[发明专利]一种模块化多电平换流器桥臂短路故障的保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及换流器的故障保护方法，具体涉及一种模块化多电平换流器桥臂短路故障的保护方法。

背景技术

模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）是一种基于可关断器件和脉宽调制技术为基础的换流器，目前最常被使用的可关断器件是绝缘栅双极晶体管（IGBT）。与传统的线电压换相换流器（Line Commutated Converter,LCC）相比，模块化多电平换流器使用了大量的储能电容器，同时通过脉宽调制技术使运行中换流器输出电压波形保持不变。因此，从电网运行电压稳定和降低电压交流谐波的角度考虑，模块化多电平换流器具有明显优点。

正常运行时，模块化多电平换流器交流端对地输出电压为阶梯电压波形，通过桥臂电抗器或变压器的平波作用，输出到交流系统的电压为标准的工频正弦波形。在模块化多电平换流器在运行过程中，由于子模块失效、换流阀交流输出端与直流输出端发生短路以及阀控系统故障等都可使模块化多电平换流器桥臂发生短路故障。

模块化多电平换流器桥臂短路故障的主要危害包括：1）换流器的输出电压波形变为带直流偏置的正弦波形，使桥臂电抗器或（和）变压器的运行电压出现直流偏置，设备噪声和损耗增加；2）使同一交流端连接的非故障桥臂承受工频过电压，可能导致电力电子器件和电容器出现故障，甚至发生爆炸。

现有的桥臂短路故障保护方法是在发生桥臂短路故障后，闭锁换流器，同时跳开交流断路器使换流器退出运行。闭锁换流器可以一定程度上避免故障扩大，但由于在断路器完全跳开前，通过换流器中的反并联二极管仍可导通故障电流，因此系统在此期间需要承受50～1000ms的故障应力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模块化多电平换流器桥臂短路故障的保护方法，本发明采用桥臂并联保护开关，降低了模块化多电平换流器的桥臂短路故障持续时间，从而使变压器承受的直流偏执电压和换流器桥臂承受的过电压降低，减少了设备要求和造价，提高了经济性和安全性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种模块化多电平换流器桥臂短路故障的保护方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：设置模块化多电平换流器桥臂并联保护开关的故障检测时间间隔Δt；

步骤2：设置故障动作阈值Q；

步骤3：设置放电电压阈值U_lim.ac和U_lim.arm；

步骤4：检测模块化多电平换流器的交流端对地电压U_ac(t)，确定Q1=abs(aveage(U_ac(Δt)))-U_lim.ac；

步骤5：检测模块化多电平换流器的桥臂电压U_arm(t)，确定Q2=abs(aveage(U_arm(Δt)))-U_lim.arm；

步骤6：根据步骤4的计算结果Q1和步骤5的计算结果Q2，确定Q1×Q2，如果Q2×Q1>Q，则判断模块化多电平换流器发生桥臂短路故障；

步骤7：当模块化多电平换流器发生桥臂短路故障时，触发健全相桥臂的并联保护开关。

进一步地，所述步骤1中，所述模块化多电平换流器由三相构成，每相由串联的结构相同的上下两桥臂构成；上下两桥臂的中点处连接模块化多电平换流器的交流端；

所述上下两桥臂中每个桥臂包括1个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端通过电抗器与模块化多电平换流器的交流端连接；每个桥臂的子模块级联后另一端与另两相桥臂的级联的子模块一端连接，形成所述模块化多电平换流器直流端的正负极母线；或

所述上下两桥臂中每个桥臂包括1个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端与模块化多电平换流器的交流端连接；每个桥臂的子模块级联后另一端串联电抗器后与另两相桥臂的电抗器连接，形成所述模块化多电平换流器直流端的正负极母线。

进一步地，所述步骤1中，所述模块化多电平换流器桥臂并联保护开关包括反并联的晶闸管，所述反并联的晶闸管与每相上下两桥臂中级联的子模块并联；或

所述模块化多电平换流器桥臂并联保护开关包括晶闸管串联支路；所述晶闸管串联支路与每相上下两桥臂中级联的子模块并联；所述晶闸管串联支路由串联的晶闸管组成。

进一步地，所述步骤1中，故障检测时间间隔Δt的为5～20ms。