一种换流器保护电路和保护方法及装置

1.一种换流器保护电路，用于保护电压源型阀组单元中的电压源换流器，其特征在于，采用如下三种方案之一：方案一：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个二极管阀组，连接方式为所述二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器，在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极相连；方案二：至少包含一个旁通晶闸管阀组和一个电流源型阀组单元；连接方式为电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联，组成具有直流故障穿越能力的换流器；在具有直流故障穿越能力的换流器两端并联旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与所述直流故障穿越能力的换流器的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与所述直流故障穿越能力的换流器的负极相连；方案三：至少包含一个旁通晶闸管阀组，旁通晶闸管阀组的阳极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的正极相连，旁通晶闸管阀组的阴极与具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元的负极相连；所述不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元是自身不能实现直流输电系统的直流侧故障穿越；所述具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元是自身能实现直流输电系统的直流侧故障穿越，是在不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元所包含的电压源换流器基础上增加辅助电力电子器件抑制反向电流实现。 2.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述二极管阀组与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联连接有两种拓扑结构：（1）二极管阀组的阴极与电压源型阀组单元的正极相连；或者（2）二极管阀组的阳极与电压源型阀组单元的负极相连；对于第（1）种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为二极管阀组的阳极，所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电压源型阀组单元的负极；对于第（2）种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电压源型阀组单元的正极，所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为二极管阀组的阴极。 3.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元中所包含的电压源换流器是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、半桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL；所述二极管阀组由多个二极管串联组成。 4.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元所包含的电压源换流器是以下任一种或多种：全桥结构子模块组成的模块化多电平换流器MMC、两电平级联型换流器CSL、堆叠式两电平换流器CTL，半桥和全桥结构子模块组成的混合模块化多电平换流器HMC，或二极管箝位型模块化多电平换流器。 5.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电流源型阀组单元与不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元串联连接有两种拓扑结构：（1）电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者（2）电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连；对于第（1）种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电流源型阀组单元的阳极；所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电压源型阀组单元的负极；对于第（2）种结构，所述具有直流故障穿越能力的换流器的正极为电压源型阀组单元的正极；所述具有直流故障穿越能力的换流器的负极为电流源型阀组单元的阴极。 6.如权利要求5所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电流源型阀组单元包括电网换相换流器；或者包括电网换相换流器与旁通开关，二者并联连接；或者包括电网换相换流器与旁通开关及刀闸组件，所述刀闸组件包括连接刀闸和旁通刀闸，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。 7.如权利要求6所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电网换相换流器为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。 8.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电压源型阀组单元包括电压源换流器；或者电压源换流器及其旁通电路；或者包括电压源换流器及其旁通电路和刀闸组件，所述刀闸组件包括连接刀闸和旁通刀闸，并且电压源换流器及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。 9.如权利要求8所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电压源换流器及其旁通电路为电压源换流器与旁通开关并联电路；或者旁通开关与电感串联连接后再与电压源换流器并联电路；或者电压源换流器与电感串联连接后再与旁通开关并联电路。 10.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述电压源换流器由可关断的全控型功率半导体组成；所述可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种：绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管PowerMOSFET、电子注入增强栅晶体IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET。 11.如权利要求1所述的一种换流器保护电路，其特征在于：所述旁通晶闸管阀组只包含一个桥臂，由多个晶闸管串联组成，并包含相应的控制保护电路；或者所述旁通晶闸管阀组是并联的电网换相换流器的旁通对或通过所述并联的电网换相换流器快速移相实现。 12.如权利要求11所述的一种换流器保护电路，其特征在于：在所述多个晶闸管串联后的始端或末端串联直流转换开关或者隔离刀闸。 13.一种适用于权利要求1至12任一项所述换流器保护电路的换流器保护方法，逆变站配置不具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元或者所述具有直流故障穿越能力的电压源型阀组单元，当直流输电系统运行时，逆变站为直流输电系统的逆变侧，整流站为直流输电系统的整流侧；其特征在于：电压源型阀组单元检测到故障，投入旁通晶闸管阀组，并将故障信息传送到整流站，对于瞬时能自恢复或能隔离的故障，整流侧降低直流电压，降低直流电流，控制旁通晶闸管阀组电流到零关断，故障消失后，通过整流侧和逆变侧协调控制，重启直流输电系统；对于瞬时不能自恢复或不能隔离的故障，通过整流侧和逆变侧协调控制，闭锁所述电压源型阀组单元或直流输电系统。 14.如权利要求13所述的换流器保护方法，其特征在于：所述电压源型阀组单元检测到故障包括控制系统故障、阀区故障、主变压器区故障和交流系统故障；故障检测的具体方式是：通过检测电压源型阀组单元总直流电压、直流电流或电压源型阀组单元的桥臂电流超过阈值；或者通过检测电压源型阀组单元的子模块电压或电流超过阈值；或者通过检测交流电压或交流电流间接预测或辅助判断；或者通过电压源型阀组单元停运信号出现、保护动作信号出现、闭锁信号出现或运行信号消失来判断。 15.如权利要求13所述的换流器保护方法，其特征在于：所述控制旁通晶闸管阀组电流到零关断，是通过逆变站主导控制旁通晶闸管阀组电流到零，或者将故障信息传送到整流站，整流站主导控制旁通晶闸管阀组电流到零，或者两站协调控制旁通晶闸管阀组电流到零；所述控制旁通晶闸管阀组电流到零的方法是在旁通晶闸管阀组施加零压或反压，或者断开直流输电系统电流回路中的直流转换开关来实现。 16.如权利要求13所述的换流器保护方法，其特征在于：所述故障信息传送到整流站是在站间通讯正常情况下，整流站接收逆变站送来的故障信息或整流站检测直流电压和直流电流识别故障信息，在站间通讯故障情况下，整流站检测直流电压和直流电流来识别故障信息；所述瞬时能自恢复或能隔离的故障为能够瞬时熄弧或能够通过开关、刀闸实现快速隔离的故障；所述瞬时不能自恢复或不能隔离的故障为永久性故障，不能瞬时熄弧或通过开关、刀闸不能实现隔离的故障。 17.一种适用于权利要求1至12任一项所述换流器保护电路的换流器保护装置，其特征在于，所述装置包括检测单元、保护单元和控制单元，其中：检测单元，检测电压源型阀组单元的直流电压、直流电流、桥臂电流，电压源型阀组单元中子模块的电压、电流，旁通晶闸管阀组流过的电流，接入交流系统的交流电压、交流电流，电压源型阀组单元停运信号、保护动作信号、闭锁信号、运行信号，判断是否有电压源型阀组单元故障出现，有则触发保护单元；保护单元，当判断电压源型阀组单元故障出现时，投入旁通晶闸管阀组，将故障信息传送到整流站，并触发控制单元；控制单元，整流侧降低直流电压，降低直流电流，如果电压源型阀组单元故障瞬时能自恢复或能隔离，控制旁通晶闸管阀组电流到零关断，故障消失后，重启直流输电系统，如果电压源型阀组单元故障瞬时不能自恢复或不能隔离，闭锁所述电压源型阀组单元或直流输电系统。