换流阀、直流输电系统以及用于换流阀的过电压保护电路的制作方法

本发明属于高压直流输电，具体涉及一种换流阀、直流输电系统以及用于换流阀的过电压保护电路。

背景技术：

1、换流阀设备作为高压直流输电的核心设备之一，其性能的好坏直接影响直流系统运行的可靠性和稳定性。现有特高压直流输电工程大部分采用晶闸管换流阀，新型换流阀采用igct等电力电子器件。电力电子器件本身过压能力差，瞬时过电压可能会导致器件发生永久性损坏，而且更换电力电子器件需要直流输电系统断电，成本极高。现有的换流阀过电压保护电路只能通过直流均压回路监测电力电子器件的端电压，一旦直流均压回路损坏或直流过电压保护电路发生故障，过电压保护电路将失效，进而导致电力电子器件击穿损坏。在直流输电换流阀中，单个桥臂上的开关器件采用串联方式连接，部分开关器件过电压击穿后，将导致其余开关器件耐受电压增高。当开关器件击穿数量大于设计裕量后，将导致所有开关器件均被过电压击穿，从而导致换流阀整个桥臂丧失正负压阻断能力，引起换流阀的阀短路故障，直流输电系统电压和电流均发生异常，最终会导致整个换流阀的损坏。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种换流阀、直流输电系统以及用于换流阀的过电压保护电路，用以解决现有换流阀直流均压回路损坏或直流过电压保护电路发生故障引起过电压保护电路失效，导致开关器件被过电压击穿，换流阀整个桥臂丧失正负压阻断能力，引起换流阀的阀短路故障，进而导致直流系统电压和电流均发生故障，最终导致整个换流阀损坏的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于换流阀的过电压保护电路，包括为换流阀中的开关器件进行过压保护的若干个过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括电压比较器、采样支路以及第一限流支路，所述电压比较器的反相输入端通过采样支路用于与换流阀的桥臂上相应开关器件的一端连接，电压比较器的反相输入端还通过第一限流支路连接该开关器件的阻尼电路；电压比较器的同相输入端连接至基准电压，电压比较器的输出端用于连接该开关器件的控制极；所述的电压比较器用于在采样支路两端的电压大于基准电压的条件下，向该开关器件的控制极发送脉冲信号，控制该开关器件导通。

3、其有益效果为：由于换流阀工作在高压线路上，开关器件的阻尼电路上的电流较大，通过设置第一限流支路可以将阻尼电路上的大电流变为小电流输送至采样支路，采样支路的一端与电压比较器的反相输入端连接，从而将采样支路两端的电压实时输入电压比较器的反相输入端，当采样支路两端的电压大于基准电压时，电压比较器向开关器件发送导通信号，从而避免开关器件被高压电流击穿。采用本发明的过电压保护电路可有效地对换流阀进行过电压保护，从而大大提高了换流阀工作的可靠性和稳定性，进而使得直流输电系统更加安全可靠。

4、进一步地，所述的第一限流支路上串接有第一限流电阻。

5、进一步地，所述的第一限流支路还串接有限流电容。

6、其有益效果为：若单纯依靠第一限流电阻使电流变小，则第一限流电阻的体积会较大，导致过电压保护电路体积较大，不便于安装在换流阀上，因此设置限流电容对电流进行限制，使得第一限流电阻的阻值和体积较小，从而大大减小了过电压保护电路的体积，以便将其安装在换流阀上。

7、进一步地，所述的过电压保护模块还包括第二限流支路，所述第二限流支路的一端连接所述电压比较器的反相输入端，所述第二限流支路的另一端用于连接该开关器件的直流均压电路。

8、其有益效果为：当换流器的开关器件两端出现冲击电压时，其两端并联的直流均压电路会在采样支路上产生取样电压，其两端并联的阻尼电路同样会在采样支路上产生取样电压。通过同时设置第一限流支路和第二限流支路，可同时采集开关器件两端冲击电压的直流分量和交流分量，采样支路两端的电压为取样电压，当第一限流支路或者阻尼回路故障时，可通过第二限流支路获得取样电压对开关器件进行过电压保护，当第二限流支路或者直流均压电路故障时，可通过第一限流支路获得取样电压对开关器件进行过电压保护；从而实现更全面地对换流阀的开关器件进行过电压保护，进一步提高了换流阀工作的可靠性和稳定性。

9、进一步地，所述的第二限流支路上串接有第二限流电阻。

10、进一步地，所述的采样支路上串接有第五电阻。

11、进一步地，所述的第五电阻两端并联有滤波电容。

12、其有益效果为：由于在换流阀工作过程中开关器件的直流均压电路和阻尼电路上会产生高频干扰电流，通过设置滤波电容，可以滤除高频干扰电流信号，使过电压保护电路的工作更加稳定可靠；从而进一步提高了换流阀工作的可靠性和稳定性。

13、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种换流阀，换流阀的每个桥臂上的各个开关器件的两端均并联有阻尼电路和直流均压电路，所述开关器件连接有本发明的用于换流阀的过电压保护电路。

14、其有益效果为：由于换流阀工作在高压线路上，开关器件的阻尼电路上的电流较大，通过设置第一限流支路可以将阻尼电路上的大电流变为小电流输送至采样支路，采样支路两端的电压为取样电压，采样支路的一端与电压比较器的反相输入端连接，从而将取样电压实时输入电压比较器的反相输入端，当取样电压大于基准电压时，电压比较器向开关器件发送导通信号，从而避免开关器件被高压电流击穿。采用本发明的换流阀，可以大大提高换流阀工作的可靠性和稳定性，进而使得直流输电系统的运行更加安全可靠。

15、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种高压直流输电系统，包括本发明的换流阀。

技术特征：

1.一种用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，包括为换流阀中的开关器件进行过压保护的若干个过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括电压比较器、采样支路以及第一限流支路，所述电压比较器的反相输入端通过采样支路用于与换流阀的桥臂上相应开关器件的一端连接，电压比较器的反相输入端还通过第一限流支路连接该开关器件的阻尼电路；电压比较器的同相输入端连接至基准电压，电压比较器的输出端用于连接该开关器件的控制极；所述的电压比较器用于在采样支路两端的电压大于基准电压的条件下，向该开关器件的控制极发送脉冲信号，控制该开关器件导通。

2.如权利要求1所述的用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，所述的第一限流支路上串接有第一限流电阻。

3.如权利要求2所述的用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，所述的第一限流支路还串接有限流电容。

4.如权利要求1所述的用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，所述的过电压保护模块还包括第二限流支路，所述第二限流支路的一端连接所述电压比较器的反相输入端，所述第二限流支路的另一端用于连接该开关器件的直流均压电路。

5.如权利要求4所述的用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，所述的第二限流支路上串接有第二限流电阻。

6.如权利要求1～5任意一项所述的用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，所述的采样支路上串接有第五电阻。

7.如权利要求6所述的用于换流阀的过电压保护电路，其特征在于，所述的第五电阻两端并联有滤波电容。

8.一种换流阀，换流阀的每个桥臂上的各个开关器件的两端均并联有阻尼电路和直流均压电路，其特征在于，所述开关器件连接有如权利要求1～7任意一项所述的用于换流阀的过电压保护电路。

9.一种高压直流输电系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的换流阀。

技术总结
本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种换流阀、直流输电系统以及用于换流阀的过电压保护电路。其中的电路包括若干个过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括电压比较器、采样支路以及第一限流支路，所述电压比较器的反相输入端通过采样支路用于与换流阀的桥臂上某个开关器件的一端连接，电压比较器的反相输入端还通过第一限流支路连接该开关器件的阻尼电路；电压比较器的同相输入端连接至基准电压，电压比较器的输出端用于连接该开关器件的控制极。采用本发明的用于换流阀的过电压保护电路可以大大提高换流阀工作的可靠性和稳定性。

技术研发人员：毕延河,刘堃,韩坤,黄永瑞,邵珠珂,邱文龙,李凯,王晓民,李旭升
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15