[发明专利]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

说明书

本发明涉及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，所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；所述主支路由串联的晶闸管阀和谐振换流回路组成；所述辅助支路由串联的辅助阀和谐振换流回路组成。本发明提供的混合式换流器拓扑结构，充分利用了LC谐振放电回路，强迫转移换相电流、灵活控制晶闸管阀换相电压时间面积，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间可靠关断，能够有效解决直流系统换相失败的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子中换流技术领域，具体涉及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。

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。

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，给电网的稳定安全运行带来更严峻的挑战。

针对传统直流输电换相失败问题，许多学者已做了大量研究工作，发明了多种具有抵御换相失败功能的换流器拓扑结构，例如，一种是电容换相换流器拓扑(CCC)，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；基于电容换相电路的基本原理演变了多种拓扑结构，通过电力电子开关与电容组合构成可控电容模块用来实现电容投入和电压方向可控；但上述基于电容换相的拓扑结构工程实现难度较大。另一种是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；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，该种拓扑中可关断管阀需采用多级串并联的方式来实现，同时可关断管阀长时间承受大电流，在大电流关断时承受较高的电压应力，需较多的串联级数，因此，该种技术方案工程实现成本和难度均较高。另外，现有技术中还有采用可关断器件强制关断电流，以实现电流的转移，但是买这种换流技术由于可关断器件长期导通电流，导致运行损耗增加，且需要加装冷却设备，使得这种技术方案实现的成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是充分利用LC谐振放电回路，可以快速转移换相电流、灵活控制换相时间和反向关断电压，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间可靠关断，有效避免直流系统换相失败问题的发生。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构，其改进之处在于，所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；

所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；

所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；

所述主支路由串联的晶闸管阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成；

所述辅助支路由串联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成。

优选的，所述晶闸管阀由多个晶闸管和与所述多个晶闸管中各晶闸管串联或并联的缓冲部件组成。

优选的，所述谐振换流回路由电感和与所述电感串联或并联的放电支路组成。