[发明专利]一种模块化多电平电压源换流阀的过电压保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平电压源换流阀的过电压保护方法。

背景技术

模块化多电平电压源换流阀是一种不同于常规直流输电用晶闸管阀的新型换流阀，是MMC拓扑柔性直流输电系统的核心设备，被广泛地应用在柔性直流输电系统中。MMC换流阀在运行过程中可能遭受产生于交流侧故障、直流侧故障和雷击等多种类型的过电压入侵波的危害。为了确保MMC换流阀的安全可靠运行，需要使其绝缘水平高于过电压水平。MMC换流阀过电压水平的高低直接影响了整个柔性直流输电系统的绝缘水平，因此，在确保可靠性的前提下应尽可能降低其绝缘水平，从而减小设备尺寸，降低换流阀的研发难度、性能要求及费用。

目前，低压小容量柔性直流输电工程中，MMC换流阀均未加装任何过电压保护装置，过电压水平相对较高、设备绝缘系数大，技术经济性有待于提高。随着柔性直流输电工程输送容量和电压等级的提高，系统的过电压水平也必将相应提高，如果不采取有效的措施限制其过电压水平，将直接导致设备绝缘水平要求高，使设备制造和工程建设在技术上遇到极大的困难，在经济上也不合理。模块化多电平电压源换流阀造价昂贵，其过电压水平、绝缘水平选取的合理与否对整个工程的造价、换流阀结构设计、阀厅布局有很大影响。

高压、大容量模块化多电平电压源换流阀的过电压保护主要通过使用金属氧化物避雷器实现。金属氧化物避雷器的布置方式和参数选取是决定模块化多电平电压源换流阀能否有效耐受过电压的关键。传统的避雷器布置方式和参数选择方法主要针对线换相换流阀进行。聂定珍撰写的文献“±800kV特高压直流换流站绝缘配合”（《高电压技术》，2006年，第32卷，第9期）就提供了一种典型的针对晶闸管换流阀的避雷器布置方案和参数选择方法。针对模块化多电平电压源换流阀采用该方法时，由于换流阀电路结构、运行方式、外部特性等发生本质变化，无法实现对过电压有效地抑制和对模块化多电平电压源换流阀的安全保护。

发明内容

高压大容量柔性直流系统中模块化多电平电压源换流阀过电压水平高，并且会导致其绝缘要求高、造价昂贵、结构设计复杂、占地面积大等问题，本发明提供一种模块化多电平电压源换流阀的过电压保护方法，从而有效抑制电压源换流阀的过电压水平，保护电压源换流阀在各种工况下的安全可靠运行，并提高电压源换流阀的技术经济性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种模块化多电平电压源换流阀的过电压保护方法，所述过电压方法用的系统为模块化多电平柔性直流输电系统，所述模块化多电平柔性直流输电系统为三相结构，每相均由上下两桥臂电压源换流阀串联组成；在所述上下两桥臂电压源换流阀的交流侧均串联有桥臂电抗器，上下两桥臂电压源换流阀的桥臂电抗器串联，在两个桥臂电抗器之间连接有联接变压器；在上下两桥臂的电压源换流阀的直流侧均串联有平波电抗器；

所述过电压保护方法包括下述步骤：

（一）确定造成模块化多电平电压源换流阀过电压应力的最苛刻故障工况；

（二）确定模块化多电平电压源换流阀的避雷器配置方式；

（三）选取避雷器参数；

其改进之处在于，所述步骤（二）中，确定模块化多电平电压源换流阀的避雷器配置方式包括下述子步骤：

2.1、确定避雷器集中保护方案；

2.2、确定避雷器分散保护方案；

2.3、确定单个换流站的避雷器数量；

2.4、确定避雷器的工作电压；

2.5、确定最佳避雷器保护方案。

其中，所述电压源换流阀为MMC换流阀，所述MMC换流阀由子模块串联组成，每个子模块均由IGBT器件与其反并联的二极管组成。

其中，所述步骤（一）中，确定造成模块化多电平电压源换流阀过电压应力的最苛刻故障工况包括下述子步骤：

1.1、分析雷电过电压；

1.2、划分造成电压源换流阀操作过电压的故障区域；

1.3、确定造成电压源换流阀操作过电压的故障类型；

1.4、建立过电压分析模型；

1.5、计算雷电过电压；

1.6、计算操作过电压；

1.7、确定造成换流阀过电压的最苛刻故障工况。

其中，所述步骤1.1中，判断直流线路是否采用全线电缆、或是采用架空线且直流线路上有平波电抗器；若直流线路采用架空线，并且没有平波电抗器的抑制，则对来自直流侧的雷电过电压进行计算。