[發明專利]模塊化多電平換流器的直流線路瞬時短路故障的保護方法

有效

• 申請號: 201110343170.6
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102403886A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 饒宏;宋強;許樹楷;劉文華;李立浧;李笑倩
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;清華大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H9/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種模塊化多電平換流器的直流線路瞬時短路故障的保護方法，尤其涉及基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電系統中的短路故障的保護方法，屬于直流輸電技術領域。

背景技術

柔性直流輸電基于電壓源換流器和脈沖寬度調制技術將直流電壓逆變為幅值和相位都可控的交流電壓，并可以獨立快速控制所傳輸的有功功率和無功功率，極大地增強了輸電的靈活性。模塊化多電平換流器不需要開關器件直接串聯，并且通過多電平技術可以獲得優異的諧波性能和損耗性能，在柔性直流輸電領域是一種最有應用潛質的電壓源換流器拓撲結構。

在直流輸電系統中，存在各種因素可能導致直流線路發生瞬時性短路故障。尤其是當直流輸電線路采用架空線時，雷擊等原因可能導致線路桿塔等的過電壓擊穿，發生直流線路瞬時性短路故障，并引起電壓源換流器中出現比較大的過電流，對換流器的功率器件安全產生威脅。常規過電流保護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器件全部關斷。但是當直流線路發生瞬時性短路故障時，由于電壓源換流器的續流二極管的作用，電壓源換流器將直接變成一個不控整流橋，即使通過閉鎖換流器控制脈沖關斷所有開關器件，整流橋的存在仍將導致短路電流流過電壓源換流器中的續流二極管和瞬時短路點。短路電流的大小取決于交流母線電壓、交流側系統內阻抗和直流短路電阻等因素。如果不能迅速切斷短路電流，續流二極管將由于承受過電流而導致損壞。

更為關鍵的是，導致直流線路瞬時性短路故障的原因通常為雷擊等導致的過電壓擊穿。但是由于短路故障后換流器已經處于不控整流狀態，整流后仍有直流電壓施加在短路點，導致短路點無法滅弧。即使導致瞬時短路的外部因素消失后短路電流也不會消失，致使故障保護非常困難。目前在直流線路發生瞬時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的徹底停運，需要經過比較繁復人工操作過程才能夠重新投運，造成直流輸電系統的長時間停運，帶來的功率傳輸損失，并使柔性直流輸電系統的可靠性和可用率大為降低。

發明內容

本發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短路故障的保護方法，以使在直流線路發生瞬時性短路故障的情況下，可以快速保護換流器開關器件不會因承受過大短路電流而損壞；在直流系統保護動作不需要斷開交流斷路器脫離電網，在導致直流線路發生短時性短路故障的外部因素消失后，可以使換流器快速自動重新投入運行。

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

(1)在模塊化多電平換流器的每個功率單元的交流端口各并聯一組雙向晶閘管開關，雙向晶閘管開關的一端與模塊化多電平換流器的功率單元的正端子連接，雙向晶閘管開關的另一端與模塊化多電平換流器的功率單元負端子連接；

(2)采集模塊化多電平換流器的直流線路電流信號；

(3)在正常運行狀態下，設定模塊化多電平換流器的直流線路電流保護動作閾值，將上述采集的直流線路電流信號與設定的電流保護動作閾值比較判斷，若直流線路電流信號小于設定的電流保護動作閾值，則使模塊化多電平換流器維持在正常運行狀態；若直流線路電流信號大于或等于設定的電流保護動作閾值，則使模塊化多電平換流器進入保護狀態；

(4)在保護狀態下，設定模塊化多電平換流器的直流線路電流保護返回閾值，將上述采集的直流線路電流信號與設定的電流保護返回閾值比較判斷，若直流線路電流信號大于設定的電流保護返回閾值，使模塊化多電平換流器維持在保護狀態，若直流線路電流信號小于或等于設定的電流保護返回閾值，使模塊化多電平換流器返回到正常運行狀態；

(5)在上述的正常運行狀態時，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，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；在上述的保護運行狀態時，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導通信號，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。