[发明专利]一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构及其保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电保护控制领域，具体涉及一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构及其保护方法。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)是一种新型的多电平电压源换流器，其模块化设计、良好的扩展性等性能在高压直流输电等领域具有广阔的应用前景。在结构上，MMC与传统的两电平、三电平电压源换流器有很大的不同，其是由多个子模块(Submodule,SM)堆叠而成，通过控制子模块的投入和退出，就可以控制交流侧输出电压，从而实现交直流功率交换。

传统的MMC-HVDC工程通常采用直流电缆进行传输，直流电缆安全稳定性能较好，但其价格较高，长距离输电成本较高。而在大容量的传输中更多的采用价格便宜，散热效果更好的架空线传输。而在架空线传输中，传统的半桥结构从本质上缺乏直流故障隔离能力。半桥子模块(HBSM)面临着一大问题：当系统直流侧发生故障以后，尽管换流器内部的绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)将会由于其自保护功能而立即关断，但是由于续流二极管的存在，故障电流将一直存在。这是因为换流器内部的续流二极管在IGBT全部关断以后将构成一个不可控整流桥，从而导致换流器无法实现直流故障的自清除。

直流系统中发生直流故障以后，故障电流会快速上升到很高的水平，将严重危及系统中的相关电气设备，影响系统的安全可靠运行。换流阀的耐流能力是造成直流电网保护困境的主要因素，但是研制或采用技术参数更高的换流阀存在着投资与时间成本等问题。

因此，配备合适的故障限流措施很有必要。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种模块化多电平换流器子模块拓扑结构及其保护方法。包括半桥子模块和限流模块；

所述限流模块包括电阻和与所述电阻并联的可控开关；

所述半桥子模块包括两个开关模块和电容；

所述两个开关模块串联后与电容并联。

优选的，所述可控开关至少为两个；所述两个可控开关反向并联。

优选的，所述可控开关包括门极可关断晶闸管。

优选的，所述半桥结构包括两个串联的开关模块.

优选的，所述开关模块包括反并联的绝缘栅双极型晶体管和二极管。

优选的，所述限流模块与节点1或节点2串联。

一种模块化多电平换流器保护方法，所述方法包括：

正常工作情况下，限流模块中的可控开关一直施加脉冲，处于导通状态，半桥子模块正常工作；

当出现故障时，多电平换流器收到直流保护动作信号立即关断并联的所述可控开关，将所述限流模块的电阻投入故障回路。

优选的，所述当出现故障时，多电平换流器收到直流保护动作信号立即关断并联的所述可控开关，将所述限流模块的电阻投入故障回路包括：

判断故障是否为永久性故障，如果是，则断开换流站的直流断路器进行检修，待故障修复后，重合闸启动换流站，否则检测故障清除后重新触发可控开关。

优选的，所述检测故障清除后重新触发可控开关包括：在线路上选取多个点，检测到选取的所述点的电流均低于阈值且具有一定持续时间即可由控制系统发出信号重新触发可控开关，使换流阀恢复正常工作状态；

所述阈值在1.0～2.0p.u.之间。

与现有技术相比，本发明的优益效果为：

1)本发明提供的技术方案，在高压大容量的传输过程中，能够有效的抑制直流侧故障电流，降低了对直流断路器动作时间的要求；

2)本发明提供的技术方案，在原来半桥结构的基础上进行改进，不用改变原有子模块的结构、控制策略和电容均压方式，原理简单，限流效果好；

3)本发明提供的技术方案，在直流故障期间，无需闭锁换流器，保证了功率控制的连续性，有效的保护了原子模块电容，并在故障恢复后能够实现快速恢复；

4)本发明提供的技术方案，采用耐受电流电压水平较高的门极可关断晶闸管，且与其他具有故障隔离功能的MMC子模块拓扑结构相比，节省了元器件，经济效益和设备性能更好。

附图说明

图1为本发明的模块化多电平换流器结构示意图；

图2为本发明的限流模块正常运行时电流方向由节点1流向节点2时的工作状态示意图；

图3为本发明的限流模块正常运行时电流方向由节点2流向节点1时的工作状态示意图；

图4为本发明的限流模块实现直流故障隔离时电流方向示意图；