CN105656339A - 一种提高直流输电换相能力的大容量半控型子模块 - Google Patents

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一种提高直流输电换相能力的大容量半控型子模块，属输配电技术领域。为了克服现有技术的不足，提出一种适用于串入LCC-HVDC阀臂的大容量半控型子模块拓扑结构。它由晶闸管和电容器构成，从提高LCC-HVDC系统阀臂电压可控性角度增大换相电压裕度。本发明提出的一种输出电压灵活可控的大容量半控型桥式子模块拓扑结构，串联于LCC-HVDC各相阀臂，根据系统不同的运行工况，动态调节子模块的工作状态，实现在交流系统故障时为LCC换相提供辅助换相电压，弱化LCC-HVDC对交流系统的依赖。

Description

一种提高直流输电换相能力的大容量半控型子模块
技术领域
本发明涉及一种提高直流输电换相能力的大容量半控型子模块，属输配电技术领域。
背景技术
电网换相高压直流输电(Line-Commutated-ConverterHighVoltageDirectCurrent，LCC-HVDC)凭借其在远距离大容量输电、有功功率快速控制等方面的优势在世界范围内得到了广泛应用；但由于其采用不能自关断的晶闸管作为换流器件，需要一定强度的交流系统提供换相电压，这使其具有一定的局限性，突出表现为换相失败问题。
在换相过程刚结束时，若刚退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内未能恢复正向电压阻断能力，或换相过程未能结束，则电压转向后，被换相的阀将向原来预定退出导通的阀倒换相，发生换相失败。
面对传统直流输电换相失败问题，有文献从系统控制策略方面进行研究，有文献从换流器外部拓扑进行研究，很少从LCC换流器内部结构对其进行改进，改善其换相过程。
因此，提供一种能够提高传统直流输电换相能力的拓扑，使得LCC-HVDC能够防御住大部分对称及不对称故障，有效地降低了换相失败发生概率显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种适用于串入LCC-HVDC阀臂的大容量半控型子模块拓扑结构。它由晶闸管和电容器构成，从提高LCC-HVDC系统阀臂电压可控性角度增大换相电压裕度。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种串入半控型子模块的LCC-HVDC拓扑结构，其改进之处在于：所述拓扑结构为在六脉动换流器的阀臂上串联半控型子模块；
进一步的，所述半控型子模块包括电容和依次连接的由晶闸管组成的器件组。
进一步的，所述器件组的数目为二；所述晶闸管的数目分别为二；
进一步的，所述器件组的器件组一的晶闸管由连接端P到连接端N依次是器件组一的晶闸管一的阳极，器件组一的晶闸管一的阴极，器件组一的晶闸管二的阳极，器件组一的晶闸管二的阴极，所述器件组的器件组二的所述的两个晶闸管的布置顺序与期间组一的相同；
所述电容的两端分别连接在所述器件组一的两个晶闸管之间和所述器件组二的两个晶闸管之间。
进一步的，电流从连接端P流向连接端N时，所述半控型子模块的工作模态包括：
A、工作模态1，电流通路为：连接端P-器件组一的晶闸管一-电容-器件组二的晶闸管二-连接端N；
B、工作模态2，电流通路为：连接端P-器件组一的晶闸管一-器件组一的晶闸管二-连接端N或者连接端P-器件组二的晶闸管一-器件组二的晶闸管二-连接端N；
C、工作模态3，电流通路为：连接端P-器件组二的晶闸管一-电容-器件组一的晶闸管二-连接端N。
进一步的，当子模块电容电压低于初始给定值时且阀臂处于开通过程（阀臂从关断到导通过程）时，子模块运行于工作模态1；
当阀臂处于交流系统正常或故障时的非关断过程且电容电压满足初始给定值时，子模块运行于工作模态2；
当交流系统故障且阀臂处于关断过程（阀臂从导通到关断过程）时，子模块处于工作模态3。
进一步的，当所述半控型子模块处于所述工作模态一时，若其电容电压达到额定值，则立刻切换为工作模态二，使电容被旁路，电容电压保持不变。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的LCC-HVDC拓扑结构，适用于传统高压直流输电，可以降低直流输电发生换相失败的概率，提高了交直流系统运行的稳定性。
2、本发明提供的LCC-HVDC拓扑结构，在换流阀正常工作时电容器不投入使用，延长电容使用寿命，同时不会产生谐波。
3、本发明提供的LCC-HVDC拓扑结构，在包括换相失败在内的各工况下不会对换相过程造成负面影响，也不会因电容的接入给LCC换流器带来过压问题。
4、阀臂串入大容量半控型子模块的LCC-HVDC能够防御住大部分对称及不对称故障。
本发明提出的一种输出电压灵活可控的大容量半控型桥式子模块拓扑结构，串联于LCC-HVDC各相阀臂，根据系统不同的运行工况，动态调节子模块的工作状态，实现在交流系统故障时为LCC换相提供辅助换相电压，弱化LCC-HVDC对交流系统的依赖。
附图说明
图1为本发明提供的大容量半控型子模块拓扑结构；
图2为本发明提供的子模块的三种工作模态；
图3为本发明提供的子模块故障前后触发脉冲序列及电压电流变化。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提出一种适用于串入LCC-HVDC阀臂的大容量半控型子模块拓扑结构。它由晶闸管和电容器构成，从提高LCC-HVDC系统阀臂电压可控性角度增大换相电压裕度。
如图1所示，是一种串入半控型子模块的LCC-HVDC拓扑结构，所述拓扑结构为在六脉动换流器的阀臂上串联半控型子模块；所述半控型子模块包括电容和依次连接的由晶闸管组成的器件组。所述器件组的数目为二；所述晶闸管的数目分别为二；所述器件组的器件组一的晶闸管由连接端P到连接端N依次是器件组一的晶闸管一的阳极，器件组一的晶闸管一的阴极，器件组一的晶闸管二的阳极，器件组一的晶闸管二的阴极，所述器件组的器件组二的所述的两个晶闸管的布置顺序与期间组一的相同；所述电容的两端分别连接在所述器件组一的两个晶闸管之间和所述器件组二的两个晶闸管之间。
六脉动换流器的六个阀臂上串联一个或多个所述可控子模块。改变所述可控子模块的工作状态辅助换相，提高直流输电系统抵御换相失败的能力。六个阀臂上还包括串联的晶闸管组，分别为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。
图2是表示半控型子模块的工作模态，电流从连接端P流向连接端N时，所述半控型子模块的工作模态包括：
A、工作模态1，电流通路为：连接端P-器件组一的晶闸管一-电容-器件组二的晶闸管二-连接端N；
B、工作模态2，电流通路为：连接端P-器件组一的晶闸管一-器件组一的晶闸管二-连接端N或者连接端P-器件组二的晶闸管一-器件组二的晶闸管二-连接端N；
C、工作模态3，电流通路为：连接端P-器件组二的晶闸管一-电容-器件组一的晶闸管二-连接端N。
当子模块电容电压低于初始给定值时且阀臂处于开通过程（阀臂从关断到导通过程）时，子模块运行于工作模态1；
当阀臂处于交流系统正常或故障时的非关断过程且电容电压满足初始给定值时，子模块运行于工作模态2；
当交流系统故障且阀臂处于关断过程（阀臂从导通到关断过程）时，子模块处于工作模态3。
当所述半控型子模块处于所述工作模态一时，若其电容电压达到额定值，则立刻切换为工作模态二，使电容被旁路，电容电压保持不变。
图3为故障前后子模块触发脉冲序列及其电压电流变化。交流系统正常运行时，子模块运行于工作模态2，子模块输出电压为0，电容旁路，子模块不会对系统造成谐波污染。需要注意的是，在各相阀臂触发导通的同时需要检测该阀臂子模块电容电压是否达到初始给定值，一旦小于给定值，则触发导通子模块晶闸管VTa、VTd,为电容充电，此时子模块运行于工作模态1，当电容达到给定值时，触发导通VTb(或VTc)，VTd(或VTa)承受电容反压关断，VTb(或VTc)承受正向电压导通，子模块由工作模态1切换到工作模态2。
交流系统发生故障时，对于正在导通的阀臂，其子模块根据电容电压大小决定运行于工作模态1或工作模态2；对于已经导通的阀臂，其子模块运行于工作模态2（VTa、VTb或VTc、VTd导通）；对于即将关断的阀臂，若子模块VTa、VTb处于通态，在阀臂关断时触发导通VTc，VTc承受电容正向电压导通，VTa承受电容反向电压关断，子模块成功由工作模态2切换到工作模态3，电容开始反向充电，实现辅助换相；同理，当即将关断的阀臂子模块VTc、VTd处于通态时，则触发导通VTa，实现同样的效果。
对电容进行初始充电的目的是为子模块晶闸管提供正反向电压，实现晶闸管的灵活可控，在故障发生时，迅速将电容投入运行，通过阀臂电流对电容充电，为阀臂换相提供辅助换相电压，增大换相裕度，且随着交流系统故障愈加严重，阀臂电流升高，电容充电电压越大，辅助换相效果越好。考虑到子模块晶闸管耐压需求，在工作模态3时，当电容电压充电到子模块晶闸管耐压水平时，则触发导通VTd（或VTa），子模块工作模态3切换为工作模态2，电容旁路。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串入半控型子模块的LCC-HVDC拓扑结构，其特征在于：所述拓扑结构为在六脉动换流器的阀臂上串联半控型子模块。
2.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于：所述半控型子模块包括电容和依次连接的由晶闸管组成的器件组。
3.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于：所述器件组的数目为二；所述晶闸管的数目分别为二。
4.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于：所述器件组的器件组一的晶闸管由连接端P到连接端N依次是器件组一的晶闸管一的阳极，器件组一的晶闸管一的阴极，器件组一的晶闸管二的阳极，器件组一的晶闸管二的阴极，所述器件组的器件组二的所述的两个晶闸管的布置顺序与期间组一的相同。
5.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于：所述电容的两端分别连接在所述器件组一的两个晶闸管之间和所述器件组二的两个晶闸管之间。
6.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于：所述器件组一的晶闸管一和器件组二的晶闸管一的阳极为所述半控型子模块的连接端P；所述器件组一的晶闸管二和器件组二的晶闸管二的阴极为所述半控型子模块的连接端N。
7.如权利要求6所述的拓扑结构，其特征在于：电流从连接端P流向连接端N时，所述半控型子模块的工作模态包括：
A、工作模态1，电流通路为：连接端P-器件组一的晶闸管一-电容-器件组二的晶闸管二-连接端N；
B、工作模态2，电流通路为：连接端P-器件组一的晶闸管一-器件组一的晶闸管二-连接端N或者连接端P-器件组二的晶闸管一-器件组二的晶闸管二-连接端N；
C、工作模态3，电流通路为：连接端P-器件组二的晶闸管一-电容-器件组一的晶闸管二-连接端N。
8.如权利要求7所述的拓扑结构，其特征在于：
当子模块电容电压低于初始给定值时且阀臂处于开通过程（阀臂从关断到导通过程）时，子模块运行于工作模态1；
当阀臂处于交流系统正常或故障时的非关断过程且电容电压满足初始给定值时，子模块运行于工作模态2；
当交流系统故障且阀臂处于关断过程（阀臂从导通到关断过程）时，子模块处于工作模态3。
9.如权利要求7所述的拓扑结构，其特征在于：当所述半控型子模块处于所述工作模态一时，若其电容电压达到额定值，则立刻切换为工作模态二，使电容被旁路，电容电压保持不变。
10.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于：所述六脉动换流器的六个阀臂上串联一个或多个所述可控子模块。
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