[发明专利]CCC-PHC型混合级联直流换流器、整流站、逆变站和输电系统

说明书

本发明公开CCC‑PHC型混合级联直流换流器、整流站、逆变站和输电系统，属于高压直流换流器领域。包括：CCC直流侧负极接口接平波电抗器一端，交流侧接口通过变压器与交流母线连接；平波电抗器另一端用于接直流电网正极；PHC直流侧下接口接地，交流侧接口通过变压器与交流母线连接；PHC，用于在正常工况下，给CCC提供直流电压，并向CCC传输有功功率；在交流电网发生短路故障时，增大PHC无功输出，以满足CCC低交流电压工况下所需无功功率；CCC，用于在正常工况时，将交流转化为直流，输出到平波电抗器；在直流电网发生直流故障时，通过CCC改变输出电压极性，来阻隔故障电流。本发明通过换流器CCC和PHC进行级联，不仅具有CCC传输容量大，兼具PHC控制灵活优点。

技术领域

本发明属于高压直流换流器技术领域，更具体地，涉及CCC-PHC型混合级联直流换流器、整流站、逆变站和输电系统。

背景技术

电容换相换流器(Capacitor Commutated Converter,CCC)的基本结构是在传统换流器LCC桥臂上串联若干个电容器子模块，利用电容器电压作为换流阀晶闸管换相的辅助换相电压。因此，电容换相换流器能够提高换流器的功率因数，减低无功损耗，但换流器CCC的电容的存在增加换流器的绝缘水平，而且在换流器发生换相失败后，电容充电失控从而导致换流器连续换相失败。

并联混合换流器(Parallel Hybrid Converter,PHC)是新兴的拓扑之一，由于其关键优点，它在高压直流输电系统应用中获得了重要的研究兴趣。相比于MMC，PHC的优势有：(1)链路中的半桥型子模块(Half Bridge Sub Module,HBSM)不在主干路路径中，只提供输出电压幅值。因此子模块HBSM所需的电容尺寸较小和子模块的开关损耗大大降低；(2)由于其串联结构，定直流控制的链路电压所需的子模块(Sub Module，SM)数量大大减少，约为半桥型的1/2；(3)H型桥以基频切换，从而减少了切换损耗。但PHC依然存在一些缺陷，由于H桥开关中存在反并联二极管，在直流侧故障情况下，PHC故障电流穿过开关器件，造成器件的损坏。此外，PHC需要一个大的平波电抗器来过滤直流侧谐波。

发明内容

针对现有技术直流系统中直流故障过电流问题和逆变侧原LCC换流器在交流电网发生故障时所引起的换相失败问题的缺陷和改进需求，本发明提供了一种CCC-PHC型混合级联直流换流器、整流站、逆变站和输电系统，其目的在于不仅具有电容换相换流器CCC传输容量大，兼具PHC控制灵活优点。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种CCC-PHC型混合级联直流换流器，包括：一个电容换相换流器CCC和至少一个混合并联换流器PHC，PHC之间采用并联方式连接；

CCC的直流侧负极接口用于连接直流电网，直流侧正极接口与PHC的直流侧上接口连接，交流侧接口用于连接交流电网；

PHC的直流侧下接口用于接地，交流侧接口用于连接交流电网。

有益效果：采用级联结构，不仅利用了PHC控制灵活的特点，而且兼容了CCC传输容量大；CCC的单向导电特性解决了PHC直流故障问题；PHC给CCC提供无功补偿，降低CCC换相失败的概率。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种整流站，包括：如第一方面所述的CCC-PHC型混合级联直流换流器、平波电抗器和交流滤波器；

所述CCC包括：电容子模块SM由两组晶闸管和一个电容器构成桥式结构；多组SM串联在三相桥臂上；SM的正方向与晶闸管的两端电压方向一致；所述SM上晶闸管的触发角被控制实现电容值的改变；SM有3种工作模式：放电模式、旁路模式、充电模式；所述CCC采用定直流电流控制；

所述PHC包括：PHC直流链路CL由半桥型子模HBSM相互串联组成；三相CL输出三相全波交流电压；与CL并联的H桥开关模块HVSS以基频进行导通和关断；采用三次谐波注入控制；