一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护拓扑制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护拓扑，功率模块包括上管全控型电力电子器件，下管全控型电力电子器件，旁路开关，直流电容和功率模块放电电阻，所述功率模块输出端口并联的过压击穿式电力电子旁路开关，所述功率模块放电电阻两端并联有采样回路，所述采样回路用于采集直流电容两侧的直流电压，采样回路的输出端连接有电子过压保护回路和硬件保护回路，所述电子过压保护回路和硬件保护回路均用于根据直流电容两侧的直流电压来判断旁路开关是否动作。确保在任何故障下，故障功率模块均能可靠地从功率主回路中切除，从而防止单一功率模块故障导致换流阀系统跳闸，大大提高了柔直换流站的系统可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护拓扑


[0001]本技术属于柔性直流输电
，具体涉及柔性直流输电换流阀的功率模块多重旁路保护拓扑。

技术介绍

[0002]柔性直流输电是新一代的直流输电系统，具备自换相能力，可以实现大规模新能源发电远距离并网，海上风电并网，是促进我国能源转型的关键核心装备技术。
[0003]柔性直流输电换流阀每个桥臂由多个功率模块串联而成，单个功率模块故障时，需要及时将故障功率模块从功率主回路中旁路，从而不影响系统的运行。目前我国柔性直流输电系统大都采用机械式旁路开关实现将故障功率模块旁路。当旁路开关拒动、阀控系统至功率模块下行通讯链路失效、功率模块取能电源故障时，故障模块无法有效地从功率主回路中旁路，从而导致柔直换流阀跳闸。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本技术提供了一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护拓扑，功率模块包括上管全控型电力电子器件，下管全控型电力电子器件，旁路开关，直流电容和功率模块放电电阻，所述功率模块输出端口并联有过压击穿式电力电子旁路开关，所述功率模块放电电阻两端并联有采样回路，所述采样回路用于采集直流电容两侧的直流电压，采样回路的输出端连接有电子过压保护回路和硬件保护回路，所述电子过压保护回路和硬件保护回路均用于根据直流电容两侧的直流电压来判断旁路开关是否动作。
[0005]进一步的，在功率模块的端口并联过电压下能自动击穿的电力电子旁路开关，硬件过压保护门限值<过压自动击穿电力电子旁路开关的动作门限值。
[0006]进一步的，每个功率模块内部配置两个取能电源。
[0007]进一步的，每个功率模块内部配置有主取能电源和辅取能电源，主取能电源用于给本功率模块的二次控制板卡供电，辅取能电源用于给与本功率模块互为相邻的功率模块二次控制板卡供电。
[0008]进一步的，旁路开关为机械开关。
[0009]与现有技术相比，本技术至少具有以下有益的技术效果:
[0010]本技术通过设计故障模块多重旁路保护拓扑，确保在任何故障下，故障功率模块均能可靠地从功率主回路中切除，从而防止单一功率模块故障导致换流阀系统跳闸，大大提高了柔直换流站的系统可靠性。
[0011]以当前功率最大的柔直换流阀为例，其单极功率为250万kW，未采用本技术的拓扑时，每年非计划跳闸次数达3次/年，故障恢复时间为24h，对应的电费损失为约为1.8亿元，若采用本技术专利提供的技术后，非计划停电损失费用可降低为0。
[0012]进一步的，每一对功率模块之间设置有互联通讯，一对功率模块指相邻的两个功
率模块，每一对功率模块的阀控系统下发模块旁路命令时，同时通过相邻功率模块的通讯链路和当前功率模块的通讯连续下发当前模块的旁路命令，避免当前模块与阀控系统间的通讯链路开断时，阀控系统无法向当前功率模块下发旁路命令。
[0013]进一步的，每个功率模块内部配置两个取能电源，任一取能电源故障时，故障功率模块仍有一路电源给其提供旁路所需的能量。
附图说明
[0014]图1为本技术实施例提供的功率模块保护示意图；
[0015]图2为本技术实施例取能电源冗余配置示意；
[0016]图3为本技术实施例取能电源交叉冗余配置示意；
[0017]图4为本技术实施例中相邻模块间通信链路冗余示例；
[0018]图5为功率模块不同保护门限间关系示例。
具体实施方式
[0019]为了使本技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并非用于限定本技术。
[0020]图1给出了功率模块保护示意图，功率模块包括上管全控型电力电子器件1，下管全控型电力电子器件2，上管二极管3，下管二极管4，功率模块端口旁路开关5，旁路开关5为机械开关，直流电容6，在功率模块输出端口并联的过压击穿式电力电子旁路开关7，功率模块放电电阻8。采样回路采集直流电容6两侧的直流电压，当电子过压保护回路判断到直流电容6的电压超过电子过压保护限值时，功率模块电子过压保护出口，向阀控系统申请旁路请求，当收到阀控系统允许旁路命令后，功率模块闭锁其全控型电力电子器件的触发脉冲并合闸旁路开关5。
[0021]参照图1，本技术同时设置了硬件过压保护，当电子过压保护失效时，功率模块的直流电容6会被进一步充电，导致直流电容电压上升，当直流电容电压超过硬件过压保护门限时，硬件过压保护回路自动将功率模块全部全控型电力电子器件的触发脉冲闭锁并合闸旁路开关5，向阀控系统上报功率模块的旁路状态信号。
[0022]对于半桥型功率模块，合闸旁路开关5前，先将半桥功率模块的下管全控型电力电子器件2提前开通，防止机械旁路开关5合闸瞬间，半桥功率模块的上管二极管3因反向恢复电流过大而损毁。
[0023]当硬件过压保护也失效时，直流电容6的电压及功率模块输出端口16的电压在桥臂电流充电作用下将进一步上升，当功率模块输出端口16的电压值超过过压自击穿电力电子旁路开关7的动作电压时，过压自击穿电力电子旁路开关7将因过压而短路，从而将故障模块的输出端口短接，将故障功率模块从主回路中切除。图2显示了功率模块取能电源的配置，在功率模块内配置两个取能电源——第一取能9和第二取能电源10，从而防止任一取能电源发生故障时，故障功率模块仍有一路电源给其提供旁路所需的能量，仍有一个冗余的取能电源给功率模块二次控制板卡供电。
[0024]图3显示了功率模块内部交叉配置的冗余取能电源，每个功率模块内配置主取能
电源和辅取能电源，其中主取能电源给本模块的二次控制板卡供电，辅取能电源给相邻的功率模块的二次板卡供电。防止故障工况下，单个功率模块因电容电压低导致其两个取能电源都不能工作，从而导致故障的功率模块因为没有能工作的取能电源而无法有效旁路。二次板卡在多重保护中的作用是测量电容电压值，向阀控系统传输信号，接收阀控系统的指令，向全控型电力电子器件发送开通命令，闭锁指令；二次控制板卡能控制的是电子过压保护，硬件过压保护通过硬件模拟电路实现。
[0025]图4示例了相邻功率模块之间的冗余通讯配置。以两个相邻的功率模块为例，阀控系统11通过第一通讯链路12和第二通讯链路13分别给两个功率模块14和功率模块15下发控制命令，该控制命令中包含了给相邻模块的旁路指令，即阀控系统下发某模块旁路命令时，同时通过相邻模块的通讯链路下发当前模块的旁路命令，通过相邻模块间的通讯链路将当前模块的旁路指令发送给当前模块，避免当前模块与阀控系统间的通讯链路开断时，阀控系统无法向当前功率模块下发旁路命令的情况；当本模块与阀控系统的通讯链路失效时，可以通过相邻模块的通讯链路接收阀控系统下发的旁路指令。
[0026]图5示例了电子过压保护门限、硬件过压保护门限、过压自击穿电力电子旁路开关保护门限间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护拓扑，其特征在于，功率模块包括上管全控型电力电子器件(1)，下管全控型电力电子器件(2)，旁路开关(5)，直流电容(6)和功率模块放电电阻(8)，所述功率模块输出端口并联有过压击穿式电力电子旁路开关(7)，所述功率模块放电电阻(8)两端并联有采样回路，所述采样回路用于采集直流电容(6)两侧的直流电压，采样回路的输出端连接有电子过压保护回路和硬件保护回路，所述电子过压保护回路和硬件保护回路均用于根据直流电容(6)两侧的直流电压来判断旁路开关(5)是否动作。2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护拓扑，其特征在于，在功率模块的端口并联过电压下能自动击穿的电力电子旁路开关(7)，硬件过压保护门限值<过压自动击...

【专利技术属性】
技术研发人员：任成林，胡雨龙，蔡希鹏，彭玉培，甘运良，周竞宇，林卫星，盛俊毅，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，
类型：新型
国别省市：