本发明专利技术公开了一种具有直流故障清除能力的模块化多电平换流器改进结构，在双晶闸管法的基础上，MMC每个桥臂中再串联接入一个加速限流模块；系统正常运行时，所有晶闸管处于关断状态，同时加速限流模块内的IGBT一直处于导通状态；限流电阻Rc一直处于被旁路状态；系统直流侧发生故障时，MMC子模块内所有IGBTTa、Tb关断，且所有晶闸管开通，阻止交流侧电源向直流故障点馈入故障电流；同时关断六个桥臂中加速限流模块内的所有IGBT，投入加速限流电阻Rc，加速故障隔离速度并防止交流侧过流。本发明专利技术适用于所有直流故障类型，增大了保护范围；同时加速故障电流衰减速度，大大缩短故障隔离所需的时间；减小了交流侧承受的过电流，大大降低交流侧过流危害。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统保护控制领域，特别是涉及一种直流故障处理方法。
技术介绍
快速直流故障隔离是柔性直流系统发展的关键技术。柔性直流系统发生直流故障 时，全系统故障电流急剧上升，严重危及系统的安全、可靠运行。然而，现有换流器均无法实 现直流故障的自清除，必须采取相关措施切除故障线路。但是由于直流故障时故障电流无 自然过零点，导致直流断路器熄弧较为困难，因此大容量的直流断路器技术还远未达到商 业应用水平。所以，国内外大量学者重点研宄了具有故障清除能力的换流器结构及相应控 制方案。其中，双晶闸管法由于在隔离效果、投资成本、控制复杂性等方面具有优势，在实际 工程中有很好的应用前景。双晶闸管法即在每个MMC子模块中加入反并联的双晶闸管，该 双晶闸管与并联的第二IGBTT b和第二续流二极管Db构成并联。当系统正常运行时，每个 MMC子模块内只有一组IGBT和续流二极管开通，双晶闸管均关断；当系统直流侧发生故障 时，MMC子模块内所有IGBTT a、Tb关断，且所有晶闸管开通，阻止交流侧电源向直流故障点馈 入故障电流。然而，由于双晶闸管法将直流侧故障转换成交流侧的三相短路故障，因此会导 致交流侧长期过流；同时故障电流是根据直流故障回路中的电阻分量实现自然衰减，因此 其故障隔离速度会随着故障位置的靠近而减慢，尤其是在换流器出口附近发生金属性故障 时，需要很长的时间才能实现故障隔离。在实际工程应用中必须采取相应改进措施解决上 述不足。 柔性直流系统发生直流故障时，故障过电流将会严重影响整个直流系统包括交流 侦I直流侧和换流器的安全可靠运行。因此，直流故障时，要求能够快速切除故障线路，即必 须采取一定的故障隔离方法对直流故障线路进行隔离。 双晶闸管法由于在隔离效果、投资成本、控制复杂性等方面的优势，在实际工程中 具有很好的应用前景。然而，由于双晶闸管法将直流侧故障转换成交流侧的三相短路故障， 因此会导致交流侧长期过流；同时故障电流是根据直流故障回路中的电阻分量实现自然衰 减，因此其故障隔离速度会随着故障位置的靠近而减慢，尤其是在换流器出口附近发生金 属性故障时，需要很长的时间才能实现故障隔离。综上述双晶闸管法存在保护范围不足以 及保护的故障类型有限的缺点，因此在实际工程应用中必须采取相应改进措施解决上述不 足。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种具有直流故障清除能力的 模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC)改进结构，在MMC子模块中设 置双晶闸管，针对双晶闸管法存在故障隔离速度受故障位置、故障类型影响较大；以及交流 侧承受长时间过电流等不足，在每个桥臂中加入加速限流模块，实现直流系统故障处理。 本专利技术提出了一种具有直流故障清除能力的MMC改进结构，包括多个由MMC子模 块组成的MMC换流器；所述MMC子模块包括第一、第二IGBTTa、Tb、第一、第二续流二极管D a、 Db和直流电容C，连接方式为：一组并联的第一 IGBTT a和第一续流二极管D a，与另一组并联 的第二IGBTTb和第二续流二极管D b构成串联；该串联结构再与直流电容C构成并联；每个 MMC子模块中加入反并联的双晶闸管，该双晶闸管与并联的第二IGBTT b和第二续流二极管 Db构成并联；其中，在换流器每个桥臂中串联接入一个加速限流模块，该加速限流模块由两 个反并联的第一、第二限流IGBTTp T2以及与之并联的限流电阻R。构成； 系统正常运行时，每个MMC子模块内只一组IGBT和续流二极管开通；加速限流模 块内的所有IGBT开通，双晶闸管均关断，限流电阻R。一直处于被旁路状态； 系统直流侧发生故障时，MMC子模块内所有IGBTTa、Tb关断，且所有晶闸管开通，阻 止交流侧电源向直流故障点馈入故障电流；同时六个桥臂加速限流模块内的所有IGBT关 断。 与现有技术中相比，本专利技术具有以下改进后的实施效果： (1)、加速故障电流衰减速度，大大缩短故障隔离所需的时间； (2)、同时，改进方案适用于所有直流故障类型，进一步增大了保护范围； (3)、通过增大故障消除期间交流侧的等效短路阻抗，减小了交流侧承受的过电 流，大大降低交流侧过流危害。【附图说明】 图1为直流故障处理方法示意图； 图2为直流故障清除阶段等效电路图。图中：usab。为交流侧A、B、C相的交流电压； i sab。为交流侧A、B、C相的交流电流；Ua，" L分别代表与A、B、C相所对应的桥臂电抗续 电流；L和L代表桥臂电抗器的电感值和电阻值；R。代表加速限流模块中的电阻值；L k和 Rk代表故障线路的等效电感值和等效电阻值；i d。为直流线路故障电流。【具体实施方式】 以下结合附图及【具体实施方式】，进一步详述本专利技术的技术方案。 对基于双晶闸管法的模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter， MMC)拓扑结构进行一定的改进，如图1(a)所示：双晶闸管法在MMC换流器的每个MMC子模 块中加入反并联的双晶闸管，在此基础上，本专利技术在MMC每个桥臂中串联接入一个加速限 流模块，该模块由两个反并联的IGBT以及与之并联的电阻R。构成。图中：!\、1~ 2为反向并 联的IGBT，R。为故障发生后在换流器桥臂上串入的电阻。 直流系统正常运行时，每个桥臂内串联的加速限流模块的IGBT均处于开通状态。 此时，桥臂电流的流通路径如图1 (b)所示，电阻R。一直处于被旁路状态，系统能够正常运 行而不会产生额外功率损耗。 系统直流侧发生故障时，立即关断MMC子模块内所有IGBT，并开通所有晶闸管，阻 止交流侧电源向直流故障点馈入故障电流；同时立即关断六个桥臂加速限流模块内的所有 IGBT。此时，故障电流（包含交流源供给电流和桥臂电抗续电流）在模块内的流通路径如 图1(c)所示。根据故障电流流通路径以及双晶闸管法的工作机理，可得此时交直流互联处 的等效电路如图2所示。 限流电阻R。的投入使得直流侧故障电流衰减速度加快，因此故障电流将迅速衰减 至零，而且其隔离速度将不再受到故障位置影响。同时R。的投入使得交流侧等效短路阻抗 大大增加，减小故障清除期间交流侧的过电流水平。 综合考虑系统对隔离速度的要求、交流侧承受过电流的能力以及电力电子开关器 件的耐压上限，得到如下式所示的R。选值标准：（公式（1)、（2)、（3)为"与"的关系，且当 公式（1)、（2)、（3)解的交集为空时，优先考虑公式（3)的解。） 上述公式（1)~（3)，为系统对直流故障隔离动作时限要求的上限值，I ^^为 允许的过流幅值，仏"为IGBT耐受电压上限，为桥臂电抗值，Um为交流侧相电压幅值，I _ 为进入故障清除瞬间直流线路电流初始值。【主权项】1. 一种具有直流故障清除能力的模块化多电平换流器改进结构，包括多个MMC子模块 和加速限流模块；所述MMC子模块包括第一、第二IGBTT a、Tb、第一、第二续流二极管Da、DjP 直流电容C，连接方式为：一组并联的第一 IGBTTa和第一续流二极管D a，与另一组并联的第 二IGBTTb和第二续流二极管Db构成串联；该串联结构再与直流电容C构成并联；同时每个 MMC子模本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有直流故障清除能力的模块化多电平换流器改进结构，包括多个MMC子模块和加速限流模块；所述MMC子模块包括第一、第二IGBTTa、Tb、第一、第二续流二极管Da、Db和直流电容C，连接方式为：一组并联的第一IGBTTa和第一续流二极管Da，与另一组并联的第二IGBTTb和第二续流二极管Db构成串联；该串联结构再与直流电容C构成并联；同时每个MMC子模块中加入反并联的双晶闸管，该双晶闸管与并联的第二IGBTTb和第二续流二极管Db构成并联；其特征在于，MMC每个桥臂中串联接入了一个加速限流模块，该加速限流模块由两个反并联的第一、第二限流IGBTT1、T2以及与之并联的限流电阻Rc构成；系统正常运行时，每个MMC子模块内只有一组IGBT和续流二极管开通；加速限流模块内的所有IGBT开通，双晶闸管均关断，限流电阻Rc一直处于被旁路状态；系统直流侧发生故障时，MMC子模块内所有IGBTTa、Tb关断，且所有晶闸管开通，阻止交流侧电源向直流故障点馈入故障电流；同时关断换流器六个桥臂上的加速限流模块内的所有IGBT，投入加速限流电阻Rc，加速故障隔离的速度，同时限制交流侧过电流。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，李晔，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。