CN107612015B - 一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，该装置由N个子模块串联在一起组成。每个子模块由晶闸管型H全桥和电阻串联而成，其中的晶闸管型H全桥由四组晶闸管构成，每两组串联在一起，左右对称，中心处由电容连接。本发明提供的基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置并联在高压直流输电系统直流场靠近换流器侧，发生故障时，投入电阻耗能，能够提高系统换相失败抵御能力，而且在电阻支路正常工作时电容器不投入使用，不会产生大量谐波。同时故障结束时，又可以使晶闸管可靠关断，切除电阻支路；且在不需要外部电源的情况下，能够实现电容自充电。

Description

一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置
技术领域
本发明涉及一种输配电技术领域的装置，具体涉及一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置。
背景技术
电网换相高压直流输电（Line-Commutated-Converter High Voltage DirectCurrent, 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；但由于采用不能自关断的晶闸管作为换流器件，当交流系统发生故障时，LCC-HVDC逆变侧可能会发生换相失败。
在交流系统故障期间，LCC-HVDC的直流电流快速增大，是导致逆变器发生换相失败的原因之一。利用电阻耗能的方式吸收直流功率，进而降低直流电流，可有效降低逆变侧LCC换相失败发生的概率。
因此，提供一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，该装置能够提高直流输电系统抵御换相失败能力，同时，造价成本较低，运行灵活，不会给系统造成谐波问题的装置显得尤为重要。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，其改进之处在于：所述装置并联在高压直流输电系统直流场靠近换流器侧；所述装置由N个子模块串联在一起组成。
进一步的，所述子模块包括电容、电阻和晶闸管型H全桥。
进一步的，所述晶闸管型H全桥由四组晶闸管构成，所述四个晶闸管组由若干个晶闸管串联而成，左侧两组晶闸管串联在一起称为晶闸管组一，右侧两组晶闸管串联在一起称为晶闸管组二；
所述晶闸管型H全桥中晶闸管组一上方晶闸管的阴极与晶闸管组一下方晶闸管的阳极连接，晶闸管组二上方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阳极连接；
所述晶闸管型H全桥中晶闸管组一上方晶闸管的阳极与晶闸管组二上方晶闸管的阳极连接，晶闸管组一下方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阴极连接；
所述电容的两端分别连接在所述晶闸管组一上方晶闸管的阴极与晶闸管组一下方晶闸管的阳极和所述晶闸管组二上方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阳极之间；
所述电阻的一端和晶闸管组一下方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阴极相连，另一端和下一个子模块的晶闸管组一上方晶闸管的阳极与晶闸管组二上方晶闸管的阳极相连。
进一步的，所述子模块利用晶闸管作为开关，通过对晶闸管型H全桥的控制可以实现电阻支路的投入与切除。
进一步的， 在高压直流系统启动时，对电容进行预充电。首先给晶闸管VT1和VT4施加触发脉冲，电流通路为晶闸管VT1—电容—晶闸管VT4，电容充电，电容极性左正右负。充电结束后，晶闸管VT1、VT4由于无电流通过而逐渐关断。
进一步的，当发生故障时，需要投入电阻R进行耗能，给晶闸管VT1和VT2施加触发脉冲，电流通路为晶闸管VT1—晶闸管VT2—电阻R，电容被旁路，延长电容使用寿命，同时不会产生谐波问题
进一步的，故障消除后，需要切除电阻R，给晶闸管VT3施加触发脉冲，晶闸管VT1承受反压而截止，电流通路为晶闸管VT3—电容—晶闸管VT2，同时电容反向充电，电容极性右正左负。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，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、本发明提供的一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，可以灵活控制电阻支路的投入与切除，而且采用晶闸管作为电力电子开关器件，使用成本较低。
3、本发明提供的一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，在电阻支路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。
4、本发明提供的一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置,在不需要外部电源的情况下，能够实现电容自充电。
5、本发明提供的一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置,在交流系统单相故障、三相故障、三相不对称等情况下均可提高LCC-HVDC抵御换相失败的能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置的拓扑图；
图2为本发明实施例中可控子模块的拓扑图；
图3为本发明实施例中系统启动时可控子模块的电流流通路径图；
图4为本发明实施例中系统发生故障时可控子模块的电流流通路径图；
图5为本发明实施例中故障消除后可控子模块的电流流通路径图。
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。
本发明提供了一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，如图1所示，该装置并联在高压直流输电系统直流场靠近换流器侧；该装置由N个子模块串联在一起。
如图2所示，每个子模块包括电容、电阻和由晶闸管组成的晶闸管型H全桥。晶闸管型H全桥由四组晶闸管构成，四个晶闸管组由若干个晶闸管串联而成，左侧两组晶闸管串联在一起称为晶闸管组一，右侧两组晶闸管串联在一起称为晶闸管组二；晶闸管型H全桥中晶闸管组一上方晶闸管的阴极与晶闸管组一下方晶闸管的阳极连接，晶闸管组二上方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阳极连接；晶闸管型H全桥中晶闸管组一上方晶闸管的阳极与晶闸管组二上方晶闸管的阳极连接，晶闸管组一下方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阴极连接；电容的两端分别连接在所述晶闸管组一上方晶闸管的阴极与晶闸管组一下方晶闸管的阳极和所述晶闸管组二上方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阳极之间；电阻的一端和晶闸管组一下方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方晶闸管的阴极相连，另一端和下一个子模块的晶闸管组一上方晶闸管的阳极与晶闸管组二上方晶闸管的阳极相连。
子模块利用晶闸管作为开关，通过对晶闸管型H全桥的控制可以实现电阻支路的投入与切除。当系统发生故障时，投入电阻支路进行耗能，可提高直流输电系统抵御换相失败的能力。故障消除之后，迅速切除电阻支路，避免对系统正常运行造成干扰。
可控子模块的工作状态分为三种：
工作状态一：如图3所示，在系统启动时，首先需要对电容进行预充电，为后续迫使晶闸管强行关断切除电阻支路做好准备。需要给左侧晶闸管组一的上方晶闸管VT1和右侧晶闸管组二的下方晶闸管VT4同时施加触发脉冲，此时电流依次流过晶闸管VT1、电容、晶闸管VT4，电容得以充电，此时电容储存的电位为左正右负。当充电结束后，电流将不再流向电容，晶闸管VT1、VT4由于无电流通过而逐渐关断。
工作状态二：如图4所示，当交流系统发生故障时，需要投入电阻进行耗能，此时需要给左侧晶闸管组一的上方晶闸管VT1和左侧晶闸管组一的下方晶闸管VT2同时施加触发脉冲，电流流通路径为左侧晶闸管组一的VT1、VT2和电阻。电阻投入吸收直流系统功率，降低直流电流，减少换相所需时间，进而降低逆变器发生换相失败的概率。并且在此工作状态下，晶闸管组二和电容不参与工作，电容被旁路，延长电容使用寿命，同时不会产生谐波问题。
工作状态三：如图5所示，当系统的故障消除后，需要及时切除电阻支路，避免电阻继续过度耗能，从而对直流系统的正常运行产生干扰。此时需要给右侧晶闸管组二的上方晶闸管VT3施加触发脉冲，晶闸管VT3导通后，将会有电流流过，电容开始进行放电，左侧晶闸管组一的上方晶闸管VT1由于承受反压而关断，从而电阻支路被切除，电阻将不再进行持续耗能，不会再对正常系统产生干扰。此时电流流通路径变为晶闸管VT3、电容、晶闸管VT2，经过一段时间后，电容放电完毕，由放电变为反向充电，电容储存的电位为左负右正。一段时间后，电容反向充满，为下次交流系统故障做好准备。
本实施例中，所述子模块的晶闸管VT1~VT4采用多个晶闸管串联的结构，将串联的多个晶闸管视为整体，控制其同时触发。
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 (1)

1.一种基于电阻耗能的高压直流系统换相失败抵御装置，其特征在于：所述装置并联在高压直流输电系统逆变站的直流出口处，在故障期间通过耗能来减小故障时逆变侧的直流电流突增量，给因逆变侧故障将来自整流侧却无法传输到逆变侧交流系统的有功提供一短时的通道，为控制器的反应争取时间，从而可以抑制换相失败；所述装置由N个子模块串联在一起组成，子模块包括电容C、电阻R和由晶闸管VT1、VT2、VT3和VT4构成的晶闸管型H全桥；该装置可以通过自身控制利用半控型晶闸管实现电阻耗能支路的灵活投入与切除；在高压直流系统启动时，首先进行电容预充电控制，为后续耗能支路的切除做准备，给VT1和VT4施加触发脉冲，电流通路为VT1—C—VT4，电容开始充电，电容电压极性左正右负，充电结束后，VT1和VT4由于无电流通过而逐渐关断，此时系统进入正常运行控制；在正常运行控制下，所有晶闸管(VT1、VT2、VT3和VT4)都处于关断状态，电容处于旁路状态；当逆变侧系统发生故障时，需要投入电阻进行耗能，给VT1和VT2施加触发脉冲，电流通路为VT1—VT2—R，此时电阻处于投入状态，电容仍处于旁路状态；在故障消除后系统恢复期间，需要切除电阻，给VT3施加触发脉冲，VT3导通后，VT1承受反压而截止，电阻耗能支路得以切除，电流通路变为VT3—C—VT2，同时电容反向充电，电容电压极性变为右正左负，充电结束后，VT2和VT3由于无电流通过而逐渐关断，此时系统进入正常运行控制；在正常运行控制下，所有晶闸管(VT1、VT2、VT3和VT4)都处于关断状态，电容处于旁路状态。
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