[发明专利]主动换相单元以及强迫换相的混合式换流器拓扑结构

说明书

本发明公开了一种主动换相单元以及强迫换相的混合式换流器拓扑结构，其中，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，该主支路上设置有晶闸管阀；辅助支路，与主支路并联设置，该辅助支路上设置有第一控制阀，且第一控制阀具备正向电流可控关断和正反向电压阻断功能；第二控制阀，与晶闸管阀连接或与第一控制阀连接，该第二控制阀用于将电流从主支路转移至辅助支路，第二控制阀包括至少一个功率单元，且该功率单元用于正向电流的可控关断以及正反向电压的可控阻断。通过实施本发明，实现各个桥臂的主动换相，避免换相失败，保障了电网的稳定安全运行。

技术领域

本发明涉及电力电子中的换流技术领域，具体涉及一种主动换相单元以及强迫换相的混合式换流器拓扑结构。

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。

目前通常采用电容换相换流器或可关断器件与晶闸管串联构成混合换流器实现交、直流电能转换。其中，电容换相换流器是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，但是通过电力电子开关与电容组合构成可控电容模块来实现电容投入和电压方向可控，为了保证可靠换相则需要单级电容取值较大，由此增大了核心部件晶闸管的电压电流应力，该拓扑结构工程实现难度较大；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，但是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，该实现成本和难度均较高。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。

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以及强迫换相的混合式换流器拓扑结构，以解决换相失败而影响电网稳定运行的问题。

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，包括：主支路，所述主支路上设置有晶闸管阀；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一控制阀，所述第一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；第二控制阀，与所述主支路的晶闸管阀连接或与所述辅助支路的第一控制阀连接，所述第二控制阀用于将电流从所述主支路转移至所述辅助支路，所述第二控制阀包括至少一个功率单元，所述功率单元用于正向电流的可控关断以及正反向电压的可控阻断。

结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述功率单元包括：第三支路，所述第一支路上设置有第一功率器件和第一二极管，所述第一功率器件与所述第一二极管串联；第二支路，所述第二支路与所述第一支路并联设置，所述第二支路包括至少一个第一电容，所述至少一个第一电容串联设置；第三支路，所述第三支路分别与所述第一支路和所述第二支路并联，所述第三支路上设置有第二功率器件和第一电阻，所述第二功率器件与所述第一电阻串联；所述第一功率器件和所述第二功率器件均为具有可关断功能的电力电子器件。

结合第一方面，在第一方面的第二实施方式中，所述功率单元包括：第四支路，所述第四支路上设置有第一电感元件或变压器；第五支路，所述第五支路与所述第四支路并联设置；所述第五支路包括放电开关、第二电容和第一充电电路，其中，所述放电开关与所述第二电容串联设置，所述充电电路与所述第二电容并联设置。