[發(fā)明專利]一種柔性直流輸電換流閥故障功率模塊多重旁路保護方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011304104.3
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112366931A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 任成林;胡雨龍;蔡希鵬;彭玉培;甘運良;周競宇;林衛(wèi)星;盛俊毅;郝德娜
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司;特變電工西安柔性輸配電有限公司;特變電工新疆新能源股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明公開了一種柔性直流輸電換流閥故障功率模塊多重旁路保護方法，通過軟件過壓保護和硬件過壓保護兩種方式旁路故障的功率模塊，當?shù)焦β誓K的電容電壓值超過軟件過壓保護動作門限值時，對功率模塊進行旁路；當軟件過壓保護失效時，硬件過壓保護自動啟動，當功率模塊的電容電壓超過硬件過壓保護門限時，硬件過壓保護回路自動將功率模塊全部全控型電力電子器件的觸發(fā)脈沖閉鎖并合閘旁路開關，其中軟件過壓保護門限值硬件過壓保護門限值。確保在任何故障下，故障功率模塊均能可靠地從功率主回路中切除，從而防止單一功率模塊故障導致?lián)Q流閥系統(tǒng)跳閘，大大提高了柔直換流站的系統(tǒng)可靠性。

技術領域

本發(fā)明屬于柔性直流輸電技術領域，具體涉及柔性直流輸電換流閥的功率模塊多重旁路保護方法。

背景技術

柔性直流輸電是新一代的直流輸電系統(tǒng)，具備自換相能力，可以實現(xiàn)大規(guī)模新能源發(fā)電遠距離并網，海上風電并網，是促進我國能源轉型的關鍵核心裝備技術。

柔性直流輸電換流閥每個橋臂由多個功率模塊串聯(lián)而成，單個功率模塊故障時，需要及時將故障功率模塊從功率主回路中旁路，從而不影響系統(tǒng)的運行。目前我國柔性直流輸電系統(tǒng)大都采用機械式旁路開關實現(xiàn)將故障功率模塊旁路。當旁路開關拒動、閥控系統(tǒng)至功率模塊下行通訊鏈路失效、功率模塊取能電源故障時，故障模塊無法有效地從功率主回路中旁路，從而導致柔直換流閥跳閘。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種柔性直流輸電換流閥故障功率模塊多重旁路保護方法，通過軟件過壓保護和硬件過壓保護兩種方式旁路故障的功率模塊，當監(jiān)測到功率模塊的電容電壓值超過軟件過壓保護動作門限值時，功率模塊向閥控系統(tǒng)申請旁路，閥控系統(tǒng)下發(fā)允許旁路命令后，功率模塊進行旁路；當軟件過壓保護失效時，硬件過壓保護自動啟動，當功率模塊的電容電壓超過硬件過壓保護門限時，硬件過壓保護回路將功率模塊全部全控型電力電子器件的觸發(fā)脈沖閉鎖并合閘旁路開關，其中軟件過壓保護門限值硬件過壓保護門限值。

進一步的，軟件過壓保護門限Upsoft的計算公式為：Upsoft＝Vpk(1-ε)-(1-kmar)*(Ipk/Csm*τ)，其中，Vpk為全控型電力電子器件暫態(tài)最大關斷電壓，ε為對電容電壓的測量誤差，τ為鏈路延時，Csm為功率模塊最小電容值，Ip k為故障電流最大值，kmar為過壓保護門限值的裕量。

進一步的，硬件過壓保護門限Uphard的計算公式為：Uphard＝Ucmax(1+ε)+ΔU，ε為對電容電壓的測量誤差，Ucmax為在各種故障工況下，功率模塊閉鎖后所能達到的最大電容電壓，ΔU為調節(jié)電壓。

進一步的，在功率模塊的端口并聯(lián)過電壓下能自動擊穿的電子式旁路開關，當軟件過壓保護和硬件過壓保護都失效時，故障功率模塊的電容電壓及端口電壓上升，當功率模塊端口電壓超出電子式旁路開關擊穿門限時，電子式旁路開關自動擊穿，將故障功率模塊從柔性直流輸電系統(tǒng)功率主回路中旁路，硬件過壓保護門限值過壓自動擊穿電力電子旁路開關動作門限值。

進一步的，過壓自擊穿電力電子旁路開關保護門限確定方法為：記全控型電力電子器件的集射極額定電壓為Ucemax，過壓自擊穿電力電子旁路開關擊穿電壓最大值與最小值之間的差值為Uband，則過壓自擊穿電力電子旁路開關保護門限為(Ucemax-Uband)～Ucemax。

進一步的，在每一對功率模塊之間設置互聯(lián)通訊，一對功率模塊指相鄰的兩個功率模塊，閥控系統(tǒng)同時通過相鄰功率模塊的通訊鏈路和當前功率模塊的通訊連續(xù)下發(fā)當前模塊的旁路命令。

進一步的，在每個功率模塊內部配置兩個取能電源。

進一步的，每個功率模塊內部配置有主取能電源和輔取能電源，主取能電源給本功率模塊的二次控制板卡供電，輔取能電源用于給與本功率模塊互為相鄰的功率模塊二次控制板卡供電。

進一步的，其特征在于，對于半橋型功率模塊，合閘旁路開關前，先將半橋功率模塊的下部全控型電力電子器件提前開通。