CN104617757A - 具有直流故障限流能力的防过压型mmc换流器改进结构 - Google Patents

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何佳伟
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Abstract

本发明公开了一种具有直流故障限流能力的防过压型MMC换流器改进结构；在所述MMC换流器的每个桥臂中设置能够防止IGBT晶体管T和二极管D因Rlimiter上的过大压降而被损毁击穿的串联式限流模块，所述串联式防过压限流模块结构由多个串联的限流模块构成。与现有技术相比，本发明针对相关专利提出的直流故障隔离方法，通过对限流模块结构进行改进，以防止限流模块内的电力电子器件在故障限流期间因为限流电阻上的过大压降而被击穿。

Description

具有直流故障限流能力的防过压型MMC换流器改进结构
技术领域
本发明涉及电力系统保护控制领域，特别是涉及一种基于MMC换流器的直流系统的直流故障隔离系统。
背景技术
直流故障隔离是柔性直流系统发展的关键技术。柔性直流系统发生直流故障时，故障电流将快速上升到很大的过流水平。为了保证直流系统的安全可靠运行，要求在故障发生的几个毫秒内快速隔离故障线路。目前，针对直流系统直流故障的隔离方法主要有三种：(1)直流故障时通过跳开交流侧断路器实现对直流故障线路的隔离。该方法简单、方便，但是却存在动作时间慢、停电面积大导致整个直流系统供电可靠性降低等缺点。(2)利用换流器实现故障清除。这种方法存在投资成本大、额外功率损耗增加等缺点。(3)利用直流断路器直接切除故障线路，但目前能够快速动作(一般为几个毫秒)的大容量直流断路器技术尚不成熟。综上所述，目前还缺乏简单可靠的直流故障隔离方法。
相关专利201410848005.X，《具有直流故障限流能力的MMC换流器改进结构及隔离方法》，已经提出了一种具有直流故障限流能力的MMC换流器改进结构以及相关的隔离方法，该方法通过对直流系统在直流故障时交流侧、直流侧和换流器内部的故障电流进行有效地限制，大大降低了直流故障对系统的危害，从而降低对直流断路器动作时间和切除容量的要求。但是，这种方法只在每个桥臂中串入一个限流模块，在故障限流状态时，限流模块内的可控开关和续流二极管可能因为限流电阻上的过大压降而被击穿。
发明内容
为了克服上述现有技术存在故障限流期间可能因为过压而击穿电力电子器件这一问题，本发明具有直流故障限流能力的防过压型MMC换流器改进结构，设计了一种具有防过压能力的串联式限流模块改进结构。
本发明提出了一种具有直流故障限流能力的防过压型MMC换流器改进结构，包括由多个子模块组成的MMC换流器，所述子模块包括IGBT晶体管T1、T2和续流二极管D1、D2、直流电容C，连接方式为：一组反并联的IGBT晶体管T1和续流二极管D1，与另一组反并联的IGBT晶体管T2和续流二极管D2构成串联；该串联结构再与直流电容C构成并联；其特征在于，在所述MMC换流器的每个桥臂中设置串联式防过压限流模块结构，所述串联式防过压限流模块结构由多个串联的限流模块构成；
所述限流模块包括IGBT晶体管T和续流二极管D、限流电阻Rlimiter，连接方式为：可控开关T和续流二极管D构成的反并联模块串联接入换流器桥臂，连接方向与MMC已有子模块内部的可控开关和二极管反并联模块方向相反；再与限流电阻Rlimiter并联；所述限流模块具有正常运行状态和故障限流状态两种工作状态；
当直流系统正常运行时，每个桥臂内的限流模块的可控开关T一直处于导通状态；此时桥臂电流在限流模块内的流通路径为：限流模块中的可控开关T或续流二极管D，具体视桥臂电流方向而定；限流电阻一直处于被旁路状态；该状态称为限流模块的正常运行状态；
直流系统故障发生后，利用IGBT晶体管T的自保护功能立即将T关断；此时故障电流在限流模块内只能流经限流电阻，即限流电阻被投入到故障回路中；该状态称为限流模块的故障限流状态；
所述串联式限流模块结构由多个所述的限流模块串联构成，通过减小每个限流模块内的限流电阻值防止IGBT晶体管T和二极管D由于Rlimitr上的过大压降而被击穿损毁。
与现有技术相比，本发明针对相关专利提出的直流故障隔离方法，通过对限流模块结构进行改进，以防止限流模块内的电力电子器件在故障限流期间因为限流电阻上的过大压降而被击穿。
附图说明
图1为相关专利201410848005.X的MMC型换流器改进结构示意图；
图2为相关专利201410848005.XMMC型换流器改进结构的电流流通路径示意图；
图3为本发明提出的防过压型限流模块的改进结构。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式，进一步详述本发明的技术方案。
在相关专利201410848005.X，《具有直流故障限流能力的MMC换流器改进结构及隔离方法》中记载着：直流故障时通过关断限流模块内的可控开关T，投入限流电阻Rlimter，以实现对系统交流侧、直流侧和换流器内部的全面限流。从而降低对直流断路器的动作时间和切除容量要求。该专利记载了一种具有直流故障限流能力的MMC换流器改进结构，包括多个由子模块组成的MMC换流器，所述子模块包括IGBT晶体管T1、T2和续流二极管D1、D2、直流电容C，连接方式为：一组并联的IGBT晶体管T1和续流二极管D1，与另一组并联的IGBT晶体管T2和续流二极管D2构成串联；该串联结构再与直流电容C构成并联；该系统在MMC换流器的每个桥臂中设置限流模块，所述限流模块包括可控开关T和续流二极管D、限流电阻Rlimiter，连接方式为：可控开关T和续流二极管D构成的反并联模块串联接入换流器桥臂，连接方向与MMC已有子模块内部的可控开关和二极管反并联模块方向相反；再与限流电阻Rlimiter并联；
所述限流模块具有正常运行状态和故障限流状态两种工作状态；
其中，当直流系统正常运行时，每个桥臂内的限流模块的可控开关T一直处于导通状态；此时桥臂电流在限流模块内的流通路径为：限流模块中的可控开关T或续流二极管D，具体视桥臂电流方向而定；限流电阻一直处于被旁路状态。该状态称为限流模块的正常运行状态。
直流系统故障发生后，根据直流保护发出的动作信号关断可控开关T；此时故障电流在限流模块内只能流经限流电阻，即限流电阻被投入到故障回路中。该状态称为限流模块的故障限流状态。
但是，这种限流模块在故障限流时限流模块内的电流电子器件可能因为限流电阻上的过大压降而被击穿损毁。
因此，本发明设计提出了一种限流模块的改进结构，以防止限流模块内的电子器件因为过压而击穿，具体方案如下：
设计了如图3所示的串联式防过压限流模块结构，由多组可控开关T和续流二极管D的反并联结构、再与限流电阻Rlimiter并联的构成的限流模块串联构成；防止可控开关T和二极管D因为Rlimiter上的过大压降而被击穿损坏。通过减小限流模块内每一组可控开关与续流二极管反并联结构两端所并联的限流电阻值，来减小电力电子器件在故障限流期间所承受的压降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种具有直流故障限流能力的防过压型MMC换流器改进结构，包括由多个子模块组成的MMC换流器，所述子模块包括IGBT晶体管T1、T2和续流二极管D1、D2、直流电容C，连接方式为：一组反并联的IGBT晶体管T1和续流二极管D1，与另一组反并联的IGBT晶体管T2和续流二极管D2构成串联；该串联结构再与直流电容C构成并联；其特征在于，在所述MMC换流器的每个桥臂中设置串联式防过压限流模块结构，所述串联式防过压限流模块结构由多个串联的限流模块构成；
所述限流模块包括IGBT晶体管T和续流二极管D、限流电阻Rlimiter，连接方式为：可控开关T和续流二极管D构成的反并联模块串联接入换流器桥臂，连接方向与MMC已有子模块内部的可控开关和二极管反并联模块方向相反；再与限流电阻Rlimiter并联；所述限流模块具有正常运行状态和故障限流状态两种工作状态；
当直流系统正常运行时，每个桥臂内的限流模块的可控开关T一直处于导通状态；此时桥臂电流在限流模块内的流通路径为：限流模块中的可控开关T或续流二极管D，具体视桥臂电流方向而定；限流电阻一直处于被旁路状态；该状态称为限流模块的正常运行状态；
直流系统故障发生后，利用IGBT晶体管T的自保护功能立即将T关断；此时故障电流在限流模块内只能流经限流电阻，即限流电阻被投入到故障回路中；该状态称为限流模块的故障限流状态；
所述串联式限流模块结构由多个所述的限流模块串联构成，通过减小每个限流模块内的额限流电阻值防止IGBT晶体管T和二极管D由于Rlimitr上的过大压降而被击穿损毁。
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