[发明专利]一种直流侧辅助换相的混合式换流器拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明涉及一种直流侧辅助换相的混合式换流器拓扑结构及其控制方法，包括：三相六桥臂电路以及与三相六桥臂电路直流侧并联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助换相电路；所述辅助换相电路通过三相交流母线中各相交流母线上的具备双向开通和双向耐压能力的双向阀分别与三相六桥臂电路中每相桥臂电路的上桥臂与下桥臂的连接点连接；本发明通过在混合式换流器拓扑结构中增加与三相六桥臂电路直流侧并联的辅助换相电路，可解决混合式换流器拓扑结构的换流故障问题，技术方案实现简单且成本低廉。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种直流侧辅助换相的混合式换流器拓扑结构及其控制方法。

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。但由于其换流器采用的晶闸管需要依赖交流系统提供换相电压，故而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，直流传输功率迅速大量损失。此外，近年来部分区域电网已有多条直流馈入，一旦某回直流线路发生换相失败，则通过交流系统耦合可能带来多回直流线路的连锁换相失败，给电网的安全稳定运行带来更严峻的挑战。

针对传统直流输电换相失败问题，许多学者已做了大量研究工作，发明了多种具有抵御换相失败功能的换流器拓扑结构，例如，一种是电容换相换流器拓扑(CCC)，通过电容电压来增大阀换相电压时间面积保证其可靠关断；基于电容换相电路的基本原理演变了多种拓扑结构，通过电力电子开关与电容组合构成可控电容模块用来实现电容投入和电压方向可控；但上述基于电容换相的拓扑结构工程实现难度较大。另一种是通过可关断器件与晶闸管串联构成混合换流器，使得换流器每一个桥臂具备可关断能力，避免了换相失败的发生；由于常规直流输电输送容量大，换流器每个桥臂承受高电压、大电流，该种拓扑中可关断管阀需采用多级串并联的方式来实现，同时可关断管阀长时间承受大电流，在大电流关断时承受较高的电压应力，需较多的串联级数，因此，该种技术方案工程实现成本和难度均较高。另外，现有技术中还有采用可关断器件强制关断电流，以实现电流的转移，但是这种换流技术由于可关断器件长期导通电流，导致运行损耗增加，且需要加装冷却设备，使得这种技术方案实现的成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直流侧辅助换相的混合式换流器拓扑结构及其控制方法，通过在混合式换流器拓扑结构中增加与三相六桥臂电路直流侧并联的辅助换相电路，解决混合式换流器拓扑结构的换流故障问题，技术方案实现简单且成本低廉。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种直流侧辅助换相的混合式换流器拓扑结构，其改进之处在于，所述拓扑结构包括：三相六桥臂电路以及与三相六桥臂电路直流侧并联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助换相电路；

所述辅助换相电路通过三相交流母线中各相交流母线上的具备双向开通和双向耐压能力的双向阀分别与三相六桥臂电路中每相桥臂电路的上桥臂与下桥臂的连接点连接。

优选地，所述三相六桥臂电路中每相桥臂电路的上桥臂和下桥臂均由串联的晶闸管阀和具备正向电流可控关断和正向电压阻断能力的可关断阀组成。

进一步地，所述辅助换相电路由串联的上桥臂辅助阀和下桥臂辅助阀组成；

所述上桥臂辅助阀和下桥臂辅助阀之间的连接点通过三相交流母线中各相交流母线上的双向阀分别与三相六桥臂电路中每相桥臂电路的上桥臂与下桥臂的连接点连接。

进一步地，所述辅助换相电路为三相六桥臂结构；

所述三相六桥臂结构中每相桥臂结构由串联的上桥臂辅助阀和下桥臂辅助阀组成；