[发明专利]一种主动换相单元以及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混合式换流器拓扑结构，其中，该主动换相单元包括：主支路，其上设置有晶闸管阀；辅助支路，与主支路并联设置，其上设置有第一控制阀，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，包括至少一个功率单元，该功率单元包括：第一支路，其上依次串联设置第一二极管和第一功率器件；第二支路，与第一支路并联设置，其上依次串联设置第二功率器件和第二二极管；第一支路与第二支路构成全桥形式，第一功率器件和第二功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。通过实施本发明，实现了各桥臂的主动换相，避免了换相失败，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，该主动换相单元包括：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，所述第二控制阀包括至少一个功率单元，所述功率单元包括：第一支路，所述第一支路上依次串联设置第一二极管和第一功率器件；第二支路，与所述第一支路并联设置，所述第二支路上依次串联设置第二功率器件和第二二极管；所述第一支路与所述第二支路构成全桥形式，所述第一功率器件和所述第二功率器件为具有可关断功能的电力电子器件。

结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述功率单元还包括：第一电容元件，所述电容元件的一端连接在所述第一二极管和所述第一功率器件之间，另一端连接在所述第二功率器件和所述第二二极管之间。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面的第二实施方式中，所述功率单元还包括：防护元件，与所述第二支路以及所述第一支路并联设置，所述防护元件用于瞬态过电压保护。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述防护元件为避雷器。