[發(fā)明專利]模塊化多電平換流器的直流線路瞬時(shí)短路故障的保護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110343170.6
• 申請(qǐng)日: 2011-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN102403886A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 饒宏;宋強(qiáng);許樹楷;劉文華;李立浧;李笑倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司;清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M1/32
• 分類號(hào): H02M1/32;H02H9/02
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模塊化多電平換流器的直流線路瞬時(shí)短路故障的保護(hù)方法，尤其涉及基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)中的短路故障的保護(hù)方法，屬于直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柔性直流輸電基于電壓源換流器和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)將直流電壓逆變?yōu)榉岛拖辔欢伎煽氐慕涣麟妷海⒖梢元?dú)立快速控制所傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率，極大地增強(qiáng)了輸電的靈活性。模塊化多電平換流器不需要開關(guān)器件直接串聯(lián)，并且通過多電平技術(shù)可以獲得優(yōu)異的諧波性能和損耗性能，在柔性直流輸電領(lǐng)域是一種最有應(yīng)用潛質(zhì)的電壓源換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在直流輸電系統(tǒng)中，存在各種因素可能導(dǎo)致直流線路發(fā)生瞬時(shí)性短路故障。尤其是當(dāng)直流輸電線路采用架空線時(shí)，雷擊等原因可能導(dǎo)致線路桿塔等的過電壓擊穿，發(fā)生直流線路瞬時(shí)性短路故障，并引起電壓源換流器中出現(xiàn)比較大的過電流，對(duì)換流器的功率器件安全產(chǎn)生威脅。常規(guī)過電流保護(hù)方法是通過閉鎖控制脈沖的方式使電壓源換流器的所有開關(guān)器件全部關(guān)斷。但是當(dāng)直流線路發(fā)生瞬時(shí)性短路故障時(shí)，由于電壓源換流器的續(xù)流二極管的作用，電壓源換流器將直接變成一個(gè)不控整流橋，即使通過閉鎖換流器控制脈沖關(guān)斷所有開關(guān)器件，整流橋的存在仍將導(dǎo)致短路電流流過電壓源換流器中的續(xù)流二極管和瞬時(shí)短路點(diǎn)。短路電流的大小取決于交流母線電壓、交流側(cè)系統(tǒng)內(nèi)阻抗和直流短路電阻等因素。如果不能迅速切斷短路電流，續(xù)流二極管將由于承受過電流而導(dǎo)致?lián)p壞。

更為關(guān)鍵的是，導(dǎo)致直流線路瞬時(shí)性短路故障的原因通常為雷擊等導(dǎo)致的過電壓擊穿。但是由于短路故障后換流器已經(jīng)處于不控整流狀態(tài)，整流后仍有直流電壓施加在短路點(diǎn)，導(dǎo)致短路點(diǎn)無法滅弧。即使導(dǎo)致瞬時(shí)短路的外部因素消失后短路電流也不會(huì)消失，致使故障保護(hù)非常困難。目前在直流線路發(fā)生瞬時(shí)性短路故障的情況下，只能通過斷開交流斷路器，使換流器脫離交流電網(wǎng)才能切斷短路電流。但是交流斷路器的斷開也意味著柔性直流輸電系統(tǒng)的徹底停運(yùn)，需要經(jīng)過比較繁復(fù)人工操作過程才能夠重新投運(yùn)，造成直流輸電系統(tǒng)的長時(shí)間停運(yùn)，帶來的功率傳輸損失，并使柔性直流輸電系統(tǒng)的可靠性和可用率大為降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種模塊化多電平換流器的直流線路瞬時(shí)短路故障的保護(hù)方法，以使在直流線路發(fā)生瞬時(shí)性短路故障的情況下，可以快速保護(hù)換流器開關(guān)器件不會(huì)因承受過大短路電流而損壞；在直流系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作不需要斷開交流斷路器脫離電網(wǎng)，在導(dǎo)致直流線路發(fā)生短時(shí)性短路故障的外部因素消失后，可以使換流器快速自動(dòng)重新投入運(yùn)行。

本發(fā)明提出的模塊化多電平換流器的直流線路瞬時(shí)短路故障的保護(hù)方法，包括以下步驟：

(1)在模塊化多電平換流器的每個(gè)功率單元的交流端口各并聯(lián)一組雙向晶閘管開關(guān)，雙向晶閘管開關(guān)的一端與模塊化多電平換流器的功率單元的正端子連接，雙向晶閘管開關(guān)的另一端與模塊化多電平換流器的功率單元負(fù)端子連接；

(2)采集模塊化多電平換流器的直流線路電流信號(hào)；

(3)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)定模塊化多電平換流器的直流線路電流保護(hù)動(dòng)作閾值，將上述采集的直流線路電流信號(hào)與設(shè)定的電流保護(hù)動(dòng)作閾值比較判斷，若直流線路電流信號(hào)小于設(shè)定的電流保護(hù)動(dòng)作閾值，則使模塊化多電平換流器維持在正常運(yùn)行狀態(tài)；若直流線路電流信號(hào)大于或等于設(shè)定的電流保護(hù)動(dòng)作閾值，則使模塊化多電平換流器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；

(4)在保護(hù)狀態(tài)下，設(shè)定模塊化多電平換流器的直流線路電流保護(hù)返回閾值，將上述采集的直流線路電流信號(hào)與設(shè)定的電流保護(hù)返回閾值比較判斷，若直流線路電流信號(hào)大于設(shè)定的電流保護(hù)返回閾值，使模塊化多電平換流器維持在保護(hù)狀態(tài)，若直流線路電流信號(hào)小于或等于設(shè)定的電流保護(hù)返回閾值，使模塊化多電平換流器返回到正常運(yùn)行狀態(tài)；

(5)在上述的正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，在模塊化多電平換流器功率單元的雙向晶閘管門極上施加零電平信號(hào)，在模塊化多電平換流器功率單元的絕緣柵雙極晶體管的門極施加控制脈沖信號(hào)；在上述的保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，在模塊化多電平換流器功率單元的雙向晶閘管門極上施加觸發(fā)導(dǎo)通信號(hào)，在模塊化多電平換流器功率單元的絕緣柵雙極晶體管的門極施加零電平信號(hào)。