CN113991982B - 一种可控关断电流源型换流器及其控制方法 - Google Patents

一种可控关断电流源型换流器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控关断电流源型换流器调制方式，换流器由三相六桥臂构成，每个桥臂由若干个具备反压耐受能力的全控型器件串联而成，交流侧出口连接交流滤波器组。调制方式采用基频调制，接收到直流控制系统下发的触发角后，器件导通时刻一方面由该桥臂换相电压的过零点延时触发时间后决定，另一方面需关联与其同相的另一桥臂器件的脉冲信号；器件关断时刻由与其换相桥臂器件的开通信号延时换相时间后决定。通过可控的全控型器件及其对应的调制方式，使得桥臂在本质上根除了LCC的换相失败问题，保留了LCC的造价低、损耗小、具备直流故障自清除能力等技术优势，便于工程应用。

Description

一种可控关断电流源型换流器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，特别涉及一种可控关断电流源型换流器及其控制方法。
背景技术
传统高压直流输电系统采用基于晶闸管的电网换相换流器(Line CommutatedConverter，LCC)，具有造价低、损耗小、可靠性高、技术成熟等优点，在大容量远距离输电、异步电网互联等场合发挥重要作用。但LCC逆变侧存在换相失败的风险，严重威胁电网安全稳定运行，不适合受端弱电网供电或新能源送出应用场合。
由此改造并发展起来的电容换相换流器(capacitor commutated converter,CCC)和可控电容换相换流器(controlled series capacitor converter,CSCC)实现了人工换相，将传统直流输电系统适用范围扩展到受端系统较弱的情况，但未彻底解决换相失败问题，且一旦发生换相失败很可能不容易恢复甚至发生继发性换相失败。
而基于可控关断器件(如IGBT、IGCT等)的电流源型换流器可实现换流器功率器件的主动关断，根除了换相失败问题，且同样具备直流故障自清除能力，在HVDC领域具有良好的应用前景。
目前业界研究的可控关断电流源型换流器交流阀侧采用LC二阶滤波器，其调制方式有脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)与基频调制两种调制方式。其中，PWM调制可实现有功功率和无功功率的独立控制，可改善交直流谐波特性，减小滤波器和无功补偿装置，但其器件开关频率相对较高，通常在几百hz以上，会增加换流器损耗；基频调制结合LC二阶滤波器时，对LC滤波器的设计要求较高，且不能满足无功能力要求变化时的需求。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种可控关断电流源型换流器调制方法，通过可控的全控型器件及其对应的调制方式，使得桥臂在本质上根除了LCC的换相失败问题，保留了LCC的造价低、损耗小、具备直流故障自清除能力等技术优势，便于工程应用。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种可控关断电流源型换流器调制方法，换流器由三相六桥臂构成，每个桥臂由若干个具备反压耐受能力的全控型器件串联而成，交流侧出口连接交流滤波器组，包括如下步骤：
接收直流控制系统的触发指令；
依据所述触发指令通过调制算法得到器件的脉冲信号，控制全控型器件按照预设顺序依次导通或关断。
进一步地，所述控制全控型器件按照预设顺序依次导通，包括：
将待导通桥臂的换相电压过零点作为基准时刻，延时触发时间后作为所述待导通桥臂中的所述全控型器件的开通信号；
在所述待导通桥臂的开通信号中关联与其同相的另一所述桥臂的关断信号，将同相对应的所述桥臂的脉冲信号取反作为所述待导通桥臂开通的条件。
进一步地，所述控制全控型器件按照预设顺序依次关断之前，还包括：
获取换相时间；
将与换相桥臂中的全控型器件的开通信号延时所述换相时间后作为待关断桥臂的所述全控型器件的关断信号。
进一步地，所述全控型器件包括：集成门极换相晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
进一步地，所述全控型器件为逆导型IGCT/IGBT与二极管串联结构或逆阻型IGCT/IGBT。
进一步地，所述全控型器件的导通时间依据直流控制系统下发的触发角确定。
进一步地，所述换流器的桥臂换相电压为交流系统阀侧等值线电压。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过可控的全控型器件及其对应的调制方式，使得桥臂在本质上根除了LCC的换相失败问题，保留了LCC的造价低、损耗小、具备直流故障自清除能力等技术优势，便于工程应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可控关断电流源型换流器拓扑结构示意图；
图2是本发明实施例提供的可控关断电流源型换流器调制方式原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，本发明实施例提供了一种可控关断电流源型换流器调制方法，换流器由三相六桥臂构成，每个桥臂由若干个具备反压耐受能力的全控型器件串联而成，交流侧出口连接交流滤波器组，包括如下步骤：
步骤S200，接收直流控制系统的触发指令。
步骤S400，依据触发指令通过调制算法得到器件的脉冲信号，控制全控型器件按照预设顺序依次导通或关断。
具体的，12脉动可控关断电流源型换流器，由两个相位差30°的6脉动换流单元串联，可改善交直流侧谐波特性，每个换流单元单桥臂由若干个全控型器件串联而成。
进一步地，步骤S400中，控制全控型器件按照预设顺序依次导通，包括：
步骤S410，将待导通桥臂的换相电压过零点作为基准时刻，延时触发时间后作为待导通桥臂中的全控型器件的开通信号。
步骤S420，在待导通桥臂的开通信号中关联与其同相的另一桥臂的关断信号，将同相对应的桥臂的脉冲信号取反作为待导通桥臂开通的条件。
进一步地，步骤S400中，控制全控型器件按照预设顺序依次关断之前，还包括：
步骤S310，获取换相时间。
步骤S320，将与换相桥臂中的全控型器件的开通信号延时换相时间后作为待关断桥臂的全控型器件的关断信号。
进一步地，全控型器件包括：集成门极换相晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
进一步地，全控型器件为逆导型IGCT/IGBT与二极管串联结构或逆阻型IGCT/IGBT。
进一步地，全控型器件的导通时间依据直流控制系统下发的触发角确定。
进一步地，换流器的桥臂换相电压为交流系统阀侧等值线电压。
请参照图2，换流器调制方式可采用基频调制，器件导通时刻根据直流控制系统下发的触发角决定，单个换流单元触发脉冲的顺序为阀1-2-3-4-5-6-1-，且各阀触发脉冲依次间隔60°，当各阀顺序导通时，施加在阀上的换相电压是交流系统阀侧等值线电压，根据换相原则，阀1-阀6依次以线电压Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb、Uab的过零点作为延时触发角参考点，以阀1为例，以线电压Uac过零点延时触发角后作为器件导通的条件。器件关断时刻基于维持各阀导通120°原则，同时考虑到全控型器件大电流关断时存在关断过电压，因此可等待待关断桥臂电流降为零后再发出器件关断信号，且为避免直流电流的断续，在器件关断信号中可进一步关联与其换相桥臂器件的开通信号，综上具体操作方法为将与其换相桥臂器件(待导通桥臂器件)的开通信号延时换相时间后作为待关断器件的关断条件。此外，为避免电流的桥臂直通现象，在器件开断信号中可关联与该桥臂同相的另一桥臂的关断信号，即将同相另一桥臂的脉冲信号取反作为器件开通的必要条件，保证上下桥臂不在同一时刻导通。
具体的，以阀1举例说明，若要生成阀1触发脉冲，则图2中换相电压过零点指阀1换相电压Uac过零点，换相桥臂触发脉冲指阀3触发脉冲，该相对应桥臂触发脉冲指阀4触发脉冲。tα为延迟触发时间，由控制系统下发的触发角转换成触发延时时间，tμ为换相时间，由以下公式计算得到。阀2-阀6的脉冲信号可采用与阀1相同的原则给定，也可根据阀1脉冲信号依次延时60°作为导通条件，代替由触发角决定的导通时刻。同样，另一个换流单元阀1-阀6的脉冲信号可采用与第一个换流单元相同的原则给定，也可根据第一个换流单元各脉冲信号延时30°作为其脉冲信号。
式中，γ为关断角，dxN为相对感性压降，Id为直流电流，Udi0为理想空载直流电压。
本发明实施例旨在保护一种可控关断电流源型换流器调制方式，换流器由三相六桥臂构成，每个桥臂由若干个具备反压耐受能力的全控型器件串联而成，交流侧出口连接交流滤波器组。调制方式采用基频调制，接收到直流控制系统下发的触发角后，器件导通时刻一方面由该桥臂换相电压的过零点延时触发时间后决定，另一方面需关联与其同相的另一桥臂器件的脉冲信号；器件关断时刻由与其换相桥臂器件的开通信号延时换相时间后决定。上述技术方案具备如下效果：
通过可控的全控型器件及其对应的调制方式，使得桥臂在本质上根除了LCC的换相失败问题，同时可保留LCC的造价低、损耗小、具备直流故障自清除能力等技术优势，且在系统控制策略等方面可充分借鉴LCC已有的成熟技术，简单易行，便于工程应用。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种可控关断电流源型换流器调制方法，其特征在于，换流器由三相六桥臂构成，每个桥臂由若干个具备反压耐受能力的全控型器件串联而成，交流侧出口连接交流滤波器组，包括如下步骤：
接收直流控制系统的触发指令；
依据所述触发指令通过调制算法得到器件的脉冲信号，控制全控型器件按照预设顺序依次导通或关断；
所述控制全控型器件按照预设顺序依次导通，包括：
将待导通桥臂的换相电压过零点作为基准时刻，延时触发时间后作为所述待导通桥臂中的所述全控型器件的开通信号；
在所述待导通桥臂的开通信号中关联与其同相的另一所述桥臂的关断信号，将同相对应的所述桥臂的脉冲信号取反作为所述待导通桥臂开通的条件；
所述控制全控型器件按照预设顺序依次关断之前，还包括：
获取换相时间；
将与换相桥臂中的全控型器件的开通信号延时所述换相时间后作为待关断桥臂的所述全控型器件的关断信号。
2.根据权利要求1所述的可控关断电流源型换流器调制方法，其特征在于，
所述全控型器件包括：集成门极换相晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
3.根据权利要求2所述的可控关断电流源型换流器调制方法，其特征在于，
所述全控型器件为逆导型IGCT/IGBT与二极管串联结构或逆阻型IGCT/IGBT。
4.根据权利要求1所述的可控关断电流源型换流器调制方法，其特征在于，
所述全控型器件的导通时间依据直流控制系统下发的触发角确定。
5.根据权利要求1所述的可控关断电流源型换流器调制方法，其特征在于，
所述换流器的桥臂换相电压为交流系统阀侧等值线电压。
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