一種模塊化多電平換流器保護方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力系統中柔性輸電技術領域，具體涉及一種模塊化多電平換流器的保護方法。
【背景技術】
[0002]柔性直流輸電采用電壓源換流器，可以獨立調節有功和無功的傳輸、提高交流系統的輸電能力，易于構成多端直流輸電系統，在可再生能源的發電并網、孤島城市供電以及交流系統互聯等應用領域，具有明顯的競爭力。
[0003]柔性直流輸電控制保護設備以及閥控電子設備，是對多電平換流器進行控制和保護的設備，控制的目的是滿足柔性直流輸電換流站的運行要求。
[0004]柔性直流輸電系統換流器多采用模塊化多電平換流器(MMC)技術，如圖1，為模塊化多電平柔性直流輸電系統單站圖，SM是子模塊，閥控電子設備用于和閥模塊控制單元SMC連接，PCP裝置和閥控電子設備連接。該換流器橋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，具有開關頻率降低、損耗低、諧波小等優點，易于拓展至更高電壓等級，是目前柔性直流輸電研究應用的主要方向。在實際MMC拓撲中，由于故障位置的不同，產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。尤其出現閥臂內部短路故障時，由于閥臂多個子模塊的電容電壓經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器件的安全工作區限定了超過額定兩倍的故障電流，持續超過10μ S，器件就不能保證可靠關斷。兩倍的故障電流，持續Ims就可能導致器件損壞。微秒級的過電壓脈沖就可能造成IGBT的徹底損壞。上述因素，導致直流控制保護系統在閥組本體保護中的作用受到了很大限制。這一點與傳統直流輸電系統相比有很大的區別。需要針對MMC換流器閥組的特點，制定更為快速有效的過流保護策略。
[0006]閥控電子設備控制周期短，通信環節少，可以快速處理量測系統和子模塊的數據，最短保護延時可以控制在150μ s以內，能夠滿足快速保護的需求。因此需要制定一種更為快速有效的方法，能夠在系統擾動和橋臂出現短路故障時，防止橋臂過電流損壞閥，提高換流器的可靠性。
【發明內容】
[0007]本發明的目的，在于提供一種模塊化多電平換流器保護方法及系統，通過檢測橋臂電流大小，臨時閉鎖脈沖方法保護換流閥器件免受瞬時過流損壞器件，同時將該臨時閉鎖信號送上一級控制系統，上一級控制系統對收到的臨時閉鎖信號進行計次或者延時，決定系統繼續維持運行或者跳閘。解決模塊化多電平換流器運行中由于暫態擾動引起橋臂過流，導致系統停運問題。
[0008]為了達到上述目的，本發明的解決方案是:
[0009]一種模塊化多電平換流器保護方法，其特征在于，在閥控電子設備中配置橋臂過流檢測，所述閥控電子設備實時監視采集橋臂電流大小判斷是否發生過流，若發生過流時，閉鎖換流器脈沖一段時間t2，檢測到橋臂電流小于Iset2時再次解鎖換流器，同時上傳臨時閉鎖信號給上一級控制系統，如果所述閥控電子設備再次檢測到橋臂過流，重復閉鎖一段時間再次解鎖，由上一級控制系統根據收到閥控電子設備臨時閉鎖次數或時間，決定是否永久閉鎖整個換流器，并且跳開進線開關。
[0010]上述方案中，所述發生過流指:所述電流超過定值Isetl并經過一段時間延時tl。
[0011]上述方案中，Isetl取值 1.01 ?10.0p.u.，Iset2 取值 0.0 ?0.99Isetl，tl 取值O ?5000us, t2 取值 O ?Is0
[0012]上述方案中，由上一級控制系統根據收到閥控電子設備臨時閉鎖次數，決定是否永久閉鎖整個換流器，并且跳開進線開關，具體是指，上一級控制系統根據收到閥控電子設備臨時閉鎖信號，對該信號進行計數，當超過一定次數定值N后，發出永久閉鎖信號到閥控電子設備，閥控電子設備收到后閉鎖整個換流器，并且跳開進線開關；計數定值N取為0-100之間的整數。
[0013]上述方案中，由上一級控制系統根據收到閥控電子設備臨時閉鎖時間，決定是否永久閉鎖整個換流器，并且跳開進線開關，具體是指，上一級控制系統根據收到閥控電子設備臨時閉鎖信號，對該信號進行t3時間的展寬，當展寬后的信號超過一定時間t4后，發出永久閉鎖信號到閥控電子設備，閥控電子設備收到后閉鎖整個換流器，并且跳開進線開關；t3 取值 O ?100ms，t4 取值 O ?1000ms，t3〈t4。
[0014]上述方案中，保護方法還包括在閥控電子設備中設置兩路獨立檢測橋臂過流保護邏輯，所述兩路邏輯分別在兩套獨立的高速處理器中執行，相應地，所述監視橋臂電流大小判斷是否發生過流包括如下步驟:
[0015](bl)閥控電子設備中兩路高速處理器按照各自運行周期采樣橋臂電流，如果有任何一路檢測到橋臂過流，進入步驟(b2)，否則重復步驟(bl)；
[0016](b2)所述檢測到橋臂過流的處理器將所述檢測結果發往另外一路處理器，每一路處理器比較檢測結果和接收的另外一路處理器發送的橋臂過流檢測結果，如果檢測結果不一致，發出檢測不一致報警信號，該報警信號上送上一級控制系統，回到步驟(bl)，如果檢測結果一致，則判斷為發生過流，進入步驟(b3)；
[0017](b3)該閥控電子設備臨時閉鎖脈沖一段時間后重新觸發脈沖，閉鎖脈沖瞬間將臨時閉鎖信號上送上一級控制系統控制保護系統，回到步驟(bl)；
[0018]在以上步驟中，任何時刻收到上一級控制系統發送的閉鎖信號，閥控電子設備立即閉鎖脈沖，停止過流檢測，直到上一級控制系統發送解鎖信號后，再回到步驟(bl)。
[0019]利用本發明的方法可以保護換流閥器件免受瞬時過流損壞器件，同時也能通過這種方法讓柔性直流輸電系統躲過橋臂瞬時故障或者交流系統擾動引起的短時過流，繼續維持運行，從而可以提高柔性直流換流器的運行可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1是為模塊化多電平柔性直流輸電系統單站圖；
[0021]圖2是本發明模塊化多電平換流器的閥控電子設備橋臂過電流保護邏輯；
[0022]圖3是本發明上一級控制系統過電流保護邏輯。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0024]如圖2所