[發(fā)明專利]一種模塊化多電平電壓源換流閥的過電壓保護方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210524526.0
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103050955A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬巍巍;李泓志;趙巖;湯廣福;王海田
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;中電普瑞電力工程有限公司;上海市電力公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平電壓源換流閥的過電壓保護方法。

背景技術(shù)

模塊化多電平電壓源換流閥是一種不同于常規(guī)直流輸電用晶閘管閥的新型換流閥，是MMC拓撲柔性直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用在柔性直流輸電系統(tǒng)中。MMC換流閥在運行過程中可能遭受產(chǎn)生于交流側(cè)故障、直流側(cè)故障和雷擊等多種類型的過電壓入侵波的危害。為了確保MMC換流閥的安全可靠運行，需要使其絕緣水平高于過電壓水平。MMC換流閥過電壓水平的高低直接影響了整個柔性直流輸電系統(tǒng)的絕緣水平，因此，在確保可靠性的前提下應(yīng)盡可能降低其絕緣水平，從而減小設(shè)備尺寸，降低換流閥的研發(fā)難度、性能要求及費用。

目前，低壓小容量柔性直流輸電工程中，MMC換流閥均未加裝任何過電壓保護裝置，過電壓水平相對較高、設(shè)備絕緣系數(shù)大，技術(shù)經(jīng)濟性有待于提高。隨著柔性直流輸電工程輸送容量和電壓等級的提高，系統(tǒng)的過電壓水平也必將相應(yīng)提高，如果不采取有效的措施限制其過電壓水平，將直接導(dǎo)致設(shè)備絕緣水平要求高，使設(shè)備制造和工程建設(shè)在技術(shù)上遇到極大的困難，在經(jīng)濟上也不合理。模塊化多電平電壓源換流閥造價昂貴，其過電壓水平、絕緣水平選取的合理與否對整個工程的造價、換流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計、閥廳布局有很大影響。

高壓、大容量模塊化多電平電壓源換流閥的過電壓保護主要通過使用金屬氧化物避雷器實現(xiàn)。金屬氧化物避雷器的布置方式和參數(shù)選取是決定模塊化多電平電壓源換流閥能否有效耐受過電壓的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的避雷器布置方式和參數(shù)選擇方法主要針對線換相換流閥進行。聶定珍撰寫的文獻“±800kV特高壓直流換流站絕緣配合”（《高電壓技術(shù)》，2006年，第32卷，第9期）就提供了一種典型的針對晶閘管換流閥的避雷器布置方案和參數(shù)選擇方法。針對模塊化多電平電壓源換流閥采用該方法時，由于換流閥電路結(jié)構(gòu)、運行方式、外部特性等發(fā)生本質(zhì)變化，無法實現(xiàn)對過電壓有效地抑制和對模塊化多電平電壓源換流閥的安全保護。

發(fā)明內(nèi)容

高壓大容量柔性直流系統(tǒng)中模塊化多電平電壓源換流閥過電壓水平高，并且會導(dǎo)致其絕緣要求高、造價昂貴、結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、占地面積大等問題，本發(fā)明提供一種模塊化多電平電壓源換流閥的過電壓保護方法，從而有效抑制電壓源換流閥的過電壓水平，保護電壓源換流閥在各種工況下的安全可靠運行，并提高電壓源換流閥的技術(shù)經(jīng)濟性。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種模塊化多電平電壓源換流閥的過電壓保護方法，所述過電壓方法用的系統(tǒng)為模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)，所述模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)為三相結(jié)構(gòu)，每相均由上下兩橋臂電壓源換流閥串聯(lián)組成；在所述上下兩橋臂電壓源換流閥的交流側(cè)均串聯(lián)有橋臂電抗器，上下兩橋臂電壓源換流閥的橋臂電抗器串聯(lián)，在兩個橋臂電抗器之間連接有聯(lián)接變壓器；在上下兩橋臂的電壓源換流閥的直流側(cè)均串聯(lián)有平波電抗器；

所述過電壓保護方法包括下述步驟：

（一）確定造成模塊化多電平電壓源換流閥過電壓應(yīng)力的最苛刻故障工況；

（二）確定模塊化多電平電壓源換流閥的避雷器配置方式；

（三）選取避雷器參數(shù)；

其改進之處在于，所述步驟（二）中，確定模塊化多電平電壓源換流閥的避雷器配置方式包括下述子步驟：

2.1、確定避雷器集中保護方案；

2.2、確定避雷器分散保護方案；

2.3、確定單個換流站的避雷器數(shù)量；

2.4、確定避雷器的工作電壓；

2.5、確定最佳避雷器保護方案。

其中，所述電壓源換流閥為MMC換流閥，所述MMC換流閥由子模塊串聯(lián)組成，每個子模塊均由IGBT器件與其反并聯(lián)的二極管組成。

其中，所述步驟（一）中，確定造成模塊化多電平電壓源換流閥過電壓應(yīng)力的最苛刻故障工況包括下述子步驟：

1.1、分析雷電過電壓；

1.2、劃分造成電壓源換流閥操作過電壓的故障區(qū)域；

1.3、確定造成電壓源換流閥操作過電壓的故障類型；

1.4、建立過電壓分析模型；

1.5、計算雷電過電壓；

1.6、計算操作過電壓；

1.7、確定造成換流閥過電壓的最苛刻故障工況。

其中，所述步驟1.1中，判斷直流線路是否采用全線電纜、或是采用架空線且直流線路上有平波電抗器；若直流線路采用架空線，并且沒有平波電抗器的抑制，則對來自直流側(cè)的雷電過電壓進行計算。