CN105656322B - 一种带有辅助换相电路的lcc-hvdc拓扑 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有辅助换相电路的LCC‑HVDC拓扑，该拓扑包括六脉动换流器的6个阀臂、2组辅助换相电路和6个电容器。所述的每组辅助换相电路由晶闸管与一个由晶闸管构成的星接结构串联而成；所述每组辅助换相电路与三个阀臂通过电容器并联，电容器将每组辅助换相电路分为三段结构、将每个阀臂分为两段结构；所述每组辅助换相电路通过星型晶闸管结构分别与交流系统A、B、C三相连接。辅助换相电路通过控制电容的充放电，在交流系统故障时可以为换相过程提供辅助换相电压。而且增加的额外器件较少，经济性较好。

Description

一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，具体涉及一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑。

背景技术

由于LCC-HVDC采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，只能对元件的开通进行控制，元件的关断是靠交流电流每周期过零点来实现的。因此LCC-HVDC系统需要一定强度的交流系统来实现换相，这使得LCC-HVDC在交流系统发生故障交流母线电压降低时客观上存在着换相失败的可能。

换相失败可能会导致许多非常严重的后果。换相失败会引起换流变压器直流偏磁，换流阀过热，过电压等问题，在MIDC系统中，各个LCC-HVDC系统之间及交直流系统之间有很强的耦合。当某一直流子系统附近的交流线路发生故障时，通常会导致多个换流器的同时或级联换相失败。多条LCC-HVDC同时或级联换相闭锁时，将导致直流通道的功率大范围转移到交流通道，造成交流通道阻塞，对电网安全稳定运行带来巨大冲击。

强迫换相技术通过对换流器的换相过程进行人为控制,改变换流器的功率因数,使换流器能够运行在超前的功率因数下,减小换流器从交流系统吸收的无功功率,其至能够向交流系统提供无功功率,从而提高换相裕度,防止换相失败的发生。强迫换相技术中最为典型与实际应用最广的为电容换相换流器（capacitor commuatedconverter,CCC）。因为CCC换流器本身也存在着一些问题，所以现有的技术也对CCC进行了改进，但是现有的技术增加的额外器件过多，设备成本过高，限制了其在实际中应用。

因此，提出一种能够提高传统直流输电抵御换相失败能力而且经济性好的拓扑结构显得格外重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑，所述拓扑包括六脉动换流器的6个阀臂、2组辅助换相电路和六个电容器。

优选的，所述的每组辅助换相电路由晶闸管与一个由晶闸管构成的星接结构串联而成。

优选的，所述每组辅助换相电路与三个阀臂通过电容器并联，电容器将每组辅助换相电路分为三段结构、将每个阀臂分为两段结构。

优选的，所述每组辅助换相电路通过星型晶闸管结构分别与交流系统A、B、C连接。

优选的，辅助换相电路有三种工作状态：

（1）在交流系统正常运行，电容电压低于初始给定值时且阀臂处于从关断到导通过程时，通过辅助换相电路对电容充电；

（2）在交流系统正常运行或故障情况下，阀臂处于非关断过程且电容电压满足初始给定值时，辅助换相电路旁路；

（3）在交流系统故障情况下，阀臂处于关断过程时，通过辅助换相电路对电容反向充电，为换相过程提供辅助换相电压。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

（1）本发明提供的一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑，辅助换相电路通过控制电容的充放电，在交流系统故障时可以为换相过程提供辅助换相电压，提高传统直流输电系统抵御换相失败的能力；

（2）本发明提供的一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑，增加的额外器件较少，经济性较好。

附图说明

图1为本发明提供的一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑图。

图2为本发明实施例中辅助电路对电容器充电原理图。

图3为本发明实施例中辅助电路对电容器充电后换流器工作状态图。

图4为本发明实施例中辅助电路对阀臂上晶闸管串进行强迫换相原理图。

图5为本发明实施例中辅助电路对阀臂下晶闸管串进行强迫换相原理图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑,该拓扑包括六脉动换流器的6个阀臂、2组辅助换相电路和6个电容器。所述的每组辅助换相电路由晶闸管与一个由晶闸管构成的星接结构串联而成；所述每组辅助换相电路与三个阀臂通过电容器并联，电容器将每组辅助换相电路分为三段结构、将每个阀臂分为两段结构；所述每组辅助换相电路通过星型晶闸管结构分别与交流系统A、B、C连接。辅助换相电路有三种工作状态。

（1）在交流系统正常运行，电容电压低于初始给定值时且阀臂处于从关断到导通过程时，通过辅助换相电路对电容充电；

（2）在交流系统正常运行或故障情况下，阀臂处于非关断过程且电容电压满足初始给定值时，辅助换相电路旁路；

（3）在交流系统故障情况下，阀臂处于关断过程时，通过辅助换相电路对电容反向充电，为换相过程提供辅助换相电压。

电容器充电时，阀臂的下晶闸管串不导通，阀臂的上晶闸管串导通，辅助换相电路中的部分晶闸管导通形成电流的通路对电容器进行充电；电容器充电完成后，导通阀臂的下晶闸管串，使电流从辅助换相电路转换到换流器的阀臂上，将辅助换相电路旁路。以电容器C4为例对电容器充电过程进行具体说明。

当阀臂4进入导通过程时,导通晶闸管VT41、VTa6、VTa2、VTaa，不给VT42导通信号。如图2所示，电流流通路径为VT41、C4、VTa6、VTa2、VTaa，电容器进行充电。电容器电压迅速上升，很快就能达到强迫换相所需的额定电压。此时，电容器的电位为左负右正，晶闸管串VT42承受正向电压，再给晶闸管串VT42导通信号，VT42进入导通状态，VT42电流迅速上升，辅助电路中的电流迅速减小到零，随即辅助换相电路旁路，整个阀臂4的晶闸管全部导通，换流器进入正常工作状态，工作状态如图3所示。

当交流系统出现故障时，无法提供足够的换相面积，换流器可能发生换相失败。此时，需要通过辅助换相电路进行强迫换相，帮助换流阀臂进行可靠关断，防止换相失败的发生。进行换相时，通过辅助换相电路使电容器并联到阀臂的上晶闸管串，晶闸管承受反向电压关断，电容器先进行放电，再进行反向充电，电容器电位反向后会使得阀臂的下晶闸管串承受反向电压关断，即整个阀臂的晶闸管全都关断，换相成功。下面以阀臂4的为例具体说明强迫换相过程。

换相前阀臂4的工作状态如图3所示。进行强迫换相时，先导通VTa4和VTCa,电容器并联到VT41，使承受VT41反向电压关断。如图4所示，电容通过VTa4、VTCa、VT42支路进行放电。如图5所示，当电容电压为零后又会进行反向充电，此时电容电压为左正右负，VT42承受反向电压关断，阀臂4上的晶闸管全都关断，换相成功。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (2)

1.一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑，其特征在于：正极经过平波电抗器连接晶闸管VTa4、VT41 、VT61 、VT21的阳极；晶闸管VTa4的阴极分别连接晶闸管VTa6的阳极和电容器C4，电容器C4另一端连接晶闸管VT41的阴极，以及晶闸管VT42的阳极；晶闸管VTa6的阴极分别连接晶闸管VTa2的阳极和电容器C6，电容器C6另一端连接晶闸管VT61的阴极，以及晶闸管VT62的阳极；晶闸管VTa2的阴极分别连接晶闸管VTaa、VTba、VTca的阳极，以及电容器C2，电容器C2另一端连接晶闸管VT21的阴极，以及晶闸管VT22的阳极；晶闸管VT42、VT62、VT22的阴极分别连接点A、B、C；晶闸管VTaa、VTba、VTca的阴极分别连接晶闸管VTaa’、VTba’、VTca’的阳极和点A、B、C；点A、B、C向下分别连接晶闸管VT11、VT31、VT51的阳极；晶闸管VTaa’、VTba’、VTca’的阴极连接晶闸管VTa1的阳极和电容器C1，电容器C1的另一侧连接晶闸管VT11的阴极和晶闸管VT12的阳极；晶闸管VTa1的阴极连接晶闸管VTa3的阳极和电容器C3，电容器C3的另一侧连接晶闸管VT31的阴极和晶闸管VT32的阳极；晶闸管VTa3的阴极连接晶闸管VTa5的阳极和电容器C5，电容器C5的另一侧连接晶闸管VT51的阴极和晶闸管VT52的阳极；晶闸管VTa5、VT12、VT32、VT52的阴极共同连接到负极。

2.如权利要求1所述的一种带有辅助换相电路的LCC-HVDC拓扑，其特征在于，辅助换相电路有三种工作状态：

（1）在交流系统正常运行，电容电压低于初始给定值时且阀臂处于从关断到导通过程时，通过辅助换相电路对电容充电；

（2）在交流系统正常运行或故障情况下，阀臂处于非关断过程且电容电压满足初始给定值时，辅助换相电路旁路；

（3）在交流系统故障情况下，阀臂处于关断过程时，通过辅助换相电路对电容反向充电，为换相过程提供辅助换相电压。