[發明專利]一種模塊化多電平換流器及其高壓閥組對地故障保護方法

有效

• 申請號: 201611105372.6
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106787876B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 林衛星;劉偉增;盛俊毅;侯丹
• 申請（專利權）人: 特變電工新疆新能源股份有限公司;特變電工西安柔性輸配電有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M1/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

本發明一種模塊化多電平換流器及其高壓閥組對地故障保護方法，結構簡單，成本低，控制方便，保護值整定準確。其包括在直流側串聯并在交流側并聯的高壓閥組和低壓閥組；高壓閥組和低壓閥組的各相均由上橋臂和下橋臂組成，上橋臂和下橋臂均由多個阻斷型子模塊和多個半橋子模塊級聯組成；或均由多個阻斷型子模塊級聯組成；上橋臂和下橋臂上分別設置有由晶閘管控制通斷的旁路；發生高壓閥組對地故障時，通過給旁路中晶閘管施加觸發信號，使得故障電流流過旁路，避免故障電流流過子模塊給子模塊電容充電。通過對應各個橋臂形成的旁路，發生高壓閥組對地故障時，通過合理控制旁路中晶閘管的開關狀態即能為子模塊提供過電壓保護。

技術領域

本發明涉及直流輸電技術領域，具體為一種模塊化多電平換流器及其高壓閥組對地故障保護方法。

背景技術

模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter,MMC)技術具有結構模塊化、易于擴展等優點，自提出以來，在直流輸電領域中得到了廣泛的應用。

隨著MMC技術的成熟，MMC將向更高電壓等級與更大功率發展。在高壓、大功率MMC(例如±800kV，5000MW的MMC)中，MMC的閥組通常采用高、低壓閥組串聯的方案，以降低對單個換流器額定功率的需求，并且在單個閥組因故障退出運行時，仍可維持非故障閥組的正常運行。

高、低壓閥組串聯方案存在的一個嚴重問題即，高壓閥組的直流負極母線或高壓閥組上橋臂低電壓端對地故障時，高壓閥組或高壓閥組的上橋臂將承載額定極對地直流電壓，該額定極對地電壓將對故障閥組/故障橋臂充電，導致故障閥組或故障橋臂的子模塊電容電壓急劇上升，從而損毀故障閥組/橋臂。

現有的應對該類故障的技術通常為在每個橋臂或每個子模塊的高、低壓端并聯避雷器，從而為橋臂或子模塊提供過電壓保護。該類方案存在的缺陷在于對避雷器的額定電流與能量要求高，從而提高了系統成本，該類方案中，如何整定避雷器的保護水平也是一大難題。避雷器保護水平整定得較高則無法為橋臂/子模塊提供有效的過電壓保護，避雷器保護水平整定得較低則穩態時避雷器將流過一定的電流，增大了系統的損耗，成本高、保護定值難以整定。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種模塊化多電平換流器及其高壓閥組對地故障保護方法，結構簡單，成本低，控制方便，保護值整定準確。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明一種模塊化多電平換流器，包括在直流側串聯并在交流側并聯的高壓閥組和低壓閥組；所述的高壓閥組和低壓閥組的各相均由上橋臂和下橋臂組成，上橋臂和下橋臂均由多個阻斷型子模塊和多個半橋子模塊級聯組成；

所述的上橋臂和下橋臂上分別設置有由晶閘管控制通斷的旁路；發生高壓閥組對地故障時，通過給旁路中晶閘管施加觸發信號，使得故障電流流過旁路，避免故障電流流過子模塊給子模塊電容充電。

優選的，所述的旁路包括與子模塊一一對應的旁路支路；所述的旁路支路包括每個阻斷型子模塊電壓輸出端并聯的兩個反向并聯聯接的晶閘管或輸出端并聯的一個雙向晶閘管，以及每個半橋子模塊電壓輸出端并聯的一個晶閘管或兩個反向并聯聯接的晶閘管或一個雙向晶閘管；該一個晶閘管陽極接半橋子模塊的高壓輸出端，該一個晶閘管的陰極接半橋子模塊的低壓輸出端。

優選的，所述的旁路包括與閥段一一對應的旁路支路，所述的旁路支路包括每個由阻斷型子模塊串聯構成的閥段的高壓輸出端和低壓輸出端之間并聯的一個雙向晶閘管閥，以及每個由半橋型子模塊串聯構成的閥段的高壓輸出端和低壓輸出端之間并聯的一個單向晶閘管閥或一個雙向晶閘管閥；該一個單向晶閘管閥的陽極接對應半橋子模塊閥段的高壓輸出端，該一個單向晶閘管閥的陰極接對應半橋子模塊閥段的低壓輸出端。

優選的，所述的旁路包括與閥段中各分組一一對應的旁路支路；將阻斷型子模塊串聯構成的閥段分為多組；將半橋子模塊串聯構成的閥段分為多組；