CN111245212A - 一种抑制lcc-hvdc换相失败的晶闸管全桥耗能模块 - Google Patents

一种抑制lcc-hvdc换相失败的晶闸管全桥耗能模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抑制LCC‑HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块。每个模块由四组晶闸管、电容和耗能电阻组成，其中每两组晶闸管串联在一起，左右对称，中心处由电容连接，电阻与某一组晶闸管串联。本发明提供的用于抑制LCC‑HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块串联在高压直流输电系统逆变侧换流阀桥臂中，当系统发生故障时，投入电阻耗能，加速故障电流的衰减，提高系统换相失败抵御能力，系统正常运行时电阻耗能支路被旁路，不会产生有功损耗。

Description

一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块
技术领域
本发明涉及一种高压直流输电技术领域的子模块，具体涉及一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块。
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的直流电流迅速增大，是导致逆变器发生换相失败的原因之一。通过给逆变侧换流阀桥臂中添加带耗能电阻的模块，增加系统的阻抗，进而抑制暂态电流的增加，可有效降低逆变侧LCC换相失败发生的概率。
因此，提供一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，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，不会给系统造成有功损耗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，本发明提供了一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥控能模块。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其改进之处在于：所述模块串联在系统逆变侧换流阀桥臂中。进一步的，所述模块包括电容、电阻和晶闸管。
进一步的，所述晶闸管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，右侧两组晶闸管和耗能电阻串联在一起称为晶闸管组二；
所述晶闸管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的电阻一端连接；
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；
所述耗能电阻的一端和晶闸管组二下方晶闸管的阴极相连，另一端和晶闸管组一下方晶闸管的阴极相连。
进一步的，所述模块利用晶闸管作为开关，通过对晶闸管全桥的控制可以实现耗能电阻的投入与切除。
进一步的，在高压直流系统启动时，对电容C进行预充电。首先给晶闸管VT3和VT2施加触发脉冲，电流通路为晶闸管VT3—电容C—晶闸管VT2，电容充电，电容电压极性为左负右正，电容充电至设定电压时，给晶闸管VT1施加触发脉冲，晶闸管VT3由于承受反向压而截止，电流通路变为晶闸管VT1—晶闸管VT2，电容C被旁路，模块处于正常运行状态。
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VT4施加触发脉冲，晶闸管VT2由于承受反向电压而截止，电流通路为晶闸管VT1—电容C—晶闸管VT4—电阻R，电容对外放电，当电容电压降至零电容电压极性变为左正右负时，给晶闸管VT3施加触发脉冲，电流通路变为晶闸管VT3—晶闸管VT4—电阻R，电容被旁路，模块处于耗能状态。
进一步的，故障消除后，需要切除电阻R，给晶闸管VT2施加触发脉冲，晶闸管VT4承受反压而截止，电流通路为晶闸管VT3—电容C—晶闸管VT2，同时电容反向充电，电容电压极性为左负右正，电容充电至设定电压时，给晶闸管VT1施加触发脉冲，晶闸管VT3承受反向电压而截止，电流通路变为晶闸管VT1—晶闸管VT2，电容被旁路，模块处于正常运行状态。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，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、本发明提供的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，可以灵活控制耗能电阻的投入与切除，而且采用晶闸管作为电力电子开关器件，使用成本较低。
3、本发明提供的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，在耗能支路工作时电容器投入时间较短，延长了电容的使用寿命，同时不会产生谐波。
4、本发明提供的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块,在不需要外部电源的情况下，能够实现电容自充电。
5、本发明提供的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块,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抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块的拓扑图；
图2为本发明实施例中可控模块的拓扑图；
图3为本发明实施例中系统启动时可控模块的电流流通路径图；
图4为本发明实施例中系统启动时可控模块正常工作时的电路流通路径图；
图5为本发明实施例中系统发生故障时可控模块的电流流通路径图；
图6为本发明实施例中故障消除后可控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。
本发明提供了一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，如图1所示，该装置串联在高压直流输电系统逆变侧换流阀桥臂中。
如图2所示，每个模块包括电容、电阻和由晶闸管。晶闸管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，右侧两组晶闸管和耗能电阻串联在一起称为晶闸管组二；晶闸管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耗能电阻的一端连接；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二下方晶闸管的阴极相连，另一端和晶闸管组一下方晶闸管的阴极模块利用晶闸管作为开关，通过对晶闸管全桥的控制可以实现耗能电阻的投入与切除。当系统发生故障时，投入电阻进行耗能，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，避免对系统正常运行造成干扰。
可控模块的工作状态
可控模块的工作状态分为四种：
工作状态一：如图3所示，在系统启动时，首先需要对电容C进行预充电，为后续实现晶闸管强行关断投入电阻耗能支路做好准备。需要给右侧晶闸管组二的上方晶闸管VT3和左侧晶闸管组一的下方晶闸管VT2同时施加触发脉冲，此时电流依次流过晶闸管VT3、电容C、晶闸管VT2，电容得以充电，此时电容储存的电位为左负右正。
工作状态二：如图4所示，当电容充电至设定电压时，给晶闸管VT1施加触发脉冲，晶闸管VT3承受反向电压而截止，电流依次流过晶闸管VT1、晶闸管VT2，电容被旁路，模块处于正常工作状态。
工作状态三：如图5所示，当交流系统发生故障时，需要投入电阻进行耗能，此时需要给右侧晶闸管组二的下方晶闸管VT4施加触发脉冲，晶闸管VT2承受反向电压而截止，电流依次流过晶闸管VT1、电容C、晶闸管VT4和电阻，电容放电至零后开始反向充电，当电容电压极性变为左正右负时，给晶闸管VT3施加触发脉冲，晶闸管VT1承受反向电压而截止，电流依次流过晶闸管VT3、晶闸管VT4、电阻R，电阻投入吸收直流系统功率，降低直流电流，减短故障清除时间，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，电容的充电过程得到一定的控制，既可以防止电压充电至过电压，又可以避免因防止电容充电至过电压而缩短电阻耗能支路投入时间过短的现象。
工作状态四：如图6所示，当系统的故障消除后，需要及时切除电阻R，避免电阻过度耗能，从而避免对直流系统的正常运行产生干扰。此时需要给左侧晶闸管组一的下方晶闸管VT2施加触发脉冲，晶闸管VT2导通后，电容C开始充电，电容储存的电位为左负右正，电流依次流过晶闸管VT3、电容C、晶闸管VT2，晶闸管VT4由于电流逐渐减少而关断，耗能电阻被切除，电阻将不再进行耗能，不会再对正常系统产生干扰，经过一段时间后，电容C充电完毕，给晶闸管VT1施加触发脉冲，晶闸管VT3由于承受反向电压而截止，此时电流依次流过晶闸管VT1、晶闸管VT2，模块和系统都处于正常工作状态，为下次交流系统故障做好准备。
本实施例中，所述模块的晶闸管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 (7)

1.一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：所述模块串联在高压直流输电系统逆变侧换流阀桥臂中。
2.如权利要求1所述的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：所述模块包括电容、电阻和晶闸管。
3.如权利要求2所述的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：所述晶闸管全桥由四组晶闸管和电阻构成，所述的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，右侧两组晶闸管和电阻串联在一起称为晶闸管组二；
所述晶闸管全桥中晶闸管组一上方晶闸管组一上方的晶闸管的阴极与晶闸管组一下方的阳极连接，晶闸管组二上方晶闸管的阴极与晶闸管组二下方的阳极连接；
所述晶闸管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的耗能电阻一端连接；
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二下方晶闸管的阴极连接，另一端与晶闸管组一下方晶闸管的阴极相连。
4.如权利要求3所述的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：利用晶闸管作为开关，通过对晶闸管全桥的控制可以实现耗能电阻的投入与切除。
5.如权利要求4所述的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：在高压直流系统启动时，对电容C进行预充电。首先给晶闸管VT3和VT2施加触发脉冲，电流通路为晶闸管VT3—电容C—晶闸管VT2，电容充电，电容电压极性为左负右正，电容充电至设定电压后，给晶闸管VT1施加触发脉冲，晶闸管VT3由于承受反向电压而截止，电流通路切换为晶闸管VT1—晶闸管VT2，模块处于正常工作状态。
6.如权利要求5所述的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：当发生故障时，需要投入电阻R进行耗能，给晶闸管VT4施加触发脉冲，晶闸管VT2由于承受反压而截止，电流通路为晶闸管VT1—电容C—晶闸管VT4—电阻R，电容放电至电压为零，电容反向充电，当电容电压极性变为左正右负时，给晶闸管VT3施加触发脉冲，电流通路为晶闸管VT3—晶闸管VT4—电阻R，电容被旁路。
7.如权利要求6所述的一种抑制LCC-HVDC换相失败的晶闸管全桥耗能模块，其特征在于：故障消除后，需要切除电阻R，给晶闸管VT2施加触发脉冲，晶闸管VT4承受反压而截止，电流通路为晶闸管VT3—电容C—晶闸管VT2，电容反向充电，电容电压极性为左负右正；当电容充电至设定电压时，给晶闸管VT1施加触发脉冲，晶闸管VT3承受反压而截止，电流通路为晶闸管VT1—晶闸管VT2，电容被旁路，模块处于正常工作状态。
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