模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护

汪涛; 虞晓阳; 文继锋; 曹冬明; 田杰; 董云龙

doi:10.7500/AEPS20200226007

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模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护
- Sub-module Overvoltage Protection of Modular Multilevel Converter for Flexible DC Transmission
- 电力系统自动化-方正平台 2020年44卷第21期页码：107-115
- 作者机构：
  
  南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
- 作者简介：
  
  汪涛(1981—)，男，通信作者，硕士，高级工程师，主要研究方向：柔性直流输电及柔性交流输电。E-mail：wangtao@nrec.com
  虞晓阳(1989—)，男，硕士，工程师，主要研究方向：柔性直流输电。E-mail：yuxiaoyang@nrec.com
  文继锋(1978—)，男，硕士，研究员级高级工程师，主要研究方向：电力系统保护控制及直流控制保护平台。E-mail：wenjf@nrec.com
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(5500-202040326A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20200226007
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-02-26，
  
  修回日期：2020-06-23，
  
  网络出版日期：2020-08-24，
  
  纸质出版日期：2020-11-10
- 稿件说明：
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汪涛,虞晓阳,文继锋等.模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护[J].电力系统自动化,2020,44(21):107-115.

WANG Tao,YU Xiaoyang,WEN Jifeng,et al.Sub-module Overvoltage Protection of Modular Multilevel Converter for Flexible DC Transmission[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(21):107-115.
汪涛,虞晓阳,文继锋等.模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护[J].电力系统自动化,2020,44(21):107-115. DOI： 10.7500/AEPS20200226007.

WANG Tao,YU Xiaoyang,WEN Jifeng,et al.Sub-module Overvoltage Protection of Modular Multilevel Converter for Flexible DC Transmission[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(21):107-115. DOI： 10.7500/AEPS20200226007.

摘要

以模块化多电平柔性直流换流器为研究对象，分析子模块过电压特点，研究子模块在运行中的瞬态过电压和暂态过电压问题。子模块瞬态过电压包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）关断过电压和二极管反向恢复过电压：针对子模块IGBT关断过电压，提出一种两电平关断技术抑制关断电压尖峰；针对子模块二极管在旁路开关动作时反向恢复过电压，提出一种抑制二极管反向恢复过电压的旁路方法。文中同时分析了系统故障造成的暂态过电压，提出一种带耗能回路的子模块拓扑，以提高换流器故障穿越能力，并可有效减少子模块级联数量。针对模块化多电平换流器在不同故障工况下的过电压问题，提出了多级过电压保护相互配合的控制逻辑策略，并提出一种冗余供电方案，解决了模块化多电平换流器启动过程中的黑模块过电压问题，提高了系统运行可靠性。最后，给出实验和仿真波形验证了瞬态、暂态过电压理论分析的正确性和保护方案的有效性。

Abstract

Modular multilevel converter (MMC) for flexible DC transmission is introduced as the research object to analyze overvoltage characteristics of the sub-modules. The transient overvoltage and temporary overvoltage problems of the sub-modules in operation are studied. Transient overvoltage of the sub-modules includes turn-off overvoltage of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) and reverse recovery overvoltage of the diodes. For the turn-off overvoltage of IGBT in the sub-modules

a two-level turn-off technology is proposed to limit the voltage overshoot; for the reverse recovery overvoltage of diodes in the sub-modules when the bypass switch operates

a bypass method is proposed to suppress the reverse recovery overvoltage of the diodes. The temporary overvoltage problem of the sub-modules caused by system fault is also analyzed

and a sub-module topology with energy-consuming branch is proposed to improve the fault ride-through ability of converters

which can also reduce the number of the sub-modules effectively. For the overvoltage problem of MMC under different fault operation conditions

a control logic strategy of multi-stage overvoltage protection coordination is proposed. And a new redundant power supply scheme is proposed to solve the problem of ‘first start-up failure’ during the MMC starting process

and improve the reliability of system operation. Finally

the experimental and simulation waveforms are given to verify the correctness of the theoretical analysis of transient overvoltage and temporary overvoltage and the validity of the protection scheme.

关键词

Keywords

references

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