柔直输电架空线路防止子模块过流的主接线方法与流程

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种柔直输电架空线路防止子模块过流的主接线方法，在直流侧故障时避免桥臂电感放电对器件造成损坏。

背景技术：

2001年，模块化多电平换流器由德国学者r.marquardt和a.lesnicar提出，推动了高压直流输电技术的发展。迄今为止，我国柔性直流输电技术发展迅速，已投运的示范性工程包括：上海南汇示范工程、南澳工程、舟山工程和厦门工程等。上述工程均采用直流电缆输电，但与架空线相比，电缆造价高，并且故障多为永久性，不便于检修和维护。所以，将柔性直流输电技术向架空线输电领域扩展是电网未来发展的一个趋势。此外，随着新能源电力需求不断增长，真双极结构的mmc-hvdc系统在高电压、大容量的输电场合发挥了较大的优势。目前，即将建设的张北500kv柔直工程便采用架空线输电，其换流站拓扑为真双极结构。

当发生故障时，换流器闭锁后交流侧注入的故障电流以及桥臂电感的续流电流依然存在，这对开关器件有非常不利的影响，尤其是当接地电阻较小时，电感电流衰减较慢，会导致器件承受长时间的过电流，并且延长故障清除时间。如何限制故障电流，避免过电流对器件造成损坏以及如何加速直流侧电流衰减，使系统尽快恢复正常运行，是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柔直输电架空线路防止子模块过流的主接线方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明限制故障电流，避免过电流对换流器件造成损坏以及加速直流侧电流衰减，使系统尽快恢复正常运行。在传统直流侧故障保护方法的基础上添加了桥臂旁路，降低各桥臂电感放电对子模块造成的不利影响。通过添加桥臂旁路，避免桥臂电感放电对器件造成损坏，并加速直流电流衰减，使系统尽快恢复正常运行。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

柔直输电架空线路防止子模块过流的主接线方法，在mmc换流器各相的上下桥臂之间设置一条由旁路晶闸管和旁路电阻串联构成的桥臂旁路，桥臂旁路中的两个旁路晶闸管采用反向并联的形式，以保证桥臂旁路中的电流能够双向流通；各相上下桥臂电感储存的能量通过桥臂旁路电路进行释放，故障电流通过电阻衰减，减小了流入子模块的电流，避免过电流对换流器件造成损坏，加速直流侧电流衰减。

换流站正常运行时，旁路晶闸管处于关断状态，桥臂旁路不起作用；检测到直流双极短路故障后，立即闭锁igbt；若换流站工作在整流模式，触发晶闸管tp1，若换流站工作在逆变模式，触发晶闸管tp2；两个旁路晶闸管中只有一个处于导通状态，另一个仍处于关断状态。

桥臂电感的放电路径有两条：一条是通过子模块二极管和直流侧短路点放电，另一条是通过旁路晶闸管和旁路电阻放电。

所述的旁路电阻的上限值根据最小接地电阻来确定，下限值配合桥臂电感的取值来确定。

本发明的有益效果在于：在换流器各相上下桥臂间增加旁路，降低各桥臂电感放电对子模块造成的不利影响。当发生故障时，通过旁路的分流作用，限制流入子模块的故障电流，避免过电流对换流器件造成损坏；由于旁路电阻的存在，加速了直流侧电流衰减，使系统尽快恢复到正常运行状态。并给出了旁路电阻阻值的取值方法，防止旁路电阻过大过小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成

本技术：
的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的带桥臂旁路的mmc结构示意图；

图2为本发明的单相桥臂电感放电通路；

图3为本发明的故障清除的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图3所示，本发明的柔直输电架空线路防止子模块过流的主接线方法，在mmc换流器各相的上下桥臂之间设置一条由旁路晶闸管和旁路电阻串联构成的桥臂旁路，桥臂旁路中的两个旁路晶闸管采用反向并联的形式，以保证桥臂旁路中的电流能够双向流通；各相上下桥臂电感储存的能量通过桥臂旁路电路进行释放，故障电流通过电阻衰减，减小了流入子模块的电流，避免过电流对换流器件造成损坏，加速直流侧电流衰减。

参见图1所示，换流站正常运行时，旁路晶闸管处于关断状态，桥臂旁路不起作用。检测到直流双极短路故障后，立即闭锁igbt。若换流站工作在整流模式，触发晶闸管tp1，若换流站工作在逆变模式，触发晶闸管tp2。两个旁路晶闸管中只有一个处于导通状态，另一个仍处于关断状态。

参见图2所示，桥臂电感的放电路径有两条：一条是通过子模块二极管和直流侧短路点放电，另一条是通过旁路晶闸管和旁路电阻放电。选择较小的旁路电阻rp，可以使电感电流大部分从桥臂旁路流过，从而减小流过子模块的故障电流，对器件起到故障保护作用。

交流断路器跳闸后，各桥臂电感继续通过上述两条路径进行放电，由于桥臂旁路的分流作用，直流故障电流衰减为零的时间大幅降低，进而缩短了故障恢复时间。在故障点电弧熄灭并且周围介质再次恢复绝缘后，交流断路器可进行重合闸。由于旁路电阻的存在，桥臂旁路电流也不断衰减，当其衰减到旁路晶闸管的维持电流以下时，旁路晶闸管自行关断。整个故障清除的流程如图3所示。

在旁路电阻的选取上，若从保护子模块的角度来看，旁路电阻越小，桥臂旁路电流越大，子模块的故障电流越小，越有利于保护子模块。但若旁路电阻的取值过小，桥臂旁路电流衰减缓慢，旁路晶闸管承受长时间过电流，可能因过热而烧坏。所以，在实际工程中应综合考虑上述两方面因素来选取旁路电阻，旁路电阻的上限值可根据最小接地电阻来确定，下限值需要配合桥臂电感的取值来确定。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种柔直输电架空线路防止子模块过流的主接线方法，属于电力技术领域。在MMC换流器各相的上下桥臂之间设置一条由旁路晶闸管和旁路电阻串联构成的桥臂旁路，桥臂旁路中的两个旁路晶闸管采用反向并联的形式，以保证桥臂旁路中的电流能够双向流通；各相上下桥臂电感储存的能量通过桥臂旁路电路进行释放，故障电流通过电阻衰减，减小流入子模块的电流。由于旁路电阻的存在，加速了直流侧电流衰减，使系统尽快恢复到正常运行状态。并给出了旁路电阻阻值的取值方法，防止旁路电阻过大过小。

技术研发人员：涂莉;阳岳希;杨杰;江伟;黄道姗;张慧瑜;张伟骏;杜镇宇;季明晶;杨双飞;辛业春;王威儒
受保护的技术使用者：全球能源互联网研究院;国网福建省电力有限公司电力科学研究院;东北电力大学
技术研发日：2017.07.26
技术公布日：2017.09.29