[发明专利]一种旁路开关拒动不跳闸子模块及其换流阀

说明书

本发明涉及一种旁路开关拒动不跳闸子模块及其换流阀，通过在子模块中设置两套合闸电路以及两套合闸控制机制，提高了子模块的旁路响应速度、实现故障子模块的可靠旁路，有效地解决了黑模块及单一元件故障导致系统闭锁问题，在很大程度上提高了MMC柔性直流输电的供电可靠性与可用率，促进柔性直流输电技术的发展与应用。

技术领域

本发明涉及电力系统及电力电子柔性直流换流阀相关技术领域，尤其涉及一种旁路开关拒动不跳闸子模块及其换流阀。

背景技术

基于MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平换流器)的柔性直流输电系统控制灵活，能够实现有功、无功的独立解耦控制，在大规模分布式新能源并网、城市供电、孤岛供电、电网黑启动、多端直流联网、弱系统联网等领域具有很大市场应用前景。目前国内已有多个MMC拓扑结构应用工程。

目前柔性直流输电系统中MMC拓扑结构的换流阀设备容错机制是配置一定比例的子模块，通过合闸机械旁路开关将故障子模块旁路，以避免故障的进一步扩大化。工程中只要故障子模块被可靠旁路且被旁路子模块个数不超过所设置冗余数，系统能够可靠安全运行。

若换流阀设备中机械旁路开关因故障无法正常合闸，故障子模块或因过压损坏非故障部件，极端工况下可能会形成电气“断口”，验证危害柔性直流输电系统的安全，以往工程中处理策略为申请系统跳闸。工程中每个子模块均配置有机械旁路开关，且若控制板卡故障(如光纤故障、光收发板故障、取能电源故障等等)引起黑模块产生，均会导致故障子模块无法有效旁路。因此工程中因子模块无法可靠旁路导致系统跳闸事故有较大概率发生，大大降低了柔性直流输电系统运行的可靠性与可用率。

发明内容

基于现有技术的上述情况，针对柔性直流输电系统子模块旁路开关拒动不跳闸的情况，本发明提供了一种旁路开关拒动不跳闸子模块及其换流阀，提高了MMC子模块的旁路响应速度、实现故障子模块的可靠旁路，在很大程度上提高了MMC柔性直流输电的供电可靠性与可用率，促进柔性直流输电技术的发展与应用。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种旁路开关拒动不跳闸子模块，所述子模块包括：子模块本体模块和旁路保护模块；其中，

所述旁路保护模块包括旁路保护元件和旁路保护触发控制模块；

所述旁路保护元件，包括旁路晶闸管和旁路开关，所述旁路晶闸管反向并联于所述子模块本体模块的半桥桥口，所述旁路开关与所述晶闸管并联；

所述旁路保护触发控制模块，在发生故障时，触发所述旁路开关合闸。

进一步的，所述旁路保护触发控制模块包括第一旁路保护触发控制模块和第二旁路保护触发控制模块；

所述第一旁路保护触发控制模块包括SM控制板卡触发控制模块；

所述第二旁路保护触发控制模块包括BOD触发合闸控制模块。

进一步的，所述SM控制板卡触发控制模块，根据所述子模块本体模块的故障状态，触发所述旁路开关合闸。

进一步的，所述BOD触发合闸控制模块，当所述子模块本体模块过压值达到BOD保护整定值时，触发所述旁路开关合闸。

进一步的，所述旁路晶闸管包括反向过压击穿旁路晶闸管，在过压击穿后稳定通流。

进一步的，所述反向过压击穿旁路晶闸管，当所述子模块本体模块过压值达到该旁路晶闸管的过压击穿值时，所述反向过压击穿旁路晶闸管击穿形成短路通路。

根据本发明的第二个方面，提供了一种换流阀，所述换流阀包括三相6个桥臂，每个所述桥臂包括n个子模块和1个相电抗器；其中，所述子模块为如上文中本发明第一个方面所述的旁路开关拒动不跳闸子模块。