CN110233472B - 一种电压源换流器故障保护方法和保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电压源换流器故障保护方法和保护装置，具体为：在不具有直流故障穿越能力的电压源换流器两端并联旁通晶闸管阀组的电路上，电压源换流器检测到交流系统发生故障或者直流系统发生故障，导致电压源换流器电压或电流超过阈值，投入旁通晶闸管阀组，跳开所述电压源换流器的交流进线开关，并将故障信息传送到整流站，闭锁整流站相应的换流器和逆变站所述电压源换流器。上述电压源换流器保护方法及装置有效解决了电压源换流器因直流侧引起的过压和过流问题，保证电压源换流器可靠运行。

Description

一种电压源换流器故障保护方法和保护装置

技术领域

本发明属于柔性直流输电、高压直流输电领域，具体涉及一种电压源换流器故障保护方法和保护装置。

背景技术

基于电压源换流器的直流输电优点为可控性高，可接入无源系统，不需要无功补偿装置；缺点为换流器开关损耗大，当逆变侧交流系统或换流器发生故障时，会对换流器产生较大的电压和电流冲击，严重时甚至损坏换流器。

逆变侧采用半桥结构的模块化多电平换流器时，当逆变侧交流系统发生故障时，逆变侧和整流侧直流电压都会抬升，整流侧通过迅速闭锁换流器来防止逆变侧换流器过压和过流。虽然在某些故障工况下，整流侧能通过感知直流电压突然升高或直流电流突然增大来抑制故障电压或电流，但是不能实时获取子模块的电压和电流信息，这是因为整流侧获取逆变侧故障信息存在站间通讯延时，且逆变侧桥臂电流不等同于直流电流。因此，仅依靠迅速调节整流侧很难满足所有故障工况对换流器电压或电流要求。

当逆变侧采用基于电网换相的换流器和电压源换流器串联的混合换流器时，逆变侧交流系统发生故障时，基于电网换相的换流器会发生换相失败，其两端电压下降为零，相比于上述逆变侧只采用电压源换流器，整流侧甚至不能通过检测直流电压来判断逆变侧电压源换流器发生过压故障，只能依靠站间通讯来获取逆变站故障信息，由于站间通讯存在延时，很容易导致电压源换流器过压和过流。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电压源换流器故障保护方法，防止电压源换流器过压和过流，保护电压源换流器可靠运行；并提供一种电压源换流器故障保护装置，用于控制此换流器保护电路。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电压源换流器故障保护方法，用于控制一种电压源换流器保护电路，电压源换流器检测到故障，投入旁通晶闸管阀组，跳开电压源换流器的交流进线开关，并将故障信息传送到整流站，闭锁整流站相应的换流器和逆变站的电压源换流器。

上述电压源换流器保护电路，用于保护电压源型阀组，至少包含一个旁通晶闸管阀组，连接方式为在电压源型阀组两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述电压源型阀组的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述电压源型阀组的负极相连。

上述电压源型阀组至少包括一个电压源换流器，或者通过正极和负极公共端通过直流线路连接到远方的电压源换流器；可选地，旁通晶闸管阀组的阳极与电压源型阀组的正极之间或旁通晶闸管阀组的阴极与电压源型阀组的负极之间增加限流电抗。

上述电压源换流器自身不具有直流故障穿越能力，是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、半桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL；上述换流器由可关断的全控型功率半导体组成。

上述旁通晶闸管阀组只包含一个桥臂，由多个晶闸管串联组成，并包含相应的驱动保护电路；或者所述旁通晶闸管阀组是并联的电网换相换流器的旁通对或通过所述并联的电网换相换流器快速移相实现；可选地，在多个晶闸管串联后的始端或末端串联直流转换开关或者隔离刀闸；可选地，在旁通晶闸管阀组两端并联旁通开关，旁通开关为以下任一种：直流转换开关、隔离刀闸或直流转换开关和隔离刀闸。上述电网换相换流器为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成，一般采用不可关断的晶闸管。上述电网换相换流器快速移相是通过快速调节电网换相换流器的触发角，降低电网换相换流器的电压或增大电网换相换流器的电流。

上述电压源型阀组单元检测到故障包括控制系统故障、阀区故障、主变压器区故障和交流系统故障，是通过检测电压源型阀组单元总直流电压、直流电流、桥臂电流超过阈值；或者通过检测子模块电压或电流超过阈值；或者通过检测交流电压、交流电流间接预测或辅助判断；或者通过电压源型阀组单元停运信号出现、保护动作信号出现、闭锁信号出现、运行信号消失来判断。

本发明还提供一种电压源换流器故障保护装置，用于控制一种电压源换流器保护电路，其特征在于，所述装置包括检测单元、保护单元和控制单元，其中：

检测单元，检测电压源型阀组的直流电压、直流电流、桥臂电流，子模块的电压、电流，旁通晶闸管阀组流过的电流，接入交流系统的交流电压、交流电流，电压源型阀组停运信号、保护动作信号、闭锁信号、运行信号；判断是否有电压源型阀组故障出现，有则触发保护单元；

保护单元，判断电压源型阀组故障出现，投入旁通晶闸管阀组，跳开所述电压源换流器的交流进线开关，将故障信息传送到整流站，并触发控制单元；

控制单元，闭锁整流站相应的换流器和逆变站所述电压源换流器。

上述电压源换流器保护电路，用于保护电压源型阀组，至少包含一个旁通晶闸管阀组，连接方式为在电压源型阀组两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述电压源型阀组的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述电压源型阀组的负极相连。

本发明的有益效果是：提出一种电压源换流器故障保护方法和保护装置，通过投入旁通晶闸管释放直流能量，跳开电压源换流器的交流进线开关，防止不具有直流故障穿越能力的电压源换流器出现过压或过流。

附图说明

图1是送端是基于电网换相换流器串联结构、受端是基于电网换相换流器和基于电压源换流器串联的混合直流输电电路结构；

图2是送端是基于电网换相换流器、受端是基于电压源换流器的混合直流输电电路结构；

图3是本发明的一种电压源换流器故障保护方法；

图4是本发明的一种电压源换流器故障保护装置。

具体实施方式

借助以下附图对本发明的实施例进行描述，其中，相同的组件使用相同的附图标记。图1示出了高压直流输电装置整流侧由电流源型阀组单元串联组成的换流器和逆变侧由电流源型阀组与电压源型阀组串联连接组成的混合直流换流器一个实施例。高压直流输电装置整流站23由电流源型阀组串联的拓扑结构22组成，逆变站24由混合直流换流器20和21分别组成其正极换流器和负极换流器。阀组3为电网换相换流器，其与基于电网换相的高压直流输电变压器16次级绕组相连，阀组7为不具有直流故障穿越能力的电压源换流器，其与基于电压源换流器的高压直流输电变压器17次级绕组相连。整流站23配置交流滤波器2，通过交流开关19与交流电网10连接，滤除谐波和提供无功功率，其通过交流开关11与交流电网10分合。为了抑制电压源型阀组的桥臂环流和故障下的浪涌电流，设置桥臂电抗器12；为了平滑直流电路的直流电压和抑制直流故障电流，设置平波电抗器13和9。图1中示出接地极导线18，其用于换流器与接地极的连接。整流站直流线路15和接地极导线18之间配置直流滤波器14。逆变站混合直流换流器的电压源换流器两端分别并联旁通晶闸管阀组1。

图2示出了高压直流输电装置整流侧由电流源型阀组组成的换流器和逆变侧由不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组组成的换流器一个实施例。高压直流输电装置整流站23由电流源型阀组22组成，逆变站24由不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组25组成。阀组3为电网换相换流器，其与基于电网换相的高压直流输电变压器16次级绕组相连，阀组7为电压源换流器，其与基于电压源换流器的高压直流输电变压器17次级绕组相连。整流站23配置交流滤波器2，通过交流开关19与交流电网10连接，滤除谐波和提供无功功率，其通过交流开关11与交流电网10分合。为了抑制电压源型阀组的桥臂环流和故障下的浪涌电流，设置桥臂电抗器12；为了平滑直流电路的直流电压和抑制直流故障电流，设置平波电抗器13和9。图2中示出接地极导线18，其用于换流器与接地极的连接。整流站直流线路15和接地极导线18之间配置直流滤波器14。逆变站电压源型阀组25，其两端分别并联旁通晶闸管阀组1，逆变站电压源型阀组的正极与旁通晶闸管阀组的阳极相连，电压源型阀组的负极与旁通晶闸管阀组的阴极相连。

图3为本发明提出的一种电压源换流器故障保护方法，控制图1和图2的电压源换流器保护电路。图1中的电压源型阀组检测到故障，如交流系统三相短路故障，子模块电压或电流迅速上升，当子模块电压或电流超过阈值，投入旁通晶闸管阀组1，跳开电压源换流器的交流进线开关11，并将故障信息传送到整流站23，闭锁整流站23相应的换流器3和逆变站的电压源换流器7，合上旁通开关8和旁通刀闸6，其他换流器继续运行。图2中的电压源型阀组检测到故障，如换流器和变压器之间的连接线发生接地故障，子模块电压或电流迅速上升，当子模块电压或电流超过阈值，投入旁通晶闸管阀组1，跳开电压源换流器的交流进线开关11，并将故障信息传送到整流站23，闭锁整流站23相应的换流器3和逆变站的电压源换流器7。

图4为本发明提出的一种电压源换流器故障保护装置，控制图1和图2的不具有直流故障穿越能力的换流器保护电路，包括：

检测单元26，检测电压源型阀组的直流电压、直流电流、桥臂电流，子模块的电压、电流，旁通晶闸管阀组流过的电流，接入交流系统的交流电压、交流电流，电压源型阀组停运信号、保护动作信号、闭锁信号、运行信号；判断是否有电压源型阀组故障出现，有则触发保护单元27；

保护单元27，判断电压源型阀组故障出现，投入旁通晶闸管阀组，跳开所述电压源换流器的交流进线开关，将故障信息传送到整流站，并触发控制单元28；

控制单元28，闭锁整流站相应的换流器和逆变站所述电压源换流器。

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)

1.一种电压源换流器故障保护方法，用于控制一种电压源换流器保护电路，其特征在于：电压源换流器检测到故障，先投入旁通晶闸管阀组，再跳开所述电压源换流器的交流进线开关，并将故障信息传送到整流站，再闭锁整流站相应的换流器和逆变站所述电压源换流器；

所述电压源换流器保护电路，用于保护电压源型阀组，至少包含一个旁通晶闸管阀组，连接方式为在电压源型阀组两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述电压源型阀组的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述电压源型阀组的负极相连；

所述的电压源型阀组至少包括一个电压源换流器；

所述的电压源换流器自身不具有直流故障穿越能力，是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、半桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL；所述电压源换流器由可关断的全控型功率半导体组成。

2.如权利要求1所述的一种电压源换流器故障保护方法，其特征在于：所述电压源换流器保护电路为旁通晶闸管阀组与电感或电阻串联电路，再与所述电压源型阀组并联。

3.如权利要求1所述的一种电压源换流器故障保护方法，其特征在于：所述旁通晶闸管阀组的阳极与电压源型阀组的正极之间或旁通晶闸管阀组的阴极与电压源型阀组的负极之间增加限流电抗。

4.如权利要求1所述的一种电压源换流器故障保护方法，其特征在于：所述旁通晶闸管阀组只包含一个桥臂，由多个晶闸管串联组成，并包含相应的驱动保护电路；或者所述旁通晶闸管阀组是并联的电网换相换流器的旁通对或通过所述并联的电网换相换流器快速移相实现。

5.如权利要求1所述的一种电压源换流器故障保护方法，其特征在于：所述电压源型阀组检测到故障包括控制系统故障、阀区故障、主变压器区故障和交流系统故障，是通过检测电压源型阀组总直流电压、直流电流、桥臂电流超过阈值；或者通过检测子模块电压或电流超过阈值；或者通过检测交流电压、交流电流间接预测或辅助判断；或者通过电压源型阀组单元停运信号出现、保护动作信号出现、闭锁信号出现、运行信号消失来判断。

6.一种电压源换流器故障保护装置，用于控制一种电压源换流器保护电路，其特征在于，所述装置包括检测单元、保护单元和控制单元，其中：

检测单元，检测电压源型阀组的直流电压、直流电流、桥臂电流，子模块的电压、电流，旁通晶闸管阀组流过的电流，接入交流系统的交流电压、交流电流，电压源型阀组停运信号、保护动作信号、闭锁信号、运行信号；判断是否有电压源型阀组故障出现，有则触发保护单元；

保护单元，判断电压源型阀组故障出现，先投入旁通晶闸管阀组，再跳开所述电压源换流器的交流进线开关，将故障信息传送到整流站，再触发控制单元；

控制单元，闭锁整流站相应的换流器和逆变站所述电压源换流器；

所述电压源换流器保护电路，用于保护电压源型阀组，至少包含一个旁通晶闸管阀组，连接方式为在电压源型阀组两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述电压源型阀组的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述电压源型阀组的负极相连；

所述的电压源型阀组至少包括一个电压源换流器；

所述的电压源换流器自身不具有直流故障穿越能力，是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、半桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL；所述电压源换流器由可关断的全控型功率半导体组成。

Images