[發明專利]一種模塊化多電平換流器過電壓防護方法及其防護裝置

有效

• 申請號: 201210537285.3
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103066582A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 賀之淵;李泓志;馬巍巍;楊杰;季蘭蘭
• 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: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04;H02H9/06
• 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

本發明涉及換流器過電壓防護方法及裝置，具體涉及一種模塊化多電平換流器過電壓防護方法及其防護裝置。

背景技術

模塊化多電平換流器（Modular?Multilevel?Converter,MMC）是一種以可關斷器件為基礎的新型換流器。目前最常被使用的可關斷器件是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。模塊化多電平換流器（如圖1）包括子模塊1和換流電抗器2，在其各交流端（A,B,C）和直流端（P，N）之間串聯連接著一個或多個的子模塊和換流電抗器。子模塊中的主要元件包括IGBT、FWD、電阻器R和電容器C，典型的子模塊結構包括半橋子模塊（如圖2）和全橋子模塊（如圖3）。傳統的線電壓換相換流器（Line?Commutated?Converter，LCC）屬電流源型換流器，運行中換流器輸出電壓幅值和極性發生變化。模塊化多電平換流器使用了大量的儲能電容器，同時通過模塊疊加技術使運行中換流器輸出電壓波形保持不變，屬電壓源型換流器。因此，從電網運行電壓穩定的角度考慮，模塊化多電平換流器具有明顯優點。

現有的過電壓防護方法主要使用避雷器對入侵換流器的操作過電壓、雷電過電壓和陡波過電壓進行防護。避雷器也成為電力系統過電壓防護和絕緣配合的基本實現裝置。發明名稱為“用于過壓保護的系統”專利號ZL?01813089.5提供了這樣一種過電壓防護方法。該方法在交流相線與地間設置避雷器，吸收線路入侵的過電壓波。限于避雷器的能量吸收能力，在使用該方法時需要將避雷器的額定電壓Ur設置的足夠高，以防止發生工頻過電壓時避雷器發生熱崩潰而出現爆炸，相應地提高了避雷器的過電壓保護水平和被保護設備的絕緣水平及造價。

現有技術的另一種限制過電壓對被保護設備危害的方法是使用可自恢復的放電間隙進行過電壓防護。發明名稱為“一種1000kV交流特高壓線路帶電作業用保護間隙”，公開號為CN101335430B提供了一種典型的過電壓保護間隙。通過控制間隙放電電壓對被保護對象提供有限的過電壓防護能力。由于間隙電場一般為非均勻電場，甚至是極不均勻電場，其放電電壓特別是操作過電壓波和雷電過電壓波下具有一定隨機性偏差，因而對被保護對象的操作過電壓和雷電過電壓的保護存在一定不確定性和不安全性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種模塊化多電平換流器過電壓防護方法及其防護裝置，提高模塊化多電平換流器的經濟性和可靠性。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種模塊化多電平換流器過電壓防護方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：

步驟1：設置模塊化多電平換流器過電壓防護裝置：所述過電壓防護裝置以單個地、兩個及以上的串聯連接方式或兩個及以上的并聯連接方式設置在模塊化多電平換流器交流端與地之間、直流端與地之間、交流端之間、直流端之間或同時設置于大于一個的上述位置；

步驟2：設置避雷器的動作電壓參數：避雷器的動作電壓參數包括：參考電壓U_ref、操作過電壓保護水平SIPL、雷電過電壓保護水平LIPL和陡波過電壓保護水平STIPL；

步驟3：設置放電電路的動作電壓U_g：放電電路的動作電壓根據模塊化多電平換流器的預期入侵工頻過電壓水平設定；

步驟4：設置放電電路的延時動作時間。

其中，所述步驟1中，所述模塊化多電平換流器過電壓防護裝置包括放電電路、均壓阻尼電路和避雷器；所述放電電路一端、均壓阻尼電路高壓部分一端和避雷器一端電氣連接在一起；所述放電電路另一端、均壓阻尼電路低壓部分一端和避雷器另一端電氣連接在一起，；

所述放電回路中的放電間隙在發生工頻過電壓時動作。

其中，所述均壓阻尼電路用于：1）使放電電路中放電間隙和放電觸發元件承受的電壓按均壓阻尼電路的高壓部分和低壓部分的阻抗值分配；2）為放電電路中放電觸發元件的觸發控制部分提供測量輸入；3）在放電間隙或避雷器動作時為電容元件的放電電流提供阻尼。

其中，所述避雷器為金屬氧化物避雷器，用于降低模塊化多電平換流器遭受的操作過電壓、雷電過電壓和陡波過電壓；當避雷器的參考電壓為U_ref時，避雷器的操作過電壓保護水平的優選值是1.5~1.8p.u的U_ref，雷電過電壓保護水平的優選值是1.8~2.2p.u的U_ref，陡波過電壓保護水平的優選值是2.2~2.5p.u.的U_ref。