[发明专利]一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及控制方法

说明书

一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及其控制方法，用于提高LCC‑HVDC系统的换相失败免疫能力，其特征为：所述新型LCC换流器拓扑结构包括六脉动晶闸管换流阀和六个半控型LC振荡模块M1‑M6；其中，六脉动晶闸管换流阀的每个阀臂均与一个半控型LC振荡模块相并联。相比于现有的在LCC换流器阀臂中串联辅助换相模块的方案，本发明是在LCC换流器阀臂两端并联半控型LC振荡模块，无需改变LCC换流器原有的电气接线，改造更加容易且成本更低，适用于现有的LCC‑HVDC工程改造。

技术领域

本发明属于电力电子中的换流技术领域，具体涉及一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及控制方法。

背景技术

电网换相高压直流(line-commutated-converter high voltage directcurrent，LCC-HVDC)输电系统由于其技术和经济上的独特优势，被广泛的应用于远距离大容量输电、区域电网互联、海底及地下电缆输电及向孤立负荷送电等工程中。但由于LCC换流器采用的换流元件是无自主关断能力的晶闸管，交流系统电压跌落容易导致其发生换相失败。换相失败会导致换流变压器直流偏磁、换流阀过热、过电压等问题，继发性的换相失败还会使得LCC换流器闭锁，传输功率中断，严重危害电网的安全稳定运行。

为了抵御换相失败，需要在LCC换流器拓扑中引入额外的辅助换相模块来增大换相电压，实现人工换相。申请号：CN2020114527415，公开号CN112671024A，公开一种抑制LCC-HVDC换相失败的嵌入式全桥晶闸管耗能子模块及LCC-HVDC辅助换相控制方法，需要在LCC换流器的每个阀臂上串联晶闸管耗能子模块。申请号：CN2019107123912，公开号CN112311273A，公开一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构及其控制方法，需要在LCC换流器的每个阀臂上串联谐振换流回路。现有的对于LCC换流器拓扑的改进均需要改变原有的电气接线，改造复杂且成本高昂，不适用于现有的LCC-HVDC工程改造。

发明内容

LCC-HVDC系统由于采用了无自主关断能力的晶闸管作为换流元件，交流系统故障很容易导致其发生换相失败.需要对LCC换流器的拓扑进行改进，引入辅助换相电路来实现人工换相。现有的技术方案均是在LCC换流器的阀臂上串联辅助换相模块，需要改变LCC换流器原有的电气接线，改造复杂且成本高昂。本发明提出了一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，是在LCC换流器的阀臂上并联半控型 LC振荡模块，通过在LCC换流器的阀臂上叠加一个反相的LC振荡电流来使得阀臂晶闸管电流提前过零关断，从而加快换相。本发明无需改变LCC换流器原有的电气接线，改造更加容易且成本较低，其技术方案如下：

一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，用于提高LCC-HVDC 系统的换相失败免疫能力，其特征为：所述新型LCC换流器拓扑结构包括六脉动晶闸管换流阀和六个半控型LC振荡模块M1-M6；其中，六脉动晶闸管换流阀的每个阀臂均与一个半控型LC振荡模块相并联。本发明还公开一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法，包括上述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构的控制方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：系统启动后，触发每个半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa，电容被充电至初始电压；

步骤2：当系统正常运行时，半控型LC振荡模块中的晶闸管阀 VTa和VTb均不触发，换流器正常换相；

步骤3：当交流系统故障发生后，实时监测将要被关断的阀臂，触发与之并联的半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa和VTb，在阀臂上叠加了一个反相的LC振荡电流，使得阀臂晶闸管电流提前过零关断，加快了换相，减小了换流器发生换相失败的风险；

步骤4：当交流故障清除后，半控型LC振荡模块在电容被充电至初始电压后退出运行，换流器正常换相。

本发明还公开一种电网换相高压直流输电系统，其特征为：包括上述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构。

本发明还公开一种电网换相高压直流输电系统，其特征为：所述系统包括上述的一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法。

有益效果