[發(fā)明專利]具有直流故障限流能力的MMC換流器改進(jìn)結(jié)構(gòu)及隔離方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410848005.X
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN104617783A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斌;何佳偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/00
• 分類號(hào): H02M7/00;H02H7/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于MMC換流器的直流系統(tǒng)的直流故障隔離方法

背景技術(shù)

直流故障隔離是柔性直流系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。柔性直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時(shí)，故障電流快速上升到很大的過流水平，將會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)直流系統(tǒng)包括交流側(cè)、直流側(cè)和換流器的安全可靠運(yùn)行。為了保證直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，要求在故障發(fā)生的幾個(gè)毫秒內(nèi)快速隔離故障直流線路，即必須采取一定的故障隔離方法對(duì)直流故障線路進(jìn)行隔離。

目前，針對(duì)直流系統(tǒng)直流故障的隔離方法主要有三種：(1)直流故障時(shí)通過跳開交流側(cè)斷路器實(shí)現(xiàn)對(duì)直流故障線路的隔離。該方法簡(jiǎn)單、方便，但是卻存在動(dòng)作時(shí)間慢、停電面積大導(dǎo)致整個(gè)直流系統(tǒng)供電可靠性降低等缺點(diǎn)。(2)利用換流器實(shí)現(xiàn)故障清除。這種方法存在投資成本大、額外功率損耗增加等缺點(diǎn)。(3)利用直流斷路器直接切除故障線路，但目前能夠快速動(dòng)作(一般為幾個(gè)毫秒)的大容量直流斷路器技術(shù)尚不成熟。

由于直流系統(tǒng)故障時(shí)的故障電流無自然過零點(diǎn)，因此直流斷路器難以熄弧并成功切除故障，目前大容量的直流斷路器真正推廣到實(shí)際工程應(yīng)用還存在一定的困難。針對(duì)這一現(xiàn)狀，有必要設(shè)計(jì)一種有效、實(shí)用且簡(jiǎn)單可靠的直流故障隔離系統(tǒng)及方法，確保直流斷路器可以有效跳閘并隔離故障。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前柔性直流系統(tǒng)中直流故障隔離難度大的問題，本發(fā)明提出了一種基于具有直流故障限流能力的MMC換流器改進(jìn)結(jié)構(gòu)及隔離方法。

本發(fā)明提出了一種具有直流故障限流能力的基于MMC換流器改進(jìn)結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)由子模塊組成的MMC換流器，所述子模塊包括IGBT晶體管T₁、T₂和續(xù)流二極管D₁、D₂、直流電容C，連接方式為：一組并聯(lián)的IGBT晶體管T₁和續(xù)流二極管D₁，與另一組并聯(lián)的IGBT晶體管T₂和續(xù)流二極管D₂構(gòu)成串聯(lián)；該串聯(lián)結(jié)構(gòu)再與直流電容C構(gòu)成并聯(lián)；其特征在于，該系統(tǒng)在MMC換流器的每個(gè)橋臂中設(shè)置限流模塊，所述限流模塊包括可控開關(guān)T和續(xù)流二極管D、限流電阻R_limiter，連接方式為：可控開關(guān)T和續(xù)流二極管D構(gòu)成的反并聯(lián)模塊串聯(lián)接入換流器橋臂，連接方向與MMC已有子模塊內(nèi)部的可控開關(guān)和二極管反并聯(lián)模塊方向相反；再與限流電阻R_limiter并聯(lián)；

所述限流模塊具有正常運(yùn)行狀態(tài)和故障限流狀態(tài)兩種工作狀態(tài)；

其中，當(dāng)直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，每個(gè)橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T一直處于導(dǎo)通狀態(tài)；此時(shí)橋臂電流在限流模塊內(nèi)的流通路徑為：限流模塊中的可控開關(guān)T或續(xù)流二極管D，具體視橋臂電流方向而定；限流電阻一直處于被旁路狀態(tài)；

直流系統(tǒng)故障發(fā)生后，根據(jù)直流保護(hù)發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)關(guān)斷開關(guān)T；此時(shí)故障電流在限流模塊內(nèi)只能流經(jīng)限流電阻，即限流電阻被投入到故障回路中。

本發(fā)明還提出了一種具有直流故障限流能力的MMC換流器改進(jìn)結(jié)構(gòu)的直流故障隔離方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、判斷直流保護(hù)是否發(fā)出動(dòng)作信號(hào)；

步驟2、如果是，則當(dāng)前直流系統(tǒng)故障發(fā)生，關(guān)斷可控開關(guān)T關(guān)斷；限流電阻R_limiter投入故障回路；

步驟3、觸發(fā)直流斷路器跳閘；

步驟4、如果否，則當(dāng)前直流系統(tǒng)處于正常運(yùn)行，每個(gè)橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對(duì)MMC換流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在直流故障發(fā)生以后實(shí)現(xiàn)快速的故障限流，最后利用直流斷路器切除故障線路。這種方法大大降低了對(duì)直流斷路器的動(dòng)作速度和切除容量要求。而且具有成本低、額外功率損耗小的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為MMC型換流器結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖。

圖2為直流故障隔離方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施范圍并不局限于此。

本發(fā)明的基于模塊化多電平換流器的直流系統(tǒng)的直流故障隔離方法，具體內(nèi)容包括：