一种模块化多电平换流器及其高压阀组对地故障保护方法技术

本发明专利技术一种模块化多电平换流器及其高压阀组对地故障保护方法，结构简单，成本低，控制方便，保护值整定准确。其包括在直流侧串联并在交流侧并联的高压阀组和低压阀组；高压阀组和低压阀组的各相均由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂均由多个阻断型子模块和多个半桥子模块级联组成；或均由多个阻断型子模块级联组成；上桥臂和下桥臂上分别设置有由晶闸管控制通断的旁路；发生高压阀组对地故障时，通过给旁路中晶闸管施加触发信号，使得故障电流流过旁路，避免故障电流流过子模块给子模块电容充电。通过对应各个桥臂形成的旁路，发生高压阀组对地故障时，通过合理控制旁路中晶闸管的开关状态即能为子模块提供过电压保护。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平换流器及其高压阀组对地故障保护方法
本专利技术涉及直流输电
，具体为一种模块化多电平换流器及其高压阀组对地故障保护方法。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)技术具有结构模块化、易于扩展等优点，自提出以来，在直流输电领域中得到了广泛的应用。随着MMC技术的成熟，MMC将向更高电压等级与更大功率发展。在高压、大功率MMC(例如±800kV，5000MW的MMC)中，MMC的阀组通常采用高、低压阀组串联的方案，以降低对单个换流器额定功率的需求，并且在单个阀组因故障退出运行时，仍可维持非故障阀组的正常运行。高、低压阀组串联方案存在的一个严重问题即，高压阀组的直流负极母线或高压阀组上桥臂低电压端对地故障时，高压阀组或高压阀组的上桥臂将承载额定极对地直流电压，该额定极对地电压将对故障阀组/故障桥臂充电，导致故障阀组或故障桥臂的子模块电容电压急剧上升，从而损毁故障阀组/桥臂。现有的应对该类故障的技术通常为在每个桥臂或每个子模块的高、低压端并联避雷器，从而为桥臂或子模块提供过电压保护。该类方案存在的缺陷在于对避雷器的额定电流与能量要求高，从而提高了系统成本，该类方案中，如何整定避雷器的保护水平也是一大难题。避雷器保护水平整定得较高则无法为桥臂/子模块提供有效的过电压保护，避雷器保护水平整定得较低则稳态时避雷器将流过一定的电流，增大了系统的损耗，成本高、保护定值难以整定。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种模块化多电平换流器及其高压阀组对地故障保护方法，结构简单，成本低，控制方便，保护值整定准确。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术一种模块化多电平换流器，包括在直流侧串联并在交流侧并联的高压阀组和低压阀组；所述的高压阀组和低压阀组的各相均由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂均由多个阻断型子模块和多个半桥子模块级联组成；所述的上桥臂和下桥臂上分别设置有由晶闸管控制通断的旁路；发生高压阀组对地故障时，通过给旁路中晶闸管施加触发信号，使得故障电流流过旁路，避免故障电流流过子模块给子模块电容充电。优选的，所述的旁路包括与子模块一一对应的旁路支路；所述的旁路支路包括每个阻断型子模块电压输出端并联的两个反向并联联接的晶闸管或输出端并联的一个双向晶闸管，以及每个半桥子模块电压输出端并联的一个晶闸管或两个反向并联联接的晶闸管或一个双向晶闸管；该一个晶闸管阳极接半桥子模块的高压输出端，该一个晶闸管的阴极接半桥子模块的低压输出端。优选的，所述的旁路包括与阀段一一对应的旁路支路，所述的旁路支路包括每个由阻断型子模块串联构成的阀段的高压输出端和低压输出端之间并联的一个双向晶闸管阀，以及每个由半桥型子模块串联构成的阀段的高压输出端和低压输出端之间并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；该一个单向晶闸管阀的阳极接对应半桥子模块阀段的高压输出端，该一个单向晶闸管阀的阴极接对应半桥子模块阀段的低压输出端。优选的，所述的旁路包括与阀段中各分组一一对应的旁路支路；将阻断型子模块串联构成的阀段分为多组；将半桥子模块串联构成的阀段分为多组；所述的旁路支路包括每组阻断型子模块的输出端并联的一个双向晶闸管阀，以及每组半桥型子模块的输出端并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；该一个单向晶闸管阀的阳极接对应每组半桥子模块的高压输出端，该一个单向晶闸管阀的阴极接对应每组半桥子模块阀段的低压输出端。本专利技术一种模块化多电平换流器，在直流侧串联并在交流侧并联的高压阀组和低压阀组；所述的高压阀组和低压阀组的各相均由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂均由多个阻断型子模块级联组成；所述的上桥臂和下桥臂上分别设置有由晶闸管控制的旁路；发生高压阀组对地故障时，通过给旁路中晶闸管施加触发信号，使得故障电流流过旁路，避免故障电流流过子模块给子模块电容充电。优选的，所述的旁路包括与阻断型子模块一一对应的旁路支路；所述的旁路支路包括每个阻断型子模块电压输出端并联的一个晶闸管或两个反向并联联接的晶闸管或一个双向晶闸管；一个晶闸管阳极接阻断型子模块的高压输出端，晶闸管的阴极接阻断型子模块的低压输出端。优选的，所述的旁路包括与阀段一一对应的旁路支路，所述的旁路支路包括每个由阻断型子模块串联构成的阀段的高压输出端和低压输出端之间并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；所述的一个单向晶闸管阀的阳极接对应阻断型子模块阀段的高压输出端，单向晶闸管阀的阴极接对应阻断型子模块阀段的低压输出端。进一步，所述的旁路包括与阀段中各分组一一对应的旁路支路；将阻断型子模块串联构成的阀段分为多组；所述的旁路支路包括每组阻断型子模块的输出端并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；该一个单向晶闸管阀的阳极接对应每组阻断型子模块的高压输出端，该一个单向晶闸管阀的阴极接对应每组阻断型子模块阀段的低压输出端。再进一步，所述单向晶闸管阀由多个晶闸管串联而成；所述双向晶闸管阀由多个反并联晶闸管串联而成或由多个双向晶闸管串联而成或由两个反并联联接的单向晶闸管阀并联而成。再进一步，其特征在于，每个旁路支路内分别串联有限流电阻，限流电阻对应串联在旁路支路的低压输出端或高压输出端。再进一步，所述的限流电阻的阻值能够使得旁路晶闸管不发生过电流，且使得模块化多电平换流器的交流断路器不因过电流而开断，且使得限流电阻上的压降低于其并联联接的所有子模块的电容电压之和。进一步，所述阻断型子模块为具备阻断直流故障电流能力的模块化多电平换流器功率模块，可以采用全桥子模块、箝位双子模块、二极管钳位子模块、自阻型子模块及交联子模块中的任意一种。本专利技术一种模块化多电平换流器的高压阀组对地故障保护方法，在模块化多电平换流器中各相的上桥臂和下桥臂上分别建立由晶闸管控制通断的旁路；当发生高压阀组任一相上桥臂任意点接地故障时，给高压阀组各相上桥臂的旁路中的晶闸管施加触发脉冲，使高压阀组各相上桥臂对应的旁路导通，使得故障电流流过旁路。优选的，还包括维持高压阀组各相下桥臂及低压阀组各桥臂的旁路中的晶闸管处于闭锁状态。优选的，给高压阀组各相上桥臂的旁路中的晶闸管施加触发脉冲为持续施加或仅施加一次。优选的，具体的，当监测到高压阀组任一相上桥臂任意点接地故障后，仅对高压阀组各相上桥臂的旁路中控制正向导通的晶闸管施加一次触发脉冲；维持高压阀组及低压阀组的所有其他旁路中晶闸管闭锁，并闭锁高压阀组及低压阀组的全部全控型电力电子器件触发脉冲。进一步，旁路中包括控制反向导通的晶闸管，当监测到高压阀组任一相上桥臂任意点接地故障后，仅对高压阀组各相上桥臂的旁路中控制正向导通的晶闸管施加一次触发脉冲，监测到故障相上桥臂的旁路中控制正向导通的晶闸管一直处于导通状态时，给各相上桥臂的旁路中控制反向导通的晶闸管持续施加触发脉冲；维持高压阀组及低压阀组的所有其他旁路中晶闸管闭锁，并闭锁高压阀组及低压阀组的全部全控型电力电子器件触发脉冲。本专利技术一种模块化多电平换流器的高压阀组对地故障保护方法，在模块化多电平换流器中各相的上桥臂和下桥臂上分别建立由晶闸管控制通断的旁路；当发生高压阀组任一相下桥臂任意点接地故障时，给高压阀组各相桥臂的旁路中的晶闸管施加触发脉冲，使高压阀组各相桥臂对应的旁路导通，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器，其特征在于，包括在直流侧串联并在交流侧并联的高压阀组和低压阀组；所述的高压阀组和低压阀组的各相均由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂均由多个阻断型子模块和多个半桥子模块级联组成；所述的上桥臂和下桥臂上分别设置有由晶闸管控制通断的旁路；发生高压阀组对地故障时，通过给旁路中晶闸管施加触发信号，使得故障电流流过旁路，避免故障电流流过子模块给子模块电容充电。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器，其特征在于，包括在直流侧串联并在交流侧并联的高压阀组和低压阀组；所述的高压阀组和低压阀组的各相均由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂均由多个阻断型子模块和多个半桥子模块级联组成；所述的上桥臂和下桥臂上分别设置有由晶闸管控制通断的旁路；发生高压阀组对地故障时，通过给旁路中晶闸管施加触发信号，使得故障电流流过旁路，避免故障电流流过子模块给子模块电容充电。2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的旁路包括与子模块一一对应的旁路支路；所述的旁路支路包括每个阻断型子模块电压输出端并联的两个反向并联联接的晶闸管或输出端并联的一个双向晶闸管，以及每个半桥子模块电压输出端并联的一个晶闸管或两个反向并联联接的晶闸管或一个双向晶闸管；该一个晶闸管阳极接半桥子模块的高压输出端，该一个晶闸管的阴极接半桥子模块的低压输出端。3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的旁路包括与阀段一一对应的旁路支路，所述的旁路支路包括每个由阻断型子模块串联构成的阀段的高压输出端和低压输出端之间并联的一个双向晶闸管阀，以及每个由半桥型子模块串联构成的阀段的高压输出端和低压输出端之间并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；该一个单向晶闸管阀的阳极接对应半桥子模块阀段的高压输出端，该一个单向晶闸管阀的阴极接对应半桥子模块阀段的低压输出端。4.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的旁路包括与阀段中各分组一一对应的旁路支路；将阻断型子模块串联构成的阀段分为多组；将半桥子模块串联构成的阀段分为多组；所述的旁路支路包括每组阻断型子模块的输出端并联的一个双向晶闸管阀，以及每组半桥型子模块的输出端并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；该一个单向晶闸管阀的阳极接对应每组半桥子模块的高压输出端，该一个单向晶闸管阀的阴极接对应每组半桥子模块阀段的低压输出端。5.一种模块化多电平换流器，其特征在于，在直流侧串联并在交流侧并联的高压阀组和低压阀组；所述的高压阀组和低压阀组的各相均由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂均由多个阻断型子模块级联组成；所述的上桥臂和下桥臂上分别设置有由晶闸管控制的旁路；发生高压阀组对地故障时，通过给旁路中晶闸管施加触发信号，使得故障电流流过旁路，避免故障电流流过子模块给子模块电容充电。6.根据权利要求5所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的旁路包括与阻断型子模块一一对应的旁路支路；所述的旁路支路包括每个阻断型子模块电压输出端并联的一个晶闸管或两个反向并联联接的晶闸管或一个双向晶闸管；一个晶闸管阳极接阻断型子模块的高压输出端，晶闸管的阴极接阻断型子模块的低压输出端。7.根据权利要求5所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的旁路包括与阀段一一对应的旁路支路，所述的旁路支路包括每个由阻断型子模块串联构成的阀段的高压输出端和低压输出端之间并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；所述的一个单向晶闸管阀的阳极接对应阻断型子模块阀段的高压输出端，单向晶闸管阀的阴极接对应阻断型子模块阀段的低压输出端。8.根据权利要求7所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的旁路包括与阀段中各分组一一对应的旁路支路；将阻断型子模块串联构成的阀段分为多组；所述的旁路支路包括每组阻断型子模块的输出端并联的一个单向晶闸管阀或一个双向晶闸管阀；该一个单向晶闸管阀的阳极接对应每组阻断型子模块的高压输出端，该一个单向晶闸管阀的阴极接对应每组阻断型子模块阀段的低压输出端。9.根据权利要求3、4、7或8所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述单向晶闸管阀由多个晶闸管串联而成；所述双向晶闸管阀由多个反并联晶闸管串联而成或由多个双向晶闸管串联而成或由两个反并联联接的单向晶闸管阀并联而成。10.根据权利要求2、3、4、6、7或8所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，每个旁路支路内分别串联有限流电阻，限流电阻对应串联在旁路支路的低压输出端或高压输出端。11.根据权利要求10所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述的限流电阻的阻值能够使得旁路晶闸管不发生过电流，且使得模块化多电平换流器的交流断路器不因过电流而开断，且使得限流电阻上的压降低于其并联联接的所有子模块的电容电压之和。12.根据权利要求1或5所述的一种模块化多电平换流器，其特征在于，所述阻断型子模块为具备阻断直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：林卫星，刘伟增，盛俊毅，侯丹，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65