[實(shí)用新型]一種直流輸電保護(hù)裝置及換流器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420086273.8
• 申請(qǐng)日: 2014-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204103445U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹冬明;謝曄源;邵震霞;盧宇;李敏;劉海彬;李海英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02H3/087
• 分類號(hào): H02H3/087;H02M7/217
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直流輸電領(lǐng)域，特別涉及一種柔性直流輸電直流短路故障的保護(hù)裝置以及使用該保護(hù)裝置構(gòu)成的換流器。?

背景技術(shù)

直流輸電技術(shù)(HVDC，High-Voltage?Direct?Current)是一種借助于大功率半控電力電子器件(如晶閘管)或全控電力電子器件(如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT,Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)，集成門(mén)極換流晶閘管(IGCT,Intergrated?Gate?Commutated?Thyristors)等)實(shí)現(xiàn)交流/直流以及直流/交流轉(zhuǎn)換，從而以直流形式輸送電力能源的傳輸技術(shù)。其中，使用半控型電力電子器件晶閘管的直流輸電稱為基于電流源型換流器的直流輸電系統(tǒng)(CSC-HVDC)，也稱為常規(guī)直流輸電；使用全控型電氣電子器件IGBT的直流輸電稱為基于電壓源型換流器的直流輸電系統(tǒng)(VSC-HVDC)，也稱為柔性直流輸電。?

直流輸電系統(tǒng)屬于高壓、大電流電氣設(shè)備，一旦發(fā)生故障，就有可能使設(shè)備因過(guò)電壓或過(guò)電流沖擊而損耗。因此，適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施是直流輸電系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行不可或缺的重要組成部分。?

在各種可能的故障中，尤其以直流線路故障為代表的直流側(cè)故障為普遍。由于直流傳輸線路可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里，且暴露在復(fù)雜的自然環(huán)境中，發(fā)生故障的概率最大。當(dāng)直流線路發(fā)生短路等故障時(shí)，直流輸電系統(tǒng)將出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)流，需要及時(shí)抑制短路電流，并協(xié)助直流系統(tǒng)盡快從故障中恢復(fù)正常運(yùn)行。?

常規(guī)直流使用晶閘管器件構(gòu)成的三相橋式換流器，在發(fā)生直流側(cè)短路故障時(shí)，可以通過(guò)對(duì)晶閘管觸發(fā)角的快速控制來(lái)抑制直流短路電流，具體做法是：在發(fā)生直流短路故障時(shí)，快速控制觸發(fā)角移相使直流電壓迅速反向，從而迅速抑制直流短路電流，待短路點(diǎn)自然斷弧后，恢復(fù)觸發(fā)角正常控制，并恢復(fù)直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果是一次性的瞬時(shí)故障，直流輸電系統(tǒng)將保持繼續(xù)正常運(yùn)行；如果是永久的短路故障，系統(tǒng)恢復(fù)后將再次出現(xiàn)短路電流，直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)?根據(jù)預(yù)先制定的保護(hù)邏輯斷開(kāi)交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)，從而將整個(gè)直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)。幸運(yùn)的是，這種永久故障在直流線路故障中只占非常小的比例，因此常規(guī)直流輸電系統(tǒng)很少因?yàn)橹绷骶€路短路而完全停運(yùn)。?

但這種很好保護(hù)方式用在柔性直流輸電中卻完全不可行。由于柔性直流輸電系統(tǒng)采用IGBT構(gòu)成電壓源型換流器，無(wú)法通過(guò)換流器控制使直流電壓反向，也因此無(wú)法以該方式來(lái)抑制短路電流。于是柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)直流線路短路故障的措施是：直接斷開(kāi)交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)，從而將整個(gè)直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)。待故障電流衰減完畢后，再重新充電、運(yùn)行。?

在實(shí)際工程中，即使付出系統(tǒng)停運(yùn)的代價(jià)來(lái)應(yīng)對(duì)直流側(cè)短路故障也不足以很好的保護(hù)柔性直流輸電系統(tǒng)的設(shè)備不受安全威脅：?

(1)柔性直流輸電換流器中并聯(lián)有二極管器件，在發(fā)生直流短路故障時(shí)，為直流短路電流提供了回路，即使交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)打開(kāi)，直流回路中的斷流電流也會(huì)由于二極管的存在而衰減困難，一方面是設(shè)備將更長(zhǎng)時(shí)間的暴露在大電流沖擊下，另一方面也大大延長(zhǎng)了整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間，從而加劇經(jīng)濟(jì)損失和系統(tǒng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。?

(2)在短路發(fā)生時(shí),柔性直流輸電系統(tǒng)的電感和電容等設(shè)備將使短路電流發(fā)生振蕩，進(jìn)一步加劇了其對(duì)設(shè)備和外部系統(tǒng)的破壞力。?

一種最直接的解決方法是在直流回路中增加直流斷路器，在短路故障發(fā)生時(shí)，通過(guò)直流斷路器迅速斷開(kāi)直流短路電流。但由于該設(shè)備的技術(shù)成熟度還不足以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，因此在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)還無(wú)法采用。未來(lái)，即使在應(yīng)用技術(shù)成熟后，其設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)高昂，運(yùn)行維護(hù)工作量大、經(jīng)濟(jì)性差。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種直流輸電保護(hù)裝置及換流器，有效的解決柔性直流輸電系統(tǒng)短路電流衰減困難、存在振蕩的的固有缺陷，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好。?

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種直流輸電保護(hù)裝置，其特征在，包括電阻單元和雙向流通電流開(kāi)關(guān)單元，該保護(hù)裝置由所述電阻單元和所述雙向流通電流開(kāi)關(guān)單元并聯(lián)而成；其中所述電阻單元由一個(gè)電阻構(gòu)成,或者由多個(gè)電阻級(jí)聯(lián)而成，所述雙向流通電流開(kāi)關(guān)單元由一個(gè)雙向流通電流開(kāi)關(guān)構(gòu)成,或者由多一個(gè)雙向流通電流開(kāi)關(guān)級(jí)聯(lián)而成。?

進(jìn)一步地，所述雙向流通電流開(kāi)關(guān)由二極管單元和開(kāi)關(guān)管單元的并聯(lián)而成，其中，所述開(kāi)關(guān)管單元的正極、所述二極管單元的負(fù)極以及所述電阻單元的一端連接在一起，定義為所述保護(hù)裝置的正端；?

所述開(kāi)關(guān)管單元的負(fù)極、所述二極管單元的正極以及所述電阻單元的另一端連接在一起，定義為所述保護(hù)裝置的負(fù)端；?