具有直流故障限流能力的mmc換流器改進結(jié)構(gòu)及隔離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于MMC換流器的直流系統(tǒng)的直流故障隔離方法
【背景技術(shù)】
[0002]直流故障隔離是柔性直流系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。柔性直流系統(tǒng)發(fā)生直流故障時，故障電流快速上升到很大的過流水平，將會嚴(yán)重影響整個直流系統(tǒng)包括交流側(cè)、直流側(cè)和換流器的安全可靠運行。為了保證直流系統(tǒng)的安全可靠運行，要求在故障發(fā)生的幾個毫秒內(nèi)快速隔離故障直流線路，即必須采取一定的故障隔離方法對直流故障線路進行隔離。
[0003]目前，針對直流系統(tǒng)直流故障的隔離方法主要有三種:(I)直流故障時通過跳開交流側(cè)斷路器實現(xiàn)對直流故障線路的隔離。該方法簡單、方便，但是卻存在動作時間慢、停電面積大導(dǎo)致整個直流系統(tǒng)供電可靠性降低等缺點。(2)利用換流器實現(xiàn)故障清除。這種方法存在投資成本大、額外功率損耗增加等缺點。(3)利用直流斷路器直接切除故障線路，但目前能夠快速動作(一般為幾個毫秒)的大容量直流斷路器技術(shù)尚不成熟。
[0004]由于直流系統(tǒng)故障時的故障電流無自然過零點，因此直流斷路器難以熄弧并成功切除故障，目前大容量的直流斷路器真正推廣到實際工程應(yīng)用還存在一定的困難。針對這一現(xiàn)狀，有必要設(shè)計一種有效、實用且簡單可靠的直流故障隔離系統(tǒng)及方法，確保直流斷路器可以有效跳閘并隔離故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前柔性直流系統(tǒng)中直流故障隔離難度大的問題，本發(fā)明提出了一種基于具有直流故障限流能力的MMC換流器改進結(jié)構(gòu)及隔離方法。
[0006]本發(fā)明提出了一種具有直流故障限流能力的基于MMC換流器改進結(jié)構(gòu)，包括多個由子模塊組成的MMC換流器，所述子模塊包括IGBT晶體管1\、T2和續(xù)流二極管D ^ D2、直流電容C，連接方式為:一組并聯(lián)的IGBT晶體管T1和續(xù)流二極管D i，與另一組并聯(lián)的IGBT晶體管T2和續(xù)流二極管02構(gòu)成串聯(lián)；該串聯(lián)結(jié)構(gòu)再與直流電容C構(gòu)成并聯(lián)；其特征在于，該系統(tǒng)在MMC換流器的每個橋臂中設(shè)置限流模塊，所述限流模塊包括可控開關(guān)T和續(xù)流二極管D、限流電阻Rliniite,連接方式為:可控開關(guān)T和續(xù)流二極管D構(gòu)成的反并聯(lián)模塊串聯(lián)接入換流器橋臂，連接方向與MMC已有子模塊內(nèi)部的可控開關(guān)和二極管反并聯(lián)模塊方向相反；再與限流電阻Rliniite并聯(lián)；
[0007]所述限流模塊具有正常運行狀態(tài)和故障限流狀態(tài)兩種工作狀態(tài)；
[0008]其中，當(dāng)直流系統(tǒng)正常運行時，每個橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)；此時橋臂電流在限流模塊內(nèi)的流通路徑為:限流模塊中的可控開關(guān)T或續(xù)流二極管D，具體視橋臂電流方向而定；限流電阻一直處于被旁路狀態(tài)；
[0009]直流系統(tǒng)故障發(fā)生后，根據(jù)直流保護發(fā)出的動作信號關(guān)斷開關(guān)T ;此時故障電流在限流模塊內(nèi)只能流經(jīng)限流電阻，即限流電阻被投入到故障回路中。
[0010]本發(fā)明還提出了一種具有直流故障限流能力的MMC換流器改進結(jié)構(gòu)的直流故障隔離方法，該方法包括以下步驟:
[0011]步驟1、判斷直流保護是否發(fā)出動作信號；
[0012]步驟2、如果是，則當(dāng)前直流系統(tǒng)故障發(fā)生，關(guān)斷可控開關(guān)T關(guān)斷；限流電阻Rlimite投入故障回路；
[0013]步驟3、觸發(fā)直流斷路器跳閘；
[0014]步驟4、如果否，則當(dāng)前直流系統(tǒng)處于正常運行，每個橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對MMC換流器的結(jié)構(gòu)進行改進，在直流故障發(fā)生以后實現(xiàn)快速的故障限流，最后利用直流斷路器切除故障線路。這種方法大大降低了對直流斷路器的動作速度和切除容量要求。而且具有成本低、額外功率損耗小的特點。
【附圖說明】
[0016]圖1為MMC型換流器結(jié)構(gòu)改進示意圖。
[0017]圖2為直流故障隔離方法流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施范圍并不局限于此。
[0019]本發(fā)明的基于模塊化多電平換流器的直流系統(tǒng)的直流故障隔離方法，具體內(nèi)容包括:
[0020]對MMC型換流器的結(jié)構(gòu)進行一定的改進，即在MMC換流器的每個橋臂中增加限流模塊，如圖1(a)所示。限流模塊采用可控開關(guān)T與限流電阻Rlimite并聯(lián)的方式。圖1(a)中:1\、T#P D 1、D2分別為MMC內(nèi)一個子模塊內(nèi)部的IGBT晶體管和續(xù)流二極管；C為子模塊內(nèi)的直流電容；T和D則分別代表限流模塊內(nèi)的IGBT晶體管和續(xù)流二極管，Rlimite為限流電阻。
[0021]直流系統(tǒng)正常運行時，每個橋臂內(nèi)限流模塊的可控開關(guān)T 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時，橋臂電流的流通路徑如圖1(b)所示，即限流電阻Rlimito—直處于被旁路狀態(tài)，不會對系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生額外的功率損耗。
[0022]直流故障發(fā)生后，根據(jù)直流保護發(fā)出的動作信號關(guān)斷可控開關(guān)Τ。限流電阻Rlimite投入故障回路，此時故障電流的流通路徑如圖1(b)所示。故障電流將因為限流電阻的投入而大大下降。然后利用直流斷路器切除故障線路。該故障隔離方法使得直流故障時交流側(cè)、換流器和直流側(cè)的過流影響被限制到允許范圍。大大降低了對直流斷路器動作速度和切除容量的要求，使得直流故障時可以利用直流斷路器安全可靠地切除并隔離故障。
[0023]上述方法具體實現(xiàn)流程圖如圖2所示。
【主權(quán)項】
1.一種具有直流故障限流能力的MMC換流器改進結(jié)構(gòu)，包括多個由子模塊組成的MMC換流器，所述子模塊包括IGBT晶體管1\、T2和續(xù)流二極管D P D2、直流電容C，連接方式為:一組并聯(lián)的IGBT晶體管T1和續(xù)流二極管D i，與另一組并聯(lián)的IGBT晶體管T2和續(xù)流二極管仏構(gòu)成串聯(lián)；該串聯(lián)結(jié)構(gòu)再與直流電容C構(gòu)成并聯(lián)；其特征在于，該系統(tǒng)在MMC換流器的每個橋臂中設(shè)置限流模塊，所述限流模塊包括可控開關(guān)T和續(xù)流二極管D、限流電阻Rlimite,連接方式為:可控開關(guān)T和續(xù)流二極管D構(gòu)成的反并聯(lián)模塊串聯(lián)接入換流器橋臂，連接方向與MMC已有子模塊內(nèi)部的可控開關(guān)和二極管反并聯(lián)模塊方向相反；再與限流電阻Rlimito并聯(lián); 所述限流模塊具有正常運行狀態(tài)和故障限流狀態(tài)兩種工作狀態(tài)； 其中，當(dāng)直流系統(tǒng)正常運行時，每個橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)；此時橋臂電流在限流模塊內(nèi)的流通路徑為:限流模塊中的可控開關(guān)T或續(xù)流二極管D，具體視橋臂電流方向而定；限流電阻一直處于被旁路狀態(tài)； 直流系統(tǒng)故障發(fā)生后，根據(jù)直流保護發(fā)出的動作信號關(guān)斷可控開關(guān)T ;此時故障電流在限流模塊內(nèi)只能流經(jīng)限流電阻，即限流電阻被投入到故障回路中。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的具有直流故障限流能力的MMC換流器改進結(jié)構(gòu)的直流故障隔離方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟(I)、判斷直流保護是否發(fā)出動作信號； 步驟(2)、如果是，則當(dāng)前直流系統(tǒng)故障發(fā)生，關(guān)斷限流模塊內(nèi)的可控開關(guān)T ; 限流電阻Rlimito投入故障回路； 步驟(3)、觸發(fā)直流斷路器跳閘； 步驟(4)、如果否，則直流系統(tǒng)正常運行，每個橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有直流故障限流能力的MMC換流器改進結(jié)構(gòu)及隔離方法，在所述MMC換流器的每個橋臂中設(shè)置限流模塊；判斷直流保護是否發(fā)出動作信號；如果是，則當(dāng)前直流系統(tǒng)故障發(fā)生，關(guān)斷可控開關(guān)T關(guān)斷；限流電阻Rlimiter投入故障回路；出發(fā)直流斷路器跳閘；如果否，則直流系統(tǒng)正常運行，每個橋臂內(nèi)的限流模塊的可控開關(guān)T一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種有效、實用且簡單可靠的直流系統(tǒng)故障隔離方法，通過快速、全面的故障限流，降低了對直流斷路器的動作速度和切除容量的要求。
【IPC分類】H02H7-26, H02M7-00
【公開號】CN104617783
【申請?zhí)枴緾N201410848005
【發(fā)明人】李斌, 何佳偉
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月29日