CN102170110B - 一种模块化多电平换流器阀保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种模块化多电平换流器阀保护方法，模块化多电平换流器阀由6个桥臂组成，桥臂包括子模块，1个桥臂由1个控制主机控制，6个控制主机由1个汇总控制主机控制，本发明方法由桥臂实现闭锁子模块、旁路子模块、跳闸请求和系统切换请求和汇总控制主机实现汇总控制主机响应。本发明通过采用双冗余保护方法提高了二次保护系统的可靠性，通过上层汇总控制主机与多桥臂控制主机的分层保护构架明晰了保护分工，最终使整个模块化多电平换流器阀的安全性与可靠性得到提升。
Description
技术领域：
本发明涉及电力系统的电力电子直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平换流器阀保护方法。
背景技术：
模块化多电平换流器型直流输电是新一代多电平电压源换流器直流输电拓扑，它利用多个子模块串联，并采用特定的触发方式使桥臂电压波形逼近正弦，但其三相间的内部环流使得流过桥臂的正弦电流产生畸变，增大了桥臂电流的峰值，从而提高了对开关器件电流容量的要求。
柔性直流输电装置的换流器由可关断器件首先构成子模块，再由子模块串联组成的模块化多电平换流器。模块化多电平换流器阀作为柔性直流输电的核心、关键设备，保证其安全可靠稳定的运行，不仅是系统对装置的要求，更是装置保护自身的要求。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是设计一种模块化多电平换流器阀保护方法，保证模块化多电平换流阀的可靠运行。
本发明提供的一种模块化多电平换流器阀保护方法，所述模块化多电平换流器阀由6个桥臂组成，所述桥臂包括子模块，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：
1)将所述桥臂与桥臂控制主机的一端连接，所述桥臂控制主机的另一端与汇总控制主机连接；
2)当出现子模块IGBT或驱动暂时性故障时，所述桥臂控制主机将子模块IGBT关断；其中所述关断的IGBT为出现故障的IGBT。
当子模块接收信息故障、子模块过压故障、子模块欠压故障、子模块接收信息时频繁校验错和IGBT或驱动频繁故障时，所述桥臂控制主机将子模块的旁路开关闭合；
当子模块旁路开关拒动、子模块旁路数目过多时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送跳闸请求；
当桥臂控制主机接收信息超时，所述桥臂控制主机对总控制主机发送系统切换请求；
当桥臂电流过大时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送伴随晶闸管触发的跳闸请求；
3)执行步骤2)后，故障仍存在时，所述桥臂控制主机将子模块的旁路开关闭合，并将故障信号汇总发送给汇总控制主机；
4)汇总控制主机通过桥臂控制主机的反馈信息以及桥臂电流值，进行对桥臂跳闸请求、伴随晶闸管触发的跳闸请求和系统切换请求的判断，并执行桥臂跳闸或伴随晶闸管触发的跳闸或整体将阀断开的系统切换。
本发明提供的第一优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述暂时性故障是指故障不连续发生2次以上。
本发明提供的第二优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述汇总控制主机接收信息超时是指连续2次以上接收不到反馈信号。
本发明提供的第三优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述桥臂电流过大是指超过晶闸管电流设定的最大值。
本发明提供的第四优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述子模块旁路数目过多是指子模块数目超过设定冗余数。
本发明提供的第五优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述子模块接收信息故障是指子模块接不到信号。
本发明提供的第六优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述伴随晶闸管触发的跳闸请求是申请跳开换流器的断路器同时开通每个子模块的晶闸管。
本发明提供的第七优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述步骤2)的所述桥臂跳闸是指断开阀开关。
本发明提供的第八优选方案的保护方法，其改进之处在于，所述桥臂控制主机和汇总控制主机均为阀基控制设备；所述阀基控制设备包括电源、接口板和中央处理器。电源、接口板和中央处理器通过背板和光纤连接。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明所提出的分层控制保护的方法将换流阀的保护范围分工明确，责任清晰，设计简单可靠。
本发明所提出的基于桥臂控制主机和上层汇总控制主机的保护方案能够在较大程度上保证模块化多电平换流阀的可靠运行，将少量个体故障对整个阀运行造成的不利影响降到最低。
本发明通过采用双冗余保护系统提高了二次保护系统的可靠性，通过上层汇总控制主机与多桥臂控制主机的分层保护构架明晰了保护分工，利用桥臂控制主机对模块返回故障信息控制程度得出判断类型来完成阀桥臂保护，通过上层汇总控制主机进行汇总和整体保护，最终使整个模块化多电平换流器阀的安全性与可靠性得到提升。
附图说明
图1：本发明提供的换流器的示意图；
图2：本发明提出的子模块示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为了保证一次设备不因为二次设备的故障而停运或失控，本方案提出了两套控制保护系统同时热备用的保护方案，即由两套桥臂控制主机和汇总控制主机分别构成A和B两套控制保护系统。两系统一主一从，不相互影响，相互独立的去完成本系统的故障判断。两套系统的地位相同，开机时随机或人为选取一套作为主。以其中一套作为本实施方式进一步的说明。
如图1所示，QF1为断路器，连接电网电压和换流器，换流器需要接电抗器(图1中类似于电感符号的符号)与电网相连。模块化多电平换流器阀由6个桥臂组成，每个桥臂可以看做一个单位，每个桥臂由子模块串联而成，桥臂上的子模块的数量根据工程需要不同而会有不同，图中用虚线省略了部分子模块。每个桥臂由单独的控制主机完成本桥臂的子模块的故障检测以及保护，6个桥臂控制主机上层由一个汇总控制主机完成6个桥臂故障汇总以及整体阀保护。如图2所示，子模块的包括2个带反并联二极管的IGBT、1个晶闸管、1个旁路开关。控制主机为称阀基控制设备。阀基控制设备包括电源、接口板和中央处理器。电源、接口板和中央处理器通过背板和光纤连接。接口板负责连接子模块。
每个桥臂各自有一个控制主机完成本桥臂的保护，每个控制主机根据故障类型做出判断，判断结果分为以下四类：第一类是闭锁子模块，即将子模块上下IGBT全部关断；第二类是旁路子模块，即将子模块的旁路开关闭合使其不在影响换流器；第三类是跳闸请求，即申请跳开换流器的进线断路器；第四类是系统切换请求，即采用冗余的控制保护系统。具体判断方式如下：
第一类包括以下故障：子模块IGBT或驱动短时故障；第二类包括以下故障：子模块接收信息故障，子模块过压故障、子模块欠压故障、子模块接收信息时频繁校验错、IGBT或驱动频繁故障；第三类包括以下故障：子模块旁路开关拒动、子模块旁路数目过多，第四类故障包括以下故障：桥臂控制主机接收上层信息超时。
对于暂时性的IGBT或驱动短时故障的子模块采取闭锁子模块的保护方法，这样的模块依然属于换流器的一部分，只要不连续2次出现此故障，依然可以继续使用。对于已确定模块故障无法使用或无法准确知道其状态的子模块，采取旁路子模块的保护方法，被旁路的子模块会不在对换流器有影响，换流器可以不受影响继续运行；对于旁路子模块数目超过设定冗余数或者子模块旁路开关拒动等情况采取发跳闸请求的保护方法，因为此时所剩下的子模块数已经不能完全满足变流器工作的最低要求。一旦跳闸请求被相应，各桥臂所有可控的子模块将处于闭锁状态，即两IGBT均关断状态。对于当前控制保护系统设备出现故障情况，采取发出系统切换请求的方法。
上层汇总控制主机与各个桥臂控制主机进行通信，以便获知各个桥臂的故障情况，据此对换流阀的全局故障予以处理，此外上层汇总主机的控制器通过检测桥臂电流传感器的电流反馈值完成桥臂的过流保护。上层汇总主机的控制器通过桥臂控制主机的反馈信息以及桥臂电流值，将故障判断结果分为以下三类：第一类普通跳闸请求，即申请跳开换流器的进线断路器，此类包括以下具体故障：桥臂控制主机有跳闸请求；第二类是伴随晶闸管触发的跳闸请求，即申请跳开换流器的进线断路器同时开通每个子模块的晶闸管，此类包括以下具体故障：桥臂电流过大；第三类是系统切换请求，此类包括以下具体故障：桥臂控制主机的切换请求、接收上层时出现通信超时。
上层汇总控制主机对于桥臂控制主机的普通跳闸请求予以上传。此外如发现桥臂过流会发送跳闸请求的同时下发子模块晶闸管触发命令，以便保证闭锁情况下二极管不被损坏。对于当前系统设备出现故障情况，采取发出系统切换请求的方法，以便将系统切换到无故障的系统工作。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (9)
1.一种模块化多电平换流器阀保护方法，所述模块化多电平换流器阀由6个桥臂组成，所述桥臂包括子模块，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将所述桥臂与桥臂控制主机的一端连接，所述桥臂控制主机的另一端与汇总控制主机连接；
2）当出现子模块IGBT或驱动暂时性故障时，所述桥臂控制主机将子模块IGBT关断；
当子模块接收信息故障、子模块过压故障、子模块欠压故障、子模块接收信息时频繁校验错和IGBT或驱动频繁故障时，所述桥臂控制主机将子模块的旁路开关闭合；
当子模块旁路开关拒动、子模块旁路数目过多时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送跳闸请求；
当桥臂控制主机接收信息超时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送系统切换请求；
当桥臂电流过大时，所述桥臂控制主机对汇总控制主机发送伴随晶闸管触发的跳闸请求；
3）执行步骤2）后，故障仍存在时，所述桥臂控制主机将子模块的旁路开关闭合，并将故障信号汇总发送给汇总控制主机；
4）汇总控制主机通过桥臂控制主机的反馈信息以及桥臂电流值，进行对桥臂跳闸请求、伴随晶闸管触发的跳闸请求和系统切换请求的判断，并执行桥臂跳闸或伴随晶闸管触发的跳闸或整体将阀断开的系统切换。
2.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述暂时性故障是指故障不连续发生2次以上。
3.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述总控制主机接收信息超时是指连续2次以上接收不到反馈信号。
4.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述桥臂电流过大是指超过桥臂电流设定的最大值。
5.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述子模块旁路数目过多是指子模块数目超过设定冗余数。
6.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述子模块接收信息故障是指子模块接不到信号。
7.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述伴随晶闸管触发的跳闸请求是申请跳开换流器的断路器同时开通每个子模块的晶闸管。
8.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述步骤2）的所述桥臂跳闸是指断开阀断路器。
9.如权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述桥臂控制主机和汇总控制主机均为阀基控制设备；所述阀基控制设备包括电源、接口板和中央处理器；电源、接口板和中央处理器通过背板和光纤连接。
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