CN105680420B - 模块化多电平换流器过电压保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化多电平换流器过电压保护方法和装置，通过检测换流器单个子模块的电压及子模块所属阀臂的电压和或阀臂子模块平均电容电压，判断是整个阀臂的系统性过压还是单个子模块过电压，确保换流器过电压保护快速、准确的动作，避免陷入子模块依次旁路的恶性循环，保证柔性直流输电系统的稳定安全运行。

Description

模块化多电平换流器过电压保护方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及模块化多电平换流器过电压保护方法及相应的保护装置。

背景技术

柔性直流输电采用电压源型换流器，可以独立、快速控制系统的有功功率和无功功率，从而提高系统的稳定性，抑制系统频率和电压的波动，提高并网交流系统的稳态性能。

对于实际运行的柔性直流输电工程，过电压是换流阀的重大威胁，阀组的可关断器件、电容器过电压能力有限。微秒级的过电压就可能导致可关断器件的损坏。换流阀过电压保护功能包括子模块过电压保护功能和阀组过电压保护功能。子模块的过电压保护功能，希望在尽可能低的电压下启动子模块旁路功能，避免对系统造成影响。阀组的过电压保护功能则通过尽可能地在系统过电压的情况下，提高阀组的过电压耐受能力来实现。

柔性直流输电设备正常运行时，一个阀臂的所有子模块的电容电压基本一致，当一个子模块判断自身过电压而旁路的时候，其承担的电压将均摊到阀臂其他子模块上，有可能导致更多子模块旁路，从而陷入子模块依次旁路的恶性循环，甚至导致双极短路。

因而，有必要寻找模块化多电平换流器过电压保护方法和相应装置，判断区别单个子模块过电压和阀臂系统性过电压，从而能够使换流器过电压保护快速、准确的动作，保证柔性直流输电系统的稳定安全运行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足,提供模块化多电平换流器过电压保护方法及相应的保护装置,判断区别单个子模块过电压和阀臂系统性过电压，从而能够使换流器过电压保护快速、准确的动作，保证柔性直流输电系统的稳定安全运行。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模块化多电平换流器过电压保护方法，其特征在于，检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_rum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压而单个子模块所属阀臂未出现系统性过压，此时触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；当阀臂的电压和大于一定值V_rum或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压，此时，触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸。

上述方案中，所述的定值V_av＜V_ap，且V_av、V_ap均大于子模块的额定电容电压V_norm，即V_norm＜V_av＜V_ap，其中V_norm＝1pu，1pu＜V_av＜V_ap＜10pu。

上述方案中，所述的阀臂子模块平均电容电压由阀臂的电压和除以该阀臂未旁路的子模块个数得到。

另外，本发明还提供一种模块化多电平换流器模块过电压保护方法，其特征在于,检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压,当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压而单个子模块所属阀臂未出现系统性过压，若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，未超过冗余模块个数，则触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块，若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，超过冗余模块个数，则触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸；

当阀臂的电压和大于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数超过子模块冗余个数时，触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸，若电容电压大于V_av的子模块个数未超过子模块冗余个数时，保持换流阀原有运行状态。

另外，本发明提供一种模块化多电平换流器过电压保护装置，其特征在于，装置包含电压检测单元、判断单元以及命令单元。

其中所述电压检测单元用于检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；

所述判断单元用于接收所述电压检测单元的检测结果，当所检测到的当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_rum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压；当阀臂的电压和大于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压；

所述命令单元用于接收所述判断单元的判断结果，当判断结果为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时，所述命令单元触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；当判断结果为阀臂出现系统性过压时，所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸。

另外，本发明还提供一种模块化多电平换流器模块过电压保护装置，其特征在于,装置包含电压检测单元、判断单元和命令单元；

其中所述电压检测单元用于检测换流器阀组单个子模块的电容电压、并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；

所述判断单元用于接收所述电压检测单元的检测结果，所检测到的当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压；当阀臂的电压和大于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压；

所述命令单元用于接收所述判断单元的判断结果，当判断结果为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时,若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，未超过冗余模块个数，则所述命令单元触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，超过冗余模块个数，则所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸；当所述判断结果为阀臂出现系统性过压时，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数超过子模块冗余个数时，则所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数未超过子模块冗余个数时，则保持换流阀原有运行状态。

采用上述方案后，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的模块化多电平换流器过电压保护方法及装置，可以正确判断区分子模块过电压和阀臂系统性过电压；可以使换流器过电压保护快速、准确的动作，避免陷入子模块依次旁路的恶性循环，保证柔性直流输电系统的稳定安全运行。

(2)本发明提供的加冗余模块判断的模块化多电平换流器过电压保护方法及装置，可以正确判断区分子模块过电压和阀臂系统性过电压；可以使换流器过电压保护快速、准确的动作，避免陷入子模块依次旁路的恶性循环，保证柔性直流输电系统的稳定安全运行。

附图说明

图1单站模块化多电平换流器示意图；

图2模块化多电平换流器过电压保护动作示意图；

图3加冗余模块判断的模块化多电平换流器过电压保护动作示意图

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供的模块化多电平换流器过电压保护方法，通过检测换流器单个子模块的电压及子模块所属阀臂的电压和或阀臂子模块平均电容电压，判断是整个阀臂的系统性过压还是单个子模块过电压，从而确定模块化多电平换流器过电压保护如何动作。

按照本发明中的权利要求1所述方法，对图1所示的模块化多电平换流器的过电压保护进行说明，如图2所示：

(1)检测单个子模块的电压为v_m，子模块所属阀臂的电压和为或者阀臂子模块平均电容电压为v_av；

(2)设定子模块过压旁路定值为V_ap，设定阀臂平均电压过压定值为V_av；

(3)当单个子模块的电压v_m＞V_ap，且阀臂平均电压v_av＜V_av，时，判断为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压，则触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块。

(4)当阀臂平均电压v_av＞V_av或者，判断为阀臂系统性过压，触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸。

按照本发明中的权利要求4所述方法，对图1所示的模块化多电平换流器的过电压保护进行说明，如图3所示：

(1)检测单个子模块的电压为v_m，子模块所属阀臂的电压和为，阀臂平均电压v_av；

(2)设定子模块过压旁路定值为V_av，设定阀臂平均电压过压定值为V_av，子模块冗余个数为N_r；

(3)当判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时，若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，未超过冗余模块个数N_r，则触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，超过冗余模块个数N_r，则触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸；

(4)当判断阀臂出现系统性过压时，且电容电压大于V_av的子模块个数超过子模块冗余个数N_r时，触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸，若电容电压大于V_av的子模块个数未超过子模块冗余个数时，保持换流阀原有运行状态。

相应的，本发明提供两种模块化多电平换流器过电压保护装置。

一种模块化多电平换流器过电压保护装置包含电压检测单元、判断单元以及命令单元。

其中所述电压检测单元用于检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；

所述判断单元用于接收所述电压检测单元的检测结果，当所检测到的当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_rum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压；当阀臂的电压和大于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压；

所述命令单元用于接收所述判断单元的判断结果，当判断结果为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时，所述命令单元触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；当判断结果为阀臂出现系统性过压时，所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸。

另外一种模块化多电平换流器模块过电压保护装置，包含电压检测单元、判断单元和命令单元；

其中所述电压检测单元用于检测换流器阀组单个子模块的电容电压、并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；

所述判断单元用于接收所述电压检测单元的检测结果，所检测到的当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压；当阀臂的电压和大于一定值V_rum或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压；

所述命令单元用于接收所述判断单元的判断结果，当判断结果为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时,若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，未超过冗余模块个数，则所述命令单元触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，超过冗余模块个数，则所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸；当所述判断结果为阀臂出现系统性过压时，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数超过子模块冗余个数时，则所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数未超过子模块冗余个数时，则保持换流阀原有运行状态。

以上实施例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)

1.一种模块化多电平换流器过电压保护方法，其特征在于，检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压而单个子模块所属阀臂未出现系统性过压，此时触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；当阀臂的电压和大于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压，此时，触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸。

2.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器模块过电压保护方法，其特征在于，所述的定值V_av<V_ap，且V_av、V_ap均大于子模块的额定电容电压V_norm，即V_norm<V_av<V_ap，其中V_norm＝1pu,1pu<V_av<V_ap<10pu。

3.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器模块过电压保护方法，其特征在于，所述的阀臂的子模块平均电容电压由阀臂的电压和除以该阀臂未旁路的子模块个数得到。

4.一种模块化多电平换流器模块过电压保护方法，其特征在于,检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压,当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压而单个子模块所属阀臂未出现系统性过压，若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，未超过冗余模块个数，则触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块，若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，超过冗余模块个数，则触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸；

当阀臂的电压和大于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数超过子模块冗余个数时，触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸，若电容电压大于V_av的子模块个数未超过子模块冗余个数时，保持换流阀原有运行状态。

5.一种模块化多电平换流器过电压保护装置，其特征在于，装置包含电压检测单元、判断单元以及命令单元；

其中所述电压检测单元用于检测换流器阀组单个子模块的电容电压，并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；

所述判断单元用于接收所述电压检测单元的检测结果，当所检测到的当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压；当阀臂的电压和大于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压；

所述命令单元用于接收所述判断单元的判断结果，当判断结果为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时，所述命令单元触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；当判断结果为阀臂出现系统性过压时，所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸。

6.一种模块化多电平换流器模块过电压保护装置，其特征在于,装置包含电压检测单元、判断单元和命令单元；

其中所述电压检测单元用于检测换流器阀组单个子模块的电容电压、并检测单个子模块所属阀臂的电压和或者阀臂的子模块平均电容电压；

所述判断单元用于接收所述电压检测单元的检测结果，所检测到的当单个子模块的电容电压大于一定值V_ap，而阀臂的电压和小于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压小于一定值V_av时，则判断单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压；当阀臂的电压和大于一定值V_sum或者阀臂的子模块平均电容电压大于一定值V_av时，则判断阀臂出现系统性过压；

所述命令单元用于接收所述判断单元的判断结果，当判断结果为单个子模块过压、单个子模块所属阀臂未出现系统性过压时,若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，未超过冗余模块个数，则所述命令单元触发过压子模块的旁路命令，旁路过压子模块；若此时已旁路的子模块个数加上该过压子模块，超过冗余模块个数，则所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸；当所述判断结果为阀臂出现系统性过压时，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数超过子模块冗余个数时，则所述命令单元触发换流阀闭锁命令，闭锁整个换流阀并跳闸，若电容电压大于保护定值V_av的子模块个数未超过子模块冗余个数时，则保持换流阀原有运行状态。