[发明专利]基于改进型半桥子模块的直流配电系统故障隔离方法

说明书

本发明涉及一种基于改进半桥子模块的直流配电系统故障隔离方法，所采用的改进型半桥子模块的结构为：由IGBT VT1与二极管VD1组成的反并联结构与子模块电容C串联后，再与由逆阻型IGBT VT2与晶闸管T2组成的反并联结构并联，VT1的发射极与VT2的集电极连接，VT2的集电极与发射极分别接子模块的输入端和输出端；故障隔离方法如下：当保护系统检测到直流侧故障或MMC任一桥臂发生过流时，则立即向控制系统发送故障信号；控制系统收到故障信号后，立即关断所有IGBT。

技术领域

本发明涉及电力电子、继电保护以及柔性直流配电网等领域，尤其涉及一种改进型半桥子模块结构及基于这种改进型子模块的直流故障隔离与系统恢复策略。

背景技术

电力系统能源结构、网架结构和负荷类型方面的显著变革给现有配电系统带来了一定的挑战，分布式电源的大量接入使得集中式供电形式向多源多向、分布式结构转变；用电负荷日益增多，且对电能质量、供电可靠性以及电能多样化的要求越来越高。随着电力电子半导体器件和现代控制的发展，直流输配电越来越受到业内的广泛关注。模块化多电平变流器(MMC)以其较好的电能质量、较高的可靠性等优越性能，已经在柔性直流输电领域得到广泛应用，同时在中压直流配电领域也具有良好的应用前景。

然而，直流系统故障(尤其是两极短路故障)由于具有故障电流大、故障发展迅速、故障影响范围广等特点，成为影响直流输配电发展应用的一个技术难点。针对该问题，国内外学者提出了多种解决方法，根据直流故障隔离方式，可以分为以下三类：

1)利用交流侧系统隔离故障点，主要有单晶闸管法和双晶闸管法。这类方法成本较低、无附加损耗、且在工程实际中已有广泛应用。虽然这类方法中故障隔离方式有所差异，但故障电流清除均靠故障回路自然衰减，故障清除时间较长；

2)利用直流断路器。采用混合式直流断路器最快可在5ms内隔离直流故障，而全固态直流断路器最快可在1ms内隔离直流故障，并快速完成故障电流清除。然而，直流断路器一方面价格较高，损耗较大，另一方面需要与限流设备配合；

3)利用具有故障隔离能力的子模块。自全桥子模块提出以后，多种具有故障隔离能力的子模块被相继提出，如钳位双子模块、串联双子模块等。故障后通过闭锁IGBT，使桥臂电容反向串联至故障回路，可以迅速隔离故障并消除故障电流。然而，具有故障隔离能力的子模块成本较高，且运行损耗较大；

总之，目前现有的直流输配电系统故障隔离方法普遍存在着故障隔离速度与经济性及损耗之间的矛盾。着眼于该现状，提出了一种具有快速故障隔离和系统恢复能力的改进型半桥子模块结构，设计了基于该子模块结构的系统故障隔离方法。

发明内容

针对目前直流故障隔离方法无法实现故障隔离速度与经济性和损耗的平衡，为了在实现直流系统快速故障隔离的同时，降低变流器投资成本，减小系统运行损耗，提出一种具有快速故障隔离与重启能力的改进型半桥子模块结构，可有效降低投资成本与运行损耗，在此基础上直流配电系统故障隔离方法。技术方案如下：