CN114172185A - 一种基于igct的混合式换流阀及其直流输电控制方法 - Google Patents

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陆翌
陈骞
张文博
刘官
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Abstract

本发明公开了一种基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法，其中，基于IGCT的混合式换流阀包括饱和电抗器、晶闸管模块和IGCT模块；所述饱和电抗器、所述晶闸管模块和所述IGCT模块串联连接。直流输电控制方法包括：上级控制系统下发触发信号，导通晶闸管和所述IGCT，换流阀开通；上级控制系统下发关断信号，向对应的所述IGCT门极的施加负向电压，关断IGCT，换流阀关断；所述晶闸管控制单元实时对所述晶闸管级两端的电压进行监视，所述IGCT控制单元实时对所述IGCT级两端的电压进行监视，当检测到本应处于关断状态的换流阀却处于导通状态时，向换流阀下发关断指令。本发明具有正、反向电压耐受能力和主动关断电流能力，长期失效模式为短路、无爆炸风险。

Description

一种基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法
技术领域
本发明涉及直流输电换流阀技术领域，特别涉及一种基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法。
背景技术
现有技术中基于晶闸管换流阀的传统高压直流输电工程，具有技术成熟、损耗小、可靠性高等优点，在大容量远距离输电、异步电网互联等场合发挥了重要作用。但是，工程逆变侧存在换相失败的风险，且不适合向无源网络送电。
近年来，采用基于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)换流阀的新型直流输电工程凭借控制灵活、没有换相失败且可向无源网络送电等优点，得到越来越广泛的应用。但与晶闸管换流阀相比，IGBT换流阀存在运行损耗较大、串联级数多、输送容量小、长期失效模式为开路、有爆炸风险等缺点，另外具有换流阀占地面积大和重量大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法，具有正、反向电压耐受能力和主动关断电流能力，长期失效模式为短路、无爆炸风险。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于IGCT的混合式换流阀，其中，包括饱和电抗器、晶闸管模块和IGCT模块。
所述饱和电抗器、所述晶闸管模块和所述IGCT模块串联连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述晶闸管模块包括若干个串联连接的晶闸管级。
每个所述晶闸管级包括晶闸管、晶闸管电阻、晶闸管电容、晶闸管控制单元和晶闸管避雷器。
所述晶闸管控制单元与所述晶闸管并联。
所述晶闸管避雷器与所述晶闸管并联。
所述晶闸管电阻和所述晶闸管电容串联后，与所述晶闸管并联。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，
所述晶闸管控制单元包括晶闸管取能电路、晶闸管电压检测电路、晶闸管复位电路、晶闸管保护触发电路、晶闸管逻辑电路、晶闸管开通电路和光接收电路。
所述晶闸管开通电路、所述晶闸管取能电路和所述晶闸管复位电路分别连接到所述晶闸管逻辑电路。
所述光接收电路和所述晶闸管保护触发电路均通过所述晶闸管电压检测电路连接到所述晶闸管逻辑电路。
所述晶闸管保护触发电路连接所述晶闸管开通电路。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述IGCT模块包括若干个串联连接的IGCT级。
每个所述IGCT级包括IGCT、IGCT电阻、IGCT电容、IGCT控制单元和IGCT避雷器。
所述IGCT控制单元与所述IGCT并联。
所述IGCT避雷器与所述IGCT并联。
所述IGCT电阻和所述IGCT电容串联后，与所述IGCT并联。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，
所述IGCT控制单元包括IGCT取能电路、电压变换电路、驱动电路、IGCT逻辑电路、开通电路、关断电路和光接收电路。
所述IGCT取能电路和所述光接收电路均连接到所述IGCT逻辑电路。
所述电压变换电路包括第一DC/DC变换单元和第二DC/DC变换单元，所述IGCT取能电路通过所述第一DC/DC变换单元连接所述IGCT逻辑电路，通过所述第二DC/DC变换单元连接所述驱动电路。
所述IGCT逻辑电路通过所述驱动电路连接到所述开通电路和所述关断电路。
第二方面，本发明实施例还提供了一种应用如前所述的基于IGCT的混合式换流阀的直流输电控制方法，其中，包括：
上级控制系统下发触发信号，向对应的所述晶闸管和所述IGCT注入门极电流，导通所述晶闸管和所述IGCT，换流阀开通。
上级控制系统下发关断信号，向对应的所述IGCT的门极施加负向电压，关断所述IGCT，换流阀关断。
所述晶闸管控制单元实时对所述晶闸管级两端的电压进行监视，所述IGCT控制单元实时对所述IGCT级两端的电压进行监视，当检测到本应处于关断状态的换流阀却处于导通状态时，向换流阀下发关断指令。
本发明实施例的有益效果是：
本发明的一种基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法，充分利用晶闸管器件耐压能力高，通态损耗低和IGCT器件的全控特性，采用将晶闸管和IGCT串联的换流阀拓扑，既能控制其开通又能控制其关断，可有效解决直流输电工程逆变侧存在换相失败的问题。同时，由于晶闸管和IGCT的长期失效模式为短路，本换流阀具有无爆炸风险的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明基于IGCT的混合式换流阀的拓扑结构示意图；
图2为本发明直流输电6脉动换流器原理示意图；
图3为本发明直流输电12脉动换流器原理示意图；
图4为本发明晶闸管控制单元的电路结构示意图；
图5为本发明IGCT控制单元的电路结构示意图。
具体实施方式
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1、图4和图5，本发明的第一个实施例提供一种基于IGCT的混合式换流阀，包括饱和电抗器、晶闸管模块和IGCT模块。
所述饱和电抗器、所述晶闸管模块和所述IGCT模块串联连接。
其中，所述晶闸管模块包括若干个串联连接的晶闸管级。
所述晶闸管级的串联数量根据换流阀绝缘水平调整。
每个所述晶闸管级包括晶闸管、晶闸管电阻、晶闸管电容、晶闸管控制单元和晶闸管避雷器。
所述晶闸管控制单元与所述晶闸管并联，所述晶闸管两端的电压为所述晶闸管控制单元供电。
所述晶闸管避雷器与所述晶闸管并联。
所述晶闸管电阻和所述晶闸管电容串联后，与所述晶闸管并联。
其中，所述晶闸管控制单元包括晶闸管取能电路、晶闸管电压检测电路、晶闸管复位电路、晶闸管保护触发电路、晶闸管逻辑电路、晶闸管开通电路和光接收电路。
所述晶闸管开通电路、所述晶闸管取能电路和所述晶闸管复位电路分别连接到所述晶闸管逻辑电路。
所述光接收电路和所述晶闸管保护触发电路均通过所述晶闸管电压检测电路连接到所述晶闸管逻辑电路。
所述晶闸管保护触发电路连接所述晶闸管开通电路。
其中，所述IGCT模块包括若干个串联连接的IGCT级。
所述IGCT的串联数量根据换流阀绝缘水平调整。
每个所述IGCT级包括IGCT、IGCT电阻、IGCT电容、IGCT控制单元和IGCT避雷器。
所述IGCT控制单元与所述IGCT并联，所述IGCT两端的电压为所述IGCT控制单元供电。
所述IGCT避雷器与所述IGCT并联。
所述IGCT电阻和所述IGCT电容串联后，与所述IGCT并联。
其中，所述IGCT控制单元包括IGCT取能电路、电压变换电路、驱动电路、IGCT逻辑电路、开通电路、关断电路和光接收电路。
所述IGCT取能电路和所述光接收电路均连接到所述IGCT逻辑电路。
所述电压变换电路包括第一DC/DC变换单元和第二DC/DC变换单元，所述IGCT取能电路通过所述第一DC/DC变换单元连接所述IGCT逻辑电路，通过所述第二DC/DC变换单元连接所述驱动电路。
所述IGCT逻辑电路通过所述驱动电路连接到所述开通电路和所述关断电路。
请参照图1至图3，本发明的第二个实施例提供一种应用如前所述的基于IGCT的混合式换流阀的直流输电控制方法，其中，包括：
如图2和图3所示，通常直流输电系统常用的拓扑是将两个6脉动换流器串联连接的12脉动换流器。正常运行过程中，换流阀中的晶闸管控制单元和IGCT控制单元根据控制系统下发的控制信号，控制换流阀的开通和关断。
上级控制系统下发触发信号，向对应的所述晶闸管和所述IGCT注入门极电流，导通所述晶闸管和所述IGCT，换流阀开通。
上级控制系统下发关断信号，向对应的所述IGCT的门极施加负向电压，关断所述IGCT，换流阀关断。
所述晶闸管控制单元实时对所述晶闸管级两端的电压进行监视，所述IGCT控制单元实时对所述IGCT级两端的电压进行监视，当检测到本应处于关断状态的换流阀却处于导通状态时，向换流阀下发关断指令。
本发明实施例旨在保护一种基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法，具备如下效果：
本发明能够充分利用晶闸管器件耐压能力高，通态损耗低和IGCT器件的全控特性，采用将晶闸管和IGCT串联的换流阀拓扑，既能控制其开通又能控制其关断，可有效解决直流输电工程逆变侧存在换相失败的问题。同时，由于晶闸管和IGCT的长期失效模式为短路，本换流阀具有无爆炸风险的优点。
本发明实施例所提供的基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述基于IGCT的混合式换流阀及其直流输电控制方法，从而能够控制换流阀的开通和关断，可有效解决直流输电工程逆变侧存在的换相失败的问题。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于IGCT的混合式换流阀，其特征在于，包括饱和电抗器、晶闸管模块和IGCT模块；
所述饱和电抗器、所述晶闸管模块和所述IGCT模块串联连接。
2.根据权利要求1所述的基于IGCT的混合式换流阀，其特征在于，
所述晶闸管模块包括若干个串联连接的晶闸管级；
每个所述晶闸管级包括晶闸管、晶闸管电阻、晶闸管电容、晶闸管控制单元和晶闸管避雷器；
所述晶闸管控制单元与所述晶闸管并联；
所述晶闸管避雷器与所述晶闸管并联；
所述晶闸管电阻和所述晶闸管电容串联后，与所述晶闸管并联。
3.根据权利要求2所述的基于IGCT的混合式换流阀，其特征在于，
所述晶闸管控制单元包括晶闸管取能电路、晶闸管电压检测电路、晶闸管复位电路、晶闸管保护触发电路、晶闸管逻辑电路、晶闸管开通电路和光接收电路；
所述晶闸管开通电路、所述晶闸管取能电路和所述晶闸管复位电路分别连接到所述晶闸管逻辑电路；
所述光接收电路和所述晶闸管保护触发电路均通过所述晶闸管电压检测电路连接到所述晶闸管逻辑电路；
所述晶闸管保护触发电路连接所述晶闸管开通电路。
4.根据权利要求3所述的基于IGCT的混合式换流阀，其特征在于，
所述IGCT模块包括若干个串联连接的IGCT级；
每个所述IGCT级包括IGCT、IGCT电阻、IGCT电容、IGCT控制单元和IGCT避雷器；
所述IGCT控制单元与所述IGCT并联；
所述IGCT避雷器与所述IGCT并联；
所述IGCT电阻和所述IGCT电容串联后，与所述IGCT并联。
5.根据权利要求4所述的基于IGCT的混合式换流阀，其特征在于，
所述IGCT控制单元包括IGCT取能电路、电压变换电路、驱动电路、IGCT逻辑电路、开通电路、关断电路和光接收电路；
所述IGCT取能电路和所述光接收电路均连接到所述IGCT逻辑电路；
所述电压变换电路包括第一DC/DC变换单元和第二DC/DC变换单元，所述IGCT取能电路通过所述第一DC/DC变换单元连接所述IGCT逻辑电路，通过所述第二DC/DC变换单元连接所述驱动电路；
所述IGCT逻辑电路通过所述驱动电路连接到所述开通电路和所述关断电路。
6.一种应用如权利要求5所述的基于IGCT的混合式换流阀的直流输电控制方法，其特征在于，包括：
上级控制系统下发触发信号，向对应的所述晶闸管和所述IGCT注入门极电流，导通所述晶闸管和所述IGCT，换流阀开通；
上级控制系统下发关断信号，向对应的所述IGCT的门极施加负向电压，关断IGCT，换流阀关断；
所述晶闸管控制单元实时对所述晶闸管级两端的电压进行监视，所述IGCT控制单元实时对所述IGCT级两端的电压进行监视，当检测到本应处于关断状态的换流阀却处于导通状态时，向换流阀下发关断指令。
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