电压源型多电平换流器、直流输电系统、故障处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电压源型多电平换流器，包括相单元，相单元包括第一、第二桥臂，第一桥臂的第一端点为相单元的第一直流端点，第二桥臂的第一端点为相单元的第二直流端点；第一桥臂、第二桥臂的第二端点短接，为相单元的交流端点；第一桥臂包括串联的第一模块和一个第一电抗器，第一电抗器的第一端点连交流端点，第二端点连第一模块的第一端点，第一模块的第二端点连第一直流端点；第二桥臂包括串联的第二模块和一个第二电抗器，第二电抗器的第一端点连交流端点，第二端点连第二模块的第一端点，第二模块的第二端点连第二直流端点；第一电抗器、第二电抗器的第二端点间连并联故障分流电路。本发明专利技术还公开了一种直流输电系统、故障处理方法和装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子领域的换流器技术，尤其涉及一种电压源型多电平换流器、直流输电系统、故障处理方法和装置。
技术介绍
电压源型多电平换流器是近几年备受关注的一种新型的适用于高压应用场景的换流器，其采用各子模块级联的方式，通过分别控制每个子模块的状态，可以使换流器输出的交流电压逼近正弦波，从而降低输出电压中的谐波含量。电压源型多电平换流器的出现解决了两电平电压源换流器存在的串联均压问题。对于相关技术中的一些电压源型多电平换流器，在直流线路发生故障时交流网络可以向故障点提供故障电流，这会造成直流侧过流。解决上述问题的一种方法是在换流器的直流侧安装混合式高压直流断路器，以阻断交流网络向故障点提供故障电流的路径，从而阻止在直流线路发生故障时交流网络向故障点提供故障电流，避免引起直流侧过电流。然而，相关技术中针对电压源型多电平换流器在直流线路发生故障时向故障点提供故障电流引起直流侧过电流的解决方案，其实现方法复杂，投入成本较高；因此，如何采用简单、经济的方式解决电压源型多电平换流器存在的直流线路发生故障时向故障点提供故障电流引起直流侧过电流的问题具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种电压源型多电平换流器、直流输电系统、故障处理方法和装置，以简单、经济的方式解决电压源型多电平换流器存在的直流线路发生故障时向故障点提供故障电流引起直流侧过电流的问题。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供了一种电压源型多电平换流器，所述换流器包括至少一个相单元，每个所述相单元包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂的第一端点作为所述相单元的第一直流端点，所述第二桥臂的第一端点作为所述相单元的第二直流端点；所述第一桥臂的第二端点和所述第二桥臂的第二端点短接，作为所述相单元的交流端点；所述第一桥臂包括相互串联的至少两个可投切的第一模块和一个第一电抗器，所述第一电抗器的第一端点连接所述相单元的交流端点，所述第一电抗器的第二端点连接所述串联的至少两个第一模块的第一端点，所述串联的至少两个第一模块的第二端点连接所述相单元的第一直流端点；所述第二桥臂包括相互串联的至少两个可投切的第二模块和一个第二电抗器，所述第二电抗器的第一端点连接所述相单元的交流端点，所述第二电抗器的第二端点连接所述串联的至少两个第二模块的第一端点，所述串联的至少两个第二模块的第二端点连接所述相单元的第二直流端点；所述第一电抗器的第二端点和所述第二电抗器的第二端点之间连接有并联故障分流电路。其中，所述并联故障分流电路包括一个晶闸管，所述第一电抗器的第二端点连接所述晶闸管的阳极，所述第二电抗器的第二端点连接所述晶闸管的阴极；或者，所述并联故障分流电路包括串联的至少两个晶闸管，所述第一电抗器的第二端点连接所述串联的晶闸管的阳极，所述第二电抗器的第二端点连接所述串联的晶闸管的阴极。其中，所述并联故障分流电路还包括避雷器，当所述并联故障分流电路包括一个晶闸管时，所述避雷器与所述一个晶闸管并联，当所述并联故障分流电路包括串联的至少两个晶闸管时，所述避雷器与所述串联的至少两个晶闸管并联；所述避雷器的第一端点连接所述第一电抗器的第二端点，所述避雷器的第二端点连接所述第二电抗器的第二端点。其中，所述第一模块、第二模块分别包括：串联的第一可关断器件和第二可关断器件、与所述第一可关断器件反并联的第一二极管、与所述第二可关断器件反并联的第二二极管、储能元件，所述储能元件与所述第一可关断器件和第二可关断器件的串联支路并联；其中，所述第一可关断器件的负极与所述第二可关断器件的正极相连，连接点作为所述第一模块的第二端点，第二可关断器件的负极作为所述第一模块的第一端点；或者，所述第二可关断器件的正极作为所述第一模块的第二端点，所述第二可关断器件的负极与所述第一可关断器件的正极相连，连接点作为所述第一模块的第一端点。其中，所述储能元件为电容器。其中，所述可关断器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT、电子注入增强门极晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT、金属氧化层半导体场效晶体管MOSFET或门极可关断晶闸管GTO。其中，所述可关断器件为IGBT或IEGT时，所述可关断器件的正极为所述IGBT或IEGT的集电极，所述可关断器件的负极为所述IGBT或IEGT的发射极；所述可关断器件为IGCT或GTO时，所述可关断器件的正极为所述IGCT或GTO的阳极，所述可关断器件的负极为所述IGCT或GTO的阴极；所述可关断器件为MOSFET时，所述可关断器件的正极为所述MOSFET的发射极，所述可关断器件的负极为所述MOSFET的集电极。本专利技术实施例还提供了一种直流输电系统，所述系统包括本专利技术实施例所述的至少一个电压源型多电平换流器，每个所述电压源型多电平换流器的相单元的交流端点通过交流侧开关连接交流系统，且每个所述电压源型多电平换流器的第一直流端点、第二直流端点分别通过串联的电抗器及直流侧开关连接直流线路。本专利技术实施例还提供了一种直流线路故障处理方法，所述方法应用于本发明实施例所述的直流输电系统，所述方法包括：在检测到直流线路发生故障时，闭锁直流输电系统中的换流器，并指示跳开换流器的交流侧开关；在所述交流侧开关跳开后，触发所述换流器中的并联故障分流电路；在直流侧故障电流小于设定的跳直流侧开关电流定值时，指示跳开直流侧开关。其中，在跳开直流侧开关之后，所述方法还包括：等待设定的熄弧时间到达时，指示重合所述换流器的直流侧开关，并指示重合所述换流器的交流侧开关；解锁所述换流器，恢复直流功率。其中，所述跳直流侧开关电流定值为小于直流侧开关的断弧能力的值。其中，所述熄弧时间按照直流线路的绝缘强度恢复时间进行设定。其中，所述熄弧时间的取值范围为0.1ms-10s。本专利技术实施例还提供了一种故障处理装置，所述装置应用于本专利技术实施例所述的直流输电系统，所述装置包括：故障检测单元，用于检测直流线路是否发生故障；故障处理单元，用于在所述故障检测单元检测到直流线路发生故障时，闭锁直流输电系统中的换流器，并指示跳开所述交流侧开关；在所述交流侧开关跳开后，触发所述换流器中的并联故障分流电路；电流检测单元，用于检测直流侧故障电流，并在所述直流侧故障电流小于设定的跳直流侧开关电流定值时，通知所述故障处理单元；所述故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型多电平换流器，其特征在于，所述换流器包括至少一个相单元，每个所述相单元包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂的第一端点作为所述相单元的第一直流端点，所述第二桥臂的第一端点作为所述相单元的第二直流端点；所述第一桥臂的第二端点和所述第二桥臂的第二端点短接，作为所述相单元的交流端点；所述第一桥臂包括相互串联的至少两个可投切的第一模块和一个第一电抗器，所述第一电抗器的第一端点连接所述相单元的交流端点，所述第一电抗器的第二端点连接所述串联的至少两个第一模块的第一端点，所述串联的至少两个第一模块的第二端点连接所述相单元的第一直流端点；所述第二桥臂包括相互串联的至少两个可投切的第二模块和一个第二电抗器，所述第二电抗器的第一端点连接所述相单元的交流端点，所述第二电抗器的第二端点连接所述串联的至少两个第二模块的第一端点，所述串联的至少两个第二模块的第二端点连接所述相单元的第二直流端点；所述第一电抗器的第二端点和所述第二电抗器的第二端点之间连接有并联故障分流电路。

【技术特征摘要】
1.一种电压源型多电平换流器，其特征在于，
所述换流器包括至少一个相单元，每个所述相单元包括第一桥臂和第二桥
臂，所述第一桥臂的第一端点作为所述相单元的第一直流端点，所述第二桥臂
的第一端点作为所述相单元的第二直流端点；所述第一桥臂的第二端点和所述
第二桥臂的第二端点短接，作为所述相单元的交流端点；
所述第一桥臂包括相互串联的至少两个可投切的第一模块和一个第一电抗
器，所述第一电抗器的第一端点连接所述相单元的交流端点，所述第一电抗器
的第二端点连接所述串联的至少两个第一模块的第一端点，所述串联的至少两
个第一模块的第二端点连接所述相单元的第一直流端点；
所述第二桥臂包括相互串联的至少两个可投切的第二模块和一个第二电抗
器，所述第二电抗器的第一端点连接所述相单元的交流端点，所述第二电抗器
的第二端点连接所述串联的至少两个第二模块的第一端点，所述串联的至少两
个第二模块的第二端点连接所述相单元的第二直流端点；
所述第一电抗器的第二端点和所述第二电抗器的第二端点之间连接有并联
故障分流电路。
2.根据权利要求1所述电压源型多电平换流器，其特征在于，
所述并联故障分流电路包括一个晶闸管，所述第一电抗器的第二端点连接
所述晶闸管的阳极，所述第二电抗器的第二端点连接所述晶闸管的阴极；或者，
所述并联故障分流电路包括串联的至少两个晶闸管，所述第一电抗器的第
二端点连接所述串联的晶闸管的阳极，所述第二电抗器的第二端点连接所述串
联的晶闸管的阴极。
3.根据权利要求2所述电压源型多电平换流器，其特征在于，所述并联故
障分流电路还包括避雷器，
当所述并联故障分流电路包括一个晶闸管时，所述避雷器与所述一个晶闸
管并联，当所述并联故障分流电路包括串联的至少两个晶闸管时，所述避雷器

\t与所述串联的至少两个晶闸管并联；
所述避雷器的第一端点连接所述第一电抗器的第二端点，所述避雷器的第
二端点连接所述第二电抗器的第二端点。
4.根据权利要求1至3任一项所述电压源型多电平换流器，其特征在于，
所述第一模块、第二模块分别包括：串联的第一可关断器件和第二可关断器件、
与所述第一可关断器件反并联的第一二极管、与所述第二可关断器件反并联的
第二二极管、储能元件，所述储能元件与所述第一可关断器件和第二可关断器
件的串联支路并联；
其中，所述第一可关断器件的负极与所述第二可关断器件的正极相连，连
接点作为所述第一模块的第二端点，第二可关断器件的负极作为所述第一模块
的第一端点；或者，所述第二可关断器件的正极作为所述第一模块的第二端点，
所述第二可关断器件的负极与所述第一可关断器件的正极相连，连接点作为所
述第一模块的第一端点。
5.根据权利要求4所述电压源型多电平换流器，其特征在于，所述储能元
件为电容器。
6.根据权利要求4所述电压源型多电平换流器，其特征在于，所述可关断
器件为绝缘栅双极型晶体管IGBT、电子注入增强门极晶体管IEGT、集成门极
换流晶闸管IGCT、金属氧化层半导体场效晶体管MOSF...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈国荣，田杰，曹冬明，李海英，董云龙，汪楠楠，刘海彬，卢宇，
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