CN116488122A - 一种适用于可关断换流器的mov - Google Patents

一种适用于可关断换流器的mov Download PDF

Info

Publication number
CN116488122A
CN116488122A CN202310444364.8A CN202310444364A CN116488122A CN 116488122 A CN116488122 A CN 116488122A CN 202310444364 A CN202310444364 A CN 202310444364A CN 116488122 A CN116488122 A CN 116488122A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turn
mov
protection
converter
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310444364.8A
Other languages
English (en)
Inventor
余占清
曾嵘
屈鲁
甘之正
赵彪
王宗泽
许超群
张松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202310444364.8A priority Critical patent/CN116488122A/zh
Publication of CN116488122A publication Critical patent/CN116488122A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between AC networks via a high-tension DC link

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提供了一种适用于可关断换流器的MOV，其中，所述MOV包括串联的金属氧化物压敏电阻MOV本体以及保护装置，其中，所述MOV本体，用于实现可关断换流器中的可关断器件的过电压保护和关断能量吸收；所述保护装置，用于实现对MOV本体的过能量保护。本发明通过对MOV本体和串联的保护装置进行合理的参数设计，可同时实现对可关断器件的过电压保护和对MOV本体的过能量保护。

Description

一种适用于可关断换流器的MOV
技术领域
本发明属于换流器技术领域，特别涉及一种适用于可关断换流器的MOV。
背景技术
高压直流输电是新型电力系统的重要组成部分，传统高压直流输电中基于晶闸管的换流器存在电网电压下降导致的换相失败问题，桥臂包含可关断器件的换流器（下称可关断换流器）可通过主动关断桥臂的可关断器件提供换相电压，是解决换相失败问题的重要手段。
而在高压换流站中，可关断器件通常需要大量串联，采用并联分立式MOV是可关断器件均压的理想解决方案，但并联MOV可能出现短路或器件拒开通等故障，导致其长期通过大电流，给换流器的安全可靠运行带来重大风险。
因此，需要设计一种适用于可关断换流器的MOV，以解决上述技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种适用于可关断换流器的MOV，其中，所述MOV包括串联的金属氧化物压敏电阻MOV本体以及保护装置，其中，
所述MOV本体，用于实现可关断换流器中的可关断器件的过电压保护和关断能量吸收；
所述保护装置，用于实现对MOV本体的过能量保护。
进一步地，所述保护装置为熔断器、脱离器中的任意一种。
一方面，本发明还提供一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述桥臂模块包括缓冲与静态均压电路、器件支路以及上述的MOV，所述MOV与缓冲与静态均压电路并联；其中，
所述缓冲与静态均压电路包括若干个串联的缓冲支路和若干个串联的静态均压支路；
所述器件支路包括若干个串联的可关断器件，每个可关断器件均并联所述缓冲支路，其中，
所述缓冲支路，用于抑制对应可关断器件的开关损耗、降低关断过电压以及在线取能；
所述静态均压支路，与缓冲支路并联，用于实现对应可关断器件的静态均压。
进一步地，所述MOV中的保护装置，还用于实现对可关断器件的过电压保护。
进一步地，所述可关断器件为集成门极换流晶闸管IGCT或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
进一步地，所述缓冲支路包括电阻R1以及电容C，其中，
所述电阻R1和电容C串联后的整体，与静态均压支路和可关断器件均并联；所述静态均压支路包括电阻R2。
进一步地，所述MOV本体在可关断器件关断时的残压小于可关断器件的耐压水平，即：
其中，U res为MOV本体在可关断器件关断时的残压，即为MOV本体在波前时间t f，峰值电流I off电流波形下的残压；k为冗余系数；U p为可关断器件耐压水平。
进一步地，所述MOV本体的荷电率不超过标准中规定的MOV本体荷电率，即：
其中，CCOV为可关断换流器的连续运行电压，c为标准中规定的MOV本体荷电率，U ref为MOV本体的参考电压。
进一步地，MOV本体的残压比K满足以下条件：
。
进一步地，所述MOV本体的额定能量大于可关断器件关断若干次以抵御换相失败时，MOV本体可能吸收的最大能量E m。
进一步地，Em通过如下公式确定：
其中，N为可关断器件关断的次数，I off为最大关断电流，L p为可关断换流器每相漏电抗，M为桥臂模块的数量。
进一步地，所述MOV中的保护装置在熔断或脱离后的耐压水平高于可关断器件的击穿水平或过压保护水平。
进一步地，所述MOV中的保护装置的在可关断器件关断并且MOV本体吸收最大能量时不熔断，且所述保护装置在可关断器件出现拒开通故障时熔断以保护MOV本体。
另一方面，本发明还提供一种适用于可关断换流器的保护方法，其中，所述方法包括：
利用金属氧化物压敏电阻MOV本体，实现可关断换流器中，可关断器件的过电压保护和关断能量吸收；
利用保护装置，实现对MOV本体的过能量保护；
其中，金属氧化物压敏电阻MOV本体以及保护装置串联。
进一步地，所述保护装置为熔断器、脱离器中的任意一种。
本发明提供了一种适用于可关断换流器的MOV，本发明通过对MOV本体和串联的保护装置进行合理的参数设计，可同时实现对可关断器件的过电压保护和对MOV本体的过能量保护。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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示出了根据本发明实施例的一种MOV在可关断换流器桥臂模块中的位置示意图。
图2示出了根据本发明实施例的一种适用于可关断换流器的保护方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种适用于可关断换流器的MOV，其中，所述MOV包括串联的金属氧化物压敏电阻MOV本体以及保护装置（金属氧化物压敏电阻MOV本体的一端连接在保护装置的一端），其中，所述MOV本体，用于实现可关断换流器中的可关断器件的过电压保护和能量吸收，所述保护装置，用于实现对金属氧化物压敏电阻MOV本体的过能量保护。
在本发明的一些实施例中，所述保护装置为熔断器、脱离器中的任意一种（需要了解的是，其他一些具有本发明保护装置作用的元器件，均可以适用于本发明中），本发明以保护装置为熔断器为例进行示例性的说明，当保护装置为熔断器时，整个的MOV即可为可熔断的MOV。
基于上述的MOV，如图1所示的，本发明还提供一种可关断换流器的桥臂模块，所述桥臂模块包括缓冲电路、器件支路以及上述的MOV（即图1中的高可靠MOV）。
下面对可关断换流器进行一个详细地说明。
在本发明的一些实施例中，在可关断换流器中的所述MOV中的保护装置，不仅仅具有对金属氧化物压敏电阻MOV本体的过能量保护，还用于实现对可关断器件的过电压保护。
在本发明的一些实施例中，所述缓冲与静态均压电路包括若干个串联的缓冲支路以及若干个串联的静态均压支路，且所述器件支路包括若干个串联的可关断器件，每个可关断器件均并联一个所述缓冲支路，每个所述缓冲支路均并联一个静态均压支路。
其中，所述缓冲支路，可用于抑制所述对应可关断器件的开关损耗、降低关断过电压以及在线取能，所述静态均压支路，与缓冲支路并联，用于实现对应可关断器件的静态均压。
在本发明的一些实施例中，如图1所示的，静态均压支路包括电阻R2，所述缓冲支路包括电容以及阻性元件，即缓冲支路包含串联的电阻R1以及电容C。
其中，所述电阻R1和电容C串联后的整体，与电阻R1和可关断器件均并联，即所述电阻R1的一端连接在电容C的一端，所述电阻R2的一端连接电阻R1的另一端，所述电阻R2的另一端连接在电容C的另一端。所述电阻R1的另一端连接在可关断器件的集电极，所述电容C的另一端连接在可关断器件的发射极。因而，本发明提供的所述缓冲支路，可用于抑制所述对应可关断器件的开关损耗、降低关断过电压以及在线取能。
在本发明的一些实施例中，所述MOV与缓冲电路并联，也即每个可关断器件在并联上一个缓冲电路后，若干个可关断器件串联后形成一个单元，该单元与MOV并联，从而形成本发明可关断换流器的桥臂模块，多个桥臂模块串联后，从而形成可关断换流器的单个桥臂。
其中，若干个可关断器件串联的方式为：后一个可关断器件的发射极与前一个可关断器件的集电极连接。所述单元与MOV并联的方式为：MOV中，保护装置的另一端连接在所述单元中，第一个电阻R2的一端，MOV本体的另一端连接在所述单元中，最后一个电阻R2的另一端。
在本发明的一些实施例中，所述可关断器件为集成门极换流晶闸管IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor）或绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated GateBipolar Transistor）。
另外，如图2所示的，本发明还提供一种适用于可关断换流器的保护方法，其中，所述方法包括：利用MOV本体，实现可关断换流器中，可关断器件的过电压保护和关断能量吸收；利用保护装置，实现对MOV本体的过能量保护；其中，MOV本体以及保护装置串联。
在本发明中，MOV的设计方法可分为两个部分，即MOV本体的设计方法和保护装置的设计方法，下面对这两种设计方法进行一个详细地说明。
在本发明的一些实施例中，单模块MOV本体（即单个MOV中的MOV本体）的设计方法如下：
a.设置MOV中的MOV本体在可关断器件关断时的残压小于可关断器件的耐压水平：设可关断器件耐压水平U p，最大关断电流I off，关断时MOV本体电流的波前时间为t f，则MOV本体在波前时间t f，峰值电流I off电流波形下的残压U res满足：
即式中，U res为MOV本体在可关断器件关断时的残压，即为MOV本体在波前时间t f，峰值电流I off电流波形下的残压；k为冗余系数（通常取0.8～0.9）；U p为可关断器件耐压水平。
b.根据可关断换流器的CCOV（连续运行电压）除以MOV本体的参考电压U ref计算荷电率，设置MOV本体的荷电率不超过标准中规定的MOV本体荷电率c，则MOV本体的参考电压U ref满足：
即式中，CCOV为可关断换流器的连续运行电压，c为标准中规定的MOV本体荷电率，U ref为MOV本体的参考电压。
因此，MOV本体的残压比K满足以下条件：
设置MOV本体的额定能量大于可关断器件关断若干次以抵御换相失败时，MOV本体可能吸收的最大能量E m，Em通过如下公式确定：
其中，N为可关断器件关断的次数，I off为最大关断电流，L p为可关断换流器每相漏电抗，M为桥臂模块的数量。
另外，为减少MOV本体失效时对外部组件的影响，可在MOV本体表面设置单向泄压阀，并可在泄压阀外部安装缓冲室，以减少MOV本体突然泄压时对外部的冲击。
在本发明的一些实施例中，保护装置的设计方法如下：
以MOV中的保护装置为熔断器为例，熔断器的熔丝直径需适当选择，保证为熔断器的保护装置在可关断器件关断并且MOV本体吸收最大能量时不熔断，并考虑一定裕度；熔断器还需在可关断器件出现拒开通故障时尽快熔断以保护MOV本体，由于随着桥臂直流电流减小，熔断器熔丝熔断时间成平方关系增大，而MOV本体吸收能量与直流电流成反比，与熔丝熔断时间成正比，因此在熔断器熔断前，MOV本体吸收能量会随着阀臂电流减小而增大。所以，熔断器只需保证在最小直流运行电流下，其在MOV本体出现严重失效前熔断。
此外，熔断器在熔断后需有足够的耐压水平，熔断后，由于可关断器件未开通，桥臂电流将流入缓冲支路，使得可关断器件与熔断器两端电压同时抬升，为熔断器的保护装置需保证其在熔断或脱离后的耐压水平高于可关断器件的击穿水平或过压保护水平，使得可关断器件击穿或过压保护动作，桥臂电流由可关断器件所在支路而非MOV本体所在支路流通，因为若熔断器击穿，MOV本体会持续通流，增加严重失效的风险。
MOV采取合理的设计后，在可关断器件拒开通故障及MOV本体突发失效短路的情况下保护MOV本体的原理如下所述：
1.对于可关断器件拒开通故障的情况，分两种状态讨论：
状态A：若MOV并联的N个串联可关断器件中出现M只可关断器件拒开通(M<N)，则桥臂电流将会首先流经拒开通的可关断器件并联的缓冲支路，使得缓冲支路内部电容（即图1中的电容C）充电，电压抬升并将首先达到可关断器件的过压保护电压阈值或击穿电压，可关断器件将被过压保护或击穿，由于可关断器件过压失效后呈短路状态，电流将转移至失效的可关断器件，从而避免了大电流持续流过MOV本体带来失效风险。
状态B：若MOV并联的N个串联可关断器件均拒开通，则桥臂电流将会首先流经缓冲电路，使得缓冲支路内部电容充电，电压抬升，直至到达MOV本体动作电压，电流将转移至MOV所在支路，一定时间后，保护装置将动作（例如熔断器熔断）切除MOV本体所在支路，同样避免了大电流持续流过MOV本体带来失效风险。
2.对于MOV本体突发失效短路的情况，示例性的，例如MOV本体由于老化等原因突发失效短路，也分两种情况讨论：
对于在线取能的换流阀，MOV并联的所有可关断器件将无法取能并导致无法开通，此时MOV对MOV本体进行保护的原理与上述状态B一致。
对于非在线取能的换流阀，由于模块数存在冗余，单个桥臂模块的MOV本体短路，不会导致正常运行时MOV本体流通电流，但在可关断器件主动关断时，将会有电流流过MOV本体所在支路，此时保护装置将动作切除MOV本体所在支路。
综上，本发明通过对MOV本体和串联的保护装置进行合理的参数设计，可同时实现对可关断器件的过电压保护和对MOV本体的过能量保护。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种适用于可关断换流器的MOV，其中，所述MOV包括串联的金属氧化物压敏电阻MOV本体以及保护装置，其中，
所述MOV本体，用于实现可关断换流器中的可关断器件的过电压保护和关断能量吸收；
所述保护装置，用于实现对MOV本体的过能量保护。
2.根据权利要求1所述的一种适用于可关断换流器的MOV，其中，所述保护装置为熔断器、脱离器中的任意一种。
3.一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述桥臂模块包括缓冲与静态均压电路、器件支路以及如权利要求1或2的MOV，所述MOV与缓冲与静态均压电路并联；其中，
所述缓冲与静态均压电路包括若干个串联的缓冲支路和若干个串联的静态均压支路；
所述器件支路包括若干个串联的可关断器件，每个可关断器件均并联所述缓冲支路，其中，
所述缓冲支路，用于抑制对应可关断器件的开关损耗、降低关断过电压以及在线取能；
所述静态均压支路，与缓冲支路并联，用于实现对应可关断器件的静态均压。
4.根据权利要求3所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述MOV中的保护装置，还用于实现对可关断器件的过电压保护。
5.根据权利要求3所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述可关断器件为集成门极换流晶闸管IGCT或绝缘栅双极型晶体管IGBT。
6.根据权利要求4或5所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述缓冲支路包括电阻R1以及电容C，其中，
所述电阻R1和电容C串联后的整体，与静态均压支路和可关断器件均并联；所述静态均压支路包括电阻R2。
7.根据权利要求4或5所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述MOV本体在可关断器件关断时的残压小于可关断器件的耐压水平，即：
；其中，U res为MOV本体在可关断器件关断时的残压，即为MOV本体在波前时间t f，峰值电流I off电流波形下的残压；k为冗余系数；U p为可关断器件耐压水平。
8.根据权利要求7所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述MOV本体的荷电率不超过标准中规定的MOV本体荷电率，即：
；其中，CCOV为可关断换流器的连续运行电压，c为标准中规定的MOV本体荷电率，U ref为MOV本体的参考电压。
9.根据权利要求8所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，MOV本体的残压比K满足以下条件：
。
10.根据权利要求4或5所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述MOV本体的额定能量大于可关断器件关断若干次以抵御换相失败时，MOV本体可能吸收的最大能量E m。
11.根据权利要求10所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，Em通过如下公式确定：
；其中，N为可关断器件关断的次数，I off为最大关断电流，L p为可关断换流器每相漏电抗，M为桥臂模块的数量。
12.根据权利要求8所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述MOV中的保护装置在熔断或脱离后的耐压水平高于可关断器件的击穿水平或过压保护水平。
13.根据权利要求8所述的一种可关断换流器的桥臂模块，其中，所述MOV中的保护装置的在可关断器件关断并且MOV本体吸收最大能量时不熔断，且所述保护装置在可关断器件出现拒开通故障时熔断以保护MOV本体。
14.一种适用于可关断换流器的保护方法，其中，所述方法包括：
利用金属氧化物压敏电阻MOV本体，实现可关断换流器中，可关断器件的过电压保护和关断能量吸收；
利用保护装置，实现对MOV本体的过能量保护；
其中，金属氧化物压敏电阻MOV本体以及保护装置串联。
15.根据权利要求14所述的一种适用于可关断换流器的保护方法，其中，所述保护装置为熔断器、脱离器中的任意一种。
CN202310444364.8A 2023-04-24 2023-04-24 一种适用于可关断换流器的mov Pending CN116488122A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310444364.8A CN116488122A (zh) 2023-04-24 2023-04-24 一种适用于可关断换流器的mov

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310444364.8A CN116488122A (zh) 2023-04-24 2023-04-24 一种适用于可关断换流器的mov

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116488122A true CN116488122A (zh) 2023-07-25

Family

ID=87220858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310444364.8A Pending CN116488122A (zh) 2023-04-24 2023-04-24 一种适用于可关断换流器的mov

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116488122A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mokhberdoran et al. Multiport hybrid HVDC circuit breaker
EP3335287B1 (en) Fault current managing branch for surge-less current interruption in dc system
US12132303B2 (en) DC circuit breaker with an alternating commutating circuit
EP2777059B1 (en) Hybrid dc circuit breaking device
US10424918B2 (en) Fault current limiter
US9478974B2 (en) DC voltage circuit breaker
JP5214066B1 (ja) 直流遮断器
US9178348B2 (en) DC voltage line circuit breaker
CN110970875A (zh) 一种用于直流电网的组合限流型直流断路器
CN106711931B (zh) 一种直流断路器及其控制方法
WO2015015831A1 (ja) 限流リアクトル装置
CN111478279B (zh) 一种基于电容换流的混合式直流断路器
CN111478294A (zh) 双向h桥igbt固态断路器
JP3943817B2 (ja) 真空直流遮断器
CN108306266B (zh) 一种具有重合闸模块的混合式直流断路器及其控制方法
CN111064172A (zh) 保护电路和变桨系统
CN113783173A (zh) 高压固态半导体开关器件及提高该电压利用率方法和应用
JPH06233454A (ja) 電力変換装置の過電圧保護回路
CN113394754A (zh) 一种使用熔断器的耗能装置开关子模块
CN116488122A (zh) 一种适用于可关断换流器的mov
CN113394961B (zh) 一种复合式耗能装置开关子模块及其防护方法
CN108666983B (zh) 断路器、断路系统、电力系统以及操作方法
CN114512957B (zh) 一种基于晶闸管的直流断路器及其控制方法
JP7504761B2 (ja) 電力変換システム
CN112909986B (zh) 一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination