CN108683207B - 一种混合直流换流器阀组在线投入电路和投入方法及装置 - Google Patents

一种混合直流换流器阀组在线投入电路和投入方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种混合直流换流器阀组在线投入电路，用于在线投入其中的电压源换流器，至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸；或者至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸。本发明还公开一种混合直流换流器阀组在线投入方法及装置，先解锁电压源换流器，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，闭锁电网换相换流器，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。

Description

一种混合直流换流器阀组在线投入电路和投入方法及装置
技术领域
本发明属于混合直流输电、高压直流输电领域，特别涉及一种混合直流换流器阀组在线投入电路、投入方法及装置。
背景技术
基于晶闸管的电流源型高压直流输电优点为换流器损耗小，发生直流线路故障时可通过移相来重启直流系统；缺点是逆变侧换流器工作在有源逆变，不能接入无源系统；逆变侧接入弱交流系统出现扰动后容易发生换相失败；无功消耗大，电压、电流谐波含量高，需要安装滤波装置提供无功功率和滤波。基于电压源换流器的直流输电优点为可控性高，可接入无源系统，不需要无功补偿装置；缺点为换流器开关损耗大，采用半桥结构的模块化多电平换流器不能控制直流侧故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。
对于直流侧故障，ABB公司采用增加直流线路的直流断路器来解决直流侧故障，但是直流断路器成本高、可靠性还有待验证；西门子公司采用全桥电路结构的模块化多电平换流器来解决，但是全桥电路结构的换流器损耗大；阿尔斯通公司采用全桥电路并且桥臂串联电力电子开关器件的方式来解决，但是可靠性还有待验证；浙江大学采用在主回路串联二极管来解决，但是二极管不参与功率变换，自身会产生损耗；南瑞继保公司采用带旁通支路的电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器，电压源换流器只需采用半桥电路结构的模块化多电平换流器，电网换相换流器能自然阻断直流侧故障电流，旁通支路又能可靠保护电压源换流器，但混合直流换流器的电压源换流器电压调节范围有限，不同于电网换相换流器，不能调节电压为零实现在线投入，如果电压源换流器因故障或检修退出，需要停极或者控制直流电流为零才能再次投入运行，影响直流输电系统功率平稳运行。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种混合直流换流器阀组在线投入电路，通过直流场开关操作，实现电压源换流器和电流源换流器的串、并联转换，同时提供一种混合直流换流器阀组在线投入方法，通过调节直流电压、功率，操作直流场开关，实现电压源换流器在线投入，并提供一种混合直流换流器阀组在线投入装置，来控制此阀组在线投入电路。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种混合直流换流器阀组在线投入电路，用于在线投入电压源换流器，如果电压源型阀组单元为低端阀组，所述阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸；如果电压源型阀组单元为高端阀组，所述阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸。
所述电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器与电流源型阀组单元；所述电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器与直流母线；所述电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器的正极和负极；所述电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸用于连接所述电流源型阀组单元的电网换相换流器的阳极和阴极；所述电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器与中性母线。
上述混合直流输电换流器由电流源型阀组单元和电压源型阀组单元串联组成，有四种串联连接拓扑结构：
(1)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的负极相连；或者
(2)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
(3)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
(4)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连；
所述电流源型阀组单元采用电网换相换流器；所述电压源型阀组单元采用一个电压源换流器或者多个电压源换流器并联。
上述电压源型阀组单元为低端阀组是电压源型阀组单元靠近中性母线；所述电压源型阀组单元为高端阀组是电压源型阀组单元靠近直流母线。
如果所述电压源型阀组单元为低端阀组，所述电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸采用具有分断直流故障电流能力的直流断路器，或者所述混合直流换流器的电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸与电压源换流器之间串联阻断直流故障电流能力的二极管阀组，二极管阀组的阴极与电压源换流器的正极为公共连接端；如果所述电压源型阀组单元为高端阀组，所述电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸采用具有分断直流故障电流能力的直流断路器，或者所述混合直流换流器的电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸与电压源换流器之间串联阻断直流故障电流能力的二极管阀组，二极管阀组的阳极与电压源换流器的负极为公共连接端。
上述电流源型阀组单元采用电网换相换流器，包括电网换相换流器与旁通开关及刀闸组件，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
上述电压源型阀组单元采用电压源换流器，包括电压源换流器、限流电抗器、旁通晶闸管阀组、旁通开关及刀闸组件，电压源换流器与限流电抗器串联，再与旁通晶闸管阀组并联，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通开关或刀闸，可选地，所述电压源型阀组单元中的电压源换流器与限流电抗器之间串联具有分断直流故障电流能力的直流断路器。
上述电网换相换流器为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成，一般为不可关断的晶闸管；上述电压源换流器是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、模块化多电平换流器MMC、混合多电平换流器HMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL，其由可关断的全控型功率半导体组成。上述不可关断的半控型功率半导体一般为不可关断的晶闸管；上述可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种：绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管Power MOSFET、电子注入增强栅晶体管IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET；。
本发明还提供一种混合直流换流器阀组在线投入方法，用于混合直流换流器阀组在线投入电路，当只有电网换相换流器运行、需要投入电压源换流器时，将电压源换流器一端连接固定电位，电压源换流器充电，解锁电压源换流器，控制电压源换流器与电网换相换流器的电压相同，通过直流场开关或刀闸并联转换，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将直流功率从电网换相换流器转移到电压源换流器，闭锁电网换相换流器，通过直流场开关或刀闸串联转换，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。
上述电压源换流器一端连接固定电位是电压源型阀组单元连接到中性母线，通过合上电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸来实现。
上述直流场开关或刀闸并联转换是电压源型阀组单元另一端连接到直流母线，通过合上电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸来实现。
上述直流场开关或刀闸串联转换，分两种情况：(1)当电压源型阀组单元为低端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸；(2)当电压源型阀组单元为高端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸。
上述在线投入电网换相换流器，通过解锁电网换相换流器，控制直流电流从旁通开关或刀闸转移到电网换相换流器，拉开旁通开关或刀闸，增大直流电压来实现。
本发明还提供一种混合直流换流器阀组在线投入装置，用于混合直流换流器阀组在线投入电路，所述装置包括检测单元和控制单元，其中：
检测单元，检测电压源型阀组单元的直流电压、直流电流、解锁信号、闭锁信号、运行信号，检测电流源型阀组单元的直流电压、直流电流、解锁信号、闭锁信号、运行信号，检测直流场、电压源型阀组单元和电流源型阀组单元开关或刀闸位置；
控制单元，当电网换相换流器有解锁信号、运行信号，电压源换流器有闭锁信号，接收到运行人员命令投入电压源换流器时，将电压源换流器一端连接固定电位，电压源换流器充电，解锁电压源换流器，控制电压源换流器与电网换相换流器的电压相同，通过直流场开关或刀闸并联转换，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将直流功率从电网换相换流器转移到电压源换流器，闭锁电网换相换流器，通过直流场开关或刀闸串联转换，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。
上述控制单元中电压源换流器一端连接固定电位是电压源型阀组单元连接到中性母线，通过合上电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸来实现。
上述控制单元中直流场开关或刀闸并联转换是电压源型阀组单元另一端连接到直流母线，通过合上电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸来实现。
上述控制单元中直流场开关或刀闸串联转换，分两种情况：(1)当电压源型阀组单元为低端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸；(2)当电压源型阀组单元为高端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸。
上述控制单元中在线投入电网换相换流器，通过解锁电网换相换流器，控制直流电流从旁通开关或刀闸转移到电网换相换流器，拉开旁通开关或刀闸，增大直流电压来实现。
本发明的有益效果是：提出一种混合直流换流器阀组在线投入电路和投入方法及装置，通过将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将电网换相换流器的功率转移到电压源换流器，再将电网换相换流器串联到电压源换流器，投入电网换相换流器，实现电压源换流器的在线平滑投入，保证直流输电系统功率平稳运行。
附图说明
图1是电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连的四种拓扑结构；
图2是典型的电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连的四种拓扑结构；
图3是由四种混合直流换流器拓扑结构组成、低端阀组由电压源换流器构成的高压直流输电装置；
图4是由四种混合直流换流器拓扑结构组成、高端阀组由电压源换流器构成的高压直流输电装置；
图5是整流侧由传统的电网换相换流器和逆变侧由两种混合直流换流器组成的高压直流输电装置；
图6是本发明的一种混合直流换流器阀组在线投入方法；
图7是本发明的一种混合直流换流器阀组在线投入装置。
具体实施方式
借助以下附图对本发明的实施例进行描述，其中，相同的组件使用相同的附图标记。图1为本发明电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连的四种拓扑结构。其中，图1(a)是电流源型阀组单元的阴极X1和电压源型阀组单元的负极X4相连的拓扑结构；图1(b)是电流源型阀组单元的阳极X2和电压源型阀组单元的正极X3相连的拓扑结构；图1(c)是电流源型阀组单元的阴极X1和电压源型阀组单元的正极X3相连的拓扑结构；图1(d)是电流源型阀组单元的阳极X2和电压源型阀组单元的负极X4相连的拓扑结构。
图2为本发明优选的电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连的四种拓扑结构。其中，图2(a)是优选的电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的负极相连的拓扑结构；图2(b)是优选的电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的正极相连的拓扑结构；图2(c)是优选的电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连的拓扑结构；图2(d)是优选的电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连的拓扑结构。电流源型阀组单元包括电网换相换流器1与旁通开关及刀闸组件，电网换相换流器1与旁通开关3并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸5、6的一端相连，连接刀闸5、6的另一端并联旁通开关或刀闸4。电压源型阀组单元包括电压源换流器2与旁通开关及刀闸组件，电压源换流器2串联限流电抗器11后与旁通电力电子开关7并联连接，并联后的单元两端分别和阀组连接线连接开关或刀闸9、母线连接开关或刀闸10的一端相连，阀组连接线连接开关或刀闸9、母线连接开关或刀闸10的另一端并联旁通开关或刀闸8。为了匹配电网换相换流器1的容量，电压源换流器2为一个换流器或多个换流器并联。可选地，为了更好地抑制直流故障电流，电压源换流器2与限流电抗器11之间增加具有分断直流故障电流的直流断路器。
实施例1：
图3示出了高压直流输电装置全部由图2所示的四种拓扑结构组成、低端阀组由电压源换流器构成的一个实施例，其通过直流线路15将整流站27和逆变站28相连。整流站27由图2中的拓扑结构(1)23和(2)24分别组成其负极换流器和正极换流器，逆变站28由拓扑结构(3)25和(4)26分别组成其正极换流器和负极换流器。阀组1为电网换相换流器，其与基于晶闸管的电流源型高压直流输电变压器18次级绕组相连，阀组2为电压源换流器，其与基于电压源换流器的高压直流输电变压器19次级绕组相连。要指出的是，交流电网是三相的，然而在图3中为清楚起见仅示出一相。高压直流输电变压器的初级绕组借助交流开关21与交流电网22分合，如果采用电压源换流器2为电流源换流器1提供无功功率，则交流滤波器少配置或不配置。为了抑制电压源换流器的桥臂环流和故障下的浪涌电流，设置桥臂电抗器20；为了平滑直流电路的直流电压和抑制直流故障电流，设置平波电抗器13和限流电抗器11。图3中示出接地极导线16，其用于换流器与接地极的连接。直流线路15和阀组连接线17之间配置直流滤波器14。阀组连接线连接开关或刀闸9靠近电压源换流器2侧和直流母线之间跨接直流母线连接开关或刀闸12。
混合直流换流器阀组在线投入电路用于在线投入电压源换流器2，图3中的电压源型阀组单元为低端阀组，阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸9、电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸12、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸8和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸4。
当只有电网换相换流器1运行时，电流源型阀组单元的连接刀闸5、6处于合位，旁通开关3和旁通开关或刀闸4处于分位；电压源型阀组单元的阀组连接线开关或刀闸9、母线连接开关或刀闸10、直流母线连接开关或刀闸12处于分位，旁通电力电子开关7处于关断状态，旁通开关或刀闸8处于合位。当需要投入电压源换流器2时，合母线连接开关或刀闸10，电压源换流器2充电，解锁电压源换流器2，控制电压源换流器2与电网换相换流器1的电压相同，合直流母线连接开关或刀闸12，电压源换流器2并联到电网换相换流器1两端，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2，闭锁电网换相换流器1，此时电压源换流器2的运行功率等于之前电网换相换流器1的运行功率，分旁通开关或刀闸8，合旁通开关3或旁通开关或刀闸4，合阀组连接线开关或刀闸9，分直流母线连接开关或刀闸12。整流站27和逆变站28可分别进行上述操作实现功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2。当整流站27和逆变站28的电网换相换流器1都准备就绪，解锁电网换相换流器1，控制直流电流从旁通开关3或旁通开关或刀闸4转移到电网换相换流器1，拉开旁通开关3或旁通开关或刀闸4，控制电网换相换流器1触发角，增大直流电压来实现电网换相换流器1在线投入，至此，电网换相换流器1和电压源换流器2串联运行。
为了防止在电压源换流器2并联到电网换相换流器1期间，因直流线路或者交流线路发生故障引起直流输电系统闭锁，可选地，电压源换流器2与限流电抗器11之间增加具有分断直流故障电流的直流断路器，或者直流母线连接开关或刀闸12采用具有分断直流故障电流的直流断路器，或者逆变侧的混合直流换流器直流母线连接开关或刀闸12与电压源换流器2之间串联一个阻断电压源换流器2反向电流的二极管阀组，二极管阀组的阴极与电压源换流器的正极为公共连接端。需要指出的是，逆变侧的混合直流换流器中的电压源换流器2的反向电流是从电压源换流器2的负极流向正极。
实施例2：
图4示出了高压直流输电装置全部由图2所示的四种拓扑结构组成、高端阀组由电压源换流器构成的一个实施例，其通过直流线路15将整流站27和逆变站28相连。整流站27由图2中的拓扑结构(1)23和(2)24分别组成其正极换流器和负极换流器，逆变站28由拓扑结构(3)25和(4)26分别组成其负极换流器和正极换流器。阀组1为电网换相换流器，其与基于晶闸管的电流源型高压直流输电变压器18次级绕组相连，阀组2为电压源换流器，其与基于电压源换流器的高压直流输电变压器19次级绕组相连。高压直流输电变压器的初级绕组借助交流开关21与交流电网22分合，如果采用电压源换流器2为电流源换流器1提供无功功率，则交流滤波器少配置或不配置。为了抑制电压源换流器的桥臂环流和故障下的浪涌电流，设置桥臂电抗器20；为了平滑直流电路的直流电压和抑制直流故障电流，设置平波电抗器13和限流电抗器11。图4中示出接地极导线16，其用于换流器与接地极的连接。接地极导线16和阀组连接线17之间配置直流滤波器14。阀组连接线连接开关或刀闸9靠近电压源换流器2侧和中性母线之间跨接中性母线连接开关或刀闸29。
混合直流换流器阀组在线投入电路用于在线投入电压源换流器2，图4中的电压源型阀组单元为高端阀组，阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸9、电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸29、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸8和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸4。
当只有电网换相换流器1运行时，电流源型阀组单元的连接刀闸5、6处于合位，旁通开关3和旁通开关或刀闸4处于分位；电压源型阀组单元的阀组连接线开关或刀闸9、连接刀闸10、中性母线连接开关或刀闸29处于分位，旁通电力电子开关7处于关断状态，旁通开关或刀闸8处于合位。当需要投入电压源换流器2时，合中性母线连接开关或刀闸29，电压源换流器2充电，解锁电压源换流器2，控制电压源换流器2与电网换相换流器1的电压相同，合母线连接开关或刀闸10，电压源换流器2并联到电网换相换流器1两端，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2，闭锁电网换相换流器1，此时电压源换流器2的运行功率等于之前电网换相换流器1的运行功率，分旁通开关或刀闸8，合旁通开关3或旁通开关或刀闸4，合阀组连接线开关或刀闸9，分中性母线连接开关或刀闸29。整流站27和逆变站28可分别进行上述操作实现功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2。当整流站27和逆变站28的电网换相换流器1都准备就绪，解锁电网换相换流器1，控制直流电流从旁通开关3或旁通开关或刀闸4转移到电网换相换流器1，拉开旁通开关3或旁通开关或刀闸4，控制电网换相换流器1触发角，增大直流电压来实现电网换相换流器1在线投入，至此，电网换相换流器1和电压源换流器2串联运行。
为了防止在电压源换流器2并联到电网换相换流器1期间，因直流线路或者交流线路发生故障引起直流输电系统闭锁，可选地，电压源换流器2与限流电抗器11之间增加具有分断直流故障电流的直流断路器，或者中性母线连接开关或刀闸29采用具有分断直流故障电流的直流断路器，或者逆变侧的混合直流换流器中性母线连接开关或刀闸29与电压源换流器2之间串联一个阻断电压源换流器2反向电流的二极管阀组，二极管阀组的阳极与电压源换流器的负极为公共连接端。
实施例3：
图5示出了高压直流输电装置由传统的电流源型阀组组成的换流器和图2所示的两种拓扑结构组成的一个实施例。高压直流输电装置整流站27由电流源型阀组单元串联的拓扑结构30组成，逆变站28由拓扑结构(3)25和(4)26分别组成其正极换流器和负极换流器。阀组1为电网换相换流器，其与基于晶闸管的电流源型高压直流输电变压器18次级绕组相连，阀组2为电压源换流器，其与基于电压源换流器的高压直流输电变压器19次级绕组相连。整流站27配置交流滤波器32滤除谐波和提供无功功率，其通过交流开关31与交流电网22分合。为了抑制电压源换流器的桥臂环流和故障下的浪涌电流，设置桥臂电抗器20；为了平滑直流电路的直流电压和抑制直流故障电流，设置平波电抗器13和限流电抗器11。图5中示出接地极导线16，其用于换流器与接地极的连接。整流站27在直流线路15和接地极导线16之间配置直流滤波器14。逆变站28在阀组连接线17和接地极导线16之间配置直流滤波器14。逆变站阀组连接线连接开关或刀闸9靠近电压源换流器2侧和直流母线之间跨接直流母线连接开关或刀闸12。
混合直流换流器阀组在线投入电路用于在线投入电压源换流器2，图5中的电压源型阀组单元为低端阀组，阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸9、电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸12、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸8和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸4。
当只有电网换相换流器1运行时，电流源型阀组单元的连接刀闸5、6处于合位，旁通开关3和旁通开关或刀闸4处于分位；电压源型阀组单元的阀组连接线开关或刀闸9、母线连接开关或刀闸10、直流母线连接开关或刀闸12处于分位，旁通电力电子开关7处于关断状态，旁通开关或刀闸8处于合位。当需要投入电压源换流器2时，合连接刀闸10，电压源换流器2充电，解锁电压源换流器2，控制电压源换流器2与电网换相换流器1的电压相同，合直流母线连接开关或刀闸12，电压源换流器2并联到电网换相换流器1两端，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2，闭锁电网换相换流器1，此时电压源换流器2的运行功率等于之前电网换相换流器1的运行功率，分旁通开关或刀闸8，合旁通开关3或旁通开关或刀闸4，合阀组连接线开关或刀闸9，分直流母线连接开关或刀闸12。逆变站28进行上述操作实现功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2。当整流站27和逆变站28的电网换相换流器1都准备就绪，解锁电网换相换流器1，控制直流电流从旁通开关3或旁通开关或刀闸4转移到电网换相换流器1，拉开旁通开关3或旁通开关或刀闸4，控制电网换相换流器1触发角，增大直流电压来实现电网换相换流器1在线投入，至此，电网换相换流器1和电压源换流器2串联运行。
为了防止在电压源换流器2并联到电网换相换流器1期间，因直流线路或者交流线路发生故障引起直流输电系统闭锁，可选地，电压源换流器2与限流电抗器11之间增加具有分断直流故障电流的直流断路器，或者直流母线连接开关或刀闸12采用具有分断直流故障电流的直流断路器，或者逆变侧的混合直流换流器直流母线连接开关或刀闸12与电压源换流器2之间串联一个阻断电压源换流器2反向电流的二极管阀组，二极管阀组的阴极与电压源换流器的正极为公共连接端。
图6是混合直流换流器在线投入方法，当只有电网换相换流器运行、收到投入电压源换流器命令时，将电压源换流器一端连接固定电位，电压源换流器充电，解锁电压源换流器，控制电压源换流器与电网换相换流器的电压相同，通过直流场开关或刀闸并联转换，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将直流功率从电网换相换流器转移到电压源换流器，闭锁电网换相换流器，通过直流场开关或刀闸串联转换，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。
上述电压源换流器一端连接固定电位是电压源型阀组单元连接到中性母线，通过合上电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸来实现。
上述直流场开关或刀闸并联转换是电压源型阀组单元另一端连接到直流母线，通过合上电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸来实现。
上述直流场开关或刀闸串联转换，分两种情况：(1)当电压源型阀组单元为低端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸；(2)当电压源型阀组单元为高端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸。
上述在线投入电网换相换流器，通过解锁电网换相换流器，控制直流电流从旁通开关或刀闸转移到电网换相换流器，拉开旁通开关或刀闸，增大直流电压来实现。
图7是混合直流换流器阀组在线投入装置，用于实现混合直流换流器阀组在线投入，包括：
检测单元33，检测电压源型阀组单元的直流电压、直流电流、解锁信号、闭锁信号、运行信号，检测电流源型阀组单元的直流电压、直流电流、解锁信号、闭锁信号、运行信号，检测直流场、电压源型阀组单元和电流源型阀组单元开关或刀闸位置；
控制单元34，当电网换相换流器有解锁信号、运行信号，电压源换流器有闭锁信号，接收到运行人员命令投入电压源换流器时，将电压源换流器一端连接固定电位，电压源换流器充电，解锁电压源换流器，控制电压源换流器与电网换相换流器的电压相同，通过直流场开关或刀闸并联转换，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将直流功率从电网换相换流器转移到电压源换流器，闭锁电网换相换流器，通过直流场开关或刀闸串联转换，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。
上述控制单元中电压源换流器一端连接固定电位是电压源型阀组单元连接到中性母线，通过合上电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸来实现。
上述控制单元中直流场开关或刀闸并联转换是电压源型阀组单元另一端连接到直流母线，通过合上电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸来实现。
上述控制单元中直流场开关或刀闸串联转换，分两种情况：(1)当电压源型阀组单元为低端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸；(2)当电压源型阀组单元为高端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸。
上述控制单元中在线投入电网换相换流器，通过解锁电网换相换流器，控制直流电流从旁通开关或刀闸转移到电网换相换流器，拉开旁通开关或刀闸，增大直流电压来实现。
本发明所提出的阀组在线投入电路和投入方法用于混合直流换流器的电压源换流器在线投入，特别适用于直流电压调节范围窄或不能调节直流电压到零压的电压源换流器。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (17)

1.一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：所述混合直流换流器阀组在线投入电路用于在线投入混合直流换流器的电压源换流器，如果电压源型阀组单元为低端阀组，所述阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸；如果电压源型阀组单元为高端阀组，所述阀组在线投入电路至少包括电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸、电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸和电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸；
所述电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器与电流源型阀组单元；所述电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器与直流母线；所述电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器的正极和负极；所述电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸用于连接所述电流源型阀组单元的电网换相换流器的阳极和阴极；所述电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸用于连接所述电压源型阀组单元的电压源换流器与中性母线；
所述电压源型阀组单元为低端阀组是电压源型阀组单元靠近中性母线；所述电压源型阀组单元为高端阀组是电压源型阀组单元靠近直流母线。
2.如权利要求1所述的一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：所述混合直流换流器由电流源型阀组单元和电压源型阀组单元串联组成，有四种串联连接拓扑结构：
(1)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的负极相连；或者
(2)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
(3)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
(4)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连；
所述电流源型阀组单元采用电网换相换流器；所述电压源型阀组单元采用一个电压源换流器或者多个电压源换流器并联。
3.如权利要求1所述的一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：如果所述电压源型阀组单元为低端阀组，所述电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸采用具有分断直流故障电流能力的直流断路器，或者所述混合直流换流器的电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸与电压源换流器之间串联阻断直流故障电流能力的二极管阀组，二极管阀组的阴极与电压源换流器的正极为公共连接端；如果所述电压源型阀组单元为高端阀组，所述电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸采用具有分断直流故障电流能力的直流断路器，或者所述混合直流换流器的电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸与电压源换流器之间串联阻断直流故障电流能力的二极管阀组，二极管阀组的阳极与电压源换流器的负极为公共连接端。
4.如权利要求2所述的一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：所述电流源型阀组单元采用电网换相换流器，包括电网换相换流器与旁通开关及刀闸组件，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
5.如权利要求2所述的一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：所述电压源型阀组单元采用电压源换流器，包括电压源换流器、限流电抗器、旁通晶闸管阀组、旁通开关及刀闸组件，电压源换流器与限流电抗器串联，再与旁通晶闸管阀组并联，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通开关或刀闸。
6.如权利要求2所述的一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：所述电网换相换流器为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。
7.如权利要求2所述的一种混合直流换流器阀组在线投入电路，其特征在于：所述电压源换流器是以下任一种或多种：两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、模块化多电平换流器MMC、混合多电平换流器HMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL，其由可关断的全控型功率半导体组成。
8.一种适用于权利要求1至7任一项所述混合直流换流器阀组在线投入电路的混合直流换流器阀组在线投入方法，其特征在于：当只有电网换相换流器运行、需要投入电压源换流器时，将电压源换流器一端连接固定电位，电压源换流器充电，解锁电压源换流器，控制电压源换流器与电网换相换流器的电压相同，通过直流场开关或刀闸并联转换，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将直流功率从电网换相换流器转移到电压源换流器，闭锁电网换相换流器，通过直流场开关或刀闸串联转换，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。
9.如权利要求8所述的一种混合直流换流器阀组在线投入方法，其特征在于：所述电压源换流器一端连接固定电位是电压源型阀组单元连接到中性母线，通过合上电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸来实现。
10.如权利要求8所述的一种混合直流换流器阀组在线投入方法，其特征在于：所述直流场开关或刀闸并联转换是电压源型阀组单元另一端连接到直流母线，通过合上电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸来实现。
11.如权利要求8所述的一种混合直流换流器阀组在线投入方法，其特征在于：所述直流场开关或刀闸串联转换，分两种情况：(1)当电压源型阀组单元为低端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸；(2)当电压源型阀组单元为高端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸。
12.如权利要求8所述的一种混合直流换流器阀组在线投入方法，其特征在于：所述在线投入电网换相换流器，通过解锁电网换相换流器，控制直流电流从旁通开关或刀闸转移到电网换相换流器，拉开旁通开关或刀闸，增大直流电压来实现。
13.一种适用于权利要求1至7任一项所述混合直流换流器阀组在线投入电路的混合直流换流器阀组在线投入装置，其特征在于，所述装置包括检测单元、控制单元，其中：
检测单元，检测电压源型阀组单元的直流电压、直流电流、解锁信号、闭锁信号、运行信号，检测电流源型阀组单元的直流电压、直流电流、解锁信号、闭锁信号、运行信号，检测直流场、电压源型阀组单元和电流源型阀组单元开关或刀闸位置；
控制单元，当电网换相换流器有解锁信号、运行信号，电压源换流器有闭锁信号，接收到运行人员命令投入电压源换流器时，将电压源换流器一端连接固定电位，电压源换流器充电，解锁电压源换流器，控制电压源换流器与电网换相换流器的电压相同，通过直流场开关或刀闸并联转换，将电压源换流器并联到电网换相换流器两端，将直流功率从电网换相换流器转移到电压源换流器，闭锁电网换相换流器，通过直流场开关或刀闸串联转换，将电网换相换流器串联到电压源换流器，在线投入电网换相换流器。
14.如权利要求13所述的混合直流换流器阀组在线投入装置，其特征在于：所述控制单元中电压源换流器一端连接固定电位是电压源型阀组单元连接到中性母线，通过合上电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸来实现。
15.如权利要求13所述的混合直流换流器阀组在线投入装置，其特征在于：所述控制单元中直流场开关或刀闸并联转换是电压源型阀组单元另一端连接到直流母线，通过合上电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸来实现。
16.如权利要求13所述的混合直流换流器阀组在线投入装置，其特征在于：所述控制单元中直流场开关或刀闸串联转换，分两种情况：(1)当电压源型阀组单元为低端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的直流母线连接开关或刀闸；(2)当电压源型阀组单元为高端阀组时，分开电压源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电流源型阀组单元的旁通开关或刀闸，合上电压源型阀组单元的阀组连接线连接开关或刀闸，分开电压源型阀组单元的中性母线连接开关或刀闸。
17.如权利要求13所述的混合直流换流器阀组在线投入装置，其特征在于：所述控制单元中在线投入电网换相换流器，通过解锁电网换相换流器，控制直流电流从旁通开关或刀闸转移到电网换相换流器，拉开旁通开关或刀闸，增大直流电压来实现。
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