CN104467393A - 一种防止子模块电容过电压的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，应用于模块化多电平换流器组成的柔性直流输电***。此装置由至少一个晶闸管和至少一个电阻串联形成，并联在换流阀的交流侧母线和大地之间，或者直流侧母线和大地之间，或者同时安装在上述两个地方。其通过触发导通晶闸管，防止交流侧或直流侧残余电压给子模块电容不控充电的过程造成子模块电容过电压。本装置可以根据工程需要确定安装个数与地点，根据不同的防止子模块过电压策略来决定触发导通哪些装置。

Description

一种防止子模块电容过电压的装置
技术领域
本发明属于柔性直流输电领域，特别涉及一种防止子模块电容过电压的装置。
背景技术
柔性直流输电采用电压源型换流器，可以独立、快速控制控制有功功率和无功功率，从而提高***的稳定性，抑制***频率和电压的波动，提高并网交流***的稳态性能。模块化多电平换流器不需要开关器件直接串联，并且通过多电平技术可以获得优异的谐波性能和损耗性能，在柔性直流输电领域是一种最有应用潜质的电压源换流器拓扑结构。
为了减少直流线路发生故障的概率，现有的柔性直流输电工程的传输线路一般采用海缆或陆缆进行换流站的互联，但为了提高直流电压等级、节省输电线路的造价，采用架空线路成为一种改进方向。当直流输电线路采用架空线时，雷击等原因可能导致线路杆塔等的过电压击穿，发生直流线路短路故障。
在换流阀的交流侧，由于架空线路的存在，同样会发生架空线的短路故障。
当故障发生后，故障站的换流阀立即闭锁并发出跳闸命令，其它各站经过站间通讯或者电气量监测也随之闭锁并跳闸。由于各站闭锁延时和跳闸延时的存在，会出现这种状态：故障站换流阀闭锁后，交流母线或者直流母线仍存在残余电压。该残余电压可能会通过开关器件反并联二极管向子模块电容充电，充电过程可能导致子模块电容过电压。
由上所述，闭锁时交流侧和直流侧的残余电压会使子模块电容严重过电压。现有技术中有的方案仅对雷电过电压和操作过电压的保护方法以及避雷器的配置策略进行了阐述，并未能解决换流阀子模块过电压的问题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种防止子模块电容过电压的装置，其通过将母线经电阻对地放电来降低换流阀闭锁期间的母线残余电压，从而防止直流电压和交流电压的偏置导致的电压差对桥臂子模块电容充电致使子模块过电压。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：包括至少一个晶闸管和至少一个电阻，所述至少一个晶闸管和至少一个电阻采用串联方式连接；
所述装置并联接在换流阀的直流侧母线与大地之间或者交流侧母线与大地之间，或者同时安装在上述两个地方；
所述装置的晶闸管在换流阀正常充电、解锁过程中保持为截止状态，不影响柔性直流输电***的正常运行；在***发生故障，换流阀闭锁后，触发导通所述晶闸管，快速降低母线残留电压，防止换流阀子模块电容过电压；
所述装置应用在模块化多电平换流器组成的柔性直流输电***中。
上述方案中：所述晶闸管是单个晶闸管，或者是多个晶闸管串联和/或并联。
上述方案中：所述电阻是单个电阻，或者是多个电阻串联和/或并联。
上述方案中：所述直流侧母线包括所述换流阀正极母线和所述换流阀负极母线。
上述方案中：所述交流侧母线包括换流阀交流A相母线、B相母线和C相母线。
上述方案中：***发生故障时，所述装置中所有的晶闸管同时被触发导通。
上述方案中：构成桥臂的子模块是以下一种或多种：半桥型、全桥型、类全桥型，箝位双子模块型，或者是上述拓扑的改进类型。
上述方案中：构成子模块的开关器件是全控型开关器件，所述全控型开关器件采用IGBT、IGCT、IEGT或GTO。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
1)本发明提供的一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，结构简单，安装方便，具有较高的经济性；
2)本发明提供的一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，在柔性直流输电***的正常运行期间不投入使用，不影响柔性直流输电***的正常运行性能；
3)本发明提供的一种换流阀保护闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，能在换流阀故障闭锁期间形成母线电压放电通路，快速降低母线残余电压，防止子模块电容过电压。
附图说明
图1一种单个晶闸管的防止子模块过电压装置结构示意图；
图2一种多个晶闸管的防止子模块过电压装置结构示意图；
图3故障闭锁期间防止子模块过电压装置安装于换流站直流侧结构示意图；
图4故障闭锁期间防止子模块过电压装置安装于换流站交流侧结构示意图；
图5故障闭锁期间防止子模块过电压装置同时安装于换流站直流侧与交流侧结构示意图；
图6换流阀子模块组结构示意图；
图7全桥型子模块结构示意图；
图8半桥型子模块结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种换流阀闭锁期间防止子模块电容过电压的装置，包括至少一个晶闸管和一个电阻，所述晶闸管和所述电阻串联而成。所述装置安装于换流站的直流母线与大地之间或者交流母线与大地之间。
图1所示为一种单晶闸管的防止子模块过电压装置结构示意图，包含第一并联端子1用于连接柔性直流输电***母线和所述装置的一端，第二并联端子2用于连接所述装置的另一端和大地。所述的晶闸管4的阴极与电阻5串联于2。常规运行时晶闸管4保持为截止状态，对外呈现出截止电阻，与电阻5串联形成高阻支路。所述电阻5可以是单个电阻，也可以由多个电阻串联而成。在换流阀保护闭锁期间，晶闸管4被触发导通，其等效电阻迅速降至低阻，母线经过电阻5对地放电。
图2所示为一种多晶闸管的防止子模块过电压装置结构示意图，包含第一并联端子1用于连接柔性直流输电***母线和所述装置的一端，第二并联端子5用于连接所述装置的另一端和大地。所述装置由包含但不限于晶闸管6和晶闸管7的多个晶闸管与电阻8串联形成。晶闸管6的阴极与下一个晶闸管的阳极相连于2，晶闸管7的阳极与上一个晶闸管的阴极相连于3。晶闸管7的阴极与电阻8相连于4。所述电阻5可以是单个电阻，也可以由多个电阻串联而成。所述装置中的所有晶闸管均采用同一触发脉冲，在同一时刻被触发导通，在支路电流降为0时同时关断。
图3所示为防止子模块过电压装置安装于换流站直流侧结构示意图。所述换流阀主要包括阀体13、直流正极平波电抗器2、直流负极平波电抗器3、直流正极端子6、直流负极端子7以及交流端子8、9、10。交流阀体13有5个输出端子，分别为直流正极输出端子4、直流负极输出端子5、交流A相输出端子8、交流B相输出端子9、交流C相输出端子10。直流正极输出端子4与直流正极平波电抗器2的一端相连，直流正极平波电抗器2的另一端6成为换流站的直流正极P，将与直流正极线路连接。直流负极输出端子5与直流负极平波电抗器3的一端相连，直流负极平波电抗器3的另一端7成为换流站的直流负极N，将于直流负极线路连接。换流阀阀体13包含6个桥臂，每个桥臂由子模块组11或者14和桥臂电抗器12串联组成。上桥臂的子模块组11有两个输出端子，一端作为直流正极端子，另一端与上桥臂电抗器12的一端相连，上桥臂电抗器12的另一端作为交流相端子。下桥臂的子模块组14有两个输出端子，一端作为直流负极端子，另一端与下桥臂电抗器12的一端相连，下桥臂电抗器12的另一端作为交流相端子。三个上桥臂的直流正极端子短接作为换流阀阀体13的输出端子4，三个下桥臂的直流负极端子短接作为换流阀阀体13的输出端子5。每相上桥臂的交流相端子与对应的下桥臂的交流相端子相连，引出形成换流阀阀体13的交流输出相端子8、9、10。防止子模块过电压装置1接于换流阀直流正极与大地之间，其晶闸管的阳极与换流阀直流正极相连于端子4，阴极经过电阻与大地相连。防止子模块过电压装置1接于换流阀直流负极与大地之间，其晶闸管的阳极与大地相连，阴极经过电阻与换流阀直流负极相连于端子5。所述防止子模块过电压装置装置1既可以按前述方式安装在直流正极，也可以按前述方式安装在直流负极，也可以按前述方式同时安装于直流正极和直流负极。所述防止子模块过电压装置装置1中的晶闸管与电阻顺序可以对换，但晶闸管从阳极到阴极的指向不变，如15所示。所述换流阀闭锁期间防止子模块过电压装置装置1也可以是如图2所示的结构，由多个晶闸管与电阻串联而成。所述换流阀阀体13的子模块可以是如图7所示的全桥结构，也可以是如图8所示的半桥结构，或者是全桥与半桥结合的结构。
如图4所示为保护闭锁期间防止子模块过电压装置1安装于换流站交流侧的示意图。保护闭锁期间防止子模块过电压装置1接于换流阀的交流侧相母线与大地之间，晶闸管的阳极16与交流母线相连，晶闸管的阴极经过电阻与大地相连。所述保护闭锁期间防止子模块过电压装置1中的晶闸管与电阻顺序可以对换，但晶闸管从阳极到阴极的指向不变，如15所示。
所述换流阀闭锁期间防止子模块过电压装置1既可以安装于直流侧，也可以安装于交流侧，也可以同时安装于换流站的直流侧和交流侧，如图5所示。
如图6所示为换流阀子模块组结构示意图，由子模块11的两个输出端子首尾相接串联而成。子模块11的端子2与下一子模块的端子1相连，下一子模块的端子2与再下一子模块的端子1相连。第一个子模块的端子1和最后一个子模块的端子2构成换流阀子模块组的两个输出端子。
如图7所示为全桥型的子模块结构示意图，可关断开关器件1的发射极连接可关断器件2的集电极，且该连接点6作为子模块的输出端子之一。可关断开关器件1的集电极与可关断器件4的集电极连接，并接到子模块电容3的一端；可关断开关器件2的发射极与可关断开关器件5的发射极连接，并接到子模块电容3的另一端。可关断开关器件4的发射极与可关断开关器件5的集电极连接，且该连接点7作为子模块的另一输出端子。
如图8所示为半桥型的子模块结构示意图，可关断开关器件1的发射极连接可关断器件2的集电极，且该连接点6作为子模块的输出端子之一。子模块电容3的一端接至可关断器件1的集电极，子模块电容3的另一端接至可关断开关器件2的发射极，且该连接点7作为子模块的另一输出端子。
本发明装置起作用的步骤流程为：
步骤1：柔性直流输电***的控制保护***检测到故障；
步骤2：柔性直流输电***的控制保护***发出换流阀闭锁命令；
步骤3：柔性直流输电***的控制保护***发出触发防止子模块电容过电压装置晶闸管导通指令；
步骤4：母线电压迅速降低，子模块电容电压被限制在过电压定值之下；
步骤5：柔性直流输电***各换流站交流进线开关断开，各站阀侧电压降为0.
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：包括至少一个晶闸管和至少一个电阻，所述至少一个晶闸管和至少一个电阻采用串联方式连接；
所述装置并联接在换流阀的直流侧母线与大地之间或者交流侧母线与大地之间，或者同时安装在上述两个地方；
所述装置的晶闸管在换流阀正常充电、解锁过程中保持为截止状态，不影响柔性直流输电***的正常运行；在***发生故障，换流阀闭锁后，触发导通所述晶闸管，快速降低母线残留电压，防止换流阀子模块电容过电压；
所述装置应用在模块化多电平换流器组成的柔性直流输电***中。
2.如权利要求1所述的一种防止子模块电容过电压的装置，其特征在于：所述晶闸管是单个晶闸管，或者是多个晶闸管串联和/或并联。
3.如权利要求1所述的一种防止子模块电容过电压的装置，其特征在于：所述电阻是单个电阻，或者是多个电阻串联和/或并联。
4.如权利要求1所述的一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：所述直流侧母线包括所述换流阀正极母线和所述换流阀负极母线。
5.如权利要求1所述的一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：所述交流侧母线包括换流阀交流A相母线、B相母线和C相母线。
6.如权利要求1所述的一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：***发生故障时，所述装置中所有的晶闸管同时被触发导通。
7.如权利要求1所述的一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：构成桥臂的子模块是以下一种或多种：半桥型、全桥型、类全桥型，箝位双子模块型，或者是上述拓扑的改进类型。
8.如权利要求1所述的一种防止换流阀子模块电容过电压的装置，其特征在于：构成子模块的开关器件是全控型开关器件，所述全控型开关器件采用IGBT、IGCT、IEGT或GTO。
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