。

2.5.4 啟動(dòng)回路設(shè)計(jì)

1.啟動(dòng)電阻設(shè)置位置

大容量柔直輸電系統(tǒng)一般采用雙極雙閥組對(duì)稱結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)電阻設(shè)置在柔直變壓器網(wǎng)側(cè)或閥側(cè)均可。啟動(dòng)電阻設(shè)置在網(wǎng)側(cè)時(shí)可降低勵(lì)磁涌流，但需承受勵(lì)磁涌流在其上產(chǎn)生的能量，能量要求相對(duì)略高；設(shè)置在閥側(cè)時(shí)能量要求較低，但高、低壓啟動(dòng)回路設(shè)備分別需承受一定的直流偏置電壓，高壓啟動(dòng)回路設(shè)備對(duì)絕緣的要求較高。根據(jù)烏東德工程設(shè)計(jì)，柔直變壓器閥側(cè)套管按伸入閥廳考慮，若啟動(dòng)電阻設(shè)置在變壓器閥側(cè)，相關(guān)設(shè)備也要放在閥廳內(nèi)。綜合考慮，啟動(dòng)電阻暫選擇設(shè)置在連接變壓器網(wǎng)側(cè)，布置于戶外。

2.啟動(dòng)電阻選型

啟動(dòng)電阻的選型主要考慮兩個(gè)方面：首先應(yīng)能有效地保護(hù)其他重要設(shè)備，防止過電壓和過電流；其次，應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性。影響啟動(dòng)電阻造價(jià)和制造難度的主要為啟動(dòng)電阻的吸收能量大小，吸收能量大小相同時(shí)阻值增加也將提高體積，且造價(jià)略有上升。

（1）啟動(dòng)電阻阻值

啟動(dòng)電阻的作用主要考慮限制對(duì)電容器充電時(shí)啟動(dòng)瞬間在閥電抗器上的過電壓及功率模塊二極管上的過電流。同時(shí)，也要考慮充電速度，不宜太快，以免電壓、電流上升率過高，電容電壓不均衡。

因啟動(dòng)電阻阻值增加將較明顯地提高設(shè)備體積，且將一定程度地提高造價(jià)，所以在滿足其他要求的前提下應(yīng)盡量降低啟動(dòng)電阻阻值。為控制啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流、電壓，且控制充電速度，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)并考慮設(shè)備制造情況，烏東德工程的廣東側(cè)和廣西側(cè)啟動(dòng)電阻值均取5000Ω。

（2）啟動(dòng)電阻峰值電流

啟動(dòng)電阻上的峰值電流主要取決于啟動(dòng)電阻阻值，啟動(dòng)電阻阻值越小，峰值電流越大。同時(shí)，還需要綜合考慮電阻的偏差特性以及單相電阻短路失效等情況。

（3）啟動(dòng)電阻吸收能量

由前述分析可知，換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和啟動(dòng)控制方式對(duì)啟動(dòng)電阻選型影響極大。

對(duì)于混合結(jié)構(gòu)，全橋轉(zhuǎn)半橋充電模式，實(shí)際由于二次充電前，全橋、半橋充電不均且半橋電壓快速下跌，若二次充電開始時(shí)間較晚，二次充電后全橋、半橋電壓不均衡仍將較嚴(yán)重。按最苛刻的情況考慮，假設(shè)電壓都加在全橋模塊上，啟動(dòng)電阻吸收能量與真正的全半橋相比，將增大1.25倍。

除正常啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)還要考慮故障情況下啟動(dòng)電阻吸收能量要求。若啟動(dòng)過程中電阻與柔直變壓器之間的母線突然閃絡(luò)，連接變壓器網(wǎng)側(cè)交流開關(guān)由保護(hù)跳閘切斷流經(jīng)電阻的短路電流。對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)電阻值5000 Ω，考慮保護(hù)時(shí)間100ms，啟動(dòng)電阻在故障期間吸收能量為2MJ。如在正常啟動(dòng)后，旁路開關(guān)還未關(guān)合時(shí)，母線發(fā)生單相接地故障，吸收能量應(yīng)疊加該能量。

綜合以上工況，啟動(dòng)電阻的設(shè)計(jì)沖擊吸收能量取20 MJ/15 MJ（廣東側(cè)/廣西側(cè)）。

（4）啟動(dòng)電阻穩(wěn)態(tài)電流

啟動(dòng)回路設(shè)置在柔直變壓器網(wǎng)側(cè)，充電末期整個(gè)回路中仍有一定數(shù)值的電流存在，主要原因：①充電末期閥功率模塊上放電電阻、高位取能電源損耗等引起交流電源需繼續(xù)給模塊電容充電，在啟動(dòng)回路上流過持續(xù)的電流；②變壓器網(wǎng)側(cè)流過穩(wěn)定的勵(lì)磁電流。

根據(jù)不控整流末期啟動(dòng)電阻上的最大穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算結(jié)果，取一定裕度，設(shè)計(jì)取值10A。

啟動(dòng)電阻穩(wěn)態(tài)電流流過時(shí)間需根據(jù)換流器二次充電所需時(shí)間及二次充電前所需時(shí)間確定。啟動(dòng)電阻最終技術(shù)參數(shù)要求應(yīng)根據(jù)工程參數(shù)及具體啟動(dòng)策略進(jìn)行再次核算。

3.啟動(dòng)電阻旁路開關(guān)選型

啟動(dòng)回路接線示意圖如圖2.44所示，設(shè)置在連接變壓器網(wǎng)側(cè)，啟動(dòng)電阻R直接與旁路開關(guān)S并聯(lián)。在流過啟動(dòng)電阻R的電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后被旁路，旁路開關(guān)S應(yīng)具有能關(guān)合合閘前回路電流10A、合閘前兩端電壓50kV、合閘時(shí)沖擊電流400A的能力。

圖2.44 啟動(dòng)回路接線

旁路開關(guān)最終技術(shù)參數(shù)要求應(yīng)根據(jù)實(shí)際換流閥參數(shù)及具體啟動(dòng)策略進(jìn)行再次核算，實(shí)際工程中建議采用斷路器。

2.5.5 結(jié)論

針對(duì)±800kV特高壓柔直換流站，考慮換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)啟動(dòng)過程的影響，進(jìn)行計(jì)算分析，得出關(guān)于啟動(dòng)回路的結(jié)論如下：

1）研究提出了不同換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下不控整流啟動(dòng)特性及啟動(dòng)電阻技術(shù)參數(shù)要求。不同換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下不控整流啟動(dòng)特性各異，換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和啟動(dòng)控制方式對(duì)啟動(dòng)電阻選型影響極大。

2）全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下啟動(dòng)電阻沖擊能量最低，混合（半橋）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下啟動(dòng)電阻沖擊能量最高。對(duì)于混合結(jié)構(gòu)，由于全橋和半橋子模塊在不控整流階段充電電壓不均勻，半橋僅為全橋一半，且半橋模塊由于等效損耗電阻較小會(huì)引起電壓下跌，對(duì)啟動(dòng)控制提出了較高的要求。閥控需快速介入將全橋模塊控制為半橋模塊充電模式進(jìn)行二次充電，該過程對(duì)于啟動(dòng)電阻吸收能量影響很大。

3）啟動(dòng)電阻的選型主要考慮兩個(gè)方面：首先應(yīng)能有效地保護(hù)其他重要設(shè)備，防止過電壓過電流；其次應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性。影響啟動(dòng)電阻造價(jià)和制造難度的主要為啟動(dòng)電阻的吸收能量大小，吸收能量大小相同時(shí)阻值增加也將提高體積，且造價(jià)略有上升。

4）對(duì)采用混合結(jié)構(gòu)換流器柔直系統(tǒng)啟動(dòng)策略的建議如下：由于不控整流時(shí)混合結(jié)構(gòu)中全橋電壓為半橋電壓的兩倍，且半橋因損耗較小，電壓存在下跌現(xiàn)象可能造成失電壓，建議閥控盡快將全橋轉(zhuǎn)為半橋狀態(tài)，開展二次充電以免模塊間電壓過于不均勻影響啟動(dòng)。帶對(duì)側(cè)柔直站啟動(dòng)時(shí)，混合結(jié)構(gòu)中半橋電壓下降迅速，且將增大啟動(dòng)電阻吸收能量，不建議帶對(duì)側(cè)站啟動(dòng)，建議兩個(gè)柔直站分別啟動(dòng)后再連接直流側(cè)。