阅读说明：本技术 一种过压保护方法、装置和模块化多电平换流阀 (Overvoltage protection method and device and modular multi-level converter valve ) 是由 安海清 李振动 刘亚新 贺俊杰 张恩伟 王珣 田凯哲 李金卜 张晓飞 金海望 岳 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种过压保护方法、装置和模块化多电平换流阀,具体为获取每个子模块的电容电压,并根据所有电容电压计算每一桥臂上所有子模块的平均电容电压；若换流阀处于解锁状态,根据电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有子模块出现过压；如果出现过压的子模块的个数与已旁路子模块个数之和大于冗余模块数量,则闭锁换流阀并跳闸；如果它们之和小于或等于冗余模块数量,则闭锁并旁路掉出现过压的子模块。若换流阀处于闭锁状态；如果任一桥臂子模块平均电容电压大于预设定值,旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块；如果任一桥臂子模块平均电容电压小于预设定值,旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块。通过上述操作,实现了对子模块的过压保护。(The application discloses an overvoltage protection method, an overvoltage protection device and a modular multilevel converter valve, and particularly aims to obtain the capacitance voltage of each submodule and calculate the average capacitance voltage of all submodules on each bridge arm according to all the capacitance voltages; if the converter valve is in an unlocking state, judging whether the sub-module has overvoltage according to whether the capacitor voltage exceeds a first preset protection fixed value; if the sum of the number of the sub-modules with overvoltage and the number of the bypassed sub-modules is larger than the number of the redundant modules, locking the converter valve and tripping; if the sum of the two is less than or equal to the number of redundant modules, the submodule in which an overvoltage occurs is locked out and bypassed. If the converter valve is in a locked state; if the average capacitance voltage of any bridge arm submodule is larger than a preset value, bypassing the submodule with the capacitance voltage larger than a second preset protection fixed value; and if the average capacitance voltage of any bridge arm submodule is smaller than a preset value, bypassing the submodule with the capacitance voltage larger than a third preset protection fixed value. Through the operation, the overvoltage protection of the sub-module is realized.)

一种过压保护方法、装置和模块化多电平换流阀

技术领域

本申请涉及电网技术领域，更具体地说，涉及一种过压保护方法、装置和模块化多电平换流阀。

背景技术

基于模块化多电平换流阀的柔性直流输电技术，可以独立、快速控制系统有功功率和无功功率，并提高系统的稳定性，广泛应用于大规模风力发电等新能源并网领域。其中换流阀作为柔性直流输电工程最为核心的设备，它是由大量电力电子器件组成的子模块串并联构成，对于一些大容量换流阀的子模块，单个价格在20万元人民币以上。

而换流阀的子模块在一些非正常工况下极易发生过压现象，如此昂贵的子模块一旦因过压被损毁，不仅经济损失惨重，也会影响整个换流阀的运行状况，乃至影响到整个柔性直流换流站的稳定运行，因此有必要对子模块进行过电压保护。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种过压保护方法、装置和模块化多电平换流阀，用于对模块化多电平换流阀的子模块进行过压保护，防止其发生过压损毁。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种过压保护方法，应用于模块化多电平换流阀，所述换流阀包括6个桥臂，每个桥臂上包括多个子模块，所述过压保护方法包括步骤：

获取每个所述子模块的电容电压，并根据所有电容电压计算每一所述桥臂上所有子模块的平均电容电压；

判断所述换流阀是否整体处于闭锁状态；

若所述换流阀处于解锁状态，根据所述电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有所述子模块出现过压，所述第一预设保护定值介于所述子模块的额定电压与最大耐受电压之间；

当判定一个或多个所述子模块出现过压时，判断出现过压的所述子模块的与之前被旁路掉的所述子模块的总数是否大于冗余模块数量；

如果所述总数大于所述冗余模块数量，则闭锁所述换流阀并跳闸；

如果所述总数小于或等于所述冗余模块数量，则旁路掉出现过压的所述子模块。

若所述换流阀处于所述闭锁状态，判断所述平均电容电压是否大于预设定值，所述预设定值介于所述额定电压与所述最大耐受电压之间；

如果所述平均电容电压大于所述预设定值，旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的所述子模块，所述第二预设保护定值介于所述额定电压与所述最大耐受电压之间；

如果所述平均电容电压小于所述预设定值，旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的所述子模块，所述第三预设保护定值介于所述额定电压与所述最大耐受电压之间。

可选的，所述第一预设保护定值大于所述预设定值，所述第二预设保护定值大于所述第一预设保护定值，所述第三预设保护定值大于所述第二预设保护定值。

可选的，所述所有子模块不包括之前已经被旁路掉的子模块。

一种过压保护装置，应用于模块化多电平换流阀，所述换流阀包括6个桥臂，每个桥臂上包括多个子模块，所述过压保护装置包括：

电压获取模块，用于获取每个所述子模块的电容电压，并根据所有电容电压计算每一所述桥臂上所有子模块的平均电容电压；

第一判断模块，用于判断所述换流阀是否整体处于闭锁状态；

第二判断模块，用于若所述换流阀处于解锁状态，根据所述电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有所述子模块出现过压，所述第一预设保护定值介于所述子模块的额定电压与最大耐受电压之间；

第三判断模块，用于当所述第二判断模块判定一个或多个所述子模块出现过压时，判断出现过压的所述子模块的与之前被旁路掉的所述子模块的总数是否大于冗余模块数量；

第一执行模块，用于如果所述总数大于所述冗余模块数量，则闭锁所述换流阀并跳闸；

第二执行模块，用于如果所述总数小于或等于所述冗余模块数量，则旁路掉出现过压的所述子模块。

第四判断模块，用于若所述换流阀处于所述闭锁状态，判断所述平均电容电压是否大于预设定值，所述预设定值介于所述额定电压与所述最大耐受电压之间；

第三执行模块，用于如果所述平均电容电压大于所述预设定值，旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的所述子模块，所述第二预设保护定值介于所述额定电压与所述最大耐受电压之间；

第四执行模块，用于如果所述平均电容电压小于所述预设定值，旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的所述子模块，所述第三预设保护定值介于所述额定电压与所述最大耐受电压之间。

可选的，所述第一预设保护定值大于所述预设定值，所述第二预设保护定值大于所述第一预设保护定值，所述第三预设保护定值大于所述第二预设保护定值。

可选的，所述所有子模块不包括之前已经被旁路掉的子模块。

一种模块化多电平换流阀，设置有如上所述的过压保护装置。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种过压保护方法、装置和模块化多电平换流阀，具体为获取每个子模块的电容电压，并根据所有电容电压计算每一桥臂上所有子模块的平均电容电压；判断换流阀是否整体处于闭锁状态；若换流阀处于解锁状态，根据电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有子模块出现过压，第一预设保护定值介于子模块的额定电压与最大耐受电压之间；当判定一个或多个子模块出现过压时，判断出现过压的子模块的与之前被旁路掉的子模块的总数是否大于冗余模块数量；如果总数大于冗余模块数量，则闭锁换流阀并跳闸；如果总数小于或等于冗余模块数量，则旁路掉出现过压的子模块。若换流阀处于闭锁状态，判断任意桥臂平均电容电压是否大于预设定值，预设定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压大于预设定值，旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块，第二预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压小于预设定值，旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块，第三预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间。通过上述操作，实现了对子模块的过压保护，即将出现过压的子模块予以旁路，从而可以避免子模块因过压而损毁。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种过压保护方法的流程图；

图2为本申请的一种模块化多电平换流阀的电路图；

图3为本申请的模块化多电平换流阀的子模块的电路图；

图4为本申请实施例的一种过压保护装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1位本申请实施例的一种过压保护方法的流程图。

本实施例的过压保护方法应用于模块化多电平换流阀。该模块化多电平换流阀由多个子模块通过串并联连接构成，具体如图2所示，其包括多个桥臂，每个桥臂上包括多个子模块。其中，每个子模块的结构如图3所示。

如图1所示，本实施例提供的过压保护方法具体包括如下步骤：

S1、获取每一子模块的电容电压。

具体来说，接收相应的电压检测设备检测到的构成该换流阀的所有子模块的电容电压。在得到所有子模块的电容电压后，计算每一个桥臂上的平均电容电压，具体而言是指将相应桥臂上所有子模块的电容电压进行均值计算，从而得到该平均电容电压。

值得指出的是，由于正常运行的换流阀中有可能存在因各种原因而被旁路掉的子模块，因此，在计算该平均电容电压时不包括已经被旁路掉的子模块。

S2、判断换流阀是否处于闭锁状态。

即判断该换流阀是处于闭锁状态还是处于解锁状态。闭锁状态是指向换流阀施加相应的闭锁脉冲后，控制该换流阀进入到带电但不工作的状态，即此时该换流阀不进行整流或逆变；解锁状态与闭锁状态正好相反，此时该换流阀处于正常工作，即根据用户的需要进行整流或逆变。

如果该换流阀处于解锁状态，则执行步骤S3，如果换流阀处于闭锁状态，则执行步骤S7。

S3、判断是否有子模块出现过压。

具体来说，是根据相应子模块的电容电压是否超过第一预设保护定值来确定该子模块出现过压。这里的第一预设保护定值为提前预定的数值，其大于子模块的额定电压，小于子模块的最大耐受电压。

如果有子模块的电容电压超过第一预设保护定值，则判定该子模块出现过压现象。如果没有子模块出现过压现象，则结束所有流程；相反，如果发现一个或多个子模块出现过压现象，则执行下一步骤。

S4、判断过压及被旁路的子模块是否超出冗余模块数量。

在确定有子模块出现过压现象时，对出现过压的子模块的数量与之前因过压而被旁路掉的子模块的数量进行统计，将得到的总数与该换流阀的冗余模块数量进行比较。该冗余模块数量是指换流阀每一桥臂所能够停掉的子模块的最高数量，在此基础上，剩余的子模块还能够满足换流阀正常工作。

通过比较，如果该总数大于该冗余模块数量，则执行步骤S5；反之，如果该总数小于或等于该冗余模块数量，则执行步骤S6。

S5、闭锁该换流阀并跳闸。

即如果出现过压的子模块和之前被旁路掉的子模块的总数大于该换流阀的冗余模块数量，表明此时该换流阀继续工作会不安全，此时控制该换流阀进入闭锁状态，即控制该换流阀停止工作；跳闸则是指将该换流阀执行掉电，避免其继续加电导致其损坏。

S6、旁路掉过压的子模块。

即如果出现过压的子模块和之前被旁路掉的子模块的总数小于或等于该换流阀的冗余模块数量，表明该换流阀的现有没有出现过压的子模块还能够满足其正常工作，此时仅将出现过压的子模块予以旁路掉予以保护，而不用对换流阀做相应的保护。

S7、判断平均电容电压是否大于预设定值。

即经过对换流阀进行判断，判定其处于闭锁状态，则对前面得到的平均电容电压是否大于预设定值进行判断，该预设定值大于子模块的额定电压、小于子模块的最大耐受电压。

如果该平均电容电压大于预设定值，则执行步骤S8；如果该平均电容电压小于该预设定值，则执行步骤S9。

S8、旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块。

即当平均电容电压大于预设定值时，将电容电压大于第二预设保护定值的子模块予以旁路掉，该第二预设保护定值大于相应子模块的额定电压、大于子模块的最大耐受电压。

S9、旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块。

即当平均电容电压小于预设定值时，将电容电压大于第三预设保护定值的子模块予以旁路掉，该第三预设保护定值大于相应子模块的额定电压、大于子模块的最大耐受电压。

本申请中，第一预设保护定值大于预设定值，第二预设保护定值大于该第一预设保护定值，该第三预设保护定值大于第二预设保护定值。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种过压保护方法，该方法应用于模块化多电平换流阀，具体为获取每个子模块的电容电压，并根据所有电容电压计算每一桥臂上所有子模块的平均电容电压；判断换流阀是否整体处于闭锁状态；若换流阀处于解锁状态，根据电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有子模块出现过压，第一预设保护定值介于子模块的额定电压与最大耐受电压之间；当判定一个或多个子模块出现过压时，判断出现过压的子模块的与之前被旁路掉的子模块的总数是否大于冗余模块数量；如果总数大于冗余模块数量，则闭锁换流阀并跳闸；如果总数小于或等于冗余模块数量，则旁路掉出现过压的子模块。若换流阀处于闭锁状态，判断平均电容电压是否大于预设定值，预设定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压大于预设定值，旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块，第二预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压小于预设定值，旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块，第三预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间。通过上述操作，实现了对子模块的过压保护，即将出现过压的子模块予以旁路，从而可以避免子模块因过压而损毁。

实施例二

图4位本申请实施例的一种过压保护装置的框图。

本实施例的过压保护装置应用于模块化多电平换流阀。该模块化多电平换流阀由多个子模块通过串并联连接构成，具体如图2所示，其包括6个桥臂，每个桥臂上包括多个子模块。其中，每个子模块的结构如图3所示。

如图4所示，本实施例提供的过压保护装置具体包括电压获取模块10、第一判定模块20、第二判定模块30、第三判断模块40、第一执行模块50、第二执行模块60、第四判断模块70、第三执行模块80和第四执行模块90。

电压获取模块用于获取子模块的电容电压，并计算每一桥臂上的平均电容电压。

具体来说，通过接收相应的电压检测设备检测到的构成该换流阀的所有子模块的电容电压。在得到所有子模块的电容电压后，计算每一个桥臂上的平均电容电压，具体而言是指将相应桥臂上所有子模块的电容电压进行均值计算，从而得到该平均电容电压。

值得指出的是，由于正常运行的换流阀中有可能存在因各种原因而被旁路掉的子模块，因此，在计算该平均电容电压时不包括已经被旁路掉的子模块。

第一判断模块用于判断换流阀是否处于闭锁状态。

即判断该换流阀是处于闭锁状态还是处于解锁状态。闭锁状态是指向换流阀施加相应的闭锁脉冲后，控制该换流阀进入到带电但不工作的状态，即此时该换流阀不进行整流或逆变；解锁状态与闭锁状态正好相反，此时该换流阀处于正常工作，即根据用户的需要进行整流或逆变。

第二判断模块用于判断是否有子模块出现过压。

具体来说，即在第一判断模块判定该换流阀处于解锁状态时，根据相应子模块的电容电压是否超过第一预设保护定值来确定该子模块出现过压。这里的第一预设保护定值为提前预定的数值，其大于子模块的额定电压，小于子模块的最大耐受电压。

如果有子模块的电容电压超过第一预设保护定值，则判定该子模块出现过压现象。如果没有子模块出现过压现象，则结束所有操作。

第三判断模块用于判断过压及被旁路的子模块是否超出冗余模块数量。

在第二判断模块确定有子模块出现过压现象时，本模块对出现过压的子模块的数量与之前因过压而被旁路掉的子模块的数量进行统计，并将得到的总数与该换流阀的冗余模块数量进行比较。该冗余模块数量是指换流阀每一桥臂所能够停掉的子模块的最高数量，在此基础上，剩余的子模块还能够满足换流阀正常工作。

第一执行模块用于闭锁该换流阀并跳闸。

即如果第三判断模块判定出现过压的子模块和之前被旁路掉的子模块的总数大于该换流阀的冗余模块数量，表明此时该换流阀继续工作会不安全，此时第一执行模块控制该换流阀进入闭锁状态，即控制该换流阀停止工作；跳闸则是指将该换流阀执行掉电，避免其继续加电导致其损坏。

第二执行模块用于旁路掉过压的子模块。

即如果第三判断模块判定出现过压的子模块和之前被旁路掉的子模块的总数小于或等于该换流阀的冗余模块数量，表明该换流阀的现有没有出现过压的子模块还能够满足其正常工作，此时第二执行模块仅将出现过压的子模块予以旁路掉予以保护，而不用对换流阀做相应的保护。

第四判断模块用于判断平均电容电压是否大于预设定值。

即经过第一判断模块对换流阀进行判断，判定其处于闭锁状态，则进一步对前面得到的平均电容电压是否大于预设定值进行判断，该预设定值大于子模块的额定电压、小于子模块的最大耐受电压。

第三执行模块同样旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块。

即在第三判断模块判定平均电容电压大于预设定值时，将电容电压大于第二预设保护定值的子模块予以旁路掉，该第二预设保护定值大于相应子模块的额定电压、大于子模块的最大耐受电压。

第四执行模块用于旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块。

即在第三判断模块判定平均电容电压大于预设定值时，将电容电压大于第三预设保护定值的子模块予以旁路掉，该第三预设保护定值大于相应子模块的额定电压、大于子模块的最大耐受电压。

本申请中，第一预设保护定值大于预设定值，第二预设保护定值大于该第一预设保护定值，该第三预设保护定值大于第二预设保护定值。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种过压保护装置，该装置应用于模块化多电平换流阀，具体用于获取每个子模块的电容电压，并根据所有电容电压计算每一桥臂上所有子模块的平均电容电压；判断换流阀是否整体处于闭锁状态；若换流阀处于解锁状态，根据电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有子模块出现过压，第一预设保护定值介于子模块的额定电压与最大耐受电压之间；当判定一个或多个子模块出现过压时，判断出现过压的子模块的与之前被旁路掉的子模块的总数是否大于冗余模块数量；如果总数大于冗余模块数量，则闭锁换流阀并跳闸；如果总数小于或等于冗余模块数量，则旁路掉出现过压的子模块。若换流阀处于闭锁状态，判断平均电容电压是否大于预设定值，预设定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压大于预设定值，旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块，第二预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压小于预设定值，旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块，第三预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间。通过上述操作，实现了对子模块的过压保护，即将出现过压的子模块予以旁路，从而可以避免子模块因过压而损毁。

实施例三

本实施例提供了一种模块化多电平换流阀，该换流阀设置有上一实施例所提供的过压保护装置。该过压保护装置包括电压获取模块、第一判定模块、第二判定模块、第三判断模块、第一执行模块、第二执行模块、第四判断模块、第三执行模块和第四执行模块。

具体用于获取每个子模块的电容电压，并根据所有电容电压计算每一桥臂上所有子模块的平均电容电压；判断换流阀是否整体处于闭锁状态；若换流阀处于解锁状态，根据电容电压是否超过第一预设保护定值判断是否有子模块出现过压，第一预设保护定值介于子模块的额定电压与最大耐受电压之间；当判定一个或多个子模块出现过压时，判断出现过压的子模块的与之前被旁路掉的子模块的总数是否大于冗余模块数量；如果总数大于冗余模块数量，则闭锁换流阀并跳闸；如果总数小于或等于冗余模块数量，则旁路掉出现过压的子模块。若换流阀处于闭锁状态，判断平均电容电压是否大于预设定值，预设定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压大于预设定值，旁路掉电容电压大于第二预设保护定值的子模块，第二预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间；如果平均电容电压小于预设定值，旁路掉电容电压大于第三预设保护定值的子模块，第三预设保护定值介于额定电压与最大耐受电压之间。通过上述操作，实现了对子模块的过压保护，即将出现过压的子模块予以旁路，从而可以避免子模块因过压而损毁。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。