[发明专利]消除混合型HVDC系统的换向失败

说明书

用于高压直流HVDC电力转换器的线路换向转换器LCC包括用于连接到DC系统的至少一个端子的至少一个桥式电路。每个桥式电路包括多个臂，并且每个臂与AC系统的相应相相关联。每个臂包括：串联连接的上、下晶闸管；从上、下晶闸管之间延伸的关联分支以及用于每个相的至少一个电容器模块。所述或每个电容器模块可操作为将电容器插入到桥式电路的相应臂中。

技术领域

本发明涉及电力转换器，更具体地，涉及用于高压直流(HVDC)系统中的线路换向转换器(LCC)以及对其中的故障的控制。

背景技术

在高压直流(HVDC)电力传输系统中，直流(DC)被用于电力的大规模传输。由于DC输电系统中的电力损耗低于相应的AC输电系统中的电力损耗，因此DC通常优选用于远距离的电力传输。除此之外，远距离的DC输电线路成本较低。这是因为DC输电系统不需要支持三相并且没有趋肤效应，所以DC需要的导体面积比AC小。

在HVDC中，高压AC在传输之前必须被转换为高压DC(整流)，高压DC随后必须被重新转换为AC(逆变)。通常使用线路换向转换器(LCC)或电压源转换器(VSC)来进行整流和逆变。LCC系统通常比VSC系统更受欢迎，这是因为可以使用LCC传输更大的电力。VSC系统的最大功率受限于功率电子器件的功率处理能力。功率电子器件的一些示例包括IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(集成栅极换向晶闸管)、GTO(栅极关断晶闸管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。最近，LCC系统已被用于传输高达11GW的电力。

然而，VSC系统通常使用可接通和关断的晶体管，而LCC采用只能接通的晶闸管(更精确地说是晶闸管阀)。晶闸管在正向偏置时开始导通，其栅极端接收电流触发，并将继续导通，直到不再正向偏置。因此，LCC系统在AC侧故障期间容易出现换向失败。如本领域技术人员将理解的，换向是将DC电流从与一个AC相相关联的导体切换传导到与另一个AC相相关联的导体的过程。换向失败可能意味着：即使故障已被清除，系统也可能需要被关闭并重新启动，这有可能导致停电。

除此之外，在LCC系统中，由于换向开始的时间和换向的持续时间，转换器中的电流滞后于电压，并且系统消耗无功功率。这与VSC不同，VSC可以按需产生或消耗无功功率。

基于上述内容，设计出本发明。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于高压直流HVDC电力转换器的线路换向转换器LCC。LCC包括用于连接到DC系统的至少一个端子的至少一个桥式电路。每个桥式电路包括多个臂，并且每个臂与AC系统的相应相相关联。每个臂包括：串联连接的上、下晶闸管；从上、下晶闸管之间延伸的关联分支以及用于每个相的至少一个电容器模块。所述或每个电容器模块可操作为将电容器插入到桥式电路的相应臂中。

本发明的一个优点在于可以完全消除单相接地和三相接地故障下的换向失败。换向所需的时间也缩短了。

在一个实施例中，电容器模块可操作为在第一换向时间段期间将第一电容器插入到桥式电路中。在第一换向时间段中，换向是从第一初始导通臂中的第一初始导通晶闸管向第一后续导通臂中的第一后续导通晶闸管提供的。

在一个实施例中，电容器模块可操作为将第一电容器插入到第一初始导通臂中以增加有效换向电压。这减少了流经第一初始导通晶闸管的电流，并对电容器充电。

在一个实施例中，电容器模块可操作为在第二换向时间段期间将第一电容器插入到桥式电路中。在第二换向时间段中，换向是从第二初始导通臂中的第二初始导通晶闸管向第二后续导通臂中的第二后续导通晶闸管提供的。

在一个实施例中，电容器模块可操作为将充电的第一电容器插入到第二后续导通臂中以增加有效换向电压。这增加了流经第二后续导通晶闸管的电流，并且使第一电容器放电。