主动换相单元以及强迫换相的混合式换流器拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术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。通过实施本实用新型专利技术，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。的稳定安全运行。的稳定安全运行。

【技术实现步骤摘要】
主动换相单元以及强迫换相的混合式换流器拓扑结构


[0001]本技术涉及电力电子中的换流
，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。

技术介绍

[0002]传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltagedirect current，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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本技术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。
[0005]根据第一方面，本技术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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]结合第一方面，在第一方面的第三实施方式中，所述功率单元包括：第六支路，包括至少一个第三功率器件，所述至少一个所述第三功率器件串联设置；第七支路，所述第七支路与所述第六支路的结构相同，所述第七支路与所述第六支路并联设置；所述第三功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。
[0009]结合第一方面，在第一方面的第四实施方式中，所述功率单元包括：第八支路，包括至少一个第一子支路，所述至少一个第一子支路串联设置；所述第一子支路包括并联设置的第四功率器件以及第三电容或第二电阻；所述第四功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。
[0010]结合第一方面，在第一方面的第五实施方式中，所述功率单元包括：第九支路，包括至少一个由第二子支路、第三子支路以及第四电容或第三电阻构成的支路，至少一个所述支路串联设置；其中，所述第二子支路包括串联设置的第五功率器件和第六功率器件，所述第五功率器件的第一端与所述第六功率器件的第一端连接；所述第三子支路包括串联设置的第七功率器件和第八功率器件，所述第七功率器件的第二端与所述第八功率器件的第二端连接；所述第四电容或第三电阻的一端连接在所述第五功率器件和所述第六功率器件之间，另一端连接在所述第七功率器件和所述第八功率器件之间；所述第五功率器件、所述第六功率器件、所述第七功率器件和所述第八功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。
[0011]结合第一方面，在第一方面的第六实施方式中，所述功率单元包括：第十支路，所述第十支路上设置有第九功率器件；第十一支路，所述第十一支路与所述第十支路并联设置；所述第十一支路包括第十功率器件、第二电感、第五电容和第二充电电路，其中，所述第十功率器件、所述第二电感以及所述第五电容串联设置，所述第二充电电路与所述第五电容并联设置；所述第九功率器件和所述第十功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。
[0012]结合第一方面或第一方面第一实施方式至第六实施方式中任一实施方式，在第一方面的第七实施方式中，所述第二控制阀还包括：至少一个缓冲部件，所述缓冲部件并联设置于功率器件中；所述缓冲部件包括：由第六电容组成的第一缓冲支路；或，第四电阻和第七电容串联的第二缓冲支路；或，所述第四电阻和所述第七电容并联的第三缓冲支路；或，第五电阻和第三二极管并联，再与第八电容串联构成的第四缓冲支路；或，第六电阻和第九电容并联，再与第四二极管串联构成的第五缓冲支路；或，避雷器组成的第六缓冲支路；或，所述第一缓冲支路、所述第二缓冲支路、所述第三缓冲支路、所述第四缓冲支路、所述第五缓冲支路和所述第六缓冲支路中的多个并联组成的第七缓冲支路。
[0013]根据第二方面，本技术实施例提供了一种强迫换相的混合式换流器拓扑结构，所述拓扑结构通过换流变压器接入交流电网，所述拓扑结构包括三相六桥臂电路，每相桥臂分别包括上桥臂和下桥臂，至少一个上桥臂或下桥臂上设置有第一方面或第一方面任
一实施方式所述的主动换相单元。
[0014]本技术技术方案，具有如下优点：
[0015]1.本技术实施例提供的主动换相单元包括并联的主支路和辅助支路，以及设置在主支路或辅助支路的第二控制阀，其中主支路设置有晶闸管阀，辅助支路上设置有具备正反向电压阻断能力的第一控制阀，第二控制阀与晶闸管阀连接或与第一控制阀连接，其包括至少一个功率单元，该功率单元用于正向电流的可控关断以及正反向电压的阻断，使得第二控制阀具备单向电压输出或单向可控关断的能力，保证第二控制阀具有较大的通流能力，承载正常运行电流，以便通过第二控制阀将电流从主支路转移到辅助支路上。该主动换相单元通过第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动换相单元，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，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述功率单元包括：第一支路，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。3.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，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、第二电容器件和第一充电电路，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。4.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述功率单元包括：第六支路，包括至少一个第三功率器件，所述至少一个所述第三功率器件串联设置；第七支路，所述第七支路与所述第六支路的结构相同，所述第七支路与所述第六支路并联设置；所述第三功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。5.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述功率单元包括：第八支路，包括至少一个第一子支路，所述至少一个第一子支路串联设置；所述第一子支路包括并联设置的第四功率器件以及第三电容或第二电阻；所述第四功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。6.根据权利要求1所述的主动换相单元，其特征在于，所述功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，高冲，盛财旺，李婷婷，王蒲瑞，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：