[发明专利]适用于大容量MMC柔性直流输电系统的桥臂汇总保护系统

说明书

技术领域

本发明属于高压大容量柔性直流输电换流器的控制领域，具体涉及一种适用于大容量MMC柔性直流输电系统的桥臂汇总保护系统。

背景技术

模块化多电平换流器由多个子模块串联组成，需要根据电容电压及子模块工作状态对单独的子模块进行不同的实时投切控制，电平数越多，实时控制周期越短，电容电压平衡控制越难实现。基于模块化多电平(MMC)技术的高压大容量柔性直流输电换流阀，所需串接的子模块高达数百只乃至数千只，各子模块必须单独进行控制，阀基控制设备通过采用分层分段处理方式对每个子模块进行单独控制，作为阀基控制设备的中间单元——桥臂汇总单元，是将多个桥臂分段单元的整个桥臂的子模块信息进行汇总、整理、汇总电压平衡处理以及桥臂整体保护策略实施的中间单元。

当前，基于全控型电力电子器件IGBT的各种电力电子电路已经越来越多地应用于电力系统、机车牵引、航空航天等领域。随着电力电子技术及材料、制造工艺的发展，IGBT器件的通流能力也越来越强，使其在直流输电领域也得到重要的发挥空间，直接促进了柔性直流输电技术的诞生和发展。与传统的高压直流输电技术不同，柔性直流输电换流器以由IGBT串联构成的高压换流阀替代了晶闸管串联换流阀，形成了电压源型的柔性直流换流器。柔性直流输电可以实现向远距离的中小型孤立、弱负荷进行供电；可以进行独立、准确、灵活的有功/无功功率控制，提高系统潮流传输的经济性和稳定性；在潮流反转时直流电压极性不变，方便构成多端直流输电系统；在相联系统短路时不增加系统的短路容量，有利于限制短路电流，阻止系统的故障扩散；可以提供无功支持和频率控制，用于风电场和分布式发电等可再生能源并网有着特殊的优势；在相联电网故障后能够提供黑启动电源，加快电网故障后的快速恢复能力；换流站占地面积相对于普通直流大为减小。

柔性直流输电技术丰富的性能优势吸引了众多科研技术人员投入到相关的研究及实践工作中，其灵活的控制性能也使得柔性直流的控制保护方法和控制保护装置成为了柔性直流技术的研究热点。在基于模块化多电平换流器拓扑结构的柔性直流的控制中，对换流器子模块内部的控制保护是整个控制保护系统中一个非常重要的环节。本发明针对阀基控制设备VBC的桥臂汇总设计了一套完整和智能的控制保护方案，据了解目前国内外尚未见到有类似的针对MMC换流子模块内部控制保护方法的相关技术专利。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种适用于大容量MMC柔性直流输电系统的桥臂汇总保护系统，实现了对桥臂子模块整体完备的信号接口和状态监测功能，保证了子模块运行的可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供一种适用于大容量MMC柔性直流输电系统的桥臂汇总保护系统，适用于大容量MMC柔性直流输电系统的桥臂汇总保护系统，其特征在于，所述系统包括：依次进行数据交互的MMC换流阀、VBC和站控系统。

本发明提供的优选技术方案中，所述MMC换流阀，包括：400个依次连接的桥臂子模块。

本发明提供的第二优选技术方案中，所述VBC，包括：桥臂分段控制单元、桥臂汇总控制单元、环流控制单元、光CT合并及接口单元和阀监视单元；所述桥臂分段控制单元与所述MMC换流阀进行数据交互；所述桥臂汇总控制单元分别与所述桥臂分段控制单元和所述环流控制单元进行数据交互；所述光CT合并及接口单元和所述阀监视单元分别与所述环流控制单元进行数据交互。

本发明提供的第三优选技术方案中，所述桥臂分段控制单元，包括：8个分别与所述MMC换流阀进行数据交互的所述桥臂分段模块。

本发明提供的第四优选技术方案中，所述桥臂汇总控制单元，包括：并列设置的电压平衡控制模块、内部故障诊断模块、电压状态评估模块和策略逻辑模块。

本发明提供的第五优选技术方案中，所述电压平衡控制模块，根据所述MMC换流阀的各分段平均电压，进行整体子模块电压调节平衡。

本发明提供的第六优选技术方案中，所述电压平衡控制模块，以排序或者查表的方式进行整体子模块电压调节平衡。

本发明提供的第七优选技术方案中，所述内部故障诊断模块，通讯判断和自身状态判断，对电流单元和桥臂分段控制单元之间的通讯状态进行实时监测；判断桥臂子模块电压和的阈值，通过各段上传的子模块电压和，与阈值进行比较判断，对各段子模块电压进行调节；桥臂各段子模块旁路数和整体桥臂旁路数，与阀值进行比较判断，评估桥臂整体运行状态；其中，桥臂各段分别包括数量小于60个的子模块。