[发明专利]主动换相单元、混合式换流器拓扑结构及换流控制方法

说明书

本发明公开了一种主动换相单元、混合式换流器拓扑结构及换流控制方法。其中，该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的输出端，另一端连接直流母线，该主动换相单元包括：主支路、辅助支路以及旁路支路，主支路上设置有晶闸管阀和第一控制阀，辅助支路与主支路并联，其上设置有第二控制阀，第一控制阀具备正向电流可控关断功能，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，旁路支路与第一控制阀并联，以保护第一控制阀或替代第一控制阀进行主支路的正常通流。通过实施本发明，保证了混合式换流器能够工作于常规换流模式，降低出现换相失败的概率，提高了混合式换流器的可靠性和可用率。

技术领域

本发明涉及电力电子换流技术领域，具体涉及一种主动换相单元、混合式换流器拓扑结构及换流控制方法。

背景技术

传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltage directcurrent，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。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。

目前存在一种具有可关断能力的混合式换流器，该混合式换流器具有可控换流模式和常规换流模式，其以晶闸管阀串联少量全控型器件为主支路，由多级具有反向阻断能力的可关断器件构成的全控型阀为辅助支路，两条支路并联连接，主支路全控型阀至少具备单向可关断能力，通过少量的可关断器件关断晶闸管阀电流，将电流转移至辅助支路，由辅助支路代替主支路进行各桥臂间换相，避免换相失败的发生。尽管其能够在出现故障时进入可控换流模式以实现各桥臂之间的换相，但若其常规换流模式能够稳定运行，则无需触发可控关断模式，其常规换流模式的稳定依赖于主支路全控型阀的稳定运行，当主支路全控型阀出现故障或是电流超限时，则难以保证混合式换流器在常规换流模式下的可靠运行。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种主动换相单元、混合式换流器拓扑结构及换流控制方法，以解决主支路全控型阀出现故障或是电流超限时，难以保证混合式换流器在常规换流模式下的可靠运行的问题。

根据第一方面，本发明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的输出端，另一端连接直流母线，该主动换相单元包括：主支路，所述主支路上设置有晶闸管阀和第一控制阀，所述第一控制阀用于正向电流的可控关断；辅助支路，与所述主支路并联设置，所述辅助支路上设置有第二控制阀，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；旁路支路，与所述第一控制阀并联设置，所述旁路支路用于保护所述第一控制阀或替代所述第一控制阀进行主支路通流。

结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述第一控制阀包括：多个控制子模块，所述多个控制子模块串联设置，所述控制子模块用于正向电流关断。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第二实施方式中，所述旁路支路包括：多个第一旁路子支路，所述第一旁路子支路分别并联设置在所述控制子模块的两端。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述旁路支路还包括：第二旁路子支路，所述第二旁路子支路的第一端与第一个控制子模块的第一端连接，所述第二旁路子支路的第二端与最后一个控制子模块的第一端连接。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面的第四实施方式中，所述第一旁路子支路和/或第二旁路子支路，包括：至少一个第一开关单元，所述至少一个第一开关单元串联设置。