一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及控制方法技术

一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及其控制方法，用于提高LCC

【技术实现步骤摘要】
一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及控制方法


本专利技术属于电力电子中的换流
，具体涉及一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及控制方法。

技术介绍

电网换相高压直流(line
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commutated
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converter high voltage direct current，LCC
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HVDC)输电系统由于其技术和经济上的独特优势，被广泛的应用于远距离大容量输电、区域电网互联、海底及地下电缆输电及向孤立负荷送电等工程中。但由于LCC换流器采用的换流元件是无自主关断能力的晶闸管，交流系统电压跌落容易导致其发生换相失败。换相失败会导致换流变压器直流偏磁、换流阀过热、过电压等问题，继发性的换相失败还会使得LCC换流器闭锁，传输功率中断，严重危害电网的安全稳定运行。为了抵御换相失败，需要在LCC换流器拓扑中引入额外的辅助换相模块来增大换相电压，实现人工换相。申请号：CN2020114527415，公开号CN112671024A，公开一种抑制LCC
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HVDC换相失败的嵌入式全桥晶闸管耗能子模块及LCC
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HVDC辅助换相控制方法，需要在LCC换流器的每个阀臂上串联晶闸管耗能子模块。申请号：CN2019107123912，公开号CN112311273A，公开一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构及其控制方法，需要在LCC换流器的每个阀臂上串联谐振换流回路。现有的对于LCC换流器拓扑的改进均需要改变原有的电气接线，改造复杂且成本高昂，不适用于现有的LCC
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HVDC工程改造。

技术实现思路

LCC
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HVDC系统由于采用了无自主关断能力的晶闸管作为换流元件，交流系统故障很容易导致其发生换相失败.需要对LCC换流器的拓扑进行改进，引入辅助换相电路来实现人工换相。现有的技术方案均是在LCC换流器的阀臂上串联辅助换相模块，需要改变LCC换流器原有的电气接线，改造复杂且成本高昂。本专利技术提出了一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，是在LCC换流器的阀臂上并联半控型LC振荡模块，通过在LCC换流器的阀臂上叠加一个反相的LC振荡电流来使得阀臂晶闸管电流提前过零关断，从而加快换相。本专利技术无需改变LCC换流器原有的电气接线，改造更加容易且成本较低，其技术方案如下：一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，用于提高LCC
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HVDC系统的换相失败免疫能力，其特征为：所述新型LCC换流器拓扑结构包括六脉动晶闸管换流阀和六个半控型LC振荡模块M1
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M6；其中，六脉动晶闸管换流阀的每个阀臂均与一个半控型LC振荡模块相并联。本专利技术还公开一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法，包括上述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构的控制方法，其特征为：包括如下步骤：步骤1：系统启动后，触发每个半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa，电容被充电至初始电压；步骤2：当系统正常运行时，半控型LC振荡模块中的晶闸管阀VTa和VTb均不触发，换流器正常换相；
步骤3：当交流系统故障发生后，实时监测将要被关断的阀臂，触发与之并联的半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa和VTb，在阀臂上叠加了一个反相的LC振荡电流，使得阀臂晶闸管电流提前过零关断，加快了换相，减小了换流器发生换相失败的风险；步骤4：当交流故障清除后，半控型LC振荡模块在电容被充电至初始电压后退出运行，换流器正常换相。本专利技术还公开一种电网换相高压直流输电系统，其特征为：包括上述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构。本专利技术还公开一种电网换相高压直流输电系统，其特征为：所述系统包括上述的一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法。有益效果相比于现有的在LCC换流器阀臂中串联辅助换相模块的方案，本专利技术是在换流器阀臂两端并联半控型LC振荡模块，无需改变LCC换流器原有的电气接线，改造更加容易且成本更低，更加适用于现有的直流工程改造。
附图说明
图1为本专利技术提供的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构；图2为本专利技术提供的一种强迫换相的新型LCC换流器控制流程图；图3为本专利技术提供的半控型LC振荡模块的六种工作模式；图4为本专利技术提供的一种强迫换相的新型LCC换流器抵御换相失败的原理图。
具体实施方式
本专利技术提供了一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构及控制方法，提高了LCC
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HVDC系统的换相失败免疫能力。本专利技术提供了一种强迫换相的新型LCC拓扑结构，如图1所示。所述新型LCC换流器拓扑结构包括六脉动晶闸管换流阀和六个半控型LC振荡模块M1
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M6。其中，六脉动晶闸管换流阀的每个阀臂均与一个半控型LC振荡模块相并联。所述六脉动晶闸管换流阀包括上阀臂和下阀臂。上阀臂包含三个晶闸管阀VT2、VT4和VT6，共阳极连接。晶闸管阀VT2的阴极与C相相连，晶闸管阀VT4的阴极与A相相连，晶闸管阀VT6的阴极与B相相连。下阀臂包含三个晶闸管阀VT1、VT3、VT5，共阴极连接。晶闸管阀VT1的阳极与A相相连，晶闸管阀VT3的阳极与B相相连，晶闸管阀VT5的阳极与C相相连。其中，每个晶闸管阀均包含多个晶闸管，晶闸管的数量根据系统电压和晶闸管的电压等级确定。所述半控型LC振荡模块包含反并联晶闸管阀，电容，电感和避雷器。反并联晶闸管阀包括两个晶闸管阀VTa和VTb，每个晶闸管阀均包含多个晶闸管，晶闸管的数量根据系统电压和晶闸管的电压等级确定。晶闸管阀VTa的阳极与晶闸管阀VTb的阴极相连，再与每个六脉晶闸管换流阀的阀臂相连。晶闸管阀VTa的阴极与晶闸管阀的VTb的阳极相连，再连接电容的一端。电容的另一端与电感的一端相连。电感的另一端与每个六脉晶闸管换流阀的阀臂相连。避雷器与电容相并联，目的是防止电容被充电至过电压，危害换流阀的安全稳定运行。
本专利技术中的每个晶闸管阀均包含多个晶闸管，将多个晶闸管作为一个整体，控制其同时触发。本专利技术提供了一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法，其控制框图如图2所示。系统启动后，触发每个半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa，电容被充电至初始电压。系统正常运行时，半控型LC振荡模块中的晶闸管阀VTa和VTb均不触发，换流器正常换相。当交流系统故障发生后，实时监测将要被关断的阀臂，触发与之并联的半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa和VTb，在阀臂上叠加了一个反相的LC振荡电流，使得阀臂晶闸管电流提前过零关断，加快了换相，减小了换流器发生换相失败的风险。当交流故障清除后，半控型LC振荡模块在电容被充电至初始电压后退出运行，换流器正常换相。以阀臂3向阀臂5换相为例，新型换流器拓扑的控制方法如下：半控型LC振荡模块包含六种工作模式，每种工作模式下的电流流通路径如图3所示。其中，粗体晶闸管表示晶闸管处于导通状态，i
k
(t)为流过LC振荡模块的电流。工作模式一：系统启动后，触发半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa，电容被充电至初始电压U0，晶闸管阀VTa电流过零后关断，电流流通路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，用于提高LCC
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HVDC系统的换相失败免疫能力，其特征为：所述新型LCC换流器拓扑结构包括六脉动晶闸管换流阀和六个半控型LC振荡模块M1
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M6；其中，六脉动晶闸管换流阀的每个阀臂均与一个半控型LC振荡模块相并联。2.根据权利要求1所述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，其特征为：所述六脉动晶闸管换流阀包括上阀臂和下阀臂；所述上阀臂包含三个晶闸管阀VT2、VT4和VT6，共阳极连接；晶闸管阀VT2的阴极与C相相连，晶闸管阀VT4的阴极与A相相连，晶闸管阀VT6的阴极与B相相连；下阀臂包含三个晶闸管阀VT1、VT3、VT5，共阴极连接；晶闸管阀VT1的阳极与A相相连，晶闸管阀VT3的阳极与B相相连，晶闸管阀VT5的阳极与C相相连。3.根据权利要求1所述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，其特征为：每个晶闸管换流阀均包含多个晶闸管，晶闸管的数量根据系统电压和晶闸管的电压等级确定。4.根据权利要求1所述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，其特征为：所述半控型LC振荡模块包含反并联晶闸管阀，电容，电感和避雷器；所述反并联晶闸管阀包括两个晶闸管阀VTa和VTb；所述晶闸管阀VTa的阳极与晶闸管阀VTb的阴极相连，再与每个六脉晶闸管换流阀的阀臂相连；晶闸管阀VTa的阴极与晶闸管阀的VTb的阳极相连，再连接电容的一端，电容的另一端与电感的一端相连。电感的另一端与每个六脉晶闸管换流阀的阀臂相连。避雷器与电容相并联。5.根据权利要求4所述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，其特征为：每个晶闸管阀均包含多个晶闸管，晶闸管的数量根据系统电压和晶闸管的电压等级确定，将多个晶闸管作为一个整体，控制其同时触发。6.一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法，包括权利要求1
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5任一所述的一种强迫换相的新型LCC换流器拓扑结构，其特征为：包括如下步骤：步骤1：系统启动后，触发每个半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa，电容被充电至初始电压；步骤2：当系统正常运行时，半控型LC振荡模块中的晶闸管阀VTa和VTb均不触发，换流器正常换相；步骤3：当交流系统故障发生后，实时监测将要被关断的阀臂，触发与之并联的半控型LC振荡模块的晶闸管阀VTa和VTb，在阀臂上叠加了一个反相的LC振荡电流，使得阀臂晶闸管电流提前过零关断，加快了换相，减小了换流器发生换相失败的风险；步骤4：当交流故障清除后，半控型LC振荡模块在电容被充电至初始电压后退出运行，换流器正常换相。7.根据权利要求6所述的一种强迫换相的新型LCC换流器的控制方法，其特征为：以阀臂3向阀臂5换相过程，所述半控型LC振荡模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光照，崔律，周行星，任茂鑫，张翔宇，齐磊，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：