柔直輸電架空線路防止子模塊過流的主接線方法與流程

2024-03-22 20:08:05 1

本發明涉及電力技術領域，特別涉及一種柔直輸電架空線路防止子模塊過流的主接線方法，在直流側故障時避免橋臂電感放電對器件造成損壞。

背景技術：

2001年，模塊化多電平換流器由德國學者r.marquardt和a.lesnicar提出，推動了高壓直流輸電技術的發展。迄今為止，我國柔性直流輸電技術發展迅速，已投運的示範性工程包括：上海南匯示範工程、南澳工程、舟山工程和廈門工程等。上述工程均採用直流電纜輸電，但與架空線相比，電纜造價高，並且故障多為永久性，不便於檢修和維護。所以，將柔性直流輸電技術向架空線輸電領域擴展是電網未來發展的一個趨勢。此外，隨著新能源電力需求不斷增長，真雙極結構的mmc-hvdc系統在高電壓、大容量的輸電場合發揮了較大的優勢。目前，即將建設的張北500kv柔直工程便採用架空線輸電，其換流站拓撲為真雙極結構。

當發生故障時，換流器閉鎖後交流側注入的故障電流以及橋臂電感的續流電流依然存在，這對開關器件有非常不利的影響，尤其是當接地電阻較小時，電感電流衰減較慢，會導致器件承受長時間的過電流，並且延長故障清除時間。如何限制故障電流，避免過電流對器件造成損壞以及如何加速直流側電流衰減，使系統儘快恢復正常運行，是目前亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種柔直輸電架空線路防止子模塊過流的主接線方法，解決了現有技術存在的上述問題。本發明限制故障電流，避免過電流對換流器件造成損壞以及加速直流側電流衰減，使系統儘快恢復正常運行。在傳統直流側故障保護方法的基礎上添加了橋臂旁路，降低各橋臂電感放電對子模塊造成的不利影響。通過添加橋臂旁路，避免橋臂電感放電對器件造成損壞，並加速直流電流衰減，使系統儘快恢復正常運行。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

柔直輸電架空線路防止子模塊過流的主接線方法，在mmc換流器各相的上下橋臂之間設置一條由旁路晶閘管和旁路電阻串聯構成的橋臂旁路，橋臂旁路中的兩個旁路晶閘管採用反向並聯的形式，以保證橋臂旁路中的電流能夠雙向流通；各相上下橋臂電感儲存的能量通過橋臂旁路電路進行釋放，故障電流通過電阻衰減，減小了流入子模塊的電流，避免過電流對換流器件造成損壞，加速直流側電流衰減。

換流站正常運行時，旁路晶閘管處於關斷狀態，橋臂旁路不起作用；檢測到直流雙極短路故障後，立即閉鎖igbt；若換流站工作在整流模式，觸發晶閘管tp1，若換流站工作在逆變模式，觸發晶閘管tp2；兩個旁路晶閘管中只有一個處於導通狀態，另一個仍處於關斷狀態。

橋臂電感的放電路徑有兩條：一條是通過子模塊二極體和直流側短路點放電，另一條是通過旁路晶閘管和旁路電阻放電。

所述的旁路電阻的上限值根據最小接地電阻來確定，下限值配合橋臂電感的取值來確定。

本發明的有益效果在於：在換流器各相上下橋臂間增加旁路，降低各橋臂電感放電對子模塊造成的不利影響。當發生故障時，通過旁路的分流作用，限制流入子模塊的故障電流，避免過電流對換流器件造成損壞；由於旁路電阻的存在，加速了直流側電流衰減，使系統儘快恢復到正常運行狀態。並給出了旁路電阻阻值的取值方法，防止旁路電阻過大過小。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成

本技術：
的一部分，本發明的示意性實例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。

圖1為本發明的帶橋臂旁路的mmc結構示意圖；

圖2為本發明的單相橋臂電感放電通路；

圖3為本發明的故障清除的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發明的詳細內容及其具體實施方式。

參見圖1至圖3所示，本發明的柔直輸電架空線路防止子模塊過流的主接線方法，在mmc換流器各相的上下橋臂之間設置一條由旁路晶閘管和旁路電阻串聯構成的橋臂旁路，橋臂旁路中的兩個旁路晶閘管採用反向並聯的形式，以保證橋臂旁路中的電流能夠雙向流通；各相上下橋臂電感儲存的能量通過橋臂旁路電路進行釋放，故障電流通過電阻衰減，減小了流入子模塊的電流，避免過電流對換流器件造成損壞，加速直流側電流衰減。

參見圖1所示，換流站正常運行時，旁路晶閘管處於關斷狀態，橋臂旁路不起作用。檢測到直流雙極短路故障後，立即閉鎖igbt。若換流站工作在整流模式，觸發晶閘管tp1，若換流站工作在逆變模式，觸發晶閘管tp2。兩個旁路晶閘管中只有一個處於導通狀態，另一個仍處於關斷狀態。

參見圖2所示，橋臂電感的放電路徑有兩條：一條是通過子模塊二極體和直流側短路點放電，另一條是通過旁路晶閘管和旁路電阻放電。選擇較小的旁路電阻rp，可以使電感電流大部分從橋臂旁路流過，從而減小流過子模塊的故障電流，對器件起到故障保護作用。

交流斷路器跳閘後，各橋臂電感繼續通過上述兩條路徑進行放電，由於橋臂旁路的分流作用，直流故障電流衰減為零的時間大幅降低，進而縮短了故障恢復時間。在故障點電弧熄滅並且周圍介質再次恢復絕緣後，交流斷路器可進行重合閘。由於旁路電阻的存在，橋臂旁路電流也不斷衰減，當其衰減到旁路晶閘管的維持電流以下時，旁路晶閘管自行關斷。整個故障清除的流程如圖3所示。

在旁路電阻的選取上，若從保護子模塊的角度來看，旁路電阻越小，橋臂旁路電流越大，子模塊的故障電流越小，越有利於保護子模塊。但若旁路電阻的取值過小，橋臂旁路電流衰減緩慢，旁路晶閘管承受長時間過電流，可能因過熱而燒壞。所以，在實際工程中應綜合考慮上述兩方面因素來選取旁路電阻，旁路電阻的上限值可根據最小接地電阻來確定，下限值需要配合橋臂電感的取值來確定。

以上所述僅為本發明的優選實例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡對本發明所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。