《一種模組化多電平換流器閥保護方法》是中國電力科學研究院、 國家電網公司於2011年3月16日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN102170110A，專利公布日：2014年1月29日，發明人：高陽、楊岳峰、王韌秋、賀之淵、張新剛、謝敏華。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》為一種模組化多電平換流器閥保護方法，模組化多電平換流器閥由6個橋臂組成，橋臂包括子模組，1個橋臂由1個控制主機控制，6個控制主機由1個匯總控制主機控制。該發明方法由橋臂實現閉鎖子模組、旁路子模組、跳閘請求和系統切換請求和匯總控制主機實現匯總控制主機回響。《一種模組化多電平換流器閥保護方法》通過採用雙冗餘保護方法提高了二次保護系統的可靠性，通過上層匯總控制主機與多橋臂控制主機的分層保護構架明晰了保護分工，最終使整個模組化多電平換流器閥的安全性與可靠性得到提升。
2015年12月9日，《一種模組化多電平換流器閥保護方法》獲第十七屆中國專利金獎。
（概述圖片來源：《一種模組化多電平換流器閥保護方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種模組化多電平換流器閥保護方法
- 公告號：CN102170110A
- 申請日：2011年3月16日
- 授權日：2014年1月29日
- 申請人：中國電力科學研究院、 國家電網公司
- 類別：發明專利
- 地址：北京市海淀區清河小營東路15號
- 發明人：高陽、楊岳峰、王韌秋、賀之淵、張新剛、謝敏華
- 代理人：徐國文
- 申請號：2011100631306
- Int.CI.：H02H7/10(2006.01)I; H02J13/00(2006.01)I
- 代理機構：北京安博達智慧財產權代理有限公司
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
模組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撲，它利用多個子模組串聯，並採用特定的觸發方式使橋臂電壓波形逼近正弦，但其三相間的內部環流使得流過橋臂的正弦電流產生畸變，增大了橋臂電流的峰值，從而提高了對開關器件電流容量的要求。
柔性直流輸電裝置的換流器由可關斷器件首先構成子模組，再由子模組串聯組成的模組化多電平換流器。模組化多電平換流器閥作為柔性直流輸電的核心、關鍵設備，保證其安全可靠穩定的運行，不僅是系統對裝置的要求，更是裝置保護自身的要求。
發明內容
專利目的
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》所要解決的技術問題是設計一種模組化多電平換流器閥保護方法，保證模組化多電平換流閥的可靠運行。
技術方案
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的一種模組化多電平換流器閥保護方法，所述模組化多電平換流器閥由6個橋臂組成，所述橋臂包括子模組，其改進之處在於，所述方法包括以下步驟：
1、將所述橋臂與橋臂控制主機的一-端連線，所述橋臂控制主機的另一端與匯總控制主機連線；
2、當出現子模組IGBT或驅動暫時性故障時，所述橋臂控制主機將子模組IGBT關斷:其中所述關斷的IGBT為出現故障的IGBT。
當子模組接收信息故障、子模組過壓故障、子模組欠壓故障、子模組接收信息時頻繁校驗錯和IGBT或驅動頻繁故障時,所述橋臂控制主機將子模組的旁路開關閉合；
當子模組旁路開關拒動、子模組旁路數目過多時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機傳送跳閘請求；
當橋臂控制主機接收信息逾時，所述橋臂控制主機對總控制主機傳送系統切換請求；
當橋臂電流過大時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機傳送伴隨晶閘管觸發的跳閘請求：
3、執行步驟2後，故障仍存在時，所述橋臂控制主機將子模組的旁路開關閉合，並將故障信號匯總傳送給匯總控制主機；
4、匯總控制主機通過橋臂控制主機的反饋信息以及橋臂電流值,進行對橋臂跳閘請求、伴隨晶閘管觸發的跳閘請求和系統切換請求的判斷，並執行橋臂跳閘或伴隨晶閘管觸發的跳閘或整體將閥斷開的系統切換。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第一優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述暫時性故障是指故障不連續發生2次以上。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第二優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述匯總控制主機接收信息逾時是指連續2次以上接收不到反饋信號。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第三優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述橋臂電流過大是指超過晶閘管電流設定的最大值。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第四優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述子模組旁路數目過多是指子模組數目超過設定冗餘數。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第五優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述子模組接收信息故障是指子模組接不到信號。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第六優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述伴隨晶閘管觸發的跳閘請求是申請跳開換流器的斷路器同時開通每個子模組的晶閘管。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第七優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述步驟2的所述橋臂跳閘是指斷開閥開關。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的第八優選方案的保護方法，其改進之處在於，所述橋臂控制主機和匯總控制主機均為閥基控制設備；所述閥基控制設備包括電源、接口板和中央處理器。電源接口板和中央處理器通過背板和光纖連線。
改善效果
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》所提出的分層控制保護的方法將換流閥的保護範圍分工明確，責任清晰，設計簡單可靠。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》所提出的基於橋臂控制主機和上層匯總控制主機的保護方案能夠在較大程度上保證模組化多電平換流閥的可靠運行，將少量個體故障對整個閥運行造成的不利影響降到最低。
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》通過採用雙冗餘保護系統提高了二次保護系統的可靠性，通過上層匯總控制主機與多橋臂控制主機的分層保護構架明晰了保護分工，利用橋臂控制主機對模組返回故障信息控制程度得出判斷類型來完成閥橋臂保護，通過上層匯總控制主機進行匯總和整體保護，最終使整個模組化多電平換流器閥的安全性與可靠性得到提升。
附圖說明
圖1：《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提供的換流器的示意圖。
圖2：《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提出的子模組示意圖。
技術領域
《一種模組化多電平換流器閥保護方法》涉及電力系統的電力電子直流輸電領域，具體涉及一種模組化多電平換流器閥保護方法。
權利要求
1、《一種模組化多電平換流器閥保護方法》所述模組化多電平換流器閥由6個橋臂組成， 所述橋臂包括子模組，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：1）將所述橋臂與橋臂控制主機的一端連線，所述橋臂控制主機的另一端與匯總控制主機 連線； 2）當出現子模組IGBT或驅動暫時性故障時，所述橋臂控制主機將子模組IGBT關斷； 當子模組接收信息故障、子模組過壓故障、子模組欠壓故障、子模組接收信息時頻繁校 驗錯和IGBT或驅動頻繁故障時，所述橋臂控制主機將子模組的旁路開關閉合； 當子模組旁路開關拒動、子模組旁路數目過多時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機發 送跳閘請求； 當橋臂控制主機接收信息逾時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機傳送系統切換請求； 當橋臂電流過大時，所述橋臂控制主機對匯總控制主機傳送伴隨晶閘管觸發的跳閘請求； 3）執行步驟2）後，故障仍存在時，所述橋臂控制主機將子模組的旁路開關閉合，並將 故障信號匯總傳送給匯總控制主機； 4）匯總控制主機通過橋臂控制主機的反饋信息以及橋臂電流值，進行對橋臂跳閘請求、 伴隨晶閘管觸發的跳閘請求和系統切換請求的判斷，並執行橋臂跳閘或伴隨晶閘管觸發的跳 閘或整體將閥斷開的系統切換。
2、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述暫時性故障是指故障不連續發生2次以上。
3、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述總控制主機接收信息逾時是指連續2次以上接收不到反饋信號。
4、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述橋臂電流過大是指超過橋臂電流設定的最大值。
5、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述子模組旁路數目過多是指子模組數目超過設定冗餘數。
6、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述子模組接收信息故障是指子模組接不到信號。
7、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述伴隨晶閘管觸發的 跳閘請求是申請跳開換流器的斷路器同時開通每個子模組的晶閘管。
8、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述步驟2）的所述橋臂跳閘是指斷開 閥斷路器。
9、如權利要求1所述的保護方法，其特徵在於，所述橋臂控制主機和匯總控制主機均為閥基控制設備；所述閥基控制設備包括電源、接口板和中央處理器；電源、接口板和中央處 理器通過背板和光纖連線。
實施方式
為了保證一次設備不因為二次設備的故障而停運或失控，《一種模組化多電平換流器閥保護方法》提出了兩套控制保護系統同時熱備用的保護方案，即由兩套橋臂控制主機和匯總控制主機分別構成A和B兩套控制保護系統。兩系統一主一從，不相互影響，相互獨立的去完成本系統的故障判斷。兩套系統的地位相同，開機時隨機或人為選取一套作為主。 以其中一套作為該實施方式進一步的說明。
如圖1所示，QF1為斷路器，連線電網電壓和換流器,換流器需要接電抗器與電網相連。模組化多電平換流器閥由6個橋臂組成，每個橋臂可以看做一個單位，每個橋臂由子模組串聯而成，橋臂上的子模組的數量根據工程需要不同而會有不同,圖中用虛線省略了部分子模組。每個橋臂由單獨的控制主機完成本橋臂的子模組的故障檢測以及保護，6個橋臂控制主機上層由一個匯總控制主機完成6個橋臂故障匯總以及整體閥保護。子模組的包括2個帶反並聯二極體的IGBT、1個晶閘管、1個旁路開關。控制主機為稱閥基控制設備。閥基控制設備包括電源、接口板和中央處理器。電源.接口板和中央處理器通過背板和光纖連線。接口板負責連線子模組。
每個橋臂各自有一個控制主機完成本橋臂的保護,每個控制主機根據故障類型做出判斷，判斷結果分為以下四類：第一類是閉鎖子模組，即將子模組上下IGBT全部關斷；第二類是旁路子模組，即將子模組的旁路開關閉合使其不在影響換流器；第三類是跳閘請求，即申請跳開換流器的進線斷路器；第四類是系統切換請求，即採用冗餘的控制保護系統。具體判斷方式如下：
第一類包括以下故障：子模組IGBT或驅動短時故障；第二類包括以下故障：子模組接收信息故障，子模組過壓故障、子模組欠壓故障、子模組接收信息時頻繁校驗錯、IGBT或驅動頻繁故障；第三類包括以下故障：子模組旁路開關拒動、子模組旁路數目過多，第四類故障包括以下故障：橋臂控制主機接收上層信息逾時。
對於暫時性的IGBT或驅動短時故障的子模組採取閉鎖子模組的保護方法，這樣的模組依然屬於換流器的一部分,只要不連續2次出現此故障，依然可以繼續使用。對於已確定模組故障無法使用或無法準確知道其狀態的子模組，採取旁路子模組的保護方法，被旁路的子模組會不在對換流器有影響，換流器可以不受影響繼續運行；對於旁路子模組數目超過設定冗餘數或者子模組旁路開關拒動等情況採取發跳閘請求的保護方法，因為此時所剩下的子模組數已經不能完全滿足變流器工作的最低要求。一旦跳閘請求被相應，各橋臂所有可控的子模組將處於閉鎖狀態，即兩IGBT均關斷狀態。對於當前控制保護系統設備出現故障情況，採取發出系統切換請求的方法。
上層匯總控制主機與各個橋臂控制主機進行通信，以便獲知各個橋臂的故障情況，據此對換流閥的全局故障予以處理，此外上層匯總主機的控制器通過檢測橋臂電流感測器的電流反饋值完成橋臂的過流保護。上層匯總主機的控制器通過橋臂控制主機的反饋信息以及橋臂電流值，將故障判斷結果分為以下三類：第一類普通跳閘請求，即申請跳開換流器的進線斷路器，此類包括以下具體故障：橋臂控制主機有跳閘請求；第二類是伴隨晶閘管觸發的跳閘請求，即申請跳開換流器的進線斷路器同時開通每個子模組的晶閘管，此類包括以下具體故障：橋臂電流過大；第三類是系統切換請求,此類包括以下具體故障：橋臂控制主機的切換請求、接收上層時出現通信逾時。
上層匯總控制主機對於橋臂控制主機的普通跳閘請求予以上傳。此外如發現橋臂過流會傳送跳閘請求的同時下發子模組晶閘管觸發命令，以便保證閉鎖情況下二.極管不被損壞。對於當前系統設備出現故障情況，採取發出系統切換請求的方法，以便將系統切換到無故障的系統工作。.
結合上述實施例僅說明《一種模組化多電平換流器閥保護方法》的技術方案而非對其限制。所屬領域技術人員可以對《一種模組化多電平換流器閥保護方法》的具體實施方式進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權利要求保護範圍之中。
榮譽表彰
2015年12月9日，《一種模組化多電平換流器閥保護方法》獲第十七屆中國專利金獎。
