專利名稱：一種模塊化多電平換流器閥保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電力電子直流輸電領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平換流器閥保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
模塊化多電平換流器型直流輸電是新一代多電平電壓源換流器直流輸電拓?fù)洌枚鄠€(gè)子模塊串聯(lián)，并采用特定的觸發(fā)方式使橋臂電壓波形逼近正弦，但其三相間的內(nèi)部環(huán)流使得流過(guò)橋臂的正弦電流產(chǎn)生畸變，增大了橋臂電流的峰值，從而提高了對(duì)開關(guān)器件電流容量的要求。柔性直流輸電裝置的換流器由可關(guān)斷器件首先構(gòu)成子模塊，再由子模塊串聯(lián)組成的模塊化多電平換流器。模塊化多電平換流器閥作為柔性直流輸電的核心、關(guān)鍵設(shè)備，保證其安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，不僅是系統(tǒng)對(duì)裝置的要求，更是裝置保護(hù)自身的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種模塊化多電平換流器閥保護(hù)方法，保證模塊化多電平換流閥的可靠運(yùn)行。本發(fā)明提供的一種模塊化多電平換流器閥保護(hù)方法，所述模塊化多電平換流器閥由6個(gè)橋臂組成，所述橋臂包括子模塊，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括以下步驟1)將所述橋臂與橋臂控制主機(jī)的一端連接，所述橋臂控制主機(jī)的另一端與匯總控制主機(jī)連接；2)當(dāng)出現(xiàn)子模塊IGBT或驅(qū)動(dòng)暫時(shí)性故障時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)將子模塊IGBT關(guān)斷；其中所述關(guān)斷的IGBT為出現(xiàn)故障的IGBT。當(dāng)子模塊接收信息故障、子模塊過(guò)壓故障、子模塊欠壓故障、子模塊接收信息時(shí)頻繁校驗(yàn)錯(cuò)和IGBT或驅(qū)動(dòng)頻繁故障時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)將子模塊的旁路開關(guān)閉合；當(dāng)子模塊旁路開關(guān)拒動(dòng)、子模塊旁路數(shù)目過(guò)多時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)對(duì)匯總控制主機(jī)發(fā)送跳間請(qǐng)求；當(dāng)橋臂控制主機(jī)接收信息超時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)對(duì)總控制主機(jī)發(fā)送系統(tǒng)切換請(qǐng)求；當(dāng)橋臂電流過(guò)大時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)對(duì)匯總控制主機(jī)發(fā)送伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求；3)執(zhí)行步驟2~)后，故障仍存在時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)將子模塊的旁路開關(guān)閉合， 并將故障信號(hào)匯總發(fā)送給匯總控制主機(jī)；4)匯總控制主機(jī)通過(guò)橋臂控制主機(jī)的反饋信息以及橋臂電流值，進(jìn)行對(duì)橋臂跳閘請(qǐng)求、伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求和系統(tǒng)切換請(qǐng)求的判斷，并執(zhí)行橋臂跳閘或伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘或整體將閥斷開的系統(tǒng)切換。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2~)的所述暫時(shí)性故障是指故障不連續(xù)發(fā)生2次以上。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2~)的所述匯總控制主機(jī)接收信息超時(shí)是指連續(xù)2次以上接收不到反饋信號(hào)。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2~)的所述橋臂電流過(guò)大是指超過(guò)晶閘管電流設(shè)定的最大值。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2~)的所述子模塊旁路數(shù)目過(guò)多是指子模塊數(shù)目超過(guò)設(shè)定冗余數(shù)。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2~)的所述子模塊接收信息故障是指子模塊接不到信號(hào)。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2)的所述伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求是申請(qǐng)?zhí)_換流器的斷路器同時(shí)開通每個(gè)子模塊的晶閘管。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述步驟2、的所述橋臂跳閘是指斷開閥開關(guān)。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選方案的保護(hù)方法，其改進(jìn)之處在于，所述橋臂控制主機(jī)和匯總控制主機(jī)均為閥基控制設(shè)備；所述閥基控制設(shè)備包括電源、接口板和中央處理器。電源、接口板和中央處理器通過(guò)背板和光纖連接。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明所提出的分層控制保護(hù)的方法將換流閥的保護(hù)范圍分工明確，責(zé)任清晰， 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠。本發(fā)明所提出的基于橋臂控制主機(jī)和上層匯總控制主機(jī)的保護(hù)方案能夠在較大程度上保證模塊化多電平換流閥的可靠運(yùn)行，將少量個(gè)體故障對(duì)整個(gè)閥運(yùn)行造成的不利影響降到最低。本發(fā)明通過(guò)采用雙冗余保護(hù)系統(tǒng)提高了二次保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)上層匯總控制主機(jī)與多橋臂控制主機(jī)的分層保護(hù)構(gòu)架明晰了保護(hù)分工，利用橋臂控制主機(jī)對(duì)模塊返回故障信息控制程度得出判斷類型來(lái)完成閥橋臂保護(hù)，通過(guò)上層匯總控制主機(jī)進(jìn)行匯總和整體保護(hù)，最終使整個(gè)模塊化多電平換流器閥的安全性與可靠性得到提升。


圖1 本發(fā)明提供的換流器的示意圖；圖2 本發(fā)明提出的子模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。為了保證一次設(shè)備不因?yàn)槎卧O(shè)備的故障而停運(yùn)或失控，本方案提出了兩套控制保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)熱備用的保護(hù)方案，即由兩套橋臂控制主機(jī)和匯總控制主機(jī)分別構(gòu)成A和B 兩套控制保護(hù)系統(tǒng)。兩系統(tǒng)一主一從，不相互影響，相互獨(dú)立的去完成本系統(tǒng)的故障判斷。 兩套系統(tǒng)的地位相同，開機(jī)時(shí)隨機(jī)或人為選取一套作為主。以其中一套作為本實(shí)施方式進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，QFl為斷路器，連接電網(wǎng)電壓和換流器，換流器需要接電抗器(圖1中
4類似于電感符號(hào)的符號(hào))與電網(wǎng)相連。模塊化多電平換流器閥由6個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂可以看做一個(gè)單位，每個(gè)橋臂由子模塊串聯(lián)而成，橋臂上的子模塊的數(shù)量根據(jù)工程需要不同而會(huì)有不同，圖中用虛線省略了部分子模塊。每個(gè)橋臂由單獨(dú)的控制主機(jī)完成本橋臂的子模塊的故障檢測(cè)以及保護(hù)，6個(gè)橋臂控制主機(jī)上層由一個(gè)匯總控制主機(jī)完成6個(gè)橋臂故障匯總以及整體閥保護(hù)。如圖2所示，子模塊的包括2個(gè)帶反并聯(lián)二極管的IGBT、1個(gè)晶閘管、1個(gè)旁路開關(guān)?？刂浦鳈C(jī)為稱閥基控制設(shè)備。閥基控制設(shè)備包括電源、接口板和中央處理器。電源、接口板和中央處理器通過(guò)背板和光纖連接。接口板負(fù)責(zé)連接子模塊。每個(gè)橋臂各自有一個(gè)控制主機(jī)完成本橋臂的保護(hù)，每個(gè)控制主機(jī)根據(jù)故障類型做出判斷，判斷結(jié)果分為以下四類第一類是閉鎖子模塊，即將子模塊上下IGBT全部關(guān)斷；第二類是旁路子模塊，即將子模塊的旁路開關(guān)閉合使其不在影響換流器；第三類是跳間請(qǐng)求， 即申請(qǐng)?zhí)_換流器的進(jìn)線斷路器；第四類是系統(tǒng)切換請(qǐng)求，即采用冗余的控制保護(hù)系統(tǒng)。具體判斷方式如下第一類包括以下故障子模塊IGBT或驅(qū)動(dòng)短時(shí)故障；第二類包括以下故障子模塊接收信息故障，子模塊過(guò)壓故障、子模塊欠壓故障、子模塊接收信息時(shí)頻繁校驗(yàn)錯(cuò)、IGBT 或驅(qū)動(dòng)頻繁故障；第三類包括以下故障子模塊旁路開關(guān)拒動(dòng)、子模塊旁路數(shù)目過(guò)多，第四類故障包括以下故障橋臂控制主機(jī)接收上層信息超時(shí)。對(duì)于暫時(shí)性的IGBT或驅(qū)動(dòng)短時(shí)故障的子模塊采取閉鎖子模塊的保護(hù)方法，這樣的模塊依然屬于換流器的一部分，只要不連續(xù)2次出現(xiàn)此故障，依然可以繼續(xù)使用。對(duì)于已確定模塊故障無(wú)法使用或無(wú)法準(zhǔn)確知道其狀態(tài)的子模塊，采取旁路子模塊的保護(hù)方法，被旁路的子模塊會(huì)不在對(duì)換流器有影響，換流器可以不受影響繼續(xù)運(yùn)行；對(duì)于旁路子模塊數(shù)目超過(guò)設(shè)定冗余數(shù)或者子模塊旁路開關(guān)拒動(dòng)等情況采取發(fā)跳間請(qǐng)求的保護(hù)方法，因?yàn)榇藭r(shí)所剩下的子模塊數(shù)已經(jīng)不能完全滿足變流器工作的最低要求。一旦跳間請(qǐng)求被相應(yīng)，各橋臂所有可控的子模塊將處于閉鎖狀態(tài)，即兩IGBT均關(guān)斷狀態(tài)。對(duì)于當(dāng)前控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障情況，采取發(fā)出系統(tǒng)切換請(qǐng)求的方法。上層匯總控制主機(jī)與各個(gè)橋臂控制主機(jī)進(jìn)行通信，以便獲知各個(gè)橋臂的故障情況，據(jù)此對(duì)換流閥的全局故障予以處理，此外上層匯總主機(jī)的控制器通過(guò)檢測(cè)橋臂電流傳感器的電流反饋值完成橋臂的過(guò)流保護(hù)。上層匯總主機(jī)的控制器通過(guò)橋臂控制主機(jī)的反饋信息以及橋臂電流值，將故障判斷結(jié)果分為以下三類第一類普通跳閘請(qǐng)求，即申請(qǐng)?zhí)_換流器的進(jìn)線斷路器，此類包括以下具體故障橋臂控制主機(jī)有跳間請(qǐng)求；第二類是伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求，即申請(qǐng)?zhí)_換流器的進(jìn)線斷路器同時(shí)開通每個(gè)子模塊的晶閘管，此類包括以下具體故障橋臂電流過(guò)大；第三類是系統(tǒng)切換請(qǐng)求，此類包括以下具體故障橋臂控制主機(jī)的切換請(qǐng)求、接收上層時(shí)出現(xiàn)通信超時(shí)。上層匯總控制主機(jī)對(duì)于橋臂控制主機(jī)的普通跳閘請(qǐng)求予以上傳。此外如發(fā)現(xiàn)橋臂過(guò)流會(huì)發(fā)送跳間請(qǐng)求的同時(shí)下發(fā)子模塊晶間管觸發(fā)命令，以便保證閉鎖情況下二極管不被損壞。對(duì)于當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障情況，采取發(fā)出系統(tǒng)切換請(qǐng)求的方法，以便將系統(tǒng)切換到無(wú)故障的系統(tǒng)工作。最后應(yīng)該說(shuō)明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種模塊化多電平換流器閥保護(hù)方法，所述模塊化多電平換流器閥由6個(gè)橋臂組成，所述橋臂包括子模塊，其特征在于，所述方法包括以下步驟1)將所述橋臂與橋臂控制主機(jī)的一端連接，所述橋臂控制主機(jī)的另一端與匯總控制主機(jī)連接；2)當(dāng)出現(xiàn)子模塊IGBT或驅(qū)動(dòng)暫時(shí)性故障時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)將子模塊IGBT關(guān)斷； 當(dāng)子模塊接收信息故障、子模塊過(guò)壓故障、子模塊欠壓故障、子模塊接收信息時(shí)頻繁校驗(yàn)錯(cuò)和IGBT或驅(qū)動(dòng)頻繁故障時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)將子模塊的旁路開關(guān)閉合；當(dāng)子模塊旁路開關(guān)拒動(dòng)、子模塊旁路數(shù)目過(guò)多時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)對(duì)匯總控制主機(jī)發(fā)送跳閘請(qǐng)求；當(dāng)橋臂控制主機(jī)接收信息超時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)對(duì)總控制主機(jī)發(fā)送系統(tǒng)切換請(qǐng)求； 當(dāng)橋臂電流過(guò)大時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)對(duì)匯總控制主機(jī)發(fā)送伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求；3)執(zhí)行步驟2)后，故障仍存在時(shí)，所述橋臂控制主機(jī)將子模塊的旁路開關(guān)閉合，并將故障信號(hào)匯總發(fā)送給匯總控制主機(jī)；4)匯總控制主機(jī)通過(guò)橋臂控制主機(jī)的反饋信息以及橋臂電流值，進(jìn)行對(duì)橋臂跳閘請(qǐng)求、伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求和系統(tǒng)切換請(qǐng)求的判斷，并執(zhí)行橋臂跳閘或伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘或整體將閥斷開的系統(tǒng)切換。
2.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述暫時(shí)性故障是指故障不連續(xù)發(fā)生2次以上。
3.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述匯總控制主機(jī)接收信息超時(shí)是指連續(xù)2次以上接收不到反饋信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述橋臂電流過(guò)大是指超過(guò)橋臂電流設(shè)定的最大值。
5.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述子模塊旁路數(shù)目過(guò)多是指子模塊數(shù)目超過(guò)設(shè)定冗余數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述子模塊接收信息故障是指子模塊接不到信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述伴隨晶閘管觸發(fā)的跳閘請(qǐng)求是申請(qǐng)?zhí)_換流器的斷路器同時(shí)開通每個(gè)子模塊的晶閘管。
8.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述步驟2)的所述橋臂跳閘是指斷開閥斷路器。
9.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)方法，其特征在于，所述橋臂控制主機(jī)和匯總控制主機(jī)均為閥基控制設(shè)備；所述閥基控制設(shè)備包括電源、接口板和中央處理器。電源、接口板和中央處理器通過(guò)背板和光纖連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種模塊化多電平換流器閥保護(hù)方法，模塊化多電平換流器閥由6個(gè)橋臂組成，橋臂包括子模塊，1個(gè)橋臂由1個(gè)控制主機(jī)控制，6個(gè)控制主機(jī)由1個(gè)匯總控制主機(jī)控制，本發(fā)明方法由橋臂實(shí)現(xiàn)閉鎖子模塊、旁路子模塊、跳閘請(qǐng)求和系統(tǒng)切換請(qǐng)求和匯總控制主機(jī)實(shí)現(xiàn)匯總控制主機(jī)響應(yīng)。本發(fā)明通過(guò)采用雙冗余保護(hù)方法提高了二次保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)上層匯總控制主機(jī)與多橋臂控制主機(jī)的分層保護(hù)構(gòu)架明晰了保護(hù)分工，最終使整個(gè)模塊化多電平換流器閥的安全性與可靠性得到提升。
文檔編號(hào)H02H7/10GK102170110SQ201110063130
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者張新剛, 楊岳峰, 王韌秋, 謝敏華, 賀之淵, 高陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院