一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及換流器的故障保護方法，具體涉及一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法。包括以下步驟：1）設置模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關的故障檢測時間間隔Δt；2）設置故障動作閾值Q；3）設置電壓閾值Ulim.ac和Ulim.arm；4）檢測模塊化多電平換流器的交流端對地電壓Uac(t)，計算Q1=abs(aveage(Uac(Δt)))-Ulim.ac；5）檢測模塊化換流器的橋臂電壓Uarm(t)，計算Q2=abs(aveage(Uarm(Δt)))-Ulim.arm；6）判斷：如果Q2×Q1>Q，則發(fā)生橋臂短路故障；7）當判斷模塊化多電平換流器發(fā)生橋臂短路故障，觸發(fā)健全相橋臂并聯(lián)保護開關。本發(fā)明采用橋臂并聯(lián)保護開關，降低了模塊化多電平換流器的橋臂短路故障持續(xù)時間，使變壓器承受的直流偏執(zhí)電壓和換流器橋臂承受的過電壓降低，減少了設備要求和造價，提高了經濟性和安全性。
【專利說明】一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及換流器的故障保護方法，具體涉及一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法。
【背景技術】
[0002]模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一種基于可關斷器件和脈寬調制技術為基礎的換流器，目前最常被使用的可關斷器件是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。與傳統(tǒng)的線電壓換相換流器(Line Commutated Converter, LCC)相比,模塊化多電平換流器使用了大量的儲能電容器，同時通過脈寬調制技術使運行中換流器輸出電壓波形保持不變。因此，從電網運行電壓穩(wěn)定和降低電壓交流諧波的角度考慮，模塊化多電平換流器具有明顯優(yōu)點。
[0003]正常運行時，模塊化多電平換流器交流端對地輸出電壓為階梯電壓波形，通過橋臂電抗器或變壓器的平波作用，輸出到交流系統(tǒng)的電壓為標準的工頻正弦波形。在模塊化多電平換流器在運行過程中，由于子模塊失效、換流閥交流輸出端與直流輸出端發(fā)生短路以及閥控系統(tǒng)故障等都可使模塊化多電平換流器橋臂發(fā)生短路故障。
[0004]模塊化多電平換流器橋臂短路故障的主要危害包括:1)換流器的輸出電壓波形變?yōu)閹е绷髌玫恼也ㄐ?，使橋臂電抗器?和)變壓器的運行電壓出現(xiàn)直流偏置，設備噪聲和損耗增加；2)使同一交流端連接的非故障橋臂承受工頻過電壓，可能導致電力電子器件和電容器出現(xiàn)故障，甚至發(fā)生爆炸。
[0005]現(xiàn)有的橋臂短路故障保護方法是在發(fā)生橋臂短路故障后，閉鎖換流器，同時跳開交流斷路器使換流器退出運行。閉鎖換流器可以一定程度上避免故障擴大，但由于在斷路器完全跳開前，通過換流器中的反并聯(lián)二極管仍可導通故障電流，因此系統(tǒng)在此期間需要承受5O?IOOOms的故障應力。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法，本發(fā)明采用橋臂并聯(lián)保護開關，降低了模塊化多電平換流器的橋臂短路故障持續(xù)時間，從而使變壓器承受的直流偏執(zhí)電壓和換流器橋臂承受的過電壓降低，減少了設備要求和造價，提高了經濟性和安全性。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明提供一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法，其改進之處在于，所述方法包括以下步驟:
[0009]步驟1:設置模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關的故障檢測時間間隔At ;
[0010]步驟2:設置故障動作閾值Q ；
[0011]步驟3:設置放電電壓閾值Ulim.a。和Ulim.;
[0012]步驟4:檢測模塊化多電平換流器的交流端對地電壓Uae(t)，確定Ql=abs (aveage (Uac (At))) -Ulim.ac ；
[0013]步驟5:檢測模塊化多電平換流器的橋臂電壓Ua?(t)，確定Q2=abs (aveage (Uarm (At))) -Ulim.arm ；
[0014]步驟6:根據步驟4的計算結果Ql和步驟5的計算結果Q2，確定Ql XQ2，如果Q2 X Q1>Q,則判斷模塊化多電平換流器發(fā)生橋臂短路故障；
[0015]步驟7:當模塊化多電平換流器發(fā)生橋臂短路故障時，觸發(fā)健全相橋臂的并聯(lián)保護開關。
[0016]進一步地，所述步驟I中，所述模塊化多電平換流器由三相構成，每相由串聯(lián)的結構相同的上下兩橋臂構成；上下兩橋臂的中點處連接模塊化多電平換流器的交流端；
[0017]所述上下兩橋臂中每個橋臂包括I個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后一端通過電抗器與模塊化多電平換流器的交流端連接；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后另一端與另兩相橋臂的級聯(lián)的子模塊一端連接，形成所述模塊化多電平換流器直流端的正負極母線；或
[0018]所述上下兩橋臂中每個橋臂包括I個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后一端與模塊化多電平換流器的交流端連接；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后另一端串聯(lián)電抗器后與另兩相橋臂的電抗器連接，形成所述模塊化多電平換流器直流端的正負極母線。[0019]進一步地，所述步驟I中，所述模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關包括反并聯(lián)的晶閘管，所述反并聯(lián)的晶閘管與每相上下兩橋臂中級聯(lián)的子模塊并聯(lián)；或
[0020]所述模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關包括晶閘管串聯(lián)支路；所述晶閘管串聯(lián)支路與每相上下兩橋臂中級聯(lián)的子模塊并聯(lián)；所述晶閘管串聯(lián)支路由串聯(lián)的晶閘管組成。
[0021]進一步地,所述步驟I中，故障檢測時間間隔At的為5~20ms。
[0022]進一步地，所述步驟2中，故障動作閾值Q為預設的正數，單位為kV。
[0023]進一步地，所述步驟3中，所述放電電壓閾值Ulim.ac根據模塊化多電平換流器的交流端對地輸出電壓計算，用于判斷是否發(fā)生橋臂短路故障，單位為kV ;其中，所述放電電壓閾值Ulim.a。的優(yōu)選值滿足以下關系:
[0024]
【權利要求】
1.一種模塊化多電平換流器橋臂短路故障的保護方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1:設置模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關的故障檢測時間間隔At ; 步驟2:設置故障動作閾值Q ; 步驟3:設置放電電壓閾值Uliniac和Ulim.a? ； 步驟4:檢測模塊化多電平換流器的交流端對地電壓Uac;(t)，確定Ql=abs (aveage (Uac (At))) -Ulim.ac ； 步驟5:檢測模塊化多電平換流器的橋臂電壓Umi (t)，確定Q2=abs (aveage (Uarm (At))) -Ulim.arm ； 步驟6:根據步驟4的計算結果Ql和步驟5的計算結果Q2，確定Q1XQ2，如果Q2 X Q1>Q，則判斷模塊化多電平換流器發(fā)生橋臂短路故障； 步驟7:當模塊化多電平換流器發(fā)生橋臂短路故障時，觸發(fā)健全相橋臂的并聯(lián)保護開關。
2.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟I中，所述模塊化多電平換流器由三相構成，每相由串聯(lián)的結構相同的上下兩橋臂構成；上下兩橋臂的中點處連接模塊化多電平換流器的交流端； 所述上下兩橋臂中每個橋臂包括I個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后一端通過電抗器與模塊化多電平換流器的交流端連接；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后另一端與另兩相橋臂的級聯(lián)的子模塊一端連接，形成所述模塊化多電平換流器直流端的正負極母線；或 所述上下兩橋臂中每個橋臂包括I個電抗器和N個結構相同的子模塊；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后一端與模塊化多電平換流器的交流端連接；每個橋臂的子模塊級聯(lián)后另一端串聯(lián)電抗器后與另兩相橋臂的電抗器連接，形成所述模塊化多電平換流器直流端的正負極母線。
3.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟I中，所述模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關包括反并聯(lián)的晶閘管，所述反并聯(lián)的晶閘管與每相上下兩橋臂中級聯(lián)的子模塊并聯(lián)；或 所述模塊化多電平換流器橋臂并聯(lián)保護開關包括晶閘管串聯(lián)支路；所述晶閘管串聯(lián)支路與每相上下兩橋臂中級聯(lián)的子模塊并聯(lián)；所述晶閘管串聯(lián)支路由串聯(lián)的晶閘管組成。
4.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟I中，故障檢測時間間隔At的為5~20ms。
5.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟2中，故障動作閾值Q為預設的正數，單位為kV。
6.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟3中，所述放電電壓閾值Ulim.ac根據模塊化多電平換流器的交流端對地輸出電壓計算，用于判斷是否發(fā)生橋臂短路故障，單位為kV ;其中，所述放電電壓閾值Ulim.a。的值滿足以下關系:

U_hm.ac_ 多 I 5.換流器交流端對地輸出電壓 ’ ’ 所述放電電壓閾值Ulim._根據模塊化多電平換流器的橋臂電壓計算，用于判斷是否發(fā)生橋臂短路故障，單位為kV ;其中，所述放電電壓閾值Ulim.0T的值滿足以下關系:
7.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟4中，確定Ql時所述的abs (aveage (Uac(At)))表示對電壓Uae (t)的平均值求絕對值。
8.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟5中，確定Q2時所述的abs (aveage (Uarm(At)))表示對電壓Uanil (t)的平均值求絕對值。
9.如權利要求1所述的保護方法，其特征在于，所述步驟6中，根據模塊化多電平換流器交流端對地電壓和橋臂電壓的乘積判斷橋臂是否發(fā)生短路故障，用于避免由于換流器內外其他故障造成的誤動。
【文檔編號】G01R31/02GK103715658SQ201310601655
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李泓志, 賀之淵, 楊杰, 閻發(fā)友, 張海峰 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國網遼寧省電力有限公司大連供電公司