[發明專利]適用于大容量MMC柔性直流輸電系統的橋臂匯總保護系統

有效

• 申請號: 201210533983.6
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103078400A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 賀之淵;姜喜瑞;楊岳峰;高陽;王韌秋
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;中電普瑞電力工程有限公司;遼寧省電力有限公司大連供電公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;H02J1/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于高壓大容量柔性直流輸電換流器的控制領域，具體涉及一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統的橋臂匯總保護系統。

背景技術

模塊化多電平換流器由多個子模塊串聯組成，需要根據電容電壓及子模塊工作狀態對單獨的子模塊進行不同的實時投切控制，電平數越多，實時控制周期越短，電容電壓平衡控制越難實現。基于模塊化多電平(MMC)技術的高壓大容量柔性直流輸電換流閥，所需串接的子模塊高達數百只乃至數千只，各子模塊必須單獨進行控制，閥基控制設備通過采用分層分段處理方式對每個子模塊進行單獨控制，作為閥基控制設備的中間單元——橋臂匯總單元，是將多個橋臂分段單元的整個橋臂的子模塊信息進行匯總、整理、匯總電壓平衡處理以及橋臂整體保護策略實施的中間單元。

當前，基于全控型電力電子器件IGBT的各種電力電子電路已經越來越多地應用于電力系統、機車牽引、航空航天等領域。隨著電力電子技術及材料、制造工藝的發展，IGBT器件的通流能力也越來越強，使其在直流輸電領域也得到重要的發揮空間，直接促進了柔性直流輸電技術的誕生和發展。與傳統的高壓直流輸電技術不同，柔性直流輸電換流器以由IGBT串聯構成的高壓換流閥替代了晶閘管串聯換流閥，形成了電壓源型的柔性直流換流器。柔性直流輸電可以實現向遠距離的中小型孤立、弱負荷進行供電；可以進行獨立、準確、靈活的有功/無功功率控制，提高系統潮流傳輸的經濟性和穩定性；在潮流反轉時直流電壓極性不變，方便構成多端直流輸電系統；在相聯系統短路時不增加系統的短路容量，有利于限制短路電流，阻止系統的故障擴散；可以提供無功支持和頻率控制，用于風電場和分布式發電等可再生能源并網有著特殊的優勢；在相聯電網故障后能夠提供黑啟動電源，加快電網故障后的快速恢復能力；換流站占地面積相對于普通直流大為減小。

柔性直流輸電技術豐富的性能優勢吸引了眾多科研技術人員投入到相關的研究及實踐工作中，其靈活的控制性能也使得柔性直流的控制保護方法和控制保護裝置成為了柔性直流技術的研究熱點。在基于模塊化多電平換流器拓撲結構的柔性直流的控制中，對換流器子模塊內部的控制保護是整個控制保護系統中一個非常重要的環節。本發明針對閥基控制設備VBC的橋臂匯總設計了一套完整和智能的控制保護方案，據了解目前國內外尚未見到有類似的針對MMC換流子模塊內部控制保護方法的相關技術專利。

發明內容

為克服上述缺陷，本發明提供了一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統的橋臂匯總保護系統，實現了對橋臂子模塊整體完備的信號接口和狀態監測功能，保證了子模塊運行的可靠性和穩定性。

為實現上述目的，本發明提供一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統的橋臂匯總保護系統，適用于大容量MMC柔性直流輸電系統的橋臂匯總保護系統，其特征在于，所述系統包括：依次進行數據交互的MMC換流閥、VBC和站控系統。

本發明提供的優選技術方案中，所述MMC換流閥，包括：400個依次連接的橋臂子模塊。

本發明提供的第二優選技術方案中，所述VBC，包括：橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、環流控制單元、光CT合并及接口單元和閥監視單元；所述橋臂分段控制單元與所述MMC換流閥進行數據交互；所述橋臂匯總控制單元分別與所述橋臂分段控制單元和所述環流控制單元進行數據交互；所述光CT合并及接口單元和所述閥監視單元分別與所述環流控制單元進行數據交互。

本發明提供的第三優選技術方案中，所述橋臂分段控制單元，包括：8個分別與所述MMC換流閥進行數據交互的所述橋臂分段模塊。

本發明提供的第四優選技術方案中，所述橋臂匯總控制單元，包括：并列設置的電壓平衡控制模塊、內部故障診斷模塊、電壓狀態評估模塊和策略邏輯模塊。

本發明提供的第五優選技術方案中，所述電壓平衡控制模塊，根據所述MMC換流閥的各分段平均電壓，進行整體子模塊電壓調節平衡。

本發明提供的第六優選技術方案中，所述電壓平衡控制模塊，以排序或者查表的方式進行整體子模塊電壓調節平衡。

本發明提供的第七優選技術方案中，所述內部故障診斷模塊，通訊判斷和自身狀態判斷，對電流單元和橋臂分段控制單元之間的通訊狀態進行實時監測；判斷橋臂子模塊電壓和的閾值，通過各段上傳的子模塊電壓和，與閾值進行比較判斷，對各段子模塊電壓進行調節；橋臂各段子模塊旁路數和整體橋臂旁路數，與閥值進行比較判斷，評估橋臂整體運行狀態；其中，橋臂各段分別包括數量小于60個的子模塊。