一种MMC直流故障快速隔离装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种MMC直流故障快速隔离装置，包括可关断功率器件阀段和由电阻器件和电感器件构成的阻抗单元，该阀段由至少一个功率器件构成，阻抗单元与可关断功率器件阀段并联。该阻抗单元不但具有电阻的限流的作用，以及吸收短路能量的作用，保证故障电流快速衰减，以便尽快采取下一步故障隔离措施；而且，阻抗单元中的电感元件能够抑制短路电流的上升率，避免故障电流的变化率过大，从而降低故障电流对系统设备的充电，使系统设备得到有效地保护，帮助MMC系统在直流故障后快速恢复。

MMC DC fault quick isolating device

The utility model relates to a fast isolation device of MMC DC fault, including the power devices can shut off the valve section and the impedance unit is composed of a resistor and inductor device, the valve section is composed of at least one power device, the impedance unit and turn off valve section of power devices in parallel. The impedance unit not only has the resistance of the current limiting effect, and the effect of energy absorption of short circuit fault current, ensure rapid decay, in order to take the next step of fault isolation measures; moreover, rise in the unit impedance inductor can suppress the short-circuit current rate, avoid the fault current change rate is too large, so as to reduce the charge fault the current system of equipment, equipment to make the system be protected effectively, help MMC fast recovery after fault in DC system.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种MMC直流故障快速隔离装置，属于电力系统及电力电子柔性直流换流阀领域。
技术介绍
基于MMC的柔性直流输电系统控制灵活，能够实现有功、无功的独立解耦控制，在大规模分布式新能源并网、城市供电、孤岛供电、电网黑启动、多端直流联网、弱系统联网等领域具有很大市场应用前景。目前国内已有多个MMC拓扑结构应用工程。直流短路故障是换流器设计运行中必须考虑的一种严重故障类型，无论是暂时性还是永久性故障，MMC系统通常采用的措施是闭锁换流阀并跳开交流断路器，特别是对于多端柔性直流输电系统，若一端发生直流双极短路故障，其他多端也会同时通过该端系统故障点构成直流双极短路故障，造成多端系统相继停运，严重影响系统供电质量。为减少直流故障发生概率，目前已投运或正建设工程均采用电缆线路，这使柔性直流输电工程经济成本大大增加。目前柔性直流输电系统直流故障穿越技术与快速隔离技术路线分为采用具备直流故障穿越能力的子模块拓扑与直流断路器的研制。但是采用具备直流故障穿越能力的子模块拓扑成本比目前半桥子模块结构成本至少要增加一倍，而直流断路器的研制受到大功率电力电子器件制造技术水平的限制，短时间内无法实现关键性的突破。为了克服上述问题，申请号为201410848005.X的中国专利申请公开了一种适应于半桥式MMC直流故障的隔离方案，其包括一种具有直流故障限流能力的MMC换流器改进结构，在换流器每个桥臂中设置有限流模块，该限流模块包括由至少一个功率器件构成的功率单元，以及限流电阻，功率单元和限流电阻并联，在直流故障发生时，控制功率单元关断，此时故障电流流经限流电阻，限流电阻起到故障限流的作用。但是，该限流模块只能在故障发生时起到限流的作用，在故障电流的变化率较大时，该限流电阻无法起到降低变化率的作用，进而无法降低故障电流对系统设备的冲击，会损坏系统设备。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种MMC直流故障快速隔离装置，用以解决限流电阻无法降低故障电流对系统设备的冲击的问题。为实现上述目的，本技术的方案包括一种MMC直流故障快速隔离装置，包括可关断功率器件阀段，该阀段由至少一个功率单元构成，所述隔离装置还包括由电阻器件和电感器件构成的阻抗单元，所述阻抗单元与所述可关断功率器件阀段并联。所述隔离装置还包括吸收电容单元，所述吸收电容单元与所述可关断功率器件阀段并联。所述隔离装置还包括旁路开关，所述旁路开关与所述可关断功率器件阀段并联。所述隔离装置还包括控制模块，所述控制模块采样连接所述吸收电容，所述控制模块通过驱动模块控制连接所述功率器件，所述控制模块控制连接所述旁路开关。所述阻抗单元由一个电感和至少一个电阻串联构成。所述吸收电容单元由一个吸收电容构成或者由至少两个吸收电容串联构成。所述功率单元为一个功率器件或者由至少两个功率器件串联构成。所述隔离装置还包括用于从MMC子模块中的直流电容取电的取能单元，所述取能单元供电连接所述控制模块。所述功率器件还对应设置有保护支路，所述保护支路与对应的功率器件并联设置，所述保护支路上串设有保护电阻和保护电容，所述保护电阻与一个保护二极管并联。所述功率器件为GTO、IGBT、IEGT或者IGCT。本技术提供的MMC直流故障快速隔离装置包括阻抗单元，该阻抗单元由电阻元件和电感元件组成，所以，该阻抗单元不但具有电阻的限流的作用，以及吸收短路能量的作用，保证故障电流快速衰减，以便尽快采取下一步故障隔离措施；而且，阻抗单元中的电感元件能够抑制短路电流的上升率，避免故障电流的变化率过大，从而降低故障电流与系统设备的充电，使系统设备得到有效地保护，帮助MMC系统在直流故障后快速恢复。附图说明图1是MMC直流故障快速隔离装置整体结构示意图；图2是隔离装置与MMC子模块之间的连接关系图；图3是MMC直流故障快速隔离装置的结构详图；图4是隔离装置的控制流程图；图5是多个隔离装置的连接关系示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细的说明。实施例1如图1和图2所示，MMC直流故障快速隔离装置串接在MMC系统中的桥臂上，其与该桥臂上的MMC子模块串联设置，并且该隔离装置尤其适用于半桥式MMC系统。该MMC直流故障快速隔离装置包括旁路开关1、可关断功率器件阀段2、阻抗单元3和吸收电容单元4，这四部分为并联关系。可关断功率器件阀段2可以根据MMC系统的系统容量(包括换流器传输容量及交流系统短路容量)及直流电压等级而由一段或多段阀组成，并且每个阀段中可关断功率器件的数量可以是1个，也可以是n个(n大于或者等于2，n根据MMC系统电压等级而定)，如图3所示。可关断功率器件阀段2中的阀段数量(m)的取决于单个直流故障快速隔离阀组投入时刻阀组两端承压(Uf)、阀段中可关断功率器件承压(Usm)与可关断功率器件的数量(n)，具体可表示为：m＝Uf/(n×Usm)。另外，可关断功率器件阀段2中包含的可关断功率器件可以是GTO、IGBT、IEGT及IGCT等众多可关断功率器件中的一种或多种混联组成，而不局限于某一种。也就是说，可关断功率器件阀段2由上述一种或多种功率器件串联构成。总之，可关断功率器件阀段2由一个功率器件或至少两个功率器件串联构成，具体设置的个数以及器件类型的选取可根据实际情况进行选择。为了对每一个功率器件进行保护，每一个功率器件均并联有一个保护支路，如图3所示，保护支路与对应的功率器件并联设置，保护支路上串设有保护电阻和保护电容，保护电阻与一个保护二极管并联。阻抗单元3由电阻器件和电感器件构成，其中电阻器件和电感器件的个数根据具体情况进行设置，比如：包括一个电阻和一个电感，或者多个电阻和多个电感，或者一个电阻和多个电感，再或者一个电感和多个电阻；并且电感和电阻之间的连接关系可以根据需要进行串联、并联或串并联混联组成，具体匹配值根据MMC系统的系统容量(包括换流器传输容量及交流系统短路容量)及直流电压等级确定。如图3所示，给出了一个具体实施例，阻抗单元3由多个电阻和一个电感串联构成。电感值的选取取决于MMC桥臂子模块阀组件安全承受范围及换流阀闭锁时刻桥臂电流瞬时值。阻抗单元3串入短路回路可以限制短路电流幅值、抑制短路电流上升率及快速吸收短路能量，从而缩短故障故障隔离条件达到时间，其中，电阻起到限流，以及吸收短路能量的作用，保证故障电流快速衰减；电感能够抑制短路电流的上升率，避免故障电流的变化率过大。旁路开关1为高速机械开关或者其他的继电器等控制开关。吸收电容单元4用于吸收线路中的尖峰电压，达到平缓电压波动的效果。该电容单元可以由一个吸收电容构成；亦可以由至少两个吸收电容串联构成，如图3所示。为了对旁路开关1和阀段2进行有效控制，该隔离装置还设置有控制模块，该控制模块可为现有的控制芯片，比如：单片机，根据其内部设置的软件程序来实现对应的功能。MMC系统中的控制保护系统对MMC系统实时监控，当出现直流短路故障时该控制保护系统发出对应的控制信号，控制模块接收该控制信号并通过驱动模块来驱动控制可关断功率器件阀段2中的功率元件可靠动作。该控制模块还采样连接吸收电容单元4，控制连接旁路开关1。另外，为了对阀段以及控制模块进行供电，该隔离装置中设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMC直流故障快速隔离装置，包括可关断功率器件阀段，该阀段由至少一个功率单元构成，其特征在于，所述隔离装置还包括由电阻器件和电感器件构成的阻抗单元，所述阻抗单元与所述可关断功率器件阀段并联。

【技术特征摘要】
1.一种MMC直流故障快速隔离装置，包括可关断功率器件阀段，该阀段由至少一个功率单元构成，其特征在于，所述隔离装置还包括由电阻器件和电感器件构成的阻抗单元，所述阻抗单元与所述可关断功率器件阀段并联。2.根据权利要求1所述的MMC直流故障快速隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括吸收电容单元，所述吸收电容单元与所述可关断功率器件阀段并联。3.根据权利要求2所述的MMC直流故障快速隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括旁路开关，所述旁路开关与所述可关断功率器件阀段并联。4.根据权利要求3所述的MMC直流故障快速隔离装置，其特征在于，所述隔离装置还包括控制模块，所述控制模块采样连接所述吸收电容，所述控制模块通过驱动模块控制连接所述功率器件，所述控制模块控制连接所述旁路开关。5.根据权利要求1-4任意一项所述的MMC直流故障快速隔离装置，其特征在于，所述阻抗单元由一个电感和至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：范彩云，刘路路，韩坤，张志刚，司志磊，甄帅，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：河南;41