[发明专利]模块化多电平换流器的直流线路瞬时短路故障的保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平换流器的直流线路瞬时短路故障的保护方法，尤其涉及基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中的短路故障的保护方法，属于直流输电技术领域。

背景技术

柔性直流输电基于电压源换流器和脉冲宽度调制技术将直流电压逆变为幅值和相位都可控的交流电压，并可以独立快速控制所传输的有功功率和无功功率，极大地增强了输电的灵活性。模块化多电平换流器不需要开关器件直接串联，并且通过多电平技术可以获得优异的谐波性能和损耗性能，在柔性直流输电领域是一种最有应用潜质的电压源换流器拓扑结构。

在直流输电系统中，存在各种因素可能导致直流线路发生瞬时性短路故障。尤其是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，发生直流线路瞬时性短路故障，并引起电压源换流器中出现比较大的过电流，对换流器的功率器件安全产生威胁。常规过电流保护方法是通过闭锁控制脉冲的方式使电压源换流器的所有开关器件全部关断。但是当直流线路发生瞬时性短路故障时，由于电压源换流器的续流二极管的作用，电压源换流器将直接变成一个不控整流桥，即使通过闭锁换流器控制脉冲关断所有开关器件，整流桥的存在仍将导致短路电流流过电压源换流器中的续流二极管和瞬时短路点。短路电流的大小取决于交流母线电压、交流侧系统内阻抗和直流短路电阻等因素。如果不能迅速切断短路电流，续流二极管将由于承受过电流而导致损坏。

更为关键的是，导致直流线路瞬时性短路故障的原因通常为雷击等导致的过电压击穿。但是由于短路故障后换流器已经处于不控整流状态，整流后仍有直流电压施加在短路点，导致短路点无法灭弧。即使导致瞬时短路的外部因素消失后短路电流也不会消失，致使故障保护非常困难。目前在直流线路发生瞬时性短路故障的情况下，只能通过断开交流断路器，使换流器脱离交流电网才能切断短路电流。但是交流断路器的断开也意味着柔性直流输电系统的彻底停运，需要经过比较繁复人工操作过程才能够重新投运，造成直流输电系统的长时间停运，带来的功率传输损失，并使柔性直流输电系统的可靠性和可用率大为降低。

发明内容

本发明的目的是提出一种模块化多电平换流器的直流线路瞬时短路故障的保护方法，以使在直流线路发生瞬时性短路故障的情况下，可以快速保护换流器开关器件不会因承受过大短路电流而损坏；在直流系统保护动作不需要断开交流断路器脱离电网，在导致直流线路发生短时性短路故障的外部因素消失后，可以使换流器快速自动重新投入运行。

本发明提出的模块化多电平换流器的直流线路瞬时短路故障的保护方法，包括以下步骤：

(1)在模块化多电平换流器的每个功率单元的交流端口各并联一组双向晶闸管开关，双向晶闸管开关的一端与模块化多电平换流器的功率单元的正端子连接，双向晶闸管开关的另一端与模块化多电平换流器的功率单元负端子连接；

(2)采集模块化多电平换流器的直流线路电流信号；

(3)在正常运行状态下，设定模块化多电平换流器的直流线路电流保护动作阈值，将上述采集的直流线路电流信号与设定的电流保护动作阈值比较判断，若直流线路电流信号小于设定的电流保护动作阈值，则使模块化多电平换流器维持在正常运行状态；若直流线路电流信号大于或等于设定的电流保护动作阈值，则使模块化多电平换流器进入保护状态；

(4)在保护状态下，设定模块化多电平换流器的直流线路电流保护返回阈值，将上述采集的直流线路电流信号与设定的电流保护返回阈值比较判断，若直流线路电流信号大于设定的电流保护返回阈值，使模块化多电平换流器维持在保护状态，若直流线路电流信号小于或等于设定的电流保护返回阈值，使模块化多电平换流器返回到正常运行状态；

(5)在上述的正常运行状态时，在模块化多电平换流器功率单元的双向晶闸管门极上施加零电平信号，在模块化多电平换流器功率单元的绝缘栅双极晶体管的门极施加控制脉冲信号；在上述的保护运行状态时，在模块化多电平换流器功率单元的双向晶闸管门极上施加触发导通信号，在模块化多电平换流器功率单元的绝缘栅双极晶体管的门极施加零电平信号。