[发明专利]线路换向转换器、其操作方法、以及对基于晶闸管的电容器模块的切换

说明书

一种用于高压直流功率转换器的线路换向转换器(LCC)，该LCC包括用于与DC系统的至少一个端子相连的至少一个LCC桥式电路，每个桥式电路包括多个臂，每个臂与AC系统的相应相相关联，每个臂包括：串联连接的一个或多个上晶闸管阀和一个或多个下晶闸管阀；从上晶闸管与下晶闸管之间延伸的相关分支；以及用于每个相的至少一个基于晶闸管的电容器模块，每个模块包括多个模块晶闸管，每个电容器模块可操作为通过触发所述模块晶闸管中的至少一个或多个而将主电容器插入到桥式电路的相应臂中。

技术领域

本发明涉及电力转换器，更具体地，涉及用于高压直流(HVDC) 系统中的线路换向转换器(LCC)以及其中的换向失败的消除和无功功率/AC电压的控制。

背景技术

在高压直流(HVDC)电力传输系统中，直流(DC)被用于电力的大规模传输。由于DC输电系统中的电力损耗低于相应的AC输电系统中的电力损耗，因此DC通常优选用于远距离的电力传输。在所有常用的HVDC技术中，由于使用晶闸管，LCC-HVDC的损耗最低。除此之外，远距离的DC输电线路成本较低。这是因为DC输电系统不需要支持三相并且没有趋肤效应，所以DC需要的导体面积比AC小。此外，LCC-HVDC 具有最低的转换器站成本。这主要是因为与其他电力电子开关相比，晶闸管的成本要低得多。

在HVDC中，AC转换为DC(整流)，并且之后再转换回AC(逆变)。通常使用线路换向转换器(LCC)或电压源转换器(VSC)来进行整流和逆变。LCC系统通常比VSC系统更受欢迎，这是因为可以使用LCC 以更低的损耗传输更大的电力。VSC系统的最大功率受限于功率电子器件的功率处理能力。功率电子器件的一些示例包括IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(集成栅极换向晶闸管)、GTO(栅极关断晶闸管)、 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IEGT(注入增强型栅极晶体管)等。最近，LCC-HVDC系统已用于传输高达12GW的电力。

然而，VSC HVDC系统通常采用晶体管(例如IGBT、IGCT、GTO、 MOSFET、IEGT等)，这些晶体管可以具有栅极关断能力并可以接通和断开，而LCC采用仅可以接通的晶闸管(更确切地，晶闸管阀)。晶闸管阀在正向偏置时开始导通，其栅极端接收电流触发，并将继续导通，直到不再正向偏置并且其导通电流减小到零。因此，LCC-HVDC系统在 AC侧故障期间容易出现换向失败。如本领域技术人员将理解的，换向是将DC电流的传导从与一个AC相相关联的一个晶闸管阀臂切换到与另一个AC相相关联的另一个晶闸管阀臂的过程。换向失败可能意味着：即使故障已被清除之后，系统也可能需要被关闭并重新启动，这有可能导致停电。

除此之外，在LCC HVDC系统中，由于换向开始的时间和换向的持续时间，转换器的AC侧的电流滞后于电压，并且系统消耗无功功率。这与VSC不同，VSC可以按需产生或消耗无功功率。

WO2016/177991A1(具有与本申请相同的申请人)公开了一种 LCC-HVDC系统，其消除换向失败并提供动态无功功率控制。该系统使用电容器模块，所述电容器模块可操作为将电容器插入到桥式电路的臂中。用于实现这些优势的硬件限制了诸如额定功率、功率损耗、低成本和可靠性等因素。

基于上述内容，设计出本发明。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于高压直流HVDC电力转换器的线路换向转换器LCC。LCC包括用于与DC系统的至少一个端子相连的至少一个桥式电路。每个桥式电路包括多个臂，并且每个臂与AC系统的相应相相关联。每个臂包括：串联连接的一个或多个上晶闸管阀和一个或多个下晶闸管阀；从一个或多个上晶闸管阀与一个或多个下晶闸管阀之间延伸的关联分支；以及至少一个基于晶闸管的电容器模块，所述基于晶闸管的电容器模块针对每个相包括多个模块晶闸管。每个基于晶闸管的电容器模块可操作为通过触发所述模块晶闸管中的至少一个来从桥式电路的相应臂插入电容器。