一種模塊化多電平換流器的過電流保護配置方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中柔性輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平換流器的過電流保護配置方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性直流輸電采用電壓源換流器，可以獨立調(diào)節(jié)有功和無功的傳輸、提高交流系統(tǒng)的輸電能力，易于構(gòu)成多端直流輸電系統(tǒng)，在可再生能源的發(fā)電并網(wǎng)、孤島城市供電以及交流系統(tǒng)互聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域，具有明顯的競爭力。
[0003]模塊化多電平換流器(MMC)的閥臂由多個子模塊組成，通過多個子模塊輸出電平的疊加輸出正弦波信號，具有開關(guān)頻率降低、損耗低、諧波小等優(yōu)點，易于拓展至更高電壓等級，是目前柔性輸電研宄應(yīng)用的主要方向。MMC閥組占據(jù)了柔性輸電換流站投資的主要部分，其中的主要元器件IGBT、二極管相對于變壓器、電抗器、線路等設(shè)備對過電流異常敏感。
[0004]在實際MMC拓撲中，由于故障位置的不同，產(chǎn)生故障電流大小不同，故障電流、對閥組安全性的威脅差別很大。尤其出現(xiàn)閥臂內(nèi)部短路故障時，由于閥臂多個子模塊的電容電壓經(jīng)IGBT和銅排直接短路放電，回路中的電感和電阻非常小，仿真的短路電流上升極為迅速，達到IkA/ μ s，大小超過50kA，對閥組威脅極大，所以需要通過一定措施抑制橋臂電流尖峰。
[0005]IGBT器件的安全工作區(qū)限定了超過額定兩倍的故障電流，持續(xù)超過10 μ s，器件就不能保證可靠關(guān)斷。兩倍的故障電流，持續(xù)Ims就可能導(dǎo)致器件損壞。微秒級的過電壓脈沖就可能造成IGBT的徹底損壞。上述因素，導(dǎo)致直流控制保護系統(tǒng)在閥組本體保護中的作用受到了很大限制。這一點與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)相比有很大的區(qū)別。
[0006]對MMC換流器過電流保護的要求如下:不經(jīng)電抗器的直接短路故障，故障電流大，上升速度快，必須在?ο μ s左右的時間內(nèi)迅速切斷故障電流；經(jīng)過電抗器的內(nèi)部或近端區(qū)外電流型故障，電流上升率受到了電抗器的限制，但必須在500 μ s時間內(nèi)采取保護措施，否則將會超過IGBT允許的最大電流或允許的故障電流時間；對區(qū)內(nèi)電流型故障要有足夠的靈敏度；高阻或交流區(qū)外的受限型電流型故障，對閥組威脅小，保護動作速度要求不高，對于臨時性故障需要維持換流器的持續(xù)運行。
[0007]因此，需要針對MMC換流器閥組的特點，制定一種更為快速有效的過電流保護配置方法和系統(tǒng)，能夠在交流系統(tǒng)短路、直流極短路、以及換流閥短路等不同故障的情況下，快速正確的進行保護動作，提高換流器的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的，在于提供一種模塊化多電平換流器的過電流保護配置方法和系統(tǒng)，能夠保證換流器在交流系統(tǒng)和換流器故障時，均能可靠的動作，保護換流閥模塊不受過電流應(yīng)力而損壞，從而可以提高換流器的可靠性，適合于工程應(yīng)用。
[0009]為了達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0010]一種模塊化多電平換流器的過電流保護配置方法，該保護配置方法在直流控制保護PCP層配置換流閥交流過電流保護或者換流閥橋臂過電流保護或者均配置、在換流器閥基控制VBC層配置換流閥橋臂過電流保護、在換流器子模塊層配置IGBT元件過電流保護；所述各個保護層的過電流保護的保護定值和保護延遲通過反時限保護法相互配合，對換流器閥組和換流閥元件的過電流進行協(xié)調(diào)保護。
[0011]上述PCP層配置m段換流閥交流過電流保護，每段交流過電流保護均通過實時檢測換流器交流端出口處的交流電流值，與相應(yīng)的保護定值比較，判斷換流器閥組是否過電流，如過電流則保護動作閉鎖換流器；其中m為大于零的自然數(shù)，m段交流過電流保護的動作定值關(guān)系為:Ivol>Ivo2>...>Ivom>Inom，Inom為換流器額定交流電流，Ivol、Ivo2、…、Ivom、Inom均為大于零的實數(shù);m段交流過電流保護的動作延遲關(guān)系為:T1l〈T12〈…〈T1m，T1U T12、…、T1m均為大于等于零的實數(shù)。
[0012]上述PCP層配置η段橋臂過電流保護，每段橋臂過電流保護均通過實時檢測所有橋臂的電流值，并與相應(yīng)的保護定值比較，判斷換流器閥組是否過電流，如檢測到任一橋臂過電流則保護動作閉鎖換流器；其中η為大于等于零的整數(shù)，η段橋臂過電流保護的動作定值關(guān)系為:Ibocl>Iboc2>...>Ibocn>Ibnom，Ibnom為換流器額定交流電流，IbocUIboc2、…、Ibocn、Ibnom均為大于零的實數(shù)；η段橋臂過電流保護的動作延遲關(guān)系為:Tbocl〈Tboc2〈…〈Tbocn，TbocK Tboc2、…、Tbocn 均為大于等于零的實數(shù)。
[0013]上述VBC層配置的換流閥橋臂過電流保護，通過實時檢測流過換流器橋臂閥組的電流值，與設(shè)定的過電流定值Ibrcol進行比較，判斷換流閥橋臂是否過電流，如橋臂過電流持續(xù)一段時間Tbrcol，則保護動作閉鎖該橋臂閥組；Ibol和Tbol均為大于等于零的實數(shù)。
[0014]上述換流器子模塊層配置的IGBT元件過電流保護，實時檢測IGBT導(dǎo)通管壓降來檢測IGBT的故障電流，判斷子模塊導(dǎo)通的IGBT管壓降大于設(shè)定值Vol時，立即閉鎖該子模塊、關(guān)斷故障電流，并通過子模塊機械旁路開關(guān)將子模塊旁路；Vol為大于零的實數(shù)。
[0015]上述各個保護層的過電流保護的保護定值和保護延遲通過反時限保護法相互配合如下，PCP層配置的橋臂過電流保護動作定值為Ibocl...Ibocn、保護動作延遲為Tbocl...Tbocn, VBC層配置的橋臂過電流保護動作定值為Ibrcol、保護動作延遲為Tbrcol,換流器橋臂電流額定值為Ibnom，各保護動作定值配合關(guān)系為:IbrcoDIbocl>Iboc2>…>Ibocn>Ibnom、各保護動作延遲的配合關(guān)系為:Tbrcol〈Tbocl〈Tboc2...〈Tbocn。
[0016]上述換流器過電流保護配置方法適用于采用模塊化結(jié)構(gòu)的電壓源換流器。
[0017]另外本發(fā)明提供一種模塊化多電平換流器的過電流保護配置系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括換流閥交流過電流保護裝置、橋臂過電流保護裝置、子模塊IGBT元件過電流保護裝置，其中，換流閥交流過電流保護裝置配置在直流控制保護PCP層，橋臂過電流保護裝置配置在換流器閥基控制VBC層或者直流控制保護PCP層或者兩層均配置，子模塊IGBT元件過電流保護裝置配置在換流器子模塊層。所述各個保護層的過電流保護的保護定值和保護延遲通過反時限保護法相互配合，對換流器閥組和換流閥元件的過電流進行協(xié)調(diào)保護。
[0018]上述PCP層配置的換流閥交流過電流保護裝置使用m段換流閥交流過電流保護，每段交流過電流保護均通過實時檢測換流器交流端出口處的交流電流值，與相應(yīng)的保護定值比較，判斷換流器閥組是否過電流，如過電流則保護動作閉鎖換流器；其中m為大于零的自然數(shù)，m段交流過電流保護的動作定值關(guān)系為:Ivol>Ivo2>...>Ivom>Inom, Inom為換流器額定交流電流，Ivol、Ivo2、…、Ivom、Inom均為大于零的實數(shù)；m段交流過電流保護的動作延遲關(guān)系為:T1l〈T12〈…〈T1m，T1l、T12、…、T1m均為大于等于零的實數(shù)。
[0019]上述PCP層配置的橋臂過電流保護裝置使用η段橋臂過電流保護，每段橋臂過電流保護均通過實時檢測所有橋臂的電流值，并與相應(yīng)的保護定值比較，判斷換流器閥組是否過電流，如檢測到任一橋臂過電流則保護動作閉鎖換流器；其中η為大于等于零的整數(shù)，η段橋臂過電流保護的動作定值關(guān)系為:Ibocl>Iboc2>...>Ibocn>Ibnom, Ibnom為換流器額定交流電流，Ibocl、Iboc2