CN115333155B - 一种柔性直流换流阀子模块冗余链及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性直流换流阀子模块冗余链及其控制方法，所述冗余链由正常子模块、冗余子模块串联组成；所述正常子模块和冗余子模块均包括第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、直流电容、晶闸管、电源板、控制板与旁路开关；所述正常子模块的旁路开关为单控型旁路开关；所述正常子模块的控制板用于对正常子模块的功率半导体器件及单控型旁路开关进行控制；所述冗余子模块的旁路开关为双控型旁路开关；所述冗余子模块的控制板用于对冗余子模块的功率半导体器件及双控型旁路开关进行控制；所述正常子模块的控制板还与冗余子模块的双控型旁路开关的控制端连接。本发明实现了冗余子模块的冷备用运行，减小了柔性直流换流阀的损耗。

Description

一种柔性直流换流阀子模块冗余链及其控制方法

技术领域

本发明属于柔性直流输电的技术领域，具体涉及一种柔性直流换流阀子模块冗余链及其控制方法。

背景技术

模块化多电平换流阀通过模块化、标准化的子模块串联构成换流阀，易于系统扩展，是实现交\直和直\交变换的基本单元，模块化多电平拓扑结构使系统谐波含量少、开关损耗低，适用于柔性直流输电、静止无功补偿器STATCOM、高压变频器等应用场合。柔性直流换流阀通常设计5％～10％的冗余子模块，在换流阀正常工作时，冗余子模块与正常子模块一起参加运行，换流阀阀控系统根据系统直流电压计算换流阀中应投入的子模块个数，冗余子模块也称为热备用模块。柔性直流换流阀子模块交流端口通常并联旁路开关，子模块在运行过程中，如子模块发生故障，则需要将子模块旁路开关进行合闸，使子模块呈现短路状态，保证模块化多电平换流器的稳定运行。

目前，柔性直流换流阀整体损耗约0.7％左右，损耗相对于常规直流换流阀偏高，而现有柔性直流换流阀技术中，冗余子模块长期处于正常运行状态，即热备用状态，阀控系统在计算子模块投入数量时，不区分冗余子模块或正常子模块，冗余子模块一直作为正常子模块中的一部分正常工作。换流阀中冗余子模块长期跟随正常子模块一起热备用运行，增加了柔性直流换流阀的损耗，如柔性直流换流阀不考虑5％～10％的冗余子模块损耗，则柔性直流换流阀损耗将降低5％～10％，更利于电能节约以及柔性直流输电技术的推广。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种柔性直流换流阀子模块冗余链及其控制方法，实现在柔性直流换流阀中冗余子模块的冷备用运行；冗余子模块在其他子模块运行时不参与系统运行，当换流阀中出现故障子模块时，根据故障子模块个数投入相应的冗余子模块，保证柔性直流换流阀中任何时刻只有额定数量的子模块正常运行，减小柔性直流换流阀损耗。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种柔性直流换流阀子模块冗余链，所述冗余链由正常子模块、冗余子模块串联组成；所述正常子模块和冗余子模块均包括第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、直流电容、晶闸管、电源板、控制板与旁路开关；所述正常子模块和冗余子模块均由阀控系统控制运行；

所述正常子模块的旁路开关为单控型旁路开关；所述正常子模块的电源板用于为正常子模块的控制板及单控型旁路开关供电；所述正常子模块的控制板用于对正常子模块的第一功率半导体器件、第二功率半导体器件及单控型旁路开关进行控制；

所述冗余子模块的旁路开关为双控型旁路开关；所述冗余子模块的电源板用于为冗余子模块的控制板及双控型旁路开关供电；所述冗余子模块的控制板用于对冗余子模块的第一功率半导体器件、第二功率半导体器件及双控型旁路开关进行控制；

所述正常子模块的电源板还为冗余子模块的双控型旁路开关供电；

所述正常子模块的控制板还与冗余子模块的双控型旁路开关的控制端连接。

进一步的，所述正常子模块的单控型旁路开关为电动合闸手动分闸型旁路开关，正常工作时保持分闸状态。

进一步的，所述冗余子模块的双控型旁路开关为电动合闸电动分闸型旁路开关；当柔性直流换流阀中无子模块出现故障时，冗余子模块的双控型旁路开关保持合闸状态；当柔性直流换流阀中有子模块出现故障时，阀控系统通过正常子模块控制冗余子模块的双控型旁路开关分闸。

进一步的，所述正常子模块电源板连接冗余子模块双控型旁路开关的供电电路串联有防反二极管。

进一步的，所述正常子模块的控制板与冗余子模块的旁路开关采用光纤连接进行通信。

另一方面，本发明还提供一种柔性直流换流阀子模块冗余链的控制方法，所述方法包括下述步骤：

柔性直流换流阀工作时，通过阀控系统对换流阀中所有子模块进行故障检测；

当柔性直流换流阀中有子模块出现故障时，阀控系统根据检测出故障的正常子模块个数，对相同个数的正常子模块的控制板下发命令，控制与对应正常子模块串联的冗余子模块的双控型旁路开关分闸，使冗余子模块投入运行。

进一步的，所述故障检测时，若柔性直流换流阀中无子模块出现故障，则阀控系统对正常子模块的控制板下发命令，控制与该正常子模块串联的冗余子模块的双控型旁路开关保持合闸状态，不参与换流阀的正常运行，冗余子模块保持冷备用状态。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

提出了一种柔性直流换流阀子模块冗余链及其控制方法，当柔性直流换流阀正常运行时，仅额定数量的子模块参与运行，冗余子模块不参与系统运行，作为冷备用状态，当换流阀中出现故障子模块时，根据故障子模块个数投入相应的冗余子模块，保证任何时刻柔性直流换流阀中只有额定数量的子模块正常运行，消除了柔性直流换流阀中冗余子模块热备用运行带来的损耗部分，减小了柔性直流换流阀损耗，节约电能并提高了能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种柔性直流换流阀子模块冗余链故障工作时的结构示意图；

图2为本发明实施例一种柔性直流换流阀子模块冗余链正常工作时的结构示意图；

图3为本发明实施例一种柔性直流换流阀子模块冗余链的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种柔性直流换流阀子模块冗余链，由正常子模块1号子模块与冗余子模块2号子模块串联组成；其中，正常子模块1号子模块和冗余子模块2号子模块均包括第一功率半导体器件T1、第二功率半导体T2、直流电容C、晶闸管SCR、电源板、控制板SMC与旁路开关；正常子模块1号子模块和冗余子模块2号子模块均由阀控系统控制运行。

在柔性直流换流阀子模块冗余链中，正常子模块1号子模块的旁路开关KD为单控型旁路开关；正常子模块1号子模块的电源板用于为正常子模块1号子模块的控制板SMC及单控型旁路开关KD供电；正常子模块1号子模块的控制板SMC用于对正常子模块1号子模块的第一功率半导体器件T1、第二功率半导体器件T2及单控型旁路开关KD进行控制；

冗余子模块2号子模块的旁路开关KS为双控型旁路开关；冗余子模块2号子模块的电源板用于为冗余子模块2号子模块的控制板SMC及双控型旁路开关KS供电；冗余子模块2号子模块的控制板SMC用于对冗余子模块2号子模块的第一功率半导体器件T1、第二功率半导体器件T2及双控型旁路开关KS进行控制；

正常子模块1号子模块的电源板还为冗余子模块2号子模块的双控型旁路开关KS供电；正常子模块1号子模块的控制板SMC还与冗余子模块2号子模块的双控型旁路开关KS的控制端进行连接。

本实施例中正常子模块1号子模块的单控型旁路开关KD为电动合闸手动分闸型旁路开关，正常工作时保持分闸状态。

本实施例中冗余子模块2号子模块的双控型旁路开关KS为电动合闸电动分闸型旁路开关；当柔性直流换流阀中无子模块出现故障时，冗余子模块2号子模块的双控型旁路开关KS保持合闸状态，如图2中KS状态；当有子模块出现故障时，阀控系统通过正常子模块1号子模块控制冗余子模块2号子模块双控型旁路开关KS分闸，如图1中KS状态。

本实施例中正常子模块1号子模块电源板连接至冗余子模块2号子模块双控型旁路开关KS的供电电路串联有防反二极管。

本实施例中正常子模块1号子模块的控制板SMC与冗余子模块2号子模块的双控型旁路开关KS采用光纤连接进行通信。

上述实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

请参阅图3，在本申请的一个实施例中还提供了一种柔性直流换流阀子模块冗余链的控制方法，包括下述步骤：

柔性直流换流阀工作时，通过阀控系统对换流阀中所有子模块进行故障检测；

当柔性直流换流阀中有子模块出现故障时，阀控系统根据检测出故障的正常子模块个数，对相同个数的正常子模块的控制板下发命令，控制与对应正常子模块串联的冗余子模块的双控型旁路开关分闸，使冗余子模块投入运行。

具体的，阀控系统对换流阀中所有子模块进行故障检测时，若柔性直流换流阀中无子模块出现故障，则阀控系统对正常子模块的控制板下发命令，控制与该正常子模块串联的冗余子模块的双控型旁路开关保持合闸状态，不参加换流阀的正常运行，冗余子模块保持冷备用状态。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种柔性直流换流阀子模块冗余链，其特征在于，所述冗余链由正常子模块、冗余子模块串联组成；所述正常子模块和冗余子模块均包括第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、直流电容、晶闸管、电源板、控制板与旁路开关；所述正常子模块和冗余子模块均由阀控系统控制运行；

所述正常子模块的旁路开关为单控型旁路开关；所述正常子模块的电源板用于为正常子模块的控制板及单控型旁路开关供电；所述正常子模块的控制板用于对正常子模块的第一功率半导体器件、第二功率半导体器件及单控型旁路开关进行控制；

所述冗余子模块的旁路开关为双控型旁路开关；所述冗余子模块的电源板用于为冗余子模块的控制板及双控型旁路开关供电；所述冗余子模块的控制板用于对冗余子模块的第一功率半导体器件、第二功率半导体器件及双控型旁路开关进行控制；

所述正常子模块的电源板还为冗余子模块的双控型旁路开关供电；

所述正常子模块的控制板还与冗余子模块的双控型旁路开关的控制端连接；

所述正常子模块电源板连接冗余子模块双控型旁路开关的供电电路串联有防反二极管；

所述冗余子模块的双控型旁路开关为电动合闸电动分闸型旁路开关；当柔性直流换流阀中无子模块出现故障时，冗余子模块的双控型旁路开关保持合闸状态，此时冗余子模块处于冷备用状态；当柔性直流换流阀中有子模块出现故障时，阀控系统通过正常子模块控制冗余子模块的双控型旁路开关分闸，将冗余子模块投入运行。

2.根据权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块冗余链，其特征在于，所述正常子模块的单控型旁路开关为电动合闸手动分闸型旁路开关，正常工作时保持分闸状态。

3.根据权利要求1所述一种柔性直流换流阀子模块冗余链，其特征在于，所述正常子模块的控制板与冗余子模块的旁路开关采用光纤连接进行通信。

4.一种柔性直流换流阀子模块冗余链的控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

柔性直流换流阀工作时，通过阀控系统对换流阀中所有子模块进行故障检测；

所述故障检测时，若柔性直流换流阀中无子模块出现故障，则阀控系统对正常子模块的控制板下发命令，控制与该正常子模块串联的冗余子模块的双控型旁路开关保持合闸状态，不参与换流阀的正常运行，冗余子模块保持冷备用状态；

当柔性直流换流阀中有子模块出现故障时，阀控系统根据检测出故障的正常子模块个数，对相同个数的正常子模块的控制板下发命令，控制与对应正常子模块串联的冗余子模块的双控型旁路开关分闸，使冗余子模块投入运行。