技术领域
[0001] 本
发明属于电
力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的过流保护方法。
背景技术
[0002] 模块化多电平换流器是柔性直流输电技术中最主要的结构和组成部分，其主要特点是采用全控电力
电子器件构成，其基本
电路单元称为子模块，各桥臂通过一定数量的具有相同结构的子模块和一个
阀电抗器
串联构成，子模块一般由可关断器件、反并联
二极管以及电容构成半桥或全桥结构。模块化多电平换流器通过变化桥臂中投入的子模块的数量，可以灵活改变换流器的
输出电压和功率，适用于高压输
电场合。
[0003] 当模块化多电平换流器所连接的交流系统发生故障或模块化多电平换流器内部发生各类故障时，都将严重影响模块化多电平换流器的正常运行，并可能对换流器桥臂产生严重的过
电流，如果不能及时有效地
切除故障，将会产生严重危害，这些危害主要包括：故障桥臂和非故障桥臂在交流侧可能有公共连接，使非故障桥臂承受工频过电压，严重时会造成
开关器件和电容的损坏，甚至引起爆炸；故障桥臂将引起换流器交流侧电压的直流偏置增大，造成桥臂电抗以及换流变等设备的损耗增加，危害设备的正常运行和使用寿命。
[0004] 当前模块化多电平换流器发生故障时的保护策略都是将6个桥臂的所有子模块进行闭
锁而无法有选择性的切除故障桥臂，如中国
专利CN103715658A采用在各桥臂并联保护开关的方法，当判断有桥臂故障时，在闭锁各个桥臂子模块的同时投入健全相的并联桥臂开关，此方法虽然能使交流侧
变压器和换流器桥臂承受的过电压有所降低，但并不能完全保持消除过电压和过电流的影响，仍有待改进。
发明内容
[0005] 本发明的目的，在于提供一种模块化多电平换流器的过流保护方法，其通过独立判断桥臂的过流状态，仅闭锁过流的桥臂并保持未过流桥臂的正常受控电压状态，相对无选择性闭锁整个换流器，显著降低故障下对接入交流系统及换流器本身的冲击。
[0006] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0007] 一种模块化多电平换流器的过流保护方法，对模块化多电平换流器的每个桥臂独立进行过流保护判断，任一桥臂过流保护元件动作时，仅立即闭锁故障桥臂并保持非故障桥臂正常运行，所述闭锁故障桥臂为关断该故障桥臂中所有子模块的所有开关器件。
[0008] 上述对某一桥臂进行过流保护判断包括如下步骤：
[0009] 步骤1，初始状态下桥臂过流保护动作
信号复位；
[0010] 步骤2，判断桥臂过流保护动作信号是否返回，如是进入步骤3，否则进入步骤5；
[0011] 步骤3，检测桥臂电流的绝对值是否大于动作定值Ibset且持续时间超过动作时间定值tset1，如是进入步骤4，否则返回步骤2；
[0012] 步骤4，过流保护动作信号置位，立即闭锁该桥臂，所述闭锁该桥臂为关断该桥臂中所有子模块的所有开关器件，再返回步骤2；
[0013] 步骤5，检测桥臂电流的绝对值是否小于返回定值Ibreset且持续时间超过返回时间定值tset2，如是进入步骤6，否则返回步骤2；
[0014] 步骤6，过流保护动作信号复位，重新根据控制指令分配各子模块的开关器件的
控制信号，再返回步骤2。
[0015] 上述动作定值Ibset大于返回定值Ibreset。
[0016] 上述动作定值Ibset、动作时间定值tset1、返回定值Ibreset、返回时间定值tset2的设定根据换流器暂态过流能力完成。
[0017] 上述模块化多电平换流器的整个运行过程中，桥臂电流检测和过流保护元件始终处于工作状态；过流保护元件复位返回时，重新根据控制指令分配各子模块的开关器件控制信号。
[0018] 采用上述方案后，本发明的有益效果为：
[0019] (1)本发明通过独立判断桥臂的过流状态，仅闭锁过流的桥臂，能够显著降低故障下对接入交流系统及换流器本身的冲击，提高换流站中设备运行的经济型和安全性，特别适用于直流
电网中包含直流
断路器等具备主动切除直流故障能力的应用场合；
[0020] (2)本发明通过检测桥臂过流的动作定值，相对无选择性闭锁整个换流器的过流保护方法，能够进一步降低单桥臂故障对正常桥臂的冲击，提高了换流阀的运行安全性。
附图说明
[0021] 图1是本发明所应用的模块化多电平换流器的结构示意图；
[0022] 图2是本发明中过流保护判断的
流程图。
具体实施方式
[0023] 以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
[0024] 图1为模块化多电平换流器的结构示意图，换流器主体由6个桥臂构成，每相包含2个桥臂，分别为上桥臂和下桥臂，如A相桥臂，由上桥臂BLua和下桥臂BLda构成，上桥臂BLua和下桥臂BLda分别与桥臂电抗L串联并在上下桥臂公共端Oa处和交流侧A相连接。B相和C相上下桥臂连接方式和A相上下桥臂相同。每相上桥臂和下桥臂均串联N个子模块，记为SM1、SM2…、SMN，正常工作时通过对各子模块中开关器件的导通关断，可灵活投退子桥臂中的子模块，实现对换流器输出电压电流的调节。
[0025] 本发明提出一种模块化多电平换流器的过流保护方法，对模块化多电平换流器的每个桥臂独立进行过流保护判断，任意桥臂过流保护元件动作时，仅立即闭锁该故障桥臂并保持非故障桥臂正常运行，所述闭锁该桥臂为关断该桥臂中所有子模块的所有开关器件；在换流器的整个运行过程中，桥臂电流检测和过流保护元件始终处于工作状态；过流保护元件复位返回时，控制系统重新根据控制指令分配各子模块的开关器件控制信号。
[0026] 上述过流保护判断包括如下过程：初始状态下确保各个桥臂的过流保护元件进行复位，此后各个桥臂过流判断元件独立进入过流判断状态，如果检测到桥臂过流实测值在设定的保护元件动作延时时间段内始终处于桥臂过流保护动作区域，则桥臂过流保护元件动作，桥臂过流保护元件动作后，直到检测到发生过流的桥臂其相应的桥臂电流在设定的保护元件返回延时时间段内一直处于过流元件动作返回区域，则重新将过流保护元件复位返回。
[0027] 上述过流保护动作区域、保护元件动作延时时间段、保护元件动作返回区域、返回延时时间段，均需根据现场桥臂电流特性和换流器过流能力进行确定。
[0028] 上述模块化多电平换流器任一桥臂过流保护未动作时，可根据该桥臂
中子模块的触发信号进行控制。
[0029] 图2描述了上述单个桥臂过流保护的具体
实施例：第1步初始状态下对桥臂过流保护动作信号进行复位，第2步判断桥臂过流保护动作信号是否返回，如果桥臂过流保护动作信号已返回，则继续进行第3步：检测桥臂电流瞬时
采样绝对值|Ib|是否大于动作定值Ibset，如果持续tset1时间，|Ib|依然大于Ibset，则进行第4步：重新给出桥臂过流保护动作信号并闭锁相应桥臂，后返回第2步，否则直接返回第2步；同样地如果第2步中判断桥臂过流保护动作信号未返回，则进入第5步：检测桥臂电流瞬时采样绝对值|Ib|是否小于动作返回定值Ibrset，如果持续延时时间tset2时间，|Ib|依然小于Ibset2，则进行第6步：给出桥臂过流保护动作返回信号，解锁子模块使其能按照既定的控制策略正常运行，然后返回第2步，否则直接返回第2步。
[0030] 本方法的执行过程中设桥臂电流额定值为Ie，则桥臂过流定值整定示例如下，所述桥臂过流动作定值Ibset可设为1.5倍桥臂电流额定值1.5Ie，所述动作时间定值tset1可设定为200us，所述返回定值Ibreset可设为1.48倍桥臂电流额定值1.48Ie、返回时间定值tset2同设为200us，上述定值示例保证了动作定值Ibset大于返回定值Ibreset。单个桥臂判断过流故障以后给故障桥臂所有子模块开关器件发闭锁信号，退出子模块。整个过程中电流处于正常状态的桥臂依然维持运行不被闭锁。
[0031] 也可按换流器暂态过流能力对动作定值、动作时间定值、返回定值、返回时间定值等进行设定，如换流阀的暂态过流能力为4kA，则可设定Ibset为3.16kA，Ibreset为3kA，保证了所述动作定值Ibset大于所述返回定值Ibreset。
[0032] 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。
