CN103633864B - 一种基于可控换相电感的换相装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可控换相电感的换相装置及其实现方法。换相装置采用三相半桥结构，三相半桥结构由串联的换相单元组成，换相单元包括换流变压器和换流逆变器，在换流变压器阀侧和换流逆变器之间串联有换相电感；换相电感中的可控电感与换流站内的控制保护系统配合使用，当换流站正常运行时，开关断开，可控电感包含在换相电感内；当换流站内的控制保护系统检测到换相失败时，开关闭合，用于改善换流站内换流阀的换相特性，能够实现降低换相电感漏感值、减小换相角和增大关断角。本发明利用可控换相电感式换相桥路改善了LCC‑HVDC发生换相失败时逆变侧换流阀的换相特性，且不在晶闸管阀上做重大改动、元件少、易实现，具备工程实用性，节省大量成本。

Description

一种基于可控换相电感的换相装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及换流阀的换相装置及其实现方法，具体涉及一种基于可控换相电感的换相装置及其实现方法。

背景技术

换相失败是逆变器常见故障，在工程实际应用中亟需采取相应改善措施。若使用目前的强迫换相技术将在晶闸管阀上串、并联辅助充放电回路和辅助桥臂，会较大程度改变换流阀结构，使得换流器结构复杂，造成成本的增加和技术上的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于可控换相电感的换相装置，另一目的是提供一种基于可控换相电感的换相装置的实现方法，利用可控换相电感式新型换相桥路改善了大型风电场高压直流输电LCC-HVDC发生换相失败时逆变侧换流阀的换相特性，并且不在晶闸管阀上做出重大改动、元件少、易实现，具备工程实用性，节省大量成本。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于可控换相电感的换相装置，所述换相装置采用三相半桥结构，所述三相半桥结构由串联的换相单元组成，其改进之处在于，所述换相单元包括换流变压器和换流逆变器，在所述换流变压器阀侧和换流逆变器之间串联有换相电感；

所述换相电感中的可控电感与换流站内的控制保护系统配合使用，当换流站正常运行时，开关断开，所述可控电感包含在换相电感内；当换流站内的控制保护系统检测到换相失败时，开关闭合，用于改善换流站内换流阀的换相特性，能够实现降低换相电感漏感值、减小换相角和增大关断角。

进一步地，所述换相装置包括平波电抗器；所述平波电抗器连接在换流逆变器的输入端，所述换相单元包括换流变压器、换相电感和换流逆变器依次连接后接入交流母线。

进一步地，所述换流逆变器为12脉动逆变器，由2个6脉动换流器串联组成，每个6脉动换流器以6个晶闸管桥臂组成全桥整流式电路；其中一个6脉动换流器通过两个星型变压器接入交流母线；另一个6脉动换流器通过三角型和星型变压器接入交流母线。

进一步地，所述换相电感为三相结构，分别对应连接在换流变压器的三相，所述可控电感由并联的电感和开关组成；所述开关根据换流站正常运行和换相失败进行断开和闭合。

进一步地，所述换流变压器采用单相变压器，包括初级线圈、次级线圈和铁心；所述磁芯替换为铁心；单相变压器采用两个星型连接的变压器或三角型-星型连接的变压器。

本发明基于另一目的提供的一种基于可控换相电感的换相装置的实现方法，其改进之处在于，所述实现方法包括下述步骤：

(1)通过控制保护系统预测逆变器在换相后的阻断状态，判断是否发生换相失败；

(2)若发生换相失败则闭合开关S，使得换相电感的漏感减小，增大关断角。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的换相装置采用可控换相电感式新型换相桥路改善传统LCC-HVDC换相特性，不在原有晶闸管阀和主回路中作重大改动，元件少、易实现，具备工程实用性，节省大量成本。

2、换相电感中的开关与换流站内控制保护系统配合使用，正常运行时开关S断开，可控电感作为换相电感的一部分，当换流站内控制保护系统监测到换相失败时，开关S闭合。该方式控制灵活，不对直流系统造成长期的附加影响。

3、可控电感的设计值可根据晶闸管换流阀及换流变压器耐受短路电流的能力设计确定，可根据各个LCC-HVDC工程的具体情况，灵活设计可控电感参数。

附图说明

图1是本发明提供的基于可控换相电感的换相装置的原理图；其中：1-平波电抗器；2-12脉动逆变器；3-可控电感；4-换流变压器；5-交流母线；

图2是本发明提供的可控电感内部接线图；

图3是本发明提供的可控电感改善换相效果图；

图4是本发明提供的12脉动逆变器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明采用可控换相电感式换相装置改善了换相失败发生时逆变侧换流阀的换相特性，在换流变压器阀侧及换流阀中间电串联了可控电感，其原理图如图1所示，所述换相装置采用三相半桥结构，所述三相半桥结构由串联的换相单元组成，所述换相单元包括换流变压器和换流逆变器，在所述换流变压器阀侧和换流逆变器之间串联有换相电感。换相装置包括平波电抗器；所述平波电抗器连接在换流逆变器的输入端，所述换相单元包括换流变压器、换相电感和换流逆变器依次连接后接入交流母线。

换流逆变器为12脉动逆变器，由2个传统6脉动换流器串联而成，每个6脉动换流器以6个晶闸管桥臂组成全桥整流式电路，；其中一个6脉动换流器通过两个星型变压器接入交流母线；另一个6脉动换流器通过三角型和星型变压器接入交流母线。其结构图如图4所示。

换相电感为三相结构，分别对应连接在换流变压器的三相，可控电感由并联的电感和开关组成；所述开关根据换流站正常运行和换相失败进行断开和闭合。可控电感内部接线如图2所示。换流变压器采用单相变压器，包括初级线圈、次级线圈和磁心；所述磁芯替换为铁心；单相变压器采用两个星型连接的变压器或三角型-星型连接的变压器。

可控电感须与换流站内控制保护系统配合使用，正常运行时开关S断开，可控电感作为换相电感的一部分，当换流站内控制保护系统监测到换相失败时，开关S闭合，此过程起到降低换相电感、减小换相角、增大关断角，从而改善换相特性的作用，效果如附图3所示。

可控电感式新型换相桥路改善换相的程度，由可控电感与换流变压器的漏感的取值确定，可根据工程实际，按照晶闸管阀及换流变压器耐受短路电流能力合适设计可控电感与换流变压器漏感。

本发明还提供一种基于可控换相电感的换相装置的实现方法，包括下述步骤：

(1)通过控制保护系统预测逆变器在换相后的阻断状态，判断是否发生换相失败；

(2)若发生换相失败则闭合开关S，使得换相电感的漏感减小，增大关断角。

本发明采用可控换相电感式新型换相桥路，在换流变压器阀侧及换流阀中间电串联了可控电感改善了换相失败发生时逆变侧换流阀的换相特性，不在原有晶闸管阀和主回路中作重大改动，元件少、易实现，具备工程实用性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于可控换相电感的换相装置的实现方法，其特征在于，所述基于可控换相电感的换相装置采用三相半桥结构，所述三相半桥结构由串联的换相单元组成，所述换相单元包括换流变压器和换流逆变器，在所述换流变压器阀侧和换流逆变器之间串联有换相电感；

所述换相电感中的可控电感与换流站内的控制保护系统配合使用，当换流站正常运行时，开关断开，所述可控电感包含在换相电感内；当换流站内的控制保护系统检测到换相失败时，开关闭合，用于改善换流站内换流阀的换相特性，能够实现降低换相电感漏感值、减小换相角和增大关断角；

所述换相装置包括平波电抗器；所述平波电抗器连接在换流逆变器的输入端，所述换相单元包括换流变压器、换相电感和换流逆变器依次连接后接入交流母线；

所述换流逆变器为12脉动逆变器，由2个6脉动换流器串联组成，每个6脉动换流器以6个晶闸管桥臂组成全桥整流式电路；其中一个6脉动换流器通过两个星型变压器接入交流母线；另一个6脉动换流器通过三角型和星型变压器接入交流母线；

所述换相电感为三相结构，分别对应连接在换流变压器的三相，所述可控电感由并联的电感和开关组成；所述开关根据换流站正常运行和换相失败进行断开和闭合；

所述换流变压器采用三相变压器，包括初级线圈、次级线圈和磁心；三相变压器采用两个星型连接的变压器或三角型-星型连接的变压器；

所述实现方法包括下述步骤：

(1)通过控制保护系统预测逆变器在换相后的阻断状态，判断是否发生换相失败；

(2)若发生换相失败则闭合开关S，使得换相电感的漏感减小，增大关断角。

2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述磁心采用铁心。