CN105186460B - 适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，通过双重化设计的桥臂电流检测系统、桥臂电流采样系统、桥臂电流合并单元和阀基保护控制系统，对模块化多电平换流器桥臂电流进行过流判断，对换流器进行过流保护；双重化设计是指：桥臂电流检测系统采用两种电流检测方式；桥臂电流采样系统具有两个采样ADC，并可相互校验；桥臂电流合并单元采用双系统配置,系统之间相互校验；阀基保护控制系统采用双系统配置，每个系统具有双保护模块，系统及其保护模块之间均对桥臂电流采样值进行校验。本发明保证了对短路检测的可靠判断，既不因电流检测异常而误闭锁换流阀，又可做到对换流阀过流故障的正确判断，快速保护闭锁换流阀。

Description

适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，特别涉及一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法。
背景技术
随着电力电子器件和控制技术的发展及进步，在高压大容量直流输电领域，模块化多电平换流器得到广泛的应用。IGBT、IEGT等是组成模块化多电平换流器的核心电力电子器件，这些器件的电流过载能力均较弱，一般只有可以承受几十甚至几个us的短路过载能力。
一般IGBT、IEGT等功率器件的驱动电路具有短路保护能力，但其短路电流保护值均在IGBT、IEGT等功率器件的退饱和区，此时的桥臂电流远大于IGBT、IEGT等功率器件的额定电流，一般能达到其额定电流的4—5倍，甚至更高。如果桥臂电流已超过系统运行的额定电流，但尚未达到IGBT、IEGT等功率器件驱动保护电路设定的短路电流保护值，那么IGBT、IEGT等功率器件将会过载运行，长期运行于这种工况，会存在IGBT、IEGT等功率器件热量积聚，加速老化等隐患，甚至造成损坏；此外，IGBT、IEGT等功率器件在较大电流下关断时的关断电压尖峰较大，带来安全隐患，甚至会致使IGBT、IEGT等功率器件的过压损坏。
现有的换流阀桥臂电流检测方案，一般对采样数据直接处理，一旦数据异常，则会导致对桥臂电流的误判，影响换流阀的正常运行；因此，对换流阀桥臂电流的检测，既要保证采样数据的快速处理，又要防止因采样错误导致的误判，致使误闭锁换流阀，本发明即是基于此考虑而产生。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，使用两种方法检测换流阀桥臂电流，并通过具有双系统VBC中保护模块A和保护模块B进行双重校验，可以快速可靠的判断换流阀过流，并实现闭锁保护。
本发明为实现上述方法，提出的解决方案为：适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于:通过双重化设计的桥臂电流检测系统、桥臂电流采样系统、桥臂电流合并单元和阀基保护控制系统，对模块化多电平换流器桥臂电流进行过流判断，对换流器进行过流保护；
所述双重化设计是指：桥臂电流检测系统采用两种电流检测方式；桥臂电流采样系统具有两个采样ADC，并可相互校验；桥臂电流合并单元采用双系统配置,系统之间相互校验；
阀基保护控制系统采用双系统配置，每个系统具有双保护模块，系统及其保护模块之间均对桥臂电流采样值进行校验，以保证对桥臂过流闭锁动作的正确性。
进一步的,电流检测系统采用双重化设计，使用两种方式对模块化多电平换流阀桥臂电流进行检测：一种是通过分流电阻检测桥臂电流，当电流检测值大于设定的系统定值时，即判定换流阀桥臂过流；一种是通过罗氏线圈检测桥臂电流变化率di/dt，在换流阀桥臂短路时，桥臂电流的di/dt远大于正常工作时的值，以此来判断换流阀桥臂是否短路过流，当桥臂电流di/dt检测值大于设定的系统定值时，即判断为换流阀桥臂短路过流。
进一步的,桥臂电流采样系统中设置两种桥臂电流检测转换方式：一种是将分流电阻采集的电流模拟量，通过双ADC器件转换为数字量；另一种是将罗氏线圈检测的桥臂电流变化率di/dt，与设定的参考值进行比较，来判断桥臂电流是否短路过流；RTU中的数字控制芯片对双ADC的采样数据进行相互校验，以避免单ADC采样故障；RTU将两种电流检测方式所得到的数据打包成数据帧，并通过光纤传送至合并单元MU。
进一步的,桥臂电流合并单元MU采用双系统配置，两个系统对桥臂电流数据分别进行处理，并相互校验，校验通过后，对接收到的各路RTU数据进行合成，并通过光纤将合成的数据传送至相应的阀基控制装置VBC中。
进一步的,阀基控制装置VBC的每个系统均具有保护模块A和保护模块B，两者均检测合并单元MU传送来的换流阀桥臂电流数据，如果保护模块A和保护模块B检测的桥臂电流过流结果一致，则向子模块控制器SMC发出闭锁命令，不一致则不发出闭锁命令；保护模块A和保护模块B之间相互通讯，当两者发出的闭锁命令不一致时请求系统切换。
进一步的,子模块控制器SMC接收阀基控制装置VBC的控制命令包括闭锁命令，控制子模块的运行状态，并将子模块的状态信息反馈至VBC；当子模块控制器SMC接收到VBC的闭锁命令后，控制子模块停止工作。
本发明通过两种短路检测方式，RTU中的双ADC采样和校验，VBC中的双系统热备用和每个系统中保护模块A、保护模块B之间的相互校验，保证了对短路检测的可靠判断，既可做到不因电流检测异常而误闭锁换流阀，又可做到对换流阀过流故障的正确判断，快速保护闭锁换流阀。
附图说明
附图1是模块化多电平换流器原理图。
附图2是RTU、MU、VBC联系图。
附图3是RTU电流检测原理图。
附图4是罗氏线圈示意图。
附图5是VBC过流闭锁逻辑图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
参见图1、图2、图3、图4和图5，本适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，通过双重化设计的桥臂电流检测系统、桥臂电流采样系统、桥臂电流合并单元和阀基保护控制系统，对模块化多电平换流器桥臂电流进行过流判断，对换流器进行过流保护；所述双重化设计是指：桥臂电流检测系统采用两种电流检测方式；桥臂电流采样系统具有两个采样ADC，并可相互校验；桥臂电流合并单元采用双系统配置,系统之间相互校验；阀基保护控制系统采用双系统配置，每个系统具有双保护模块，系统及其保护模块之间均对桥臂电流采样值进行校验，以保证对桥臂过流闭锁动作的正确性。
进一步的,电流检测系统采用双重化设计，使用两种方式对模块化多电平换流阀桥臂电流进行检测：一种是通过分流电阻检测桥臂电流，当电流检测值大于设定的系统定值时，即判定换流阀桥臂过流；一种是通过罗氏线圈检测桥臂电流变化率di/dt，在换流阀桥臂短路时，桥臂电流的di/dt远大于正常工作时的值，以此来判断换流阀桥臂是否短路过流，当桥臂电流di/dt检测值大于设定的系统定值时，即判断为换流阀桥臂短路过流。桥臂电流采样系统中设置两种桥臂电流检测转换方式：一种是将分流电阻采集的电流模拟量，通过双ADC器件转换为数字量；另一种是将罗氏线圈检测的桥臂电流变化率di/dt，与设定的参考值进行比较，来判断桥臂电流是否短路过流；RTU中的数字控制芯片对双ADC的采样数据进行相互校验，以避免单ADC采样故障；RTU将两种电流检测方式所得到的数据打包成数据帧，并通过光纤传送至合并单元MU。桥臂电流合并单元MU采用双系统配置，两个系统对桥臂电流数据分别进行处理，并相互校验，校验通过后，对接收到的各路RTU数据进行合成，并通过光纤将合成的数据传送至相应的阀基控制装置VBC中。阀基控制装置VBC的每个系统均具有保护模块A和保护模块B，两者均检测合并单元MU传送来的换流阀桥臂电流数据，如果保护模块A和保护模块B检测的桥臂电流过流结果一致，则向子模块控制器SMC发出闭锁命令，不一致则不发出闭锁命令；保护模块A和保护模块B之间相互通讯，当两者发出的闭锁命令不一致时请求系统切换。子模块控制器SMC接收阀基控制装置VBC的控制命令包括闭锁命令，控制子模块的运行状态，并将子模块的状态信息反馈至VBC；当子模块控制器SMC接收到VBC的闭锁命令后，控制子模块停止工作。
本发明使用两种方法对换流阀桥臂电流进行检测，如附图1、3所示，以A+桥臂为例，桥臂电流检测系统包括分流电阻Ra+、罗氏线圈La+；假设流过分流电阻Ra+的电流为ia+，电流变化率为d(ia+)/dt,Vref为RTU中设置的过流参考值，那么输入至RTUa+的模拟电压值分别为：
其中Ui为输入RTU中双ADC的模拟电压值，Ut为输入RTU中比较器的模拟电压值，即罗氏线圈(附图4)输出电压值；Ra+为A+桥臂电流检测分流电阻阻值，La+为A+桥臂罗氏线圈电感值。
当Ut＞Vref时，比较器输出变位，并输入至RTU中的数字控制芯片。
通过这两种换流阀桥臂电流检测方式，即能通过分流电阻和双ADC采样，保证电流检测的精确和可靠，又能通过罗氏线圈和比较器快速判断换流阀桥臂是否短路过流。
RTU中的数字控制芯片通过双ADC采集桥臂电流值，并互相校验，以避免单通道采样故障；通过比较器的输出判断桥臂是否发生短路。RTU通过光纤向MU发送双方约定的数据帧格式，其中需包含的信息为：桥臂电流双ADC的采样值，桥臂短路标识位，校验码等。
模块化多电平换流阀各个桥臂的RTU将数据传送至MU，如附图2所示，MU汇集合成各桥臂电流，通过光纤将数据传送至VBC。
VBC对MU通过光纤发来的电流数据需要进行通道校验和应用校验，通道校验指光通道CRC校验或者丢帧校验，应用校验指判别RTU中两个ADC采样数据差异是否过大，如果连续出现多帧数据校验出错，则认为数据链路或值班系统出现故障，那么VBC双系统中的热备用系统会切换为值班系统，防止因系统故障导致对采样数据的误判和对换流阀的误闭锁。如附图5所示，值班系统中的保护模块A与保护模块B分别检测MU送来的桥臂电流数据，两者的过流检测结果与逻辑后输出：如果检测过流结果一致则向SMC发出闭锁命令，如果检测结果不一致则不发出闭命令锁。此外，为防止保护模块出错，保护模块A也将输出的过流检测结果发送给保护模块B，当两者输出的结果不一致时，认为保护模块A故障，并进行系统切换，有热备用系统中的保护模块A和保护模块B进行检测判别
当SMC接收到VBC的闭锁命令后，闭锁子模块SM。
以上仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于:通过双重化设计的桥臂电流检测系统、桥臂电流采样系统、桥臂电流合并单元和阀基保护控制系统，对模块化多电平换流器桥臂电流进行过流判断，对换流器进行过流保护；
所述双重化设计是指：桥臂电流检测系统采用两种电流检测方式；桥臂电流采样系统具有两个采样ADC，并可相互校验；桥臂电流合并单元采用双系统配置,系统之间相互校验；
阀基保护控制系统采用双系统配置，每个系统具有双保护模块，系统及其保护模块之间均对桥臂电流采样值进行校验，以保证对桥臂过流闭锁动作的正确性。
2.如权利要求1所述的一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于:电流检测系统采用双重化设计，使用两种方式对模块化多电平换流阀桥臂电流进行检测：一种是通过分流电阻检测桥臂电流，当电流检测值大于设定的系统定值时，即判定换流阀桥臂过流；一种是通过罗氏线圈检测桥臂电流变化率di/dt，在换流阀桥臂短路时，桥臂电流的di/dt大于正常工作时的值，以此来判断换流阀桥臂是否短路过流，当桥臂电流di/dt检测值大于设定的系统定值时，即判断为换流阀桥臂短路过流。
3.如权利要求1所述的一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于:桥臂电流采样系统中设置两种桥臂电流检测转换方式：一种是将分流电阻采集的电流模拟量，通过双ADC器件转换为数字量；另一种是将罗氏线圈检测的桥臂电流变化率di/dt，与设定的参考值进行比较，来判断桥臂电流是否短路过流；RTU中的数字控制芯片对双ADC的采样数据进行相互校验，以避免单ADC采样故障；RTU将两种电流检测方式所得到的数据打包成数据帧，并通过光纤传送至合并单元MU。
4.如权利要求3所述的一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于:桥臂电流合并单元MU采用双系统配置，两个系统对桥臂电流数据分别进行处理，并相互校验，校验通过后，对接收到的各路RTU数据进行合成，并通过光纤将合成的数据传送至相应的阀基控制装置VBC中。
5.如权利要求4所述的一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于，阀基控制装置VBC的每个系统均具有保护模块A和保护模块B，两者均检测合并单元MU传送来的换流阀桥臂电流数据，如果保护模块A和保护模块B检测的桥臂电流过流结果一致，则向子模块控制器SMC发出闭锁命令，不一致则不发出闭锁命令；保护模块A和保护模块B之间相互通讯，当两者发出的闭锁命令不一致时请求系统切换。
6.如权利要求5所述的一种适用于模块化多电平换流阀的过流快速闭锁保护方法，其特征在于:子模块控制器SMC接收阀基控制装置VBC的控制命令包括闭锁命令，控制子模块的运行状态，并将子模块的状态信息反馈至阀基控制装置VBC；当子模块控制器SMC接收到阀基控制装置VBC的闭锁命令后，控制子模块停止工作。
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