[发明专利]一种模块化多电平换流器的过电流保护配置方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统中柔性输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的过电流保护配置方法和系统。

背景技术

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输、提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。

模块化多电平换流器(MMC)的阀臂由多个子模块组成，通过多个子模块输出电平的叠加输出正弦波信号，具有开关频率降低、损耗低、谐波小等优点，易于拓展至更高电压等级，是目前柔性输电研究应用的主要方向。MMC阀组占据了柔性输电换流站投资的主要部分，其中的主要元器件IGBT、二极管相对于变压器、电抗器、线路等设备对过电流异常敏感。

在实际MMC拓扑中，由于故障位置的不同，产生故障电流大小不同，故障电流、对阀组安全性的威胁差别很大。尤其出现阀臂内部短路故障时，由于阀臂多个子模块的电容电压经IGBT和铜排直接短路放电，回路中的电感和电阻非常小，仿真的短路电流上升极为迅速，达到1kA/μs，大小超过50kA，对阀组威胁极大，所以需要通过一定措施抑制桥臂电流尖峰。

IGBT器件的安全工作区限定了超过额定两倍的故障电流，持续超过10μs，器件就不能保证可靠关断。两倍的故障电流，持续1ms就可能导致器件损坏。微秒级的过电压脉冲就可能造成IGBT的彻底损坏。上述因素，导致直流控制保护系统在阀组本体保护中的作用受到了很大限制。这一点与传统直流输电系统相比有很大的区别。

对MMC换流器过电流保护的要求如下：不经电抗器的直接短路故障，故障电流大，上升速度快，必须在10μs左右的时间内迅速切断故障电流；经过电抗器的内部或近端区外电流型故障，电流上升率受到了电抗器的限制，但必须在500μs时间内采取保护措施，否则将会超过IGBT允许的最大电流或允许的故障电流时间；对区内电流型故障要有足够的灵敏度；高阻或交流区外的受限型电流型故障，对阀组威胁小，保护动作速度要求不高，对于临时性故障需要维持换流器的持续运行。

因此，需要针对MMC换流器阀组的特点，制定一种更为快速有效的过电流保护配置方法和系统，能够在交流系统短路、直流极短路、以及换流阀短路等不同故障的情况下，快速正确的进行保护动作，提高换流器的可靠性。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种模块化多电平换流器的过电流保护配置方法和系统,能够保证换流器在交流系统和换流器故障时，均能可靠的动作，保护换流阀模块不受过电流应力而损坏，从而可以提高换流器的可靠性，适合于工程应用。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种模块化多电平换流器的过电流保护配置方法，该保护配置方法在直流控制保护PCP层配置换流阀交流过电流保护或者换流阀桥臂过电流保护或者均配置、在换流器阀基控制VBC层配置换流阀桥臂过电流保护、在换流器子模块层配置IGBT元件过电流保护；所述各个保护层的过电流保护的保护定值和保护延迟通过反时限保护法相互配合，对换流器阀组和换流阀元件的过电流进行协调保护。

上述PCP层配置m段换流阀交流过电流保护，每段交流过电流保护均通过实时检测换流器交流端出口处的交流电流值，与相应的保护定值比较，判断换流器阀组是否过电流，如过电流则保护动作闭锁换流器；其中m为大于零的自然数，m段交流过电流保护的动作定值关系为：Ivo1>Ivo2>…>Ivom>Inom，Inom为换流器额定交流电流，Ivo1、Ivo2、…、Ivom、Inom均为大于零的实数；m段交流过电流保护的动作延迟关系为：Tio1<Tio2<…<Tiom，Tio1、Tio2、…、Tiom均为大于等于零的实数。

上述PCP层配置n段桥臂过电流保护，每段桥臂过电流保护均通过实时检测所有桥臂的电流值，并与相应的保护定值比较，判断换流器阀组是否过电流，如检测到任一桥臂过电流则保护动作闭锁换流器；其中n为大于等于零的整数，n段桥臂过电流保护的动作定值关系为：Iboc1>Iboc2>…>Ibocn>Ibnom，Ibnom为换流器额定交流电流，Iboc1、Iboc2、…、Ibocn、Ibnom均为大于零的实数；n段桥臂过电流保护的动作延迟关系为：Tboc1<Tboc2<…<Tbocn，Tboc1、Tboc2、…、Tbocn均为大于等于零的实数。