主动换相单元、强迫换相的混合式换流器拓扑结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种主动换相单元、强迫换相的混合式换流器拓扑结构及方法，其中，主动换相单元设置在换流器的桥臂电路中，其一端连接换流变压器，另一端连接直流母线，包括：主支路，设置有晶闸管阀；辅助支路，与主支路并联设置，辅助支路上依次设置第一控制阀和第二控制阀，第一控制阀具备单向电压输出可控关断功能，第二控制阀具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能。强迫换相的混合式换流器拓扑结构通过换流变压器接入交流电网，该拓扑结构包括三相六桥臂电路，每相桥臂分别包括上桥臂和下桥臂，至少一个上桥臂或下桥臂上设置有主动换相单元。通过实施本发明专利技术，实现了主支路的可靠关断和整个桥臂的主动换相。的可靠关断和整个桥臂的主动换相。的可靠关断和整个桥臂的主动换相。

【技术实现步骤摘要】
主动换相单元、强迫换相的混合式换流器拓扑结构及方法


[0001]本专利技术涉及电力电子中的换流
，具体涉及一种主动换相单元、强迫换相的混合式换流器拓扑结构及方法。

技术介绍

[0002]传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltage direct current，LCC
‑
HVDC)输电系统具有远距离大容量输电、有功功率可控等优势，在世界范围内广泛应用。换流器作为直流输电的核心装备，是实现交、直流电能转换的核心功能单元，其运行可靠性很大程度上决定了特高压直流电网的运行可靠性。
[0003]由于传统换流器多采用半控型器件晶闸管作为核心部件构成六脉动桥换流拓扑，每个桥臂由多级晶闸管及其缓冲部件串联组成，由于晶闸管不具备自关断能力，在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增和直流传输功率迅速大量损失，影响电网的稳定安全运行。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种主动换相单元、强迫换相的混合式换流器拓扑结构及方法，以解决换相失败影响电网稳定安全运行的问题。
[0005]根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种主动换相单元，设置在换流器的桥臂电路中，其一端连接换流变压器，另一端连接直流母线，包括：主支路，所述主支路上设置有晶闸管阀；辅助支路，与所述主支路并联设置，所述辅助支路上沿所述换流变压器至所述直流母线的方向上依次设置第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀具备单向电压输出可控关断功能，所述第二控制阀具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能。
[0006]结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述晶闸管阀包括：至少一个晶闸管，所述至少一个晶闸管串联设置；至少一个第一缓冲部件，与所述至少一个晶闸管并联或串联。
[0007]结合第一方面，在第一方面的第二实施方式中，所述第一控制阀包括：至少一个第一功率单元，所述至少一个第一功率单元串联设置；至少一个第二缓冲部件，与所述至少一个第一功率单元并联。
[0008]结合第一方面第二实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述第一功率单元包括：第一支路，所述第一支路上设置有第一功率器件和二极管，所述第一功率器件为全控型电力电子器件；第二支路，与所述第一支路并联，所述第二支路上设置有第一电容元件和所述第一功率器件，所述第一功率器件和所述第一电容元件串联。
[0009]结合第一方面第二实施方式，在第一方面的第四实施方式中，所述第一功率单元包括：第三支路，所述第三支路为四个第二功率器件连接组成的全桥电路；所述第二功率器件为全控型电力电子器件；第四支路，所述第四支路上设置有第二电容元件，所述第二电容元件并联在所述全桥电路的上半桥和下半桥之间。
[0010]结合第一方面，在第一方面的第五实施方式中，所述第二控制阀包括：至少一个第二功率单元，所述至少一个第二功率单元串联设置；至少一个第三缓冲部件，与所述至少一个第二功率单元并联。
[0011]结合第一方面第五实施方式，在第一方面的第六实施方式中，所述第二功率单元包括：第五支路，所述第五支路上设置有第三功率器件和第一二极管，所述第三功率器件与所述第一二极管串联；或，第六支路，所述第六支路上设置有至少一个第三功率器件，所述至少一个第三功率器件串联设置；所述第三功率器件为不具有反向阻断功能的电力电子器件；第七支路，与所述第六支路串联；所述第七支路上设置有至少一个第二二极管，所述至少一个第二二极管串联设置。
[0012]结合第一方面第五实施方式，在第一方面的第七实施方式中，所述第二功率单元包括：第八支路，所述第八支路为多个第四功率器件连接组成的全桥电路；所述第四功率器件为全控型电力电子器件。
[0013]结合第一方面第五实施方式，在第一方面的第八实施方式中，所述第二功率单元包括：至少一个第九支路，所述第九支路包括第一子支路、第二子支路和第三子支路；所述第一子支路、所述第二子支路、所述第三子支路和所述第三缓冲部件构成H桥电路；所述第一子支路，设置有多个串联的第三二极管；所述第二子支路，并联在所述第一子支路和所述第三子支路之间，所述第二子支路上设置有多个串联的第五功率器件，所述第五功率器件为全控型电力电子器件；所述第三子支路，设置有多个串联的第四二极管。
[0014]结合第一方面第一实施方式或第二实施方式或第五实施方式，在第一方面的第九实施方式中，第一缓冲部件、第二缓冲部件和第三缓冲部件均包括：由电容组成的第一缓冲支路；或，电阻和所述电容串联的第二缓冲支路；或，所述电容和所述电阻并联的第三缓冲支路；或，所述电阻和第五二极管并联，再与所述电容串联构成的第四缓冲支路；或，所述电阻和所述电容并联，再与所述第五二极管串联构成的第五缓冲支路；或，避雷器组成的第六缓冲支路；或，所述第一缓冲支路、所述第二缓冲支路、所述第三缓冲支路、所述第四缓冲支路、所述第五缓冲支路和所述第六缓冲支路中的多个并联组成的第七缓冲支路。
[0015]根据第二方面，本专利技术实施例提供了一种强迫换相的混合式换流器拓扑结构，所述拓扑结构通过换流变压器接入交流电网，所述拓扑结构包括三相六桥臂电路，每相桥臂分别包括上桥臂和下桥臂，至少一个上桥臂或下桥臂上设置有第一方面或第一方面任一实施方式所述的主动换相单元。
[0016]根据第三方面，本专利技术实施例提供了一种强迫换相的控制方法，用于如第二方面所述的强迫换相的混合式换流器拓扑结构，包括如下步骤：导通强迫换相的混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的主支路的晶闸管阀；导通所述强迫换相的混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助支路的第一控制阀和第二控制阀；关断所述强迫换相的混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助支路的第一控制阀和第二控制阀；经过一个控制周期后，返回导通所述强迫换相的混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的主支路的晶闸管阀，其中，i∈[1,6]。
[0017]结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，所述方法还包括：当检测到混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂发生换相失败或短路故障时，获取换相失败或短路故障的持续时长；在所述持续时长达到第一预设时长时，导通第i个桥臂的辅助支路的第二控制阀以及
在持续时长达到第二预设时长时，导通第i个桥臂的辅助支路的第一控制阀，进行主支路向辅助支路的换流，其中，所述第二预设时长大于等于所述第一预设时长；当混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的主支路的电流降低至零时，且所述持续时长达到第三预设时长时，关断第i个桥臂的辅助支路的第二控制阀，其中，第三预设时长大于第二预设时长；在下一控制周期导通第i个桥臂的主支路的晶闸管阀时，关断第i个桥臂的辅助支路的第一控制阀。
[0018]结合第三方面第一实施方式，在第三方面第二实施方式中，所述方法还包括：所述强迫换相的混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的主支路与辅助支路周期性交替运行。
[0019]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0020]1.本专利技术实施例提供的主动换相单元包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动换相单元，设置在换流器的桥臂电路中，其一端连接换流变压器，另一端连接直流母线，其特征在于，包括主支路，所述主支路上设置有晶闸管阀；辅助支路，与所述主支路并联设置，所述辅助支路上沿所述换流变压器至所述直流母线的方向上依次设置第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀具备单向电压输出可控关断功能，所述第二控制阀具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能。2.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述晶闸管阀包括：至少一个晶闸管，所述至少一个晶闸管串联设置；至少一个第一缓冲部件，与所述至少一个晶闸管并联或串联。3.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述第一控制阀包括：至少一个第一功率单元，所述至少一个第一功率单元串联设置；至少一个第二缓冲部件，与所述至少一个第一功率单元并联。4.根据权利要求3所述的主动换相单元，其特征在于，所述第一功率单元包括：第一支路，所述第一支路上设置有第一功率器件，所述第一功率器件为全控型电力电子器件；第二支路，与所述第一支路并联，所述第二支路上设置有第一电容元件和所述第一功率器件，所述第一功率器件和所述第一电容元件串联。5.根据权利要求3所述的主动换相单元，其特征在于，所述第一功率单元包括：第三支路，所述第三支路为四个第二功率器件连接组成的全桥电路；所述第二功率器件为全控型电力电子器件；第四支路，所述第四支路上设置有第二电容元件，所述第二电容元件并联在所述全桥电路的上半桥和下半桥之间。6.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述第二控制阀包括：至少一个第二功率单元，所述至少一个第二功率单元串联设置；至少一个第三缓冲部件，与所述至少一个第二功率单元并联。7.根据权利要求6所述的主动换相单元，其特征在于，所述第二功率单元包括：第五支路，所述第五支路上设置有第三功率器件和第一二极管，所述第三功率器件与所述第一二极管串联；所述第三功率器件为不具有反向阻断功能的电力电子器件；或，第六支路，所述第六支路上设置有至少一个所述第三功率器件，所述至少一个所述第三功率器件串联设置；第七支路，与所述第六支路串联；所述第七支路上设置有至少一个第二二极管，所述至少一个第二二极管串联设置。8.根据权利要求6所述的主动换相单元，其特征在于，所述第二功率单元包括：第八支路，所述第八支路为多个第四功率器件连接组成的全桥电路；所述第四功率器件为全控型电力电子器件。9.根据权利要求6所述的主动换相单元，其特征在于，所述第二功率单元包括：第九支路，所述第九支路包括第一子支路、第二子支路和第三子支路；所述第一子支路、所述第二子支路、所述第三子支路和所述第三缓冲部件构成H桥电路；
所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冲，贺之渊，张娟娟，王治翔，李婷婷，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：