一種模塊化多電平換流器的過(guò)電流保護(hù)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(guò)電流保護(hù)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(dú)立調(diào)節(jié)有功和無(wú)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(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]模塊化多電平換流器(MMC)的閥臂由多個(gè)子模塊組成，通過(guò)多個(gè)子模塊輸出電平的疊加輸出正弦波信號(hào)，具有開關(guān)頻率降低、損耗低、諧波小等優(yōu)點(diǎn)，易于拓展至更高電壓等級(jí)，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(duì)于變壓器、電抗器、線路等設(shè)備對(duì)過(guò)電流異常敏感。
[0004]在實(shí)際MMC拓?fù)渲校捎诠收衔恢玫牟煌?，產(chǎn)生故障電流大小不同，故障電流、對(duì)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(shí)，由于閥臂多個(gè)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(dá)到IkA/ μ s，大小超過(guò)50kA，對(duì)閥組威脅極大，所以需要通過(guò)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(guò)額定兩倍的故障電流，持續(xù)超過(guò)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(jí)的過(guò)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(hù)系統(tǒng)在閥組本體保護(hù)中的作用受到了很大限制。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)相比有很大的區(qū)別。
[0006]對(duì)MMC換流器過(guò)電流保護(hù)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(shí)間內(nèi)迅速切斷故障電流；經(jīng)過(guò)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(shí)間內(nèi)采取保護(hù)措施，否則將會(huì)超過(guò)IGBT允許的最大電流或允許的故障電流時(shí)間；對(duì)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(duì)閥組威脅小，保護(hù)動(dòng)作速度要求不高，對(duì)于臨時(shí)性故障需要維持換流器的持續(xù)運(yùn)行。
[0007]因此，需要針對(duì)MMC換流器閥組的特點(diǎn)，制定一種更為快速有效的過(guò)電流保護(hù)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(jìn)行保護(hù)動(dòng)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(guò)電流保護(hù)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(shí)，均能可靠的動(dòng)作，保護(hù)換流閥模塊不受過(guò)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(dá)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(guò)電流保護(hù)配置方法，該保護(hù)配置方法在直流控制保護(hù)PCP層配置換流閥交流過(guò)電流保護(hù)或者換流閥橋臂過(guò)電流保護(hù)或者均配置、在換流器閥基控制VBC層配置換流閥橋臂過(guò)電流保護(hù)、在換流器子模塊層配置IGBT元件過(guò)電流保護(hù)；所述各個(gè)保護(hù)層的過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)定值和保護(hù)延遲通過(guò)反時(shí)限保護(hù)法相互配合，對(duì)換流器閥組和換流閥元件的過(guò)電流進(jìn)行協(xié)調(diào)保護(hù)。
[0011]上述PCP層配置m段換流閥交流過(guò)電流保護(hù)，每段交流過(guò)電流保護(hù)均通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)換流器交流端出口處的交流電流值，與相應(yīng)的保護(hù)定值比較，判斷換流器閥組是否過(guò)電流，如過(guò)電流則保護(hù)動(dòng)作閉鎖換流器；其中m為大于零的自然數(shù)，m段交流過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)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(shí)數(shù);m段交流過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作延遲關(guān)系為:T1l〈T12〈…〈T1m，T1U T12、…、T1m均為大于等于零的實(shí)數(shù)。
[0012]上述PCP層配置η段橋臂過(guò)電流保護(hù)，每段橋臂過(guò)電流保護(hù)均通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)所有橋臂的電流值，并與相應(yīng)的保護(hù)定值比較，判斷換流器閥組是否過(guò)電流，如檢測(cè)到任一橋臂過(guò)電流則保護(hù)動(dòng)作閉鎖換流器；其中η為大于等于零的整數(shù)，η段橋臂過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)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(shí)數(shù)；η段橋臂過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作延遲關(guān)系為:Tbocl〈Tboc2〈…〈Tbocn，TbocK Tboc2、…、Tbocn 均為大于等于零的實(shí)數(shù)。
[0013]上述VBC層配置的換流閥橋臂過(guò)電流保護(hù)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)流過(guò)換流器橋臂閥組的電流值，與設(shè)定的過(guò)電流定值Ibrcol進(jìn)行比較，判斷換流閥橋臂是否過(guò)電流，如橋臂過(guò)電流持續(xù)一段時(shí)間Tbrcol，則保護(hù)動(dòng)作閉鎖該橋臂閥組；Ibol和Tbol均為大于等于零的實(shí)數(shù)。
[0014]上述換流器子模塊層配置的IGBT元件過(guò)電流保護(hù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT導(dǎo)通管壓降來(lái)檢測(cè)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(shí)，立即閉鎖該子模塊、關(guān)斷故障電流，并通過(guò)子模塊機(jī)械旁路開關(guān)將子模塊旁路；Vol為大于零的實(shí)數(shù)。
[0015]上述各個(gè)保護(hù)層的過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)定值和保護(hù)延遲通過(guò)反時(shí)限保護(hù)法相互配合如下，PCP層配置的橋臂過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作定值為Ibocl...Ibocn、保護(hù)動(dòng)作延遲為Tbocl...Tbocn, VBC層配置的橋臂過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作定值為Ibrcol、保護(hù)動(dòng)作延遲為Tbrcol,換流器橋臂電流額定值為Ibnom，各保護(hù)動(dòng)作定值配合關(guān)系為:IbrcoDIbocl>Iboc2>…>Ibocn>Ibnom、各保護(hù)動(dòng)作延遲的配合關(guān)系為:Tbrcol〈Tbocl〈Tboc2...〈Tbocn。
[0016]上述換流器過(guò)電流保護(hù)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(guò)電流保護(hù)配置系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括換流閥交流過(guò)電流保護(hù)裝置、橋臂過(guò)電流保護(hù)裝置、子模塊IGBT元件過(guò)電流保護(hù)裝置，其中，換流閥交流過(guò)電流保護(hù)裝置配置在直流控制保護(hù)PCP層，橋臂過(guò)電流保護(hù)裝置配置在換流器閥基控制VBC層或者直流控制保護(hù)PCP層或者兩層均配置，子模塊IGBT元件過(guò)電流保護(hù)裝置配置在換流器子模塊層。所述各個(gè)保護(hù)層的過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)定值和保護(hù)延遲通過(guò)反時(shí)限保護(hù)法相互配合，對(duì)換流器閥組和換流閥元件的過(guò)電流進(jìn)行協(xié)調(diào)保護(hù)。
[0018]上述PCP層配置的換流閥交流過(guò)電流保護(hù)裝置使用m段換流閥交流過(guò)電流保護(hù)，每段交流過(guò)電流保護(hù)均通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)換流器交流端出口處的交流電流值，與相應(yīng)的保護(hù)定值比較，判斷換流器閥組是否過(guò)電流，如過(guò)電流則保護(hù)動(dòng)作閉鎖換流器；其中m為大于零的自然數(shù)，m段交流過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)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(shí)數(shù)；m段交流過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作延遲關(guān)系為:T1l〈T12〈…〈T1m，T1l、T12、…、T1m均為大于等于零的實(shí)數(shù)。
[0019]上述PCP層配置的橋臂過(guò)電流保護(hù)裝置使用η段橋臂過(guò)電流保護(hù)，每段橋臂過(guò)電流保護(hù)均通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)所有橋臂的電流值，并與相應(yīng)的保護(hù)定值比較，判斷換流器閥組是否過(guò)電流，如檢測(cè)到任一橋臂過(guò)電流則保護(hù)動(dòng)作閉鎖換流器；其中η為大于等于零的整數(shù)，η段橋臂過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作定值關(guān)系為:Ibocl>Iboc2>...>Ibocn>Ibnom, Ibnom為換流器額定交流電流，Ibocl、Iboc2