CN105811743A - 改善lcc-hvdc换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路及方法 - Google Patents

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查鲲鹏
阳岳希
张皓
许韦华
李娜
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State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路及方法，该换相桥路所述换相桥路由并联的两组辅助阀段组成，每个辅助阀段由辅助阀串联组成；在每个辅助阀段中相邻两个辅助阀之间并联有电容器；所述辅助阀为晶闸管阀；换相桥路用于辅助阀分段并联电容式换流器的桥臂中；本发明利用辅助阀分段并联电容式换相桥路在换相时对晶闸管阀施加反向电压，增大关断角，对传统LCC-HVDC换相特性进行改善，并且只在监测到换相失败故障时候投入，不会产生大量谐波，具备工程实用性。

Description

改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路及方法
技术领域
本发明涉及一种换相桥路及方法，具体讲涉及一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路及方法。
背景技术
当逆变器两个阀进行换相时，因换相过程未能进行完毕，或者预计关断的阀关断后，在反向电压期间未能恢复阻断能力，当加在该阀上的电压为正时，立即重新导通，则发生了倒换相，使预计开通的阀重新关断，这种现象称之为换相失败。
当逆变器两个阀进行换相时，因换相过程未能进行完毕，或者预计关断的阀关断后，在反向电压期间未能恢复阻断能力，当加在该阀上的电压为正时，立即重新导通，则发生了倒换相，使预计开通的阀重新关断，这种现象称之为换相失败。
换相失败是直流输电系统中换流器，尤其是逆变器较易发生的故障之一。设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流。强迫换流通常利用附加电容上所存储的能量来实现，因此也成为电容换流。强迫换流包括：直接耦合式强迫换流和电感耦合式强迫换流。
其中直接耦合式强迫换流由换流电路内电容直接提供换流电压的方式称为直接耦合式强迫换流。在晶闸管VT处于通态时，预先给电容C按图中极性充电。如果合上开关S，就可以使晶闸管被施加方向电压而关断。
如果通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流，则称为电感耦合式强迫换流。晶闸管在LC的第一个半周期内关断，晶闸管在LC的第二个半周期内关断。因为在晶闸管导通期间，二图中电容两端电压极性不同。这二种情况下，晶电流时闸管都是在正向电流降至零且二极管开始流时关断。二极管的管压降就是加在晶闸管上的反向电压。
目前的强迫换相换流器，在每一次换相过程中，均需要利用换流器上串联或并联辅助充放电回路进行换相，导致电容频繁地充放电，该过程会产生大量的谐波，造成新的技术难题。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种改善电流源型直流输电线路(LCC-HVDC)换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路及方法，本发明利用辅助阀分段并联电容式换相桥路在换相时对晶闸管阀施加反向电压，增大关断角，对传统LCC-HVDC换相特性进行改善，并且只在监测到换相失败故障时候投入，不会产生大量谐波，具备工程实用性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路，其改进之处在于，所述换相桥路由并联的两组辅助阀段组成，每个辅助阀段由辅助阀串联组成；在每个辅助阀段中相邻两个辅助阀之间并联有电容器；所述辅助阀为晶闸管阀；
所述换相桥路用于辅助阀分段并联电容式换流器的桥臂中。
进一步地，所述辅助阀分段并联电容式换相桥路与换流站中的控制系统连接；所述辅助阀分段并联电容式换相桥路对桥臂晶闸管进行分段，设计并联电容。
进一步地，两组辅助阀段其中一组辅助阀段由辅助阀V1、V2、V3......串联组成；另一组辅助阀段由辅助阀V’1、V’2、V’3......串联组成，并联的电容器包括C1、C2……Cm。
本发明还提供一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路的换相方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
A、对换相桥路中的并联电容器依次进行预充电；
B、换流站中的控制保护系统监测是否有换相失败；
C、换相完成后，换相桥路中所有的辅助阀将自然断开，并联的电容器极性变化，桥臂下一次正常换相时，将触发导通辅助阀。
进一步地，所述步骤A中，触发导通其中一组辅助阀段中的偶数辅助阀或奇数辅助阀，对换相桥路中的并联电容器依次进行预充电。
进一步地，并联电容器进行预充电方式为交替触发导通换相桥路桥臂相应的偶数辅助阀和奇数辅助阀。
进一步地，所述步骤B中，当换流站内控制保护系统监测到无换相失败故障时，则不投入换相桥路；当换流站内控制保护系统监测到换相失败时，在下一桥臂开始换相时，投入换相桥路，同时对应触发导通换相桥路中的另一组辅助阀段中的偶数辅助阀或奇数辅助阀，使并联电容器开始放电，放电结束后将继续反向充电，使电容转变极性。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
1、采用辅助阀分段并联电容式换相桥路，能有效避免换相失败故障，并且不会产生大量谐波，具备工程实用性。
2、与控制保护系统配合使用，辅助阀和并联电容在换相桥路正常运行时不投入使用，仅在控制保护系统监测到换相失败故障时，发出相应的触发脉冲，导通并联电容正极性侧的阀，进行分流和施加反压，抵御换相失败。控制灵活，效果显著，并且不会对直流系统造成长期的附加影响。
3、辅助阀分段并联电容式换相桥路，可根据工程实际需求对晶闸管阀桥臂进行合理分段，配置合适数量和参数的电容，具有设计灵活的特点。
附图说明
图1是本发明提供的辅助阀分段并联电容式换相桥路桥臂拓扑图；
图2是本发明提供的对并联电容的预充电过程图；
图3是本发明提供的换相时并联电容的放电过程图。
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。
当交流系统发生故障，产生扰动和电压调节困难等问题，都易引起传统LCC换相桥路的换相失败。因此，研究具备改善换相特性作用的换相桥路有重要意义。
本发明的技术组成分为三个部分：首先，采用辅助阀分段并联电容式换相桥路，利用辅助阀分流，电容施加反向电压，能够有效抵御换相失败故障；其次，与站内控制保护系统配合使用，正常运行时不投入使用，当控制保护系统监测到换相失败故障时，再投入使用；最后，辅助阀分段并联电容式换相桥路，可根据工程需求和对经济性的要求，将桥臂进行灵活分段，选取合适的电容数量和电容参数。
本发明提供一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路，辅助阀分段并联电容式换相桥路桥臂拓扑如图1所示：换相桥路由并联的两组辅助阀段组成，每个辅助阀段由辅助阀串联组成；在每个辅助阀段中相邻两个辅助阀之间并联有电容器；所述辅助阀为晶闸管阀；所述换相桥路用于辅助阀分段并联电容式换流器的桥臂中。辅助阀分段并联电容式换相桥路与换流站中的控制系统连接。
本发明还提供一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路的换相方法，包括下述步骤：
A、首先，对桥臂中并联的电容进行预充电，触发阀V2、V4、V6……和辅助阀V1’、V3’、V5’……，使之导通，对电容C1、C2……Cm充电，使之带上如附图2所示的极性。
B、当站内控制保护系统监测到换相失败时，在下一需要换相的桥臂开始换相时，触发辅助阀V2’、V4’、V6’……使之导通，电容C1、C2……Cm开始放电，放电结束后将继续反向充电，使电容转变极性，如附图3所示。此过程中，辅助阀和并联电容起到分流直流电流、对需要关断的晶闸管阀施加反向电压的作用，从而加速阀的关断过程，改善换相特性，避免换相失败。
C、换相完成后，所有的辅助阀将自然断开，为下一次改善换相做准备。
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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路，其特征在于，所述换相桥路由并联的两组辅助阀段组成，每个辅助阀段由辅助阀串联组成；在每个辅助阀段中相邻两个辅助阀之间并联有电容器；所述辅助阀为晶闸管阀；
所述换相桥路用于辅助阀分段并联电容式换流器的桥臂中。
2.如权利要求1所述的辅助阀分段并联电容式换相桥路，其特征在于，所述辅助阀分段并联电容式换相桥路与换流站中的控制系统连接；所述辅助阀分段并联电容式换相桥路对桥臂晶闸管进行分段，设计并联电容。
3.如权利要求1所述的辅助阀分段并联电容式换相桥路，其特征在于，两组辅助阀段其中一组辅助阀段由辅助阀V1、V2、V3......串联组成；另一组辅助阀段由辅助阀V’1、V’2、V’3......串联组成，并联的电容器包括C1、C2……Cm。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的改善LCC-HVDC换相特性的辅助阀分段并联电容式换相桥路的换相方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、对换相桥路中的并联电容器依次进行预充电；
B、换流站中的控制保护系统监测是否有换相失败；
C、换相完成后，换相桥路中所有的辅助阀将自然断开，并联的电容器极性变化，桥臂下一次正常换相时，将触发导通辅助阀。
5.如权利要求4所述的换相方法，其特征在于，所述步骤A中，触发导通其中一组辅助阀段中的偶数辅助阀或奇数辅助阀，对换相桥路中的并联电容器依次进行预充电。
6.如权利要求5所述的换相方法，其特征在于，并联电容器进行预充电方式为交替触发导通换相桥路桥臂相应的偶数辅助阀和奇数辅助阀。
7.如权利要求4所述的换相方法，其特征在于，所述步骤B中，当换流站内控制保护系统监测到无换相失败故障时，则不投入换相桥路；当换流站内控制保护系统监测到换相失败时，在下一桥臂开始换相时，投入换相桥路，同时对应触发导通换相桥路中的另一组辅助阀段中的偶数辅助阀或奇数辅助阀，使并联电容器开始放电，放电结束后将继续反向充电，使电容转变极性。
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