[发明专利]LCC-FHMMC换流阀出口交流单相接地故障特性分析及保护方法

说明书

本发明涉及一种LCC‑FHMMC换流阀出口交流单相接地故障特性分析及保护方法，属于混合直流输电技术领域。首先详细剖析故障后换流阀动态过程，设计提高换流阀故障穿越能力的保护方案及控制策略。建立故障后换流阀等效电路，基于交直流侧电气量变化各种分析子模块过电压机理。为有效抑制子模块电容过电压，设计了分相导通晶闸管的旁路装置，故障时触发该支路将桥臂进行旁路，同时FHMMC故障识别方案与LCC快速移相措施相配合，可以有效抑制子模块电容过电压。本发明在FHMMC换流器上应用能够可进一步降低换流阀的电气应力，能够有效预防换流阀出口交流单相接地故障瞬时性和永久性故障下过电流和过电压，保证故障后系统恢复维持安全运行。

技术领域

本发明涉及混合直流输电技术领域，特别涉及一种LCC-FHMMC换流阀出口交流单相接地故障特性分析及保护方法。通过分相导通晶闸管的旁路装置，保证换流器的安全可靠运行。

背景技术

采用电网换相换流器(Line-Commutated Converter，LCC)与模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)混合的直流输电系统能够灵活地匹配送受端功率，节省输电走廊，实现大容量、远距离的电能输送。在各种MMC的拓扑结构中，由半桥与全桥子模块构成的混合模块化多电平换流器(Full Half Bridge Modular MultilevelConverter,FHMMC)，能够满足直流线路故障自清除、快速降压、阀组在线投退等技术要求。因此，采用LCC-FHMMC接线方式能够提升远距离、大容量、大电源状况下电网运行的安全稳定和经济性，从长远看，将为未来大规模可再生能源基地的开发与并网提供强有力的技术支撑是极为有利的。该类运行方式最为典型的便是我国正在运行的昆柳龙特高压直流示范工程。

国内外学者对单极或双极高压直流输电系统的直流故障与交流故障进行了大量研究。然而，换流站内交流故障仍然是需要解决的挑战性问题之一。站内故障出现的主要原因是由于换流变压器套管绝缘故障或闪络所引起，会造成换流器出口与换流变压器之间发生单相短路接地故障(即换流变阀侧故障)。无论是基于LCC还是基于MMC的直流输电系统，在实际工程中都发生过此类故障。目前为止，针对站内接地故障，通常采用的故障隔离方法，会使得子模块电容过电压的现象仍然发生，或者导致直流侧出现过电压或过电流情况。急需对换流站保护策略进行优化改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LCC-FHMMC换流阀出口交流单相接地故障特性分析及保护方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明剖析了故障后换流阀动态过程，设计提高换流阀故障穿越能力的保护方案及控制策略。建立故障后换流阀等效电路，基于交直流侧电气量变化各种分析子模块过电压机理。为有效抑制子模块电容过电压，设计了分相导通晶闸管的旁路装置，故障时触发该支路将桥臂进行旁路，同时FHMMC故障识别方案与LCC快速移相措施相配合，可以有效抑制子模块电容过电压。最终形成了一套完成的FHMMC阀侧故障下针对换流站的保护方案，此方法可以应用于FHMMC换流阀出口交流单相接地故障时换流阀承受的电气应力抑制。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：LCC-FHMMC换流阀出口交流单相接地故障特性分析及保护方法，首先分析FHMMC换流阀出口交流单相接地故障后换流阀动态过程以及故障发生后对于子模块电容充电路径。建立故障后换流阀等效电路，基于交直流侧电气量变化推导子模块电压、桥臂电流变化规律。提出分相导通晶闸管的旁路装置设计，采用监测换流站交流侧相电压，当电压出现过零点时，立即触发该相晶闸管旁路支路的方法，阻断向子模块电容持续充电。并针对单相接地故障为瞬时性或永久性故障进行整体保护策略，是依照故障后换流站执行相应的控制逻辑，并识别故障类型，进而采取保护的方法。包括以下步骤：

步骤(1)FHMMC换流阀出口交流单相接地故障后换流阀动态过程；

步骤(2)基于交直流侧电气量变化各种分析子模块过电压机理；

步骤(3)分相导通晶闸管的旁路装置的设计；