一种换流器保护电路和保护方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种换流器保护电路，用于保护二极管阀组或电流源型阀组单元与电压源型阀组单元串联组成的具有直流故障穿越能力的换流器中的电压源换流器，在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极和阴极分别与具有直流故障穿越能力的换流器的正极和负极相连。本发明专利技术还公开一种换流器保护方法，电压源换流器检测到交流或者直流系统发生故障，导致电压源换流器电压或电流超过阈值，投入旁通晶闸管阀组，并将故障信息传送到整流站，整流站降低直流电压，降低直流电流到零，旁通晶闸管阀组电流过零关断。上述电压源换流器保护电路有效解决了电压源换流器因直流充电引起的过压和过流问题，保证电压源换流器可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种换流器保护电路和保护方法及装置
本专利技术属于柔性直流输电、高压直流输电领域，具体涉及一种换流器保护电路和保护方法及装置。
技术介绍
基于晶闸管的电流源型高压直流输电优点为换流器损耗小，发生直流线路故障时可通过移相来重启直流系统；缺点是逆变侧换流器工作在有源逆变，不能接入无源系统；逆变侧接入弱交流系统出现扰动后容易发生换相失败；无功消耗大，电压、电流谐波含量高，需要安装滤波装置提供无功功率和滤波。基于电压源换流器的直流输电优点为可控性高，可接入无源系统，不需要无功补偿装置；缺点为换流器开关损耗大，采用半桥结构的模块化多电平换流器不能控制直流侧故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。对于直流侧故障，ABB公司采用增加直流线路的断路器来解决直流侧故障；西门子公司采用全桥电路结构来解决；阿尔斯通公司采用全桥电路并且桥臂串联电力电子开关器件的方式来解决；浙江大学采用在主回路串联二极管来解决。上述方案在直流输电系统发生极端故障，如电压源换流器与变压器之间接地、交流系统三相短路，仍然会引起电压源换流器发生严重过压和过流。为了保证上述换流器可靠运行，在该种结构基础上提出一种新的保护电路和保护方法及装置。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种换流器保护电路，防止具有电压源换流器出现严重过压或过流，并控制整流侧换流器使直流电流到零，实现故障重启，保护电压源型阀组单元可靠运行；同时提供一种换流器保护方法及装置，用于控制此换流器保护电路。为了达成上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种换流器保护电路，用于保护电压源型阀组单元中的电压源换流器，采用如下三种方案之一：方案一：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个二极管阀组，连接方式为所述二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器，在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述换流器的负极相连；方案二：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个电流源型阀组单元；连接方式为电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器；在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述换流器的负极相连；方案三：至少包含一个旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的负极相连。上述方案中：二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联连接有两种拓扑结构：(1)二极管阀组的阴极与电压源型阀组单元的正极相连；或者(2)二极管阀组的阳极与电压源型阀组单元的负极相连；对于第(1)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为二极管阀组的阳极，所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电压源型阀组单元的负极；对于第(2)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电压源型阀组单元的正极，所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为二极管阀组的阴极。上述不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元是自身不能实现直流输电系统的直流侧故障穿越，所述自身不具有直流故障穿越能力的电压源换流器是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、半桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL；所述二极管阀组由多个二极管串联组成。上述具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元是自身能实现直流输电系统的直流侧故障穿越，是在不具有直流故障穿越能力的电压源换流器基础上增加辅助电力电子器件抑制反向电流实现，所述自身具有直流故障穿越能力的电压源换流器是以下任一种或多种：全桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL、堆叠式两电平换流器CTL，半桥和全桥结构子模块组成的混合模块化多电平换流器HMC，或二极管箝位型模块化多电平换流器。上述方案中：电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联连接有两种拓扑结构：(1)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者(2)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连；对于第(1)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电流源型阀组单元的阳极；所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电压源型阀组单元的负极；对于第(2)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电压源型阀组单元的正极；所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电流源型阀组单元的阴极。上述电流源型阀组单元包括电网换相换流器；或者包括电网换相换流器与旁通开关，二者并联连接；或者包括电网换相换流器与旁通开关及刀闸组件，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。上述电网换相换流器为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。上述电压源型阀组单元包括电压源换流器；或者电压源换流器及其旁通电路；或者包括电压源换流器及其旁通电路和刀闸组件，并且电压源换流器及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。上述电压源换流器及其旁通电路为电压源换流器与旁通开关并联电路；或者旁通开关与电感连接后再与电压源换流器并联电路；或者电压源换流器与电感连接后再与旁通开关并联电路。上述旁通开关是以下任一种或多种：机械式开关、电力电子开关或刀闸。上述电压源换流器由可关断的全控型功率半导体组成；所述可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种：绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管PowerMOSFET、电子注入增强栅晶体IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET。上述旁通晶闸管阀组只包含一个桥臂，由多个晶闸管串联组成，并包含相应的控制保护电路；或者所述旁通晶闸管阀组是并联的电网换相换流器的旁通对或通过所述并联的电网换相换流器快速移相实现。为了保证晶闸管可靠关断，在上述多个晶闸管串联后的始端或末端串联直流转换开关或者隔离刀闸。本专利技术还提供一种换流器保护方法，用于上述换流器保护电路，其特征在于：电压源型阀组单元检测到故障，投入旁通晶闸管阀组，并将故障信息传送到整流站，对于瞬时能自恢复或能隔离的故障，整流侧降低直流电压，降低直流电流，控制旁通晶闸管阀组电流到零关断，故障消失后，通过整流侧和逆变侧协调控制，重启直流输电系统；对于瞬时不能自恢复或不能隔离的故障，通过整流侧和逆变侧协调控制，闭锁所述电压源型阀组单元或直流输电系统。上述电压源型阀组单元检测到故障包括控制系统故障、阀区故障、主变压器区故障和交流系统故障；故障检测的具体方式是：通过检测电压源型阀组单元总直流电压、直流电流或桥臂电流超过阈值；或者通过检测子模块电压或电流超过阈值；或者通过检测交流电压或交流电流间接预测或辅助判断；或者通过电压源型阀组单元停运信号出现、保护动作信号出现、闭锁信号出现或运行信号消失来判断。上述控制旁通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种换流器保护电路，用于保护电压源型阀组单元中的电压源换流器，其特征在于，采用如下三种方案之一：方案一：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个二极管阀组，连接方式为所述二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器，在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述换流器的负极相连；方案二：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个电流源型阀组单元；连接方式为电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器；在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述换流器的负极相连；方案三：至少包含一个旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的负极相连。

【技术特征摘要】
1.一种换流器保护电路，用于保护电压源型阀组单元中的电压源换流器，其特征在于，采用如下三种方案之一：方案一：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个二极管阀组，连接方式为所述二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器，在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述换流器的负极相连；方案二：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个电流源型阀组单元；连接方式为电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器；在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述换流器的负极相连；方案三：至少包含一个旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的负极相连。2.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联连接有两种拓扑结构：(1)二极管阀组的阴极与电压源型阀组单元的正极相连；或者(2)二极管阀组的阳极与电压源型阀组单元的负极相连；对于第(1)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为二极管阀组的阳极，所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电压源型阀组单元的负极；对于第(2)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电压源型阀组单元的正极，所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为二极管阀组的阴极。3.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元是自身不能实现直流输电系统的直流侧故障穿越，所述自身不具有直流故障穿越能力的电压源换流器是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、半桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL；所述二极管阀组由多个二极管串联组成。4.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元是自身能实现直流输电系统的直流侧故障穿越，是在不具有直流故障穿越能力的电压源换流器基础上增加辅助电力电子器件抑制反向电流实现，所述自身具有直流故障穿越能力的电压源换流器是以下任一种或多种：全桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL、堆叠式两电平换流器CTL，半桥和全桥结构子模块组成的混合模块化多电平换流器HMC，或二极管箝位型模块化多电平换流器。5.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联连接有两种拓扑结构：(1)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者(2)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连；对于第(1)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电流源型阀组单元的阳极；所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电压源型阀组单元的负极；对于第(2)种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电压源型阀组单元的正极；所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电流源型阀组单元的阴极。6.如权利要求5所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电流源型阀组单元包括电网换相换流器；或者包括电网换相换流器与旁通开关，二者并联连接；或者包括电网换相换流器与旁通开关及刀闸组件，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。7.如权利要求6所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电网换相换流器为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。8.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电压源型阀组单元包括电压源换流器；或者电压源换流器及其旁通电路；或者包括电压源换流...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢东斌，李海英，曹冬明，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32