CN112311273A - 一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构及其控制方法，所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；所述主支路由串联的晶闸管阀和谐振换流回路组成；所述辅助支路由串联的辅助阀和谐振换流回路组成。本发明提供的混合式换流器拓扑结构，充分利用了LC谐振放电回路，强迫转移换相电流、灵活控制晶闸管阀换相电压时间面积，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间可靠关断，能够有效解决直流系统换相失败的问题。

Description

一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子中换流技术领域，具体涉及一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构及其控制方法。
背景技术
传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltage directcurrent，LCC-HVDC)输电系统具有远距离大容量输电、有功功率可控等优势，在世界范围内广泛应用。换流器作为直流输电的核心装备，是实现交、直流电能转换的核心功能单元，其运行可靠性很大程度上决定了特高压直流电网的运行可靠性。
由于传统换流器多采用半控型器件晶闸管作为核心部件构成六脉动桥换流拓扑，每个桥臂由多级晶闸管及其缓冲部件串联组成，由于晶闸管不具备自关断能力，在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增和直流传输功率迅速大量损失，给电网的稳定安全运行带来更严峻的挑战。
针对传统直流输电换相失败问题，许多学者已做了大量研究工作，发明了多种具有抵御换相失败功能的换流器拓扑结构，例如，一种是电容换相换流器拓扑(CCC)，通过电容电压来增大阀换相电压时间面积保证其可靠关断；基于电容换相电路的基本原理演变了多种拓扑结构，通过电力电子开关与电容组合构成可控电容模块用来实现电容投入和电压方向可控；但上述基于电容换相的拓扑结构工程实现难度较大。另一种是通过可关断器件与晶闸管串联构成混合换流器，使得换流器每一个桥臂具备可关断能力，避免了换相失败的发生；由于常规直流输电输送容量大，换流器每个桥臂承受高电压、大电流，该种拓扑中可关断管阀需采用多级串并联的方式来实现，同时可关断管阀长时间承受大电流，在大电流关断时承受较高的电压应力，需较多的串联级数，因此，该种技术方案工程实现成本和难度均较高。另外，现有技术中还有采用可关断器件强制关断电流，以实现电流的转移，但是买这种换流技术由于可关断器件长期导通电流，导致运行损耗增加，且需要加装冷却设备，使得这种技术方案实现的成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是充分利用LC谐振放电回路，可以快速转移换相电流、灵活控制换相时间和反向关断电压，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间可靠关断，有效避免直流系统换相失败问题的发生。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构，其改进之处在于，所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；
所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；
所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；
所述主支路由串联的晶闸管阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成；
所述辅助支路由串联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成。
优选的，所述晶闸管阀由多个晶闸管和与所述多个晶闸管中各晶闸管串联或并联的缓冲部件组成。
优选的，所述谐振换流回路由电感和与所述电感串联或并联的放电支路组成。
进一步的，所述放电支路由串联的预充电电容和放电时序控制电路组成；
其中，所述放电时序控制电路由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
进一步的，所述放电支路由串联的预充电电容和控制支路组成；
所述控制支路由第一放电时序控制电路和与所述第一放电时序控制电路反向并联的第二放电时序控制电路组成；
所述第一放电时序控制电路和所述第二放电时序控制电路均由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
进一步的，所述放电支路由并联的第一控制支路、预充电电容和第二控制支路组成；
所述第一控制支路和所述第二控制支路均由正向串联的两组放电时序控制电路组成；
所述第一控制支路和第二控制支路的两组放电时序控制电路的连接点连接所述电感的两端；
所述放电时序控制电路由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
优选的，所述辅助阀由多个串联的辅助子模块和分别与所述多个串联的辅助子模块中各辅助子模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助子模块由功率模块组成，或者由功率模块和与所述功率模块串联的二极管组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成。
优选的，所述辅助阀由串联的辅助时序控制支路和二极管支路组成；
所述二极管支路由多个正向串联的二极管和与所述多个正向串联的二极管中各二极管串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成。
优选的，所述辅助阀由多个第一电力电子单元串联组成；
所述第一电力电子单元由并联的第一辅助支路、缓冲部件和第二辅助支路组成；
所述第一辅助支路和所述第二辅助支路均由正向串联的两组辅助时序控制支路组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成；
所述第一辅助支路的两组辅助时序控制支路的连接点和第二辅助支路的两组辅助时序控制支路的连接点均为所述辅助阀的对外连接点或与所述辅助阀中其他第一电力电子单元的连接点。
优选的，所述辅助阀由多个第二电力电子单元串联组成；
所述第二电力电子单元由并联的第三辅助支路、辅助时序控制支路、缓冲部件和第四辅助支路组成；
所述第三辅助支路和所述第四辅助支路均由正向串联的两组二极管支路组成；
所述二极管支路由多个正向串联的二极管和与所述多个正向串联的二极管中各二极管串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成；
所述第三辅助支路的两组二极管支路的连接点和所述第四辅助支路的两组二极管支路的连接点均为所述辅助阀的对外连接点或与所述辅助阀中其他第二电力电子单元的连接点。
进一步的，所述缓冲部件由电容、阻容回路、二极管、电感或避雷器的一种或多种串联或并联组成。
一种如上所述的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，并执行下述步骤：
步骤1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，执行步骤2；
步骤2：经过一个控制周期T后返回步骤1；
其中，i∈[1,6]。
优选的，当在tf时刻检测到混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂发生换相失败或短路故障时，在tf+Δt1时刻导通第i个桥臂的辅助阀以及在tf+Δt2时刻导通第i个桥臂的谐振换流回路，当混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，关断第i个桥臂的辅助阀，当tf所处控制周期结束后执行步骤S1，直至所述混合式换流器拓扑结构的电压恢复稳定时，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，并执行步骤1；
步骤S1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′后，执行步骤S2；
步骤S2：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的谐振换流回路，导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤S3；
步骤S3：关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′off后，返回步骤S1；
其中，Δt′off为执行步骤S1至步骤S3的一个控制周期内混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt1为导通第i个桥臂的辅助阀的延迟时长，Δt2为关断第i个桥臂的谐振换流回路的延迟时长，Δt′为可关断阀的导通时长，
Figure BDA0002154224230000041
T为一个控制周期，Δt1＜Δt2，i∈[1,6]。
一种如上所述的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤T1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′后，执行步骤T2；
步骤T2：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的谐振换流回路，导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤T3；
步骤T3：关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt″off后，返回步骤T1；
其中，Δt″off为一个控制周期内混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt′为晶闸管阀导通与谐振换流回路导通时间间隔，，
Figure BDA0002154224230000051
T为一个控制周期，Δt1＜Δt2，i∈[1,6]。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的混合式换流器拓扑结构为三相六桥臂电路，所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；这种结构可以实现换流阀的辅助换相，避免换相失败的发生；所述辅助阀具有正向电流关断和正反向电压阻断的特性，可以快速转移相电流、灵活控制换相时间，在换相失败发生后阀电流快速转移至辅助阀，通过全控型器件大电流关断的特性，可以快速恢复两桥臂间换相，大大加快了换相失败后换流器的恢复时间；所述主支路由串联的晶闸管阀和谐振换流回路组成；所述辅助支路由串联的辅助阀和谐振换流回路组成，其中的谐振换流回路可以强迫关断主支路电流，该回路实施简单，能够有效降低换流器正常运行时的运行损耗，降低运行成本；
本发明提供的第一种控制方法，正常运行时，谐振换流回路和辅助阀处于关断状态，只需承担电压应力，不会对换流阀各运行工况造成负面影响；换相失败故障或短路故障发生后投入辅助阀和谐振换流回路，在较短时间内实现辅助换相功能，快速恢复各桥臂间换相。该种技术方案充分利用了晶闸管和可关断器件的优点，采用两条支路并联，主支路通过谐振换流回路实现电流的转移，辅助阀用于故障时承受较大关断电压应力，无需长期承受电流应力，不会增加器件损耗，提高了可关断器件利用率，便于工程实施；
本发明提供的第二种控制方式为主支路和辅助阀交替运行的模式，这种运行模式可以避免失败故障或短路故障的发生，有利于提高换流器的整体可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的结构示意图；
图2是本发明提供的一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构中谐振换流回路的结构示意图；
图3是本发明提供的一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构中辅助阀的结构示意图；
图4是本发明提供的一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构中缓冲部件的结构示意图；
图5是本发明的最优实施例提供的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构正常运行时电流流通路径；
图6是本发明的最优实施例提供的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构正常运行时的控制时序图；
图7是本发明的最优实施例提供的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构故障时电流流通路径；
图8是最优实施例提供的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构故障时的控制时序图；
图9是本发明的最优实施例提供的预先检测到故障时的控制时序图。
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。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构，如图1所示，
所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；所述主支路由串联的晶闸管阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成；所述辅助支路由串联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成。
进一步的，所述混合式换流器拓扑结构还可包括触发控制系统，用于对主支路中各阀和辅助支路中各阀发送控制时序。
所述晶闸管阀由多个晶闸管和与所述多个晶闸管中各晶闸管串联或并联的缓冲部件组成。
所述谐振换流回路由至少具备预充电电容单向可控放电能量，所述谐振换流回路的电路拓扑结构包括但不局限于单级或H桥型拓扑结构。所述谐振换流回路用于关断主支路电流，保证主支路的晶闸管阀拥有足够的关断时间可靠关断。
所述谐振换流回路的结构如图2中(a)所示，所述谐振换流回路由电感和与所述电感串联或并联的放电支路组成；所述放电支路由串联的预充电电容和放电时序控制电路组成；
其中，所述放电时序控制电路由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
所述述谐振换流回路的结构如图2中(b)所示，所述谐振换流回路由电感和与所述电感串联或并联的放电支路组成；所述放电支路由串联的预充电电容和控制支路组成；
所述控制支路由第一放电时序控制电路和与所述第一放电时序控制电路反向并联的第二放电时序控制电路组成；
所述第一放电时序控制电路和所述第二放电时序控制电路均由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
所述述谐振换流回路的结构如图2中(c)所示，所述谐振换流回路由电感和与所述电感串联或并联的放电支路组成；述放电支路由并联的第一控制支路、预充电电容和第二控制支路组成；
所述第一控制支路和所述第二控制支路均由正向串联的两组放电时序控制电路组成；
所述第一控制支路和第二控制支路的两组放电时序控制电路的连接点连接所述电感的两端；
所述放电时序控制电路由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
所述辅助阀由多级至少具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的全控型电力电子器件串联组成，所述辅助阀的电路拓扑结构包括但不局限于单级、半桥或H桥型拓扑结构。
所述辅助阀的结构如图3中(a)所示，由多个串联的辅助子模块和分别与所述多个串联的辅助子模块中各辅助子模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助子模块由功率模块和与所述功率模块串联的二极管组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成。
所述辅助阀的结构如图3中(b)所示，由串联的辅助时序控制支路和二极管支路组成；
所述二极管支路由多个正向串联的二极管和与所述多个正向串联的二极管中各二极管串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成。
所述辅助阀的结构如图3中(c)所示，所述辅助阀由多个第一电力电子单元串联组成；
所述第一电力电子单元由并联的第一辅助支路、缓冲部件和第二辅助支路组成；
所述第一辅助支路和所述第二辅助支路均由正向串联的两组辅助时序控制支路组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成；
所述第一辅助支路的两组辅助时序控制支路的连接点和第二辅助支路的两组辅助时序控制支路的连接点均为所述辅助阀的对外连接点或与所述辅助阀中其他第一电力电子单元的连接点。
所述辅助阀如图3中(d)所示，由多个第二电力电子单元串联组成；
所述第二电力电子单元由并联的第三辅助支路、辅助时序控制支路、缓冲部件和第四辅助支路组成；
所述第三辅助支路和所述第四辅助支路均由正向串联的两组二极管支路组成；
所述二极管支路由多个正向串联的二极管和与所述多个正向串联的二极管中各二极管串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成；
进一步的，逆阻型全控电力电子器件为具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件，因此，功率模块中逆阻型全控电力电子器件不需要反并联二极管；除逆阻型意外的全控电力电子器件为不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件，因此，功率模块中除逆阻型以外的全控电力电子器件需要反并联二极管。
所述第三辅助支路的两组二极管支路的连接点和所述第四辅助支路的两组二极管支路的连接点均为所述辅助阀的对外连接点或与所述辅助阀中其他第二电力电子单元的连接点。
所述全控型电力电子器件由IGBT、IGCT、IEGT、GTO或MOSFET等可关断器件中的一种或多种构成。
如图4所示，所述缓冲部件由电容、阻容回路、二极管、电感或避雷器的一种或多种串联或并联组成，用于限制电压电流应力，保护电力电子器件；所述缓冲部件可以根据电力电子的电压电流耐受性确定是否需要配备。
一种如上所述的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的控制方法，包括：
正常运行时，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，并执行下述步骤：
步骤1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，执行步骤2；
步骤2：经过一个控制周期T后返回步骤1。
如图5所示，为正常运行时，阀电流流通的路径，主支路周期性承受电压和电流应力，辅助支路一直处于关断状态；如图6所示，为正常运行时各阀的控制时序，其中，Sg1为晶闸管阀的控制时序，Sg12为谐振换流回路的控制时序，Sg13为辅助阀的控制时序，
t0为初始触发时刻，Δton为晶闸管阀的导通时间，Δtoff为晶闸管阀的关断时间，Δt′off为晶闸管阀的正向阻断时间，控制周期T为2π。
当在tf时刻检测到混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂发生换相失败或短路故障时，在tf+Δt1时刻导通第i个桥臂的辅助阀以及在tf+Δt2时刻导通第i个桥臂的谐振换流回路，当混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，关断第i个桥臂的辅助阀，如图7所示，该过程分为三个阶段，图7中(a)所示，为主支路向辅助支路换流阶段，该阶段辅助支路接收到触发信号导通，紧接着谐振换流回路接收到信号导通，电容对电感放电，放电电流抑制主支路电流使晶闸管阀电流过零关断。完成主支路向辅助支路换流过程；如图7中(b)所示，为主支路关断辅助支路通流阶段，该阶段主支路已完全关断，电流全部转移至辅助支路；如图7中(c)所示，为主支路和辅助支路关断阶段，该阶段辅助支路接收到关断信号，关断辅助支路，此时，晶闸管阀处于正向阻断状态用于承受正向电压。如图8所示，为检测到换相失败或短路故障发生时各阀的控制时序，其中，Sg1为晶闸管阀的控制时序，Sg12为谐振换流回路的控制时序，Sg13为辅助阀的控制时序，t1为初始触发时刻，控制周期T为2π，Δt1为导通第i个桥臂的辅助阀的延迟时长，Δt2为导通第i个桥臂的谐振换流回路的延迟时长，Δt1＜Δt2，Δt3为辅助阀的导通时间。
当tf所处控制周期结束后执行步骤S1，直至所述混合式换流器拓扑结构的电压恢复稳定时，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，并执行步骤1；
步骤S1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′后，执行步骤S2；
步骤S2：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的谐振换流回路，导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤S3；
步骤S3：关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′off后，返回步骤S1；
其中，Δt′off为执行步骤S1至步骤S3的一个控制周期内混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt1为导通第i个桥臂的辅助阀的延迟时长，Δt2为关断第i个桥臂的谐振换流回路的延迟时长，Δt′为晶闸管阀导通与谐振换流回路导通时间间隔，，
Figure BDA0002154224230000101
T为一个控制周期，Δt1＜Δt2，i∈[1,6]。
本发明还提供另外一种对上述基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的控制方法，该方法用于当预先检测到混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂将要发生换相失败或短路故障且第i个桥臂向第j个桥臂换相时，执行下述步骤：
步骤T1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′后，执行步骤T2；
步骤T2：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的谐振换流回路，导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤T3；
步骤T3：关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt″off后，返回步骤T1；
其中，Δt″off为一个控制周期内混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt′为晶闸管阀导通与谐振换流回路导通时间间隔，，
Figure BDA0002154224230000111
T为一个控制周期，Δt1＜Δt2，i∈[1,6]。
如图9所示，为预先检测到故障时各阀的控制时序，其中，Sg1为晶闸管阀的控制时序，Sg12为谐振换流回路的控制时序，Sg13为辅助阀的控制时序，Δton为晶闸管阀的导通时间，Δt″off为晶闸管阀的正向阻断时间，控制周期T为2π，主支路电流过零至辅助阀关断这段时间为晶闸管阀的关断时间Δtoff，Δtoff需大于最小预设关断时间，Δt为辅助阀的导通时间。在预测到换相失败将要发生时启动此种运行模式，可成功避免换相失败发生。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路通过换流变压器接入交流电网；
所述三相六桥臂电路每相的上下桥臂由阀模块组成；
所述阀模块由主支路和与所述主支路并联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀组成，或者由晶闸管阀和与所述晶闸管阀并联的辅助支路组成；
所述主支路由串联的晶闸管阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成；
所述辅助支路由串联的具备正向电流可控关断和正反向电压阻断能力的辅助阀和具备电容单向可控放电的谐振换流回路组成。
2.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述晶闸管阀由多个晶闸管和与所述多个晶闸管中各晶闸管串联或并联的缓冲部件组成。
3.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述谐振换流回路由电感和与所述电感串联或并联的放电支路组成。
4.如权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述放电支路由串联的预充电电容和放电时序控制电路组成；
其中，所述放电时序控制电路由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
5.如权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述放电支路由串联的预充电电容和控制支路组成；
所述控制支路由第一放电时序控制电路和与所述第一放电时序控制电路反向并联的第二放电时序控制电路组成；
所述第一放电时序控制电路和所述第二放电时序控制电路均由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
6.如权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述放电支路由并联的第一控制支路、预充电电容和第二控制支路组成；
所述第一控制支路和所述第二控制支路均由正向串联的两组放电时序控制电路组成；
所述第一控制支路和第二控制支路的两组放电时序控制电路的连接点连接所述电感的两端；
所述放电时序控制电路由多个正向串联的可控电力电子器件组成。
7.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述辅助阀由多个串联的辅助子模块和分别与所述多个串联的辅助子模块中各辅助子模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助子模块由功率模块组成，或者由功率模块和与所述功率模块串联的二极管组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成。
8.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述辅助阀由串联的辅助时序控制支路和二极管支路组成；
所述二极管支路由多个正向串联的二极管和与所述多个正向串联的二极管中各二极管串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成。
9.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述辅助阀由多个第一电力电子单元串联组成；
所述第一电力电子单元由并联的第一辅助支路、缓冲部件和第二辅助支路组成；
所述第一辅助支路和所述第二辅助支路均由正向串联的两组辅助时序控制支路组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成；
所述第一辅助支路的两组辅助时序控制支路的连接点和第二辅助支路的两组辅助时序控制支路的连接点均为所述辅助阀的对外连接点或与所述辅助阀中其他第一电力电子单元的连接点。
10.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述辅助阀由多个第二电力电子单元串联组成；
所述第二电力电子单元由并联的第三辅助支路、辅助时序控制支路、缓冲部件和第四辅助支路组成；
所述第三辅助支路和所述第四辅助支路均由正向串联的两组二极管支路组成；
所述二极管支路由多个正向串联的二极管和与所述多个正向串联的二极管中各二极管串联或并联的缓冲部件组成；
所述辅助时序控制支路由多个串联的功率模块和与所述多个串联的功率模块中各功率模块串联或并联的缓冲部件组成；
所述功率模块由具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件中的一种或多种组成，或者由不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件和与所述不具有反向电压阻断能力的全控型电力电子器件反并联二极管组成；
所述第三辅助支路的两组二极管支路的连接点和所述第四辅助支路的两组二极管支路的连接点均为所述辅助阀的对外连接点或与所述辅助阀中其他第二电力电子单元的连接点。
11.如权利要求2、7、8、9、10任一项所述的拓扑结构，其特征在于，所述缓冲部件由电容、阻容回路、二极管、电感或避雷器的一种或多种串联或并联组成。
12.一种如权利要求1-10任一项所述的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，并执行下述步骤：
步骤1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，执行步骤2；
步骤2：经过一个控制周期T后返回步骤1；
其中，i∈[1,6]。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，当在tf时刻检测到混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂发生换相失败或短路故障时，在tf+Δt1时刻导通第i个桥臂的辅助阀以及在tf+Δt2时刻导通第i个桥臂的谐振换流回路，当混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，关断第i个桥臂的辅助阀，当tf所处控制周期结束后执行步骤S1，直至所述混合式换流器拓扑结构的电压恢复稳定时，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，并执行步骤1；
步骤S1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′后，执行步骤S2；
步骤S2：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的谐振换流回路，导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤S3；
步骤S3：关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′off后，返回步骤S1；
其中，Δt′off为执行步骤S1至步骤S3的一个控制周期内混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt1为导通第i个桥臂的辅助阀的延迟时长，Δt2为导通第i个桥臂的谐振换流回路的延迟时长，Δt′为晶闸管阀导通与谐振换流回路导通时间间隔，
Figure FDA0002154224220000041
T为一个控制周期，Δt1＜Δt2，i∈[1,6]。
14.一种如权利要求1-10任一项所述的基于谐振回路的混合式换流器拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤T1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀，关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt′后，执行步骤T2；
步骤T2：导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的谐振换流回路，导通混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤T3；
步骤T3：关断混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的辅助阀，经过Δt″off后，返回步骤T1；
其中，Δt″off为一个控制周期内混合式换流器拓扑结构的第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt′为晶闸管阀导通与谐振换流回路导通时间间隔，
Figure FDA0002154224220000042
T为一个控制周期，Δt1＜Δt2，i∈[1,6]。
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