MMC型换流器故障子模块的旁路方法及旁路状态检测方法技术

一种用于MMC型换流器故障子模块的旁路方法及旁路状态检测方法。旁路方法包括：子模块就地控制板在检测到自身子模块发生故障后，触发IGBT导通命令，同时发送旁路开关合闸指令。旁路方法还包括：旁路状态检测方法，该旁路状态检测方法通过故障子模块的就地控制板来对旁路开关的返回状态进行检测；若无法检测到旁路开关状态的电气信号，则对旁路开关的状态进行估算。本发明专利技术可以实现在MMC型换流器的子模块出现故障时的可靠旁路以及在出现旁路状态无法上送时的旁路状态快速检测，以保证MMC型换流器的持续性运行。换流器的持续性运行。换流器的持续性运行。

【技术实现步骤摘要】
MMC型换流器故障子模块的旁路方法及旁路状态检测方法


[0001]本专利技术属于电力电子控制
，更具体的，涉及一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法及旁路状态检测方法。

技术介绍

[0002]伴随城市规模快速增长以及信息技术迅速发展，电网内敏感负荷、非线性负荷，以及其他重要负荷越来越多，交流配电网内线损大、供电走廊紧张等问题日益严重。电压波动、电网谐波加剧、电压瞬时跌落以及三相不平衡现象加剧等问题亦日趋恶化。现有配电网结构和方式亟需改变。直流配电网具有减小线路损耗、改善用户侧电能质量、提高供电容量、隔离故障区域以及可再生能源及储能装置便捷、灵活接入等优点。因此MMC型换流器在直流输配电系统中得到大量应用。
[0003]MMC型换流器最小单元为组成换流阀的子模块，而旁路开关则是子模块不可缺少的一个关键部件。当某子模块发生故障后，通过该子模块控制器下发闭合旁路开关命令，将该子模块旁路掉，从而切除故障对系统的影响。如果旁路开关不能准确快速的进行合闸操作，则认为该故障子模块不受控，故障危害可能会扩大，系统将执行跳闸操作，需要进行停电检修。因此子模块旁路开关的可靠动作是整个柔性直流输电系统安全运行的保证。现有技术方案中故障子模块的切除完全依赖旁路开关，而旁路开关的合闸成功与否完全依靠旁路开关的反馈状态。
[0004]现有关于MMC功率模块旁路的方法，当功率模块发生旁路开关拒动、电压升至过压检测电路板阈值时，通过过压检测电路板向相邻正常的功率模块的功率器件控制及驱动板发送请求触发本功率模块旁路指令，功率器件控制及驱动板收到指令后，触发故障功率模块对应的开关模块使之形成旁路通道，其中，当故障功率模块为全桥功率模块时，对应的开关模块为T2和T4或者T1和T3，当故障功率模块为半桥功率模块时，对应的开关模块为T2。其不足之处在于，每个功率模块需要具备触发相邻模块的旁路开关和功率器件的驱动电路，大大提高了功率模块的制造成本，并且功率模块的体积也会增大，本专利技术相较于现有技术的改进之处在于，通过故障模块本身的功率器件实现功率模块旁路，保证模块故障后仍然不会失电且不过压，并且实时检测模块的旁路状态，本专利技术相较于现有技术文件1的有益效果在于，MMC设备成本低，体积小，可靠性高，无需额外冗余驱动或供电回路。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，为MMC型换流器的故障子模块的旁路和旁路状态检测提供一种新型的方法，使得故障子模块的旁路动作不完全依赖旁路开关，旁路状态的检测不完全依赖旁路开关的分合闸位置信号，从而提高换流器的可靠性，增强电网运行的持续性。进而提出一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法及旁路状态检测方法。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，所述旁路方法包括：
[0008]步骤1，子模块就地控制板在检测到自身子模块发生故障后，触发子模块旁路对应的IGBT导通命令，并且同时发送旁路开关合闸指令。
[0009]步骤2，子模块对旁路开关反馈状态进行检测，若子模块未检测到旁路开关反馈状态为合位，则触发子模块根据所述子模块的模块电压Udcx而在闭锁状态与旁路状态之间进行自动切换。
[0010]步骤3，设置定值Udc_up作为故障子模块的充电上限，当故障子模块电压Udcx超过Udc_up时，子模块就地控制板控制故障子模块进入旁路状态；；
[0011]步骤4，设置定值Udc_dn作为故障子模块的放电下限，当故障子模块电压Udcx低于Udc_dn时，子模块就地控制板控制故障子模块进入闭锁状态，并且子模块电容通过IGBT的反并联二极管进行充电。
[0012]优选地，所述MMC型换流器的子模块包含全桥子模块和半桥子模块，其中，所述全桥模块包括直流母线电容(C)、旁路开关(K)以及4组IGBT(T1～T4)和反并联二极管(D1～D4)，所述半桥模块包括直流母线电容(C)、旁路开关(K)以及2组IGBT(T1～T2)和反并联二极管(D1～D2)，所述全桥子模块的旁路状态为：T1和T3导通的同时T2和T4不导通、或者T2和T4导通的同时T1和T3不导通；所述半桥子模块的旁路状态为：T2导通的同时T1不导通。
[0013]优选地，所述闭锁状态为所有IGBT均不导通。
[0014]优选地，在所述步骤2中，处于闭锁状态的子模块的电压Udcx是通过调制波、桥臂电流、桥臂电感、交流线电压采样值来计算的。
[0015]优选地，在步骤2中包括：
[0016]步骤2.1，通过故障子模块的就地控制板对旁路开关的返回状态进行检测；
[0017]步骤2.2，若无法检测到旁路开关状态的电气信号，则对旁路开关的状态进行估算。
[0018]优选地，在所述步骤2.2中的估算方法为：
[0019]步骤2.2.1，判断闭锁状态子模块电压Udcx是否超过电压设定值Udc_set，若Udcx>Udc_set，则将利用IGBT旁路的故障子模块进行不控充电的标志MxChargeFlag置位为1，若Udcx<Udc_set且MxChargeFlag在1上置位的持续时间大于等于1s，则将MxChargeFlag复位为0；
[0020]步骤2.2.2，在MxChargeFlag的第一个下降沿出现时，开始计时黑模块检测周期30s，30s内检测MxChargeFlag下降沿的次数FallEdgeCnt，若在30s内FallEdgeCnt大于3次，则认定旁路开关未合闸成功，否则认定旁路开关合闸成功；
[0021]步骤2.2.3，30s后，将FallEdgeCnt复位为0。
[0022]优选地，所述旁路方法能够应用于MMC型换流器的子模块的所有故障的旁路，所述故障包括但不限于：子模块内电容过压、通讯故障、过温故障、欠压故障。
[0023]本专利技术还公开了一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路系统，所述旁路系统利用上文所述的用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法来运行，所述旁路系统包括：
[0024]旁路动作模块，所述旁路动作模块包括机械开关和IGBT，所述旁路动作模块用于对故障子模块进行旁路；
[0025]旁路状态检测模块，用于在故障子模块的旁路指令发出后，检测旁路状态，检查旁路是否成功；
[0026]子模块就地控制板，用于生成控制指令来对子模块的机械开关和IGBT导通和闭锁进行控制。
[0027]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028]本专利技术可应用于类似拓扑的链式结构的换流器系统的子模块的旁路及旁路状态检测。首先，应用本专利技术的旁路方法，在旁路开关K可以正常旁路时，由于旁路IGBT和旁路开关的旁路指令同时触发，旁路IGBT动作更快，因此可以有效降低旁路开关合闸的冲击电流，延长旁路开关的使用寿命；当旁路开关K本体故障，合闸失败的情况下，利用现有IGBT进行旁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，所述旁路方法包括：步骤1，子模块就地控制板在检测到自身子模块发生故障后，触发子模块旁路对应的IGBT导通命令，并且同时发送旁路开关合闸指令。2.根据权利要求1所述的一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，所述旁路方法包括：步骤2，子模块对旁路开关反馈状态进行检测，若子模块未检测到旁路开关反馈状态为合位，则触发子模块根据所述子模块的模块电压Udcx而在闭锁状态与旁路状态之间进行自动切换。3.根据权利要求2所述的一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，所述旁路方法包括：步骤3，设置定值Udc_up作为故障子模块的充电上限，当故障子模块电压Udcx超过Udc_up时，子模块就地控制板控制故障子模块进入旁路状态；；步骤4，设置定值Udc_dn作为故障子模块的放电下限，当故障子模块电压Udcx低于Udc_dn时，子模块就地控制板控制故障子模块进入闭锁状态，并且子模块电容通过IGBT的反并联二极管进行充电。4.根据权利要求2所述的一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，所述MMC型换流器的子模块包含全桥子模块和半桥子模块，其中，所述全桥模块包括直流母线电容(C)、旁路开关(K)以及4组IGBT(T1～T4)和反并联二极管(D1～D4)，所述半桥模块包括直流母线电容(C)、旁路开关(K)以及2组IGBT(T1～T2)和反并联二极管(D1～D2)，所述全桥子模块的旁路状态为：T1和T3导通的同时T2和T4不导通、或者T2和T4导通的同时T1和T3不导通；所述半桥子模块的旁路状态为：T2导通的同时T1不导通。5.根据权利要求2所述的一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，所述闭锁状态为所有IGBT均不导通。6.根据权利要求2所述的一种用于MMC型换流器的故障子模块的旁路方法，其特征在于，在所述步骤2中，处于闭锁状态的子模块的电压Udcx是通过调制波、桥臂电流、桥臂电感、交流线电压采样值来计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彦宾，王一，王继慷，李昆，牛晨光，操丰梅，梅红明，于华龙，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：