WO2016107616A1 - 一种防止电压源型换流器电容过电压的装置 - Google Patents

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Abstract

一种防止电压源型换流器电容过电压的装置（1），该装置应用于电压源型换流器组成的柔性直流输电系统中。该装置由至少一个开关器件（4，6，7）和至少一个电阻元件（5，8）串联形成。该装置可安装在换流阀的交流侧母线，或者直流侧母线，或者同时安装在上述两个地方。通过触发导通该装置中的开关器件，防止交流侧或直流侧残余电压给换流器电容不控充电的过程造成子模块电容过电压。该装置可以根据工程需要确定安装个数与地点，根据不同的防止换流器电容过电压策略来决定触发导通哪些装置。

Description

一种防止电压源型换流器电容过电压的装置 技术领域
本发明属于柔性直流输电领域，特别涉及一种防止电压源型换流器电容过电压的装置。
背景技术
柔性直流输电采用电压源型换流器，可以独立、快速控制控制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。
为了减少直流线路发生故障的概率，现有的柔性直流输电工程的传输线路一般采用海缆或陆缆进行换流站的互联，但为了提高直流电压等级、节省输电线路的造价，采用架空线路成为一种改进方向。当直流输电线路采用架空线时，雷击等原因可能导致线路杆塔等的过电压击穿，发生直流线路短路故障。
在换流阀的交流侧，由于架空线路的存在，同样会发生架空线的短路故障。
当故障发生后，故障站的换流阀立即闭锁并发出跳闸命令，其它各站经过站间通讯或者电气量监测也随之闭锁并跳闸。由于各站闭锁延时和跳闸延时的存在，会出现这种状态：故障站换流阀闭锁后，交流母线或者直流母线仍存在残余电压。该残余电压可能会通过开关器件反并联二极管向子模块电容充电，充电过程可能导致子模块电容过电压。
由上所述，闭锁时交流侧和直流侧的残余电压会使子模块电容严重过电压。现有技术中有的方案仅对雷电过电压和操作过电压的保护方法以及避雷器的配置策略进行了阐述，并未能解决电压源型换流器电容过电压的问题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，其通过将母线经电阻元件对地放电来降低换流阀闭锁期间的母线残余电压，从而防止直流电压和交流电压的偏置导致的电压差对桥臂子模块电容充电致使子模块过电压。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，应用于柔性直流输电系统中,包括至少一个开关器件和至少一个电阻元件，所述至少一个开关器件和至少一个电阻元件采用串联方式连接；
所述装置并联接在换流阀的直流侧母线或者交流侧母线，或者同时安装在上述两个地方；
所述装置的开关器件在换流阀正常充电、解锁过程中保持为截止状态；在系统发生故障，换流阀闭锁后，触发导通所述开关器件，快速降低母线残留电压。
作为本发明的进一步优选方案，所述开关器件为单个开关器件，或者为多个开关器件串联和/或并联。
作为本发明的进一步优选方案，所述电阻元件为单个电阻元件，或者为多个电阻元件串联和/或并联。
作为本发明的进一步优选方案，所述开关器件为全控型开关器件，或者半控型开关器件。
作为本发明的进一步优选方案，所述直流侧母线包括换流阀正极母线和换流阀负极母线。
作为本发明的进一步优选方案，所述交流侧母线包括换流阀交流A相母线、B相母线和C相母线。
作为本发明的进一步优选方案，系统发生故障时，所述装置中所有的开关器件同时被触发导通。
作为本发明的进一步优选方案，构成所述换流器的主拓扑为两电平、三电平或者模块化多电平。
作为本发明的进一步优选方案，所述模块化多电平换流器的桥臂子模块为半桥型、全桥型、类全桥型，箝位双子模块型，或者是上述拓扑的改进类型。
作为本发明的进一步优选方案，构成所述模块化多电平换流器的主接线为对称双极结构，或者真双极结构，或者上述结构的改进类型。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
1)本发明提供的一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，结构简单，安装方便，具有较高的经济性；
2)本发明提供的一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置， 在柔性直流输电系统的正常运行期间不投入使用，不影响柔性直流输电系统的正常运行性能；
3)本发明提供的一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，能在换流阀故障闭锁期间形成母线电压放电通路，快速降低母线残余电压，防止子模块电容过电压。
附图说明
图1一种单个开关器件的防止电压源型换流器电容过电压装置结构示意图；
图2一种多个开关器件的防止电压源型换流器电容过电压装置结构示意图；
图3防止电压源型换流器电容过电压装置安装于换流站直流侧与大地之间结构示意图；
图4防止电压源型换流器电容过电压装置安装于换流站直流正负极之间结构示意图；
图5防止电压源型换流器电容过电压装置分相安装于换流站交流侧结构示意图；
图6另一种防止换流器电容过电压装置安装于换流站交流侧示意图；
图7防止电压源型换流器电容过电压装置同时安装于换流站直流侧和交流侧示意图；
图8防止换流器电容过电压装置安装于真双极主接线换流器示意图；
图9模块化多电平换流器子模块组结构示意图；
图10全桥型子模块结构示意图；
图11半桥型子模块结构示意图。
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。
本发明提供一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，应用于电压源型换流器组成的柔性直流输电系统。此装置由至少一个开关器件和至少一个电阻元件串联组成，安装在换流阀的交流侧母线或者直流侧母线，或者同时安装在上述两个地方。其通过触发导通开关器件，防止交流侧或直流侧残余电压给 换流器电容不控充电的过程造成子模块电容过电压。本装置可以根据工程需要确定安装个数与地点，根据不同的防止换流器电容过电压策略来决定触发导通哪些装置。
图1所示为一种单开关器件的防止子模块过电压装置结构示意图，包含第一并联端子1用于连接柔性直流输电系统母线和所述装置的一端，第二并联端子2用于连接所述装置的另一端和大地。所述的开关器件4的阴极与电阻元件5串联于2。常规运行时开关器件4保持为截止状态，对外呈现出截止电阻，与电阻元件5串联形成高阻支路。所述电阻元件5可以是单个电阻元件，也可以由多个电阻元件串联而成。在换流阀保护闭锁期间，开关器件4被触发导通，其等效电阻元件迅速降至低阻，母线经过电阻元件5对地放电。
图2所示为一种多开关器件的防止子模块过电压装置结构示意图，包含第一并联端子1用于连接柔性直流输电系统母线和所述装置的一端，第二并联端子5用于连接所述装置的另一端和大地。所述装置由包含但不限于开关器件6和开关器件7的多个开关器件与电阻元件8串联形成。开关器件6的阴极与下一个开关器件的阳极相连于2，开关器件7的阳极与上一个开关器件的阴极相连于3。开关器件7的阴极与电阻元件8相连于4。所述电阻元件5可以是单个电阻元件，也可以由多个电阻元件串联而成。所述装置中的所有开关器件均采用同一触发脉冲，在同一时刻被触发导通，在支路电流降为0时同时关断。
图3所示为防止换流器电容过电压装置安装于换流站直流母线与大地之间结构示意图。所述换流阀主要包括阀体13、直流正极平波电抗器2、直流负极平波电抗器3、直流正极端子6、直流负极端子7以及交流端子8、9、10。交流阀体13有5个输出端子，分别为直流正极输出端子4、直流负极输出端子5、交流A相输出端子8、交流B相输出端子9、交流C相输出端子10。直流正极输出端子4与直流正极平波电抗器2的一端相连，直流正极平波电抗器2的另一端6成为换流站的直流正极P，将与直流正极线路连接。直流负极输出端子5与直流负极平波电抗器3的一端相连，直流负极平波电抗器3的另一端7成为换流站的直流负极N，将于直流负极线路连接。换流阀阀体13包含6个桥臂，每个桥臂由子模块组11或者14和桥臂电抗器12串联组成。上桥臂的子模块组11有两个输出端子，一端作为直流正极端子，另一端与上桥臂电抗器12的一端相连，上桥臂电抗器12的另一端作为交流相端子。下桥臂的子模块组14有两个输出端子， 一端作为直流负极端子，另一端与下桥臂电抗器12的一端相连，下桥臂电抗器12的另一端作为交流相端子。三个上桥臂的直流正极端子短接作为换流阀阀体13的输出端子4，三个下桥臂的直流负极端子短接作为换流阀阀体13的输出端子5。每相上桥臂的交流相端子与对应的下桥臂的交流相端子相连，引出形成换流阀阀体13的交流输出相端子8、9、10。防止换流器电容过电压装置1接于换流阀直流正极与大地之间，其开关器件的阳极与换流阀直流正极相连于端子4，阴极经过电阻元件与大地相连。防止换流器电容过电压装置1接于换流阀直流负极与大地之间，其开关器件的阳极与大地相连，阴极经过电阻元件与换流阀直流负极相连于端子5。所述防止子模块过电压装置装置1既可以按前述方式安装在直流正极，也可以按前述方式安装在直流负极，也可以按前述方式同时安装于直流正极和直流负极。所述防止子模块过电压装置装置1中的开关器件与电阻元件顺序可以对换，但开关器件从阳极到阴极的指向不变，如15所示。所述换流阀闭锁期间防止子模块过电压装置装置1也可以是如图2所示的结构，由多个开关器件与电阻元件串联而成。所述换流阀阀体13的子模块可以是如图7所示的全桥结构，也可以是如图8所示的半桥结构，或者是全桥与半桥结合的结构。
如图4所示为防止换流器电容过电压装置1安装于换流站直流正负极之间的示意图。防止换流器电容过电压装置1安装于换流站直流正负极之间，开关器件的阳极16与交流母线，开关器件的阴极经过电阻元件与大地相连。所述防止换流器电容过电压装置1中的开关器件与电阻元件顺序可以对换。
如图5所示为防止换流器电容过电压装置1安装于换流站交流侧的示意图。防止换流器电容过电压装置1接于换流阀的交流侧相母线与大地之间，开关器件的阳极16与交流母线相连，开关器件的阴极经过电阻元件与大地相连。所述保护闭锁期间防止换流器电容过电压装置1中的开关器件与电阻元件顺序可以对换。
如图6所示为另一种防止换流器电容过电压装置安装于换流站交流侧的示意图。三个开关器件的阳极16分别与交流母线的三相相连，三个开关器件的阴极并联在一起，经过电阻元件与大地相连。
所述防止换流器电容过电压装置1既可以安装于直流侧，也可以安装于交流侧，也可以同时安装于换流站的直流侧和交流侧，如图7所示。
如图8所示为防止换流器电容过电压装置安装于真双极主接线换流器示意 图。所述真双极主接线换流器包含两个对称双极换流器。所述对称双极换流器13的直流正极端子4作为所述真双极主接线换流器的直流正极，所述对称双极换流器18的直流负极端子5作为所述真双极主接线换流器的直流负极。所述对称双极换流器13的直流负极端子5与所述对称双极换流器18的直流正极端子4相连，作为所述真双极主接线换流器的中性线GND。所述防止换流器电容过电压装置安装于所述真双极主接线换流器的所述正极与所述中性线之间，或者安装于所述真双极主接线换流器的所述中性线与所述负极之间，或者安装于所述真双极主接线换流器的所述正极与所述负极之间，或者按所述的两种方式安装于所述对称双极换流器的交流侧。如图9所示为模块化多电平换流阀子模块组结构示意图，由子模块11的两个输出端子首尾相接串联而成。子模块11的端子2与下一子模块的端子1相连，下一子模块的端子2与再下一子模块的端子1相连。第一个子模块的端子1和最后一个子模块的端子2构成换流阀子模块组的两个输出端子。
如图10所示为全桥型的子模块结构示意图，可关断开关器件1的发射极连接可关断器件2的集电极，且该连接点6作为子模块的输出端子之一。可关断开关器件1的集电极与可关断器件4的集电极连接，并接到子模块电容3的一端；可关断开关器件2的发射极与可关断开关器件5的发射极连接，并接到子模块电容3的另一端。可关断开关器件4的发射极与可关断开关器件5的集电极连接，且该连接点7作为子模块的另一输出端子。
如图8所示为半桥型的子模块结构示意图，可关断开关器件1的发射极连接可关断器件2的集电极，且该连接点6作为子模块的输出端子之一。子模块电容3的一端接至可关断器件1的集电极，子模块电容3的另一端接至可关断开关器件2的发射极，且该连接点7作为子模块的另一输出端子。
本发明装置起作用的步骤流程为：
步骤1：柔性直流输电系统的控制保护系统检测到故障；
步骤2：柔性直流输电系统的控制保护系统发出换流阀闭锁命令；
步骤3：柔性直流输电系统的控制保护系统发出触发防止子模块电容过电压装置开关器件导通指令；
步骤4：母线电压迅速降低，换流器电容电压被限制在过电压定值之下；
步骤5：柔性直流输电系统各换流站交流进线开关断开，各站阀侧电压降为 0。
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 (10)

  1. 一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，应用于柔性直流输电系统中,其特征在于：包括至少一个开关器件和至少一个电阻元件，所述至少一个开关器件和至少一个电阻元件采用串联方式连接；
    所述装置并联接在换流阀的直流侧母线或者交流侧母线，或者同时安装在上述两个地方；
    所述装置的开关器件在换流阀正常充电、解锁过程中保持为截止状态；在系统发生故障，换流阀闭锁后，触发导通所述开关器件，快速降低母线残留电压。
  2. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：所述开关器件为单个开关器件，或者为多个开关器件串联和/或并联。
  3. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：所述电阻元件为单个电阻元件，或者为多个电阻元件串联和/或并联。
  4. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：所述开关器件为全控型开关器件，或者半控型开关器件。
  5. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：所述直流侧母线包括换流阀正极母线和换流阀负极母线。
  6. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：所述交流侧母线包括换流阀交流A相母线、B相母线和C相母线。
  7. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：系统发生故障时，所述装置中所有的开关器件同时被触发导通。
  8. 如权利要求1所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：构成所述换流器的主拓扑为两电平、三电平或者模块化多电平。
  9. 如权利要求8所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：所述模块化多电平换流器的桥臂子模块为半桥型、全桥型、类全桥型，箝位双子模块型，或者是上述拓扑的改进类型。
  10. 如权利要求8所述的一种防止电压源型换流器电容过电压的装置，其特征在于：构成所述模块化多电平换流器的主接线为对称双极结构，或者真双极结构，或者上述结构的改进类型。
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