CN112787348A - 混合直流换流器阀组在线投入电路、投入方法及投入装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供混合直流换流器阀组在线投入电路、投入方法及投入装置。所述混合直流换流器阀组在线投入电路包括第一阀组开关、第一母线开关、第一旁通开关、第二阀组开关、第二母线开关、第二旁通开关，第一阀组开关用于连接电网换相换流器与电压源型阀组单元；第一母线开关用于连接电网换相换流器与直流母线或中性母线；第一旁通开关与第一阀组开关和电网换相换流器的串联电路并联连接；第二阀组开关用于连接电压源换流器与电流源型阀组单元；第二母线开关用于连接电压源型换流器与直流母线或中性母线；电压源换流器与第二阀组开关的串联电路或电压源换流器与第二母线开关的串联电路，与第二旁通开关并联连接。

Description

混合直流换流器阀组在线投入电路、投入方法及投入装置

技术领域

本申请涉及混合直流输电、高压直流输电技术领域，具体涉及混合直流换流器阀组在线投入电路、投入方法及投入装置。

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。

ABB公司对于直流侧故障，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。西门子公司对于直流侧故障，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。阿尔斯通公司对于直流侧故障，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。浙江大学对于直流侧故障，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。

南瑞继保公司对于直流侧故障，提出一种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，运行方式也更加灵活。但是，混合直流换流器中的电压源换流器为半桥电路结构的模块化多电平换流器，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系统运行方式或检修完成要求投入时，需要混合直流换流器停运再起动或者通过短暂控制混合直流换流器的直流电流为零合上电压源换流器的连接刀闸或开关才能投入运行。后者虽然可以实现电压源换流器在线投入，但是投入过程中直流功率会中断，如果在投入过程中出现连接刀闸或开关故障，极有可能会引起直流闭锁，影响直流输电系统功率平稳运行。

发明内容

本申请实施例提供了一种混合直流换流器阀组在线投入电路，所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型阀组单元和电压源型阀组单元，所述电流源型阀组单元包括电网换相换流器，所述电压源型阀组单元包括电压源换流器，其中，所述电路包括第一阀组开关、第一母线开关、第一旁通开关、第二阀组开关或第二母线开关、第二旁通开关，所述第一阀组开关用于连接所述电网换相换流器与所述电压源型阀组单元；所述第一母线开关用于连接所述电网换相换流器与直流母线或中性母线；所述第一旁通开关与所述第一阀组开关和所述电网换相换流器的串联电路并联连接；所述第二阀组开关用于连接所述电压源换流器与所述电流源型阀组单元，所述第二母线开关用于连接所述电压源型换流器与直流母线或中性母线；所述电压源换流器与所述第二阀组开关或/和所述第二母线开关的串联电路，与所述第二旁通开关并联连接。

根据一些实施例，所述电压源型阀组单元包括并联连接的至少一个所述电压源换流器。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元为低端阀组时，所述第一母线开关用于连接所述电网换相换流器与直流母线。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元为高端阀组时，所述第一母线开关用于连接所述电网换相换流器与中性母线。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元的阴极与所述电压源型阀组单元的负极连接。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元的阳极与所述电压源型阀组单元的正极连接。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元的阴极与所述电压源型阀组单元的正极连接。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元的阳极与所述电压源型阀组单元的负极连接。

根据一些实施例，所述电流源型阀组单元还包括第三旁通开关，所述第三旁通开关连接所述电网换相换流器的阳极和阴极。

根据一些实施例，所述电压源型阀组单元还包括限流电抗器，所述限流电抗器与所述电压源换流器串联连接。

根据一些实施例，所述开关包括机械开关、刀闸、直流断路器的至少一种。

根据一些实施例，所述电网换相换流器包括六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路的至少一种，所述脉动桥式电路包括不可关断的半控型功率半导体器件。

根据一些实施例，所述电压源换流器包括两电平换流器、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、堆叠式两电平换流器CTL的至少一种，所述换流器包括可关断的全控型功率半导体器件。

本申请实施例还提供一种混合直流换流器阀组在线投入方法，应用在上述所述的混合直流换流器阀组在线投入电路，当只有所述电网换相换流器运行、需要投入所述电压源换流器时，所述方法包括：将所述电压源换流器一端连接固定电位，控制所述电压源换流器充电；解锁所述电压源换流器；控制电压源换流器的电压与电网换相换流器的电压相同；通过第一开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器并联连接；将直流功率从所述电网换相换流器转移到所述电压源换流器；闭锁所述电网换相换流器或者控制所述电网换相换流器移相；通过第二开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器串联连接；在线投入所述电网换相换流器。

根据一些实施例，所述将所述电压源换流器一端连接固定电位，控制所述电压源换流器充电，包括：如果所述电压源型阀组单元同时包括第二阀组开关和第二母线开关，则闭合所述第二阀组开关或所述第二母线开关，将所述电压源换流器一端连接固定电位，连接所述电压源换流器的充电电阻；闭合所述电压源换流器的换流变压器进线开关控制所述电压源换流器充电；充电完成后断开所述充电电阻。

根据一些实施例，所述第一开关转换包括：闭合所述第一母线开关，断开所述第二旁通开关，断开所述第一阀组开关，闭合所述第一旁通开关，闭合所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关。

根据一些实施例，如果所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关的两端并联辅助电阻，其中，所述闭合所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关前，还包括：投入所述辅助电阻；控制所述辅助电阻流过电流为零或极小值，再闭合所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关；确定所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关闭合后，切除所述辅助电阻。

根据一些实施例，所述第二开关转换包括：断开所述第一母线开关，闭合所述第一阀组开关。

根据一些实施例，所述控制所述电网换相换流器移相，包括：控制所述电网换相换流器的触发角介于120度至180度之间，以控制所述电网换相换流器移相。

根据一些实施例，所述在线投入所述电网换相换流器包括：解锁所述电网换相换流器或解除所述电网换相换流器移相；控制直流电流从所述第一旁通开关转移到所述电网换相换流器；断开所述第一旁通开关；增大直流电压，以完成在线投入所述电网换相换流器。

根据一些实施例，如果所述电流源型阀组单元包括第三旁通开关，所述在线投入所述电网换相换流器包括：闭合所述第三旁通开关；断开所述第一旁通开关；解锁所述电网换相换流器或解除所述电网换相换流器移相；控制直流电流从所述第三旁通开关转移到所述电网换相换流器；断开所述第三旁通开关；增大直流电压，以完成在线投入所述电网换相换流器。

本申请实施例还提供一种混合直流换流器阀组在线投入装置，应用在上述所述的混合直流换流器阀组在线投入电路，当只有所述电网换相换流器运行时，需要投入所述电压源换流器时，所述装置包括检测单元和控制单元，所述检测单元配置为检测所述电流源型阀组单元的第一直流电压、第一直流电流、第一解锁信号、第一闭锁信号、第一运行信号，检测所述电压源型阀组单元的第二直流电压、第二直流电流、第二解锁信号、第二闭锁信号、第二运行信号，检测所述第一阀组开关、所述第一直流母线开关、所述第一中性母线开关、所述第一旁通开关、所述第二阀组开关、所述第二母线开关的位置；所述控制单元配置为将所述电压源换流器一端连接固定电位，控制所述电压源换流器充电；解锁所述电压源换流器；控制第一开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器并联连接，将直流功率从所述电网换相换流器转移到所述电压源换流器；闭锁所述电网换相换流器或者控制所述电网换相换流器移相；控制第二开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器串联连接，在线投入所述电网换相换流器。

本申请实施例提供的技术方案，当混合直流换流器只有电网换相换流器运行时，解锁电压源换流器，将电网换相换流器并联到电压源换流器两端，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，在线投入电网换相换流器，从而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

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的拓扑结构图之一；

图1B是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的拓扑结构图之二；

图1C是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的拓扑结构图之三；

图1D是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的拓扑结构图之四；

图2是本申请实施例提供的一种混合直流换流器阀组在线投入电路；

图3A是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的具体结构图之一；

图3B是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的具体结构图之二；

图3C是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的具体结构图之三；

图3D是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的具体结构图之四；

图4是本申请实施例提供的一种混合直流换流器阀组在线投入方法；

图5示出了由四种拓扑结构组成、电流源型阀组单元为低端阀组的高压直流输电装置；

图6示出了由四种拓扑结构组成、电流源型阀组单元为高端阀组的高压直流输电装置；

图7示出了整流侧采用电流源型阀组单元和逆变侧由两种混合换流器组成的高压直流输电装置；

图8是本申请实施例提出的一种混合直流换流器阀组在线投入装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1A至图1D是本申请实施例提供的一种混合直流换流器中电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连接的四种拓扑结构。

如图1A所示，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。

如图1B所示，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。

如图1C所示，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。

如图1D所示，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。

图2是本申请实施例提供的一种混合直流换流器阀组在线投入电路。

如图2所示，混合直流换流器包括串联连接的电流源型阀组单元和电压源型阀组单元。电流源型阀组单元包括电网换相换流器1，电压源型阀组单元包括并联连接的至少一个电压源换流器2。

电网换相换流器1包括六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路的至少一种，脉动桥式电路包括不可关断的半控型功率半导体器件。

电压源换流器2包括两电平换流器、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、堆叠式两电平换流器CTL的至少一种，所述换流器包括可关断的全控型功率半导体器件。

混合直流换流器阀组在线投入电路用于当只有电网换相换流器1运行，在线投入电压源换流器2。混合直流换流器阀组在线投入电路包括第一阀组开关5、第一母线开关12、第一旁通开关4、第二阀组开关9或第二母线开关10、第二旁通开关8。

第一阀组开关5用于连接电网换相换流器1与电压源型阀组单元。第一母线开关12用于连接电网换相换流器1与直流母线或中性母线。在图2实施例中，第一母线开关12用于连接电网换相换流器1与直流母线。第一旁通开关4与第一阀组开关5和电网换相换流器1的串联电路并联连接。第二阀组开关9用于连接电压源换流器2与电流源型阀组单元。第二母线开关10用于连接电压源型换流器2与直流母线或中性母线。在图2实施例中，第二母线开关10用于连接电压源换流器2与直流母线。电压源换流器2与第二阀组开关9或/和第二母线开关10的串联电路，与第二旁通开关8并联连接。

当电流源型阀组单元为低端阀组时，第一母线开关12用于连接电网换相换流器1与直流母线，第二母线开关10用于连接电压源型换流器2与直流母线。当电流源型阀组单元为高端阀组时，第一母线开关12用于连接电网换相换流器1与中性母线，第二母线开关10用于连接电压源换流器2与中性母线。

在图3A中，电流源型阀组单元的阴极X1与电压源型阀组单元的负极X4连接。在图3B中，电流源型阀组单元的阳极X2与电压源型阀组单元的正极X3连接。在图3C中，电流源型阀组单元的阴极X1与电压源型阀组单元的正极X3连接。在图3D中，电流源型阀组单元的阳极X2与电压源型阀组单元的负极X4连接。

可选地，如图3A至3D所示，为了抑制直流故障电流，设置限流电抗器11。

可选地，如图3A至3D所示，电压源型阀组单元还包括第四旁通开关7，第四旁通开关7与限流电抗器11和电压源换流器2的串联电路并联连接。

可选地，如图3A至3D所示，电流源型阀组单元还包括第三母线开关6，用于连接电网换相换流器1与中性母线或直流母线。

可选地，如图3A至3D所示，电流源型阀组单元还包括第三旁通开关3，第三旁通开关3连接电网换相换流器1的阳极和阴极。

在上述实施例中提到的各种开关，包括机械开关、刀闸、直流断路器、晶闸管阀组的至少一种。

当只有电网换相换流器1运行时，第一阀组开关5、第三母线开关6闭合，第三旁通开关3和第一旁通开关4断开，第一母线开关12断开，第二阀组开关9和第二母线开关10断开，第四旁通开关7断开，第二旁通开关8闭合。需要投入电压源换流器2时，混合直流换流器阀组在线投入方法包括以下流程，如图4所示。

在S110中，将电压源换流器2的一端连接固定电位，控制电压源换流器2充电。

如果在线投入电路既包括第二阀组开关9又包括第二母线开关10，则闭合第二阀组开关9或第二母线开关10，将电压源换流器一端连接固定电位。如果在线投入电路只包括第二阀组开关9，第二母线开关10位置为硬连接，则电压源换流器一端已连接固定电位。如果在线投入电路只包括第二母线开关10，第二阀组开关9位置为硬连接，则电压源换流器一端已连接固定电位。连接电压源换流器2的充电电阻，闭合电压源型阀组单元的换流变压器进线开关，电压源换流器2充电，充电完成后断开充电电阻。

如图2所示，闭合第二母线开关10或第二阀组开关9，将电压源换流器2的一端连接直流母线或中性母线，电压源换流器2充电。电压源型阀组单元为低端阀组时，第二母线开关10用于连接电压源换流器2与中性母线。电压源型阀组单元为高端阀组时，第二母线开关10用于连接电压源换流器2与直流母线。解锁电压源换流器2。

在S120中，控制电压源换流器的电压与电网换相换流器的电压相同。

在S130中，通过第一开关转换，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接。

第一开关转换包括：闭合第一母线开关12，断开第二旁通开关8，断开第一阀组开关5，闭合第一旁通开关4，闭合第二母线开关10或/和第二阀组开关9，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接。断开第二旁通开关8和断开第一阀组开关5没有先后顺序要求。

如果只有第二母线开关10和第二阀组开关9的一个，那么闭合一个。如果第二母线开关10和第二阀组开关9同时存在，那么二者都要闭合。

闭合第二母线开关10或/和第二阀组开关9之前，为了防止产生较大的闭合电流，可选地，在第二母线开关10或/和第二阀组开关9的两端并联辅助电阻。先投入辅助电阻，控制辅助电阻流过电流为零或极小值，再闭合第二母线开关10或/和第二阀组开关9，第二母线开关10或/和第二阀组开关9闭合后切除辅助电阻。电流极小值为第二母线开关10或第二阀组开关9能承受的闭合电流的最小值。

S110和S120中的解锁电压源换流器2和控制电压源换流器的电压与电网换相换流器1的电压相同，也可在第一开关转换中的闭合第一旁通开关4之后，闭合第二母线开关10或/和第二阀组开关9之前执行。

在S140中，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2。

将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2后，电网换相换流器1只维持最小电流运行。

在S150中，闭锁电网换相换流器1或者控制电网换相换流器1移相。

闭锁电网换相换流器1或者控制电网换相换流器1移相后，直流功率完全从电网换相换流器1转移到电压源换流器2。

在S160中，通过第二开关转换，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接。

第二开关转换包括：断开第一母线开关12，闭合第一阀组开关5，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接。

在S170中，在线投入电网换相换流器1。

在线投入电网换相换流器1包括：如果电网换相换流器1闭锁，则解锁电网换相换流器1，如果电网换相换流器1移相，则解除移相；控制直流电流从第一旁通开关4转移到电网换相换流器1，断开第一旁通开关4，增大直流电压，以完成在线投入电网换相换流器1。

可选地，如果电流源型阀组单元包括第三旁通开关3，在线投入电网换相换流器1包括：闭合第三旁通开关3，断开第一旁通开关4，如果电网换相换流器1闭锁，则解锁电网换相换流器1，如果电网换相换流器1移相，则解除移相；控制直流电流从第三旁通开关3转移到电网换相换流器1，断开第三旁通开关3，增大直流电压，以完成在线投入电网换相换流器。

至此，电网换相换流器1和电压源换流器2串联运行，电压源换流器2在线投入完成。

图5示出了由四种拓扑结构组成、电流源型阀组单元为低端阀组的高压直流输电装置，示出了高压直流输电装置全部由图3A至图3D所示的四种结构组成、电流源型阀组单元为低端阀组的一个实施例。

如图5所示，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3A中的拓扑结构23和图3B中的拓扑结构24分别组成其正极换流器和负极换流器。逆变站28由图3C中的结构25和图3D中的26分别组成其负极换流器和正极换流器。电网换相换流器1与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，电压源换流器2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5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为电网换相换流器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2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，用于换流器与接地极的连接。中性母线33和阀组连接线17之间配置直流滤波器14。电流源型阀组单元的第一阀组开关5靠近电网换相换流器1侧和直流母线29之间跨接第一母线开关12。

混合直流换流器换流器在线投入电路用于在线投入电压源换流器2。图5中的电流源型阀组单元为低端阀组，换流器在线投入电路至少包括电流源型阀组单元的第一阀组开关5、第一母线开关12、第一旁通开关4和电压源型阀组单元的第二旁通开关8、第二阀组开关9或第二母线开关10。

当只有电网换相换流器1运行时，电流源型阀组单元的第一阀组开关5和第三母线开关6处于合位，第三旁通开关3和第一旁通开关4处于分位，第一母线开关12处于分位。电压源型阀组单元的第二阀组开关9和第二母线开关10处于分位，第四旁通开关7处于关断或分开状态，第二旁通开关8处于合位。

当需要投入电压源换流器2时，第一种投入方法为：合上第二母线开关10，将电压源换流器2一端连接固定电位，控制电压源换流器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；合上第一母线开关12，分开第二旁通开关8，分开第一阀组开关5，合上第一旁通开关4，合上第二阀组开关9，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，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；分开第一母线开关12，合上第一阀组开关5，合上第三旁通开关3，分开第一旁通开关4，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接；解锁电网换相换流器1，控制直流电流从第三旁通开关3转移到电网换相换流器1；断开第三旁通开关3，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。整流站27和逆变站28可分别同时进行上述操作实现电压源换流器2在线投入运行。

第二种投入方法为：合上第二母线开关10，将电压源换流器2一端连接固定电位，控制电压源换流器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；合上第一母线开关12，分开第二旁通开关8，分开第一阀组开关5，合上第一旁通开关4，合上第二阀组开关9，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2；控制电网换相换流器1移相，可通过控制触发角为164度来实现；分开第一母线开关12，合上第一阀组开关5，合上第三旁通开关3，分开第一旁通开关4，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接；控制电网换相换流器1解除移相，控制直流电流从第三旁通开关3转移到电网换相换流器1；断开第三旁通开关3，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。整流站27和逆变站28可分别同时进行上述操作实现电压源换流器2在线投入运行。

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；或者第一母线开关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的第一母线开关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或者二极管阀组的阳极与电压源换流器的负极为公共连接端。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。

图6示出了由四种拓扑结构组成、电流源型阀组单元为高端阀组的高压直流输电装置，示出了高压直流输电装置全部由图3A至图3D所示的四种结构组成、电流源型阀组单元为高端阀组的一个实施例。

如图6所示，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3A中的结构23和图3B中的结构24分别组成其负极换流器和正极换流器。逆变站28由图3C中的结构25和图3D中的结构26分别组成其正极换流器和负极换流器。电网换相换流器1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。电压源换流器2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6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为电网换相换流器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2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用于换流器与接地极的连接。直流母线29和阀组连接线17之间配置直流滤波器14。电流源型阀组单元的第一阀组开关5靠近电网换相换流器1侧和中性母线33之间跨接第一母线开关12。

混合直流换流器换流器在线投入电路用于在线投入电压源换流器2，图6中的电流源型阀组单元为高端阀组，换流器在线投入电路至少包括电流源型阀组单元的第一阀组开关5、第一母线开关12、第一旁通开关4和电压源型阀组单元的第二旁通开关8、第二阀组开关9或第二母线开关10。

当只有电网换相换流器1运行时，电流源型阀组单元的第一阀组开关5和第三母线开关6处于合位，第一母线开关12、第三旁通开关3和第一旁通开关4处于分位。电压源型阀组单元的第二阀组开关9和第二母线开关10处于分位，第四旁通开关7处于关断或分开状态，第二旁通开关8处于合位。

当需要投入电压源换流器2时，第一种投入方法为：合上第二母线开关10，将电压源换流器2的一端连接固定电位，控制电压源换流器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；合上第一母线开关12，分开第二旁通开关8，分开第一阀组开关5，合上第一旁通开关4，合上第二阀组开关9，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，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；分开第一母线开关12，合上第一阀组开关5，合上第三旁通开关3，分开第一旁通开关4，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接；解锁电网换相换流器1，控制直流电流从电流源型阀组单元的第三旁通开关3转移到电网换相换流器1；断开第三旁通开关3，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。整流站27和逆变站28可分别同时进行上述操作实现电压源换流器2在线投入运行。

第二种投入方法为：合上第二母线开关10，将电压源换流器2一端连接固定电位，控制电压源换流器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；合上第一母线开关12，分开第二旁通开关8，分开第一阀组开关5，合上第一旁通开关4，合上第二阀组开关9，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2；控制电网换相换流器1移相，可通过控制触发角为164度来实现；分开第一母线开关12，合上第一阀组开关5，合上第三旁通开关3，分开第一旁通开关4，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接；控制电网换相换流器1解除移相，控制直流电流从第三旁通开关3转移到电网换相换流器1；断开第三旁通开关3，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。整流站27和逆变站28可分别同时进行上述操作实现电压源换流器2在线投入运行。

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。或者第一母线开关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的第一母线开关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或者二极管阀组的阳极与电压源换流器的负极为公共连接端。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。

图7示出了整流侧采用电流源型阀组单元和逆变侧由两种混合换流器组成的高压直流输电装置，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3C、图3D所示的两种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结构30组成，逆变站28由图3C中的结构25和图3D中的结构26分别组成其正极换流器和负极换流器。电网换相换流器1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，电压源换流器2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7中示出接地极导线16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在直流母线29和阀组连接线17之间配置直流滤波器14。电流源型阀组单元的第一阀组开关5靠近电网换相换流器1侧和中性母线33之间跨接第一母线开关12。

混合直流换流器换流器在线投入电路用于在线投入电压源换流器2，图7中的电流源型阀组单元为高端阀组，换流器在线投入电路至少包括电流源型阀组单元的第一阀组开关5、第一母线开关12、第一旁通开关4和电压源型阀组单元的第二旁通开关8、第二阀组开关9或者第二母线开关10。

当只有电网换相换流器1运行时，电流源型阀组单元的第一阀组开关5和第三母线开关6处于合位，第一母线开关12、第三旁通开关3和第一旁通开关4处于分位。电压源型阀组单元的第二阀组开关9和第二母线开关10处于分位，第四旁通开关7处于关断或分开状态，第二旁通开关8处于合位。

当需要投入电压源换流器2时，第一种投入方法为：合上第二母线开关10，将电压源换流器2一端连接固定电位，控制电压源换流器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；合上第一母线开关12，分开第二旁通开关8，分开第一阀组开关5，合上第一旁通开关4，合上第二阀组开关9，将电网换相换流器1并联到电压源换流器2两端，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；分开第一母线开关12，合上第一阀组开关5，合上第三旁通开关3，分开第一旁通开关4，将电网换相换流器1串联到电压源换流器2；解锁电网换相换流器1，控制直流电流从电流源型阀组单元的旁通开关3转移到电网换相换流器1；断开第三旁通开关3，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。整流站27配合逆变站28在线投入电网换相换流器1。

第二种投入方法为：合上第二母线开关10，将电压源换流器2一端连接固定电位，控制电压源换流器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；合上第一母线开关12，分开第二旁通开关8，分开第一阀组开关5，合上第一旁通开关4，合上第二阀组开关9，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，将直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2；控制电网换相换流器1移相，可通过控制触发角为164度来实现；分开第一母线开关12，合上第一阀组开关5，合上第三旁通开关3，分开第一旁通开关4，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接；控制电网换相换流器1解除移相，控制直流电流从第三旁通开关3转移到电网换相换流器1；断开第三旁通开关3，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。整流站27配合逆变站28在线投入电网换相换流器1。

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。或者第一母线开关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的第一母线开关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或者二极管阀组的阳极与电压源换流器的负极为公共连接端。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。

图8是本申请实施例提出的一种混合直流换流器换流器在线投入装置，用于实现混合直流换流器换流器在线投入，包括检测单元34、控制单元35。

检测单元34配置为检测电流源型阀组单元的第一直流电压、第一直流电流、第一解锁信号、第一闭锁信号、第一运行信号，检测电压源型阀组单元的第二直流电压、第二直流电流、第二解锁信号、第二闭锁信号、第二运行信号，检测第一阀组开关5、第一母线开关12、第一旁通开关4、第二阀组开关9、第二母线开关10等开关的位置。

控制单元35配置为当电网换相换流器1有解锁信号、运行信号，电压源换流器2有闭锁信号，接收到运行人员命令投入电压源换流器2时，控制电压源换流器2投入。第一种控制策略为：合上电压源型阀组单元的第二母线开关10，连接电压源换流器2的充电电阻，合上电压源型阀组单元的换流变压器进线开关21，控制电压源换流器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。控制直流场第一开关转换，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，控制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，控制直流场第二开关转换，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接，在线投入电网换相换流器1。

第二种控制策略为：合上电压源型阀组单元的第二母线开关10，连接电压源换流器2的充电电阻，合上电压源型阀组单元的换流变压器进线开关21，控制电压源换流器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。控制直流场第一开关转换，将电网换相换流器1与电压源换流器2并联连接，控制直流功率从电网换相换流器1转移到电压源换流器2。控制电网换相换流器1移相，控制直流场第二开关转换，将电网换相换流器1与电压源换流器2串联连接，在线投入电网换相换流器1。

本申请所提出的混合直流换流器阀组在线投入电路和投入方法及装置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。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (22)

1.一种混合直流换流器阀组在线投入电路，所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型阀组单元和电压源型阀组单元，所述电流源型阀组单元包括电网换相换流器，所述电压源型阀组单元包括电压源换流器，其中，所述电路包括：

第一阀组开关，用于连接所述电网换相换流器与所述电压源型阀组单元；

第一母线开关，用于连接所述电网换相换流器与直流母线或中性母线；

第一旁通开关，与所述第一阀组开关和所述电网换相换流器的串联电路并联连接；

第二阀组开关或第二母线开关，所述第二阀组开关用于连接所述电压源换流器与所述电流源型阀组单元，所述第二母线开关用于连接所述电压源型换流器与直流母线或中性母线；

第二旁通开关，所述电压源换流器与所述第二阀组开关或/和所述电压源换流器与所述第二母线开关的串联电路，与所述第二旁通开关并联连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电压源型阀组单元包括并联连接的至少一个所述电压源换流器。

3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元为低端阀组时，所述第一母线开关用于连接所述电网换相换流器与直流母线。

4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元为高端阀组时，所述第一母线开关用于连接所述电网换相换流器与中性母线。

5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元的阴极与所述电压源型阀组单元的负极连接。

6.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元的阳极与所述电压源型阀组单元的正极连接。

7.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元的阴极与所述电压源型阀组单元的正极连接。

8.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元的阳极与所述电压源型阀组单元的负极连接。

9.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流源型阀组单元还包括：

第三旁通开关，连接所述电网换相换流器的阳极和阴极。

10.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电压源型阀组单元还包括：

限流电抗器，与所述电压源换流器串联连接。

11.根据权利要求1至10之任一项所述的电路，其中，所述开关包括机械开关、刀闸、直流断路器的至少一种。

12.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电网换相换流器包括六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路的至少一种，所述脉动桥式电路包括不可关断的半控型功率半导体器件。

13.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电压源换流器包括两电平换流器、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、堆叠式两电平换流器CTL的至少一种，所述换流器包括可关断的全控型功率半导体器件。

14.一种混合直流换流器阀组在线投入方法，应用在所述权利要求1至13之任一项所述的混合直流换流器阀组在线投入电路，当只有所述电网换相换流器运行、需要投入所述电压源换流器时，所述方法包括：

将所述电压源换流器一端连接固定电位，控制所述电压源换流器充电；

解锁所述电压源换流器；

控制电压源换流器的电压与电网换相换流器的电压相同；

通过第一开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器并联连接；

将直流功率从所述电网换相换流器转移到所述电压源换流器；

闭锁所述电网换相换流器或者控制所述电网换相换流器移相；

通过第二开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器串联连接；

在线投入所述电网换相换流器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述将所述电压源换流器一端连接固定电位，控制所述电压源换流器充电，包括：

如果所述电压源型阀组单元同时包括所述第二阀组开关和所述第二母线开关，则闭合所述第二阀组开关或所述第二母线开关，将所述电压源换流器一端连接固定电位；

连接所述电压源换流器的充电电阻；

闭合所述电压源型阀组单元的换流变压器进线开关控制所述电压源换流器充电；

充电完成后断开所述充电电阻。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一开关转换包括：

闭合所述第一母线开关，断开所述第二旁通开关，断开所述第一阀组开关，闭合所述第一旁通开关，闭合所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关。

17.根据权利要求16所述的方法，如果所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关的两端并联辅助电阻，其中，所述闭合所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关前，还包括：

投入所述辅助电阻；

控制所述辅助电阻流过电流为零或极小值，再闭合所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关；

确定所述第二母线开关或/和所述第二阀组开关闭合后，切除所述辅助电阻。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二开关转换包括：

断开所述第一母线开关，闭合所述第一阀组开关。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述控制所述电网换相换流器移相，包括：

控制所述电网换相换流器的触发角介于120度至180度之间，以控制所述电网换相换流器移相。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述在线投入所述电网换相换流器包括：

解锁所述电网换相换流器或解除所述电网换相换流器移相；

控制直流电流从所述第一旁通开关转移到所述电网换相换流器；

断开所述第一旁通开关；

增大直流电压，以完成在线投入所述电网换相换流器。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，如果所述电流源型阀组单元包括第三旁通开关，所述在线投入所述电网换相换流器包括：

闭合所述第三旁通开关；

断开所述第一旁通开关；

解锁所述电网换相换流器或解除所述电网换相换流器移相；

控制直流电流从所述第三旁通开关转移到所述电网换相换流器；

断开所述第三旁通开关；

增大直流电压，以完成在线投入所述电网换相换流器。

22.一种混合直流换流器阀组在线投入装置，应用在所述权利要求1至13之任一项所述的混合直流换流器阀组在线投入电路，当只有所述电网换相换流器运行时，需要投入所述电压源换流器时，所述装置包括：

检测单元，配置为检测所述电流源型阀组单元的第一直流电压、第一直流电流、第一解锁信号、第一闭锁信号、第一运行信号，检测所述电压源型阀组单元的第二直流电压、第二直流电流、第二解锁信号、第二闭锁信号、第二运行信号，检测所述第一阀组开关、所述第一直流母线开关、所述第一中性母线开关、所述第一旁通开关、所述第二阀组开关、所述第二母线开关的位置；

控制单元，配置为将所述电压源换流器一端连接固定电位，控制所述电压源换流器充电；解锁所述电压源换流器；控制第一开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器并联连接；控制直流功率从所述电网换相换流器转移到所述电压源换流器；闭锁所述电网换相换流器或者控制所述电网换相换流器移相；控制第二开关转换，将所述电网换相换流器与所述电压源换流器串联连接，在线投入所述电网换相换流器。

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