CN117097118A - 电容辅助换相的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统 - Google Patents

电容辅助换相的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统 Download PDF

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王永平
邹强
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Abstract

本申请提供电容辅助换相的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统。电容辅助换相的桥臂电路包括并联连接的主支路和辅助换相支路，所述主支路包括第一半控阀；所述辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器和第一电感器，所述第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。

Description

电容辅助换相的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统
技术领域
本申请涉及高压直流输电技术领域，具体涉及电容辅助换相的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统。
背景技术
高压、特高压直流输电容量大，现有技术采用十二脉动电路，每个十二脉动电路有两个三相六桥臂电路串联，每个桥臂采用单个大容量晶闸管串联，由于晶闸管不能控制关断，现有的换流器结构存在换相失败问题。同时，换流器运行时需要消耗大量的无功功率。
随着接入的高压、特高压直流输电系统逐渐增多，已在多个区域电网形成了多馈入直流输电系统，当发生多条直流同时换相失败时，可能对该区域交流电网安全运行构成威胁。随着新能源发电占比增高，交流电压支撑能力下降，对直流输电系统的稳定运行和抑制换相失败能力提出更高要求。现有的高压直流输电技术很难满足成本和性能的严苛要求。
发明内容
本申请实施例提供一种电容辅助换相的桥臂电路，包括并联连接的主支路和辅助换相支路，所述主支路包括第一半控阀；所述辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器和第一电感器，所述第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
根据一些实施例，所述主支路还包括第一全控阀，所述第一全控阀与所述第一半控阀串联连接，所述第一全控阀两端并联避雷器，所述第一全控阀两端并联连接第二半控阀。
根据一些实施例，所述辅助换相支路还包括电阻，所述电阻串联在所述辅助换相支路。
根据一些实施例，所述辅助换相支路还包括第二电力电子开关，所述第二电力电子开关串联在所述辅助换相支路，所述第二电力电子开关双向通流，单向可控关断，所述第二电力电子开关两端并联避雷器。
根据一些实施例，所述第一半控阀、所述第一电力电子开关、所述第一电容器两端分别并联避雷器，所述第一电容器包括串联连接的至少一个电容元件。
根据一些实施例，所述第一电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，所述子模块包括反并联连接的半控开关。
根据一些实施例，所述第一电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，所述子模块包括反并联连接的半控开关和不控开关；所述半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，所述半控器件包括晶闸管，所述不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，所述不控器件包括二极管。
根据一些实施例，所述第二电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，所述子模块包括反并联连接的全控开关和不控开关；或者反并联连接的全控开关与半控开关；所述全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，所述全控器件包括IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种。
根据一些实施例，所述第一半控阀和所述第二半控阀包括半控开关，所述半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，所述半控器件包括晶闸管，所述第一全控阀包括全控开关，所述全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，所述全控器件包括IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种。
本申请实施例还提供一种电容辅助换相的换流器，所述换流器包括三相六桥臂，至少有一个桥臂为如上所述的电容辅助换相的桥臂电路。
根据一些实施例，所述换流器的三相六桥臂包括三相上桥臂和三相下桥臂，所述三相上桥臂的第一电容器、第一电感器或/和第二电力电子开关共用，所述三相下桥臂的第一电容器、第一电感器或/和第二电力电子开关共用。
本申请还提供一种高压直流输电系统，所述高压直流输电系统包括如上所述的电容辅助换相的换流器。
本申请还提供一种如上所述的电容辅助换相的换流器的控制方法，包括：控制所述换流器的所述桥臂电路的主支路运行在逆变状态；在所述桥臂电路的主支路导通期间，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关反向导通，所述辅助换相支路的所述第一电容器正向放电；在所述换流器的桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述辅助换相支路的第一电容器正向充电；当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述主支路的电流转移到所述辅助换相支路，实现辅助换相。
根据一些实施例，如果所述主支路还包括第一全控阀，所述方法还包括：当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，控制所述桥臂电路的主支路的第一全控阀关断。
根据一些实施例，如果所述辅助换相支路还包括第二电力电子开关，所述方法还包括：当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，所述桥臂电路的主支路关断后或所述桥臂电路的第一电容器的电压达到第一电压阈值时，控制所述第二电力电子开关正向关断，实现了电流从所述桥臂电路所在相转移到另一相；所述第一电压阈值在0至最大的桥臂电路的电压之间取值。
本申请实施例还提供一种如上所述的电容辅助换相的换流器的控制装置，包括检测单元和控制单元，所述检测单元用于检测所述电容辅助换相的换流器的运行参数和故障；所述控制单元基于所述电容辅助换相的换流器的运行参数，控制所述换流器的所述桥臂电路的主支路运行在逆变状态；在所述桥臂电路的主支路导通期间，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关反向导通，所述辅助换相支路的所述第一电容器正向放电；在所述桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述辅助换相支路的第一电容器正向充电；当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述主支路的电流转移到所述辅助换相支路，实现辅助换相。
本申请实施例提供的技术方案，通过控制桥臂电路辅助换相支路的第一电力电子开关反向导通提供无功功率，第一电感器和第一电容器放电过程中产生负压，当发生故障可能引起桥臂电路换相失败时，控制第一电力电子开关正向导通，桥臂电路主支路的电流转移至辅助换相支路进行辅助换相，有利于抑制换相失败发生，保证了换流器可靠运行。
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1是本申请实施例的一种电容辅助换相的桥臂电路示意图。
图2a-图2b是本申请实施例的第一电力电子开关示意图。
图3是本申请实施例的另一种电容辅助换相的桥臂电路示意图。
图4是本申请实施例的再一种电容辅助换相的桥臂电路示意图。
图5a-图5c是本申请实施例的第二电力电子开关示意图。
图6是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器示意图之一。
图7是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器示意图之二。
图8是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器示意图之三。
图9是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器示意图之四。
图10是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器示意图之五。
图11是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器的控制方法流程示意图。
图12是本申请实施例的一种电容辅助换相的换流器的控制装置示意图。
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，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”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1是本申请实施例的一种电容辅助换相的桥臂电路示意图。电容辅助换相的桥臂电路包括并联连接的主支路1和辅助换相支路2。
主支路1包括第一半控阀V41。辅助换相支路2包括串联连接的第一电力电子开关V42、第一电容器C42和第一电感器L42，第一电力电子开关V42双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
根据一些实施例，第一电力电子开关V42包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管4，如图2a所示。
根据一些实施例，第一电力电子开关V42包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关和不控开关，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管4，不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，不控器件包括但不限于二极管3，如图2b所示。
根据一些实施例，辅助换相支路2还包括电阻，串联在辅助换相支路2。
根据一些实施例，第一半控阀V41、第一电力电子开关V42和第一电容器C42两端分别并联避雷器，但并不以此为限。
根据一些实施例，第一电容器C42包括串联连接的至少一个电容元件，第一电容器的至少一个电容元件分别并联均压电阻，但并不以此为限。
根据一些实施例，第一半控阀V41包括半控开关，半控开关包括但不限于串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管。
图3是本申请实施例的另一种电容辅助换相的桥臂电路示意图，电容辅助换相的桥臂电路包括并联连接的主支路1和辅助换相支路2。
主支路1包括串联连接的第一半控阀V41和第一全控阀V411。辅助换相支路2包括串联连接的第一电力电子开关V42、第一电容器C42和第一电感器L42，第一电力电子开关V42双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
根据一些实施例，第一电力电子开关V42包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管4，如图2a所示。
根据一些实施例，第一电力电子开关V42包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关和不控开关，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管4，不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，不控器件包括但不限于二极管3，如图2b所示。
根据一些实施例，第一半控阀V41、第一电力电子开关V42和第一电容器C42和第一全控阀V411两端分别并联避雷器，但并不以此为限。
根据一些实施例，第一全控阀V411两端并联连接第二半控阀，当第一全控阀V411过压、过流或故障时，控制第二半控阀导通来保护第一全控阀V411。
根据一些实施例，第一电容器C42包括串联连接的至少一个电容元件，第一电容器C42的至少一个电容元件分别并联均压电阻，但并不以此为限。
根据一些实施例，第一半控阀V41和第二半控阀包括半控开关，半控开关包括但不限于串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管，第一全控阀V411包括全控开关，全控开关包括但不限于串联连接的至少一个全控器件，全控器件包括但不限于IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors,集成门极换流晶闸管)、IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)、GTO(Gate Turn-Off Thyristor，门极可关断晶闸管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)的至少一种。
图4是本申请实施例的再一种电容辅助换相的桥臂电路示意图，电容辅助换相的桥臂电路包括并联连接的主支路1和辅助换相支路2。
主支路1包括串联连接的第一半控阀V41。辅助换相支路2包括串联连接的第一电力电子开关V42、第一电容器C42、第一电感器L42、和第二电力电子开关V43，第二电力电子开关V43双向通流，单向可控关断。
根据一些实施例，第一电力电子开关V42包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，所述半控器件包括但不限于晶闸管4，如图2a所示。
根据一些实施例，第一电力电子开关V42包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关和不控开关，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，所述半控器件包括但不限于晶闸管4，不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，不控器件包括但不限于二极管3，如图2b所示。
根据一些实施例，第二电力电子开关V43包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，全控器件采用IGBT5，不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，不控器件采用二极管3，如图5a所示。
根据一些实施例，第二电力电子开关V43包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的全控开关和半控开关，全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，全控器件采用IGCT6，半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，半控器件采用晶闸管4，如图5b所示。
根据一些实施例，第二电力电子开关V43包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，全控器件采用IGCT6，不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，不控器件采用二极管3，如图5c所示。
根据一些实施例，全控开关包括至少一个全控器件，全控器件包括但不限于IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种，半控开关包括至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管，不控开关包括至少一个不控器件，不控器件包括但不限于二极管
根据一些实施例，第一半控阀V41、第一电力电子开关V42和第一电容器C42两端分别并联避雷器，但并不以此为限。
根据一些实施例，第一电容器C42包括串联连接的至少一个电容元件，第一电容器的至少一个电容元件分别并联均压电阻，但并不以此为限。
根据一些实施例，第一半控阀包括半控开关，半控开关包括但不限于串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括但不限于晶闸管。
晶闸管4配置相应的触发电路和缓冲电路；IGBT5配置相应的驱动电路和缓冲电路；IGCT6配置相应的驱动电路和缓冲电路。缓冲电路至少由电容或电阻和电容串联电路组成。
图6是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器示意图之一，换流器包括三相六桥臂，每个桥臂都由上述的桥臂电路构成。
如图6所示，桥臂电路包括并联连接的主支路和辅助换相支路。主支路包括第一半控阀，辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器和第一电感器，第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
A相上桥臂主支路由第一半控阀V41组成，辅助换相支路由第一电力电子开关V42、第一电容器C42和第一电感器L42串联组成。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V62、第一电容器C62和第一电感器L62串联组成。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V22、第一电容器C22和第一电感器L22串联组成。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V12、第一电容器C12和第一电感器L12串联组成。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V32、第一电容器C32和第一电感器L32串联组成。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V52、第一电容器C52和第一电感器L52串联组成。
图7是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器示意图之二。
如图7所示，桥臂电路包括并联连接的主支路和辅助换相支路。主支路包括第一半控阀，辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器和第一电感器。第一半控阀、第一电力电子开关、第一电容器分别并联避雷器。第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
如图7所示，第一电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关由晶闸管4组成。
A相上桥臂主支路由第一半控阀V41组成，辅助换相支路由第一电力电子开关V42、第一电容器C42和第一电感器L42串联组成，第一半控阀V41并联避雷器F41，第一电力电子开关V42并联避雷器F42，第一电容器C42并联避雷器F44。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V62、第一电容器C62和第一电感器L62串联组成，第一半控阀V61并联避雷器F61，第一电力电子开关V62并联避雷器F62，第一电容器C62并联避雷器F64。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V22、第一电容器C22和第一电感器L22串联组成，第一半控阀V21并联避雷器F21，第一电力电子开关V22并联避雷器F22，第一电容器C22并联避雷器F24。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V12、第一电容器C12和第一电感器L12串联组成，第一半控阀V11并联避雷器F11，第一电力电子开关V12并联避雷器F12，第一电容器C12并联避雷器F14。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V32、第一电容器C32和第一电感器L32串联组成，第一半控阀V31并联避雷器F31，第一电力电子开关V32并联避雷器F32，第一电容器C32并联避雷器F34。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V52、第一电容器C52和第一电感器L52串联组成，第一半控阀V51并联避雷器F51，第一电力电子开关V52并联避雷器F52，第一电容器C52并联避雷器F54。
图8是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器示意图之三。
如图8所示，桥臂电路包括并联连接的主支路和辅助换相支路。主支路包括串联连接的第一半控阀和第一全控阀，辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器和第一电感器。第一半控阀、第一全控阀、第一电力电子开关、第一电容器分别并联避雷器。第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
如图8所示，第一电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关由晶闸管4组成。
A相上桥臂主支路由第一半控阀V41和第一全控阀V411串联组成，辅助换相支路由第一电力电子开关V42、第一电容器C42和第一电感器L42串联组成，第一半控阀V41并联避雷器F41，第一全控阀V411并联避雷器F411，第一电力电子开关V42并联避雷器F42，第一电容器C42并联避雷器F44。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61和第一全控阀V611串联组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V62、第一电容器C62和第一电感器L62串联组成，第一半控阀V61并联避雷器F61，第一全控阀V611并联避雷器F611，第一电力电子开关V62并联避雷器F62，第一电容器C62并联避雷器F64。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21和第一全控阀V211串联组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V22、第一电容器C22和第一电感器L22串联组成，第一半控阀V21并联避雷器F21，第一全控阀V211并联避雷器F211，第一电力电子开关V22并联避雷器F22，第一电容器C22并联避雷器F24。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11和第一全控阀V111串联组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V12、第一电容器C12和第一电感器L12串联组成，第一半控阀V11并联避雷器F11，第一全控阀V111并联避雷器F111，第一电力电子开关V12并联避雷器F12，第一电容器C12并联避雷器F14。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31和第一全控阀V311串联组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V32、第一电容器C32和第一电感器L32串联组成，第一半控阀V31并联避雷器F31，第一全控阀V311并联避雷器F311，第一电力电子开关V32并联避雷器F32，第一电容器C32并联避雷器F34。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51和第一全控阀V511串联组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V52、第一电容器C52和第一电感器L52串联组成，第一半控阀V51并联避雷器F51，第一全控阀V511并联避雷器F511，第一电力电子开关V52并联避雷器F52，第一电容器C52并联避雷器F54。
图9是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器示意图之四。
如图9所示，桥臂电路包括并联连接的主支路和辅助换相支路。主支路包括第一半控阀，辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器、第一电感器和第二电力电子开关。第一半控阀、第一电力电子开关、第一电容器、第二电力电子开关分别并联避雷器。第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。第二电力电子开关双向通流，单向可控关断。
如图9所示，第一电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关由晶闸管4组成。第二电力电子开关包括反并联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括至少一个串联连接的全控器件，全控器件采用IGBT5，不控开关包括至少一个串联连接的不控器件，不控器件采用二极管3。
A相上桥臂主支路由第一半控阀V41组成，辅助换相支路由第一电力电子开关V42、第一电容器C42、第一电感器L42和第二电力电子开关V43串联组成，第一半控阀V41并联避雷器F41，第一电力电子开关V42并联避雷器F42，第一电容器C42并联避雷器F44，第二电力电子开关V43并联避雷器F43。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V62、第一电容器C62、第一电感器L62和第二电力电子开关V63串联组成，第一半控阀V61并联避雷器F61，第一电力电子开关V62并联避雷器F62，第一电容器C62并联避雷器F64，第二电力电子开关V63并联避雷器F63。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V22、第一电容器C22、第一电感器L22和第二电力电子开关V23串联组成，第一半控阀V21并联避雷器F21，第一电力电子开关V22并联避雷器F22，第一电容器C22并联避雷器F24，第二电力电子开关V23并联避雷器F23。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V12、第一电容器C12、第一电感器L12和第二电力电子开关V13串联组成，第一半控阀V11并联避雷器F11，第一电力电子开关V12并联避雷器F12，第一电容器C12并联避雷器F14，第二电力电子开关V13并联避雷器F13。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V32、第一电容器C32、第一电感器L32和第二电力电子开关V33串联组成，第一半控阀V31并联避雷器F31，第一电力电子开关V32并联避雷器F32，第一电容器C32并联避雷器F34，第二电力电子开关V33并联避雷器F33。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V52、第一电容器C52、第一电感器L52和第二电力电子开关V53串联组成，第一半控阀V51并联避雷器F51，第一电力电子开关V52并联避雷器F52，第一电容器C52并联避雷器F54，第二电力电子开关V53并联避雷器F53。
图10是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器示意图之五，三相上桥臂的第一电容器、第一电感器和第二电力电子开关共用，三相下桥臂的第一电容器、第一电感器和第二电力电子开关共用。第一半控阀、第一电力电子开关、第一电容器和第二电力电子开关分别并联连接避雷器。第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。第二电力电子开关双向通流，单向可控关断。
如图10所示，第一电力电子开关包括至少一个串联连接的子模块，子模块包括反并联连接的半控开关，半控开关由晶闸管4组成。第二电力电子开关包括反并联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括至少一个串联连接的全控器件，全控器件采用IGBT5，不控开关包括至少一个串联连接的不控器件，不控器件采用二极管3。
A相上桥臂主支路由第一半控阀V41组成，辅助换相支路由第一电力电子开关V42、第一电容器C42、第一电感器L42和第二电力电子开关V43串联组成，第一半控阀V41并联避雷器F41，第一电力电子开关V42并联避雷器F42，第一电容器C42并联避雷器F44，第二电力电子开关V43并联避雷器F43。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V62、第一电容器C42、第一电感器L42和第二电力电子开关V43串联组成，第一半控阀V61并联避雷器F61，第一电力电子开关V62并联避雷器F62。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V22、第一电容器C42、第一电感器L42和第二电力电子开关V43串联组成，第一半控阀V21并联避雷器F21，第一电力电子开关V22并联避雷器F22。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V12、第一电容器C12、第一电感器L12和第二电力电子开关V13串联组成，第一半控阀V11并联避雷器F11，第一电力电子开关V12并联避雷器F12，第一电容器C12并联避雷器F14，第二电力电子开关V13并联避雷器F13。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V32、第一电容器C12、第一电感器L12和第二电力电子开关V13串联组成，第一半控阀V31并联避雷器F31，第一电力电子开关V32并联避雷器F32。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助关断支路由第一电力电子开关V52、第一电容器C12、第一电感器L12和第二电力电子开关V13串联组成，第一半控阀V51并联避雷器F51，第一电力电子开关V52并联避雷器F52。
根据一些实施例，本申请实施例还提供一种高压直流输电系统，包括如上所述的电容辅助换相的换流器。
图11是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器的控制方法流程示意图，正常运行时，通过第一电容器的充放电补偿换流器的无功功率；故障时，利用第一电容器的反压辅助换相，有助于抑制换相失败。
在S110中，控制换流器的桥臂电路的主支路运行在逆变状态。
如图7、图9和图10所示，控制第一半控阀V11、V21、V31、V41、V51和V61导通或关断，使换流器运行在逆变状态。如图8所示，控制第一半控阀V11、V21、V31、V41、V51和V61，第一全控阀V111、V211、V311、V411、V511和V611导通或关断，使换流器运行在逆变状态，需要指出的是，正常运行时，同一桥臂电路的第一半控阀和第一全控阀导通和关断状态相同。
在S120中，在桥臂电路的主支路导通期间，控制桥臂电路的辅助换相支路的第一电力电子开关反向导通，辅助换相支路的第一电容器正向放电。
如图7、图8、图9和图10所示，以A相上桥臂为例，第一电容器C42呈正压，在第一半控阀V41导通期间，控制第一电力电子开关V42反向导通，第一电容器C42正向放电，由于第一电感器L42的感应电压，放电结束后，第一电容器C42呈负压。
上桥臂的电压正方向由换流器的直流母线正极指向交流相，以A相上桥臂为例，第一电容器C42的电压正方向由换流器的直流母线正极P1指向A相端点A1，以A相下桥臂为例，第一电容器C12的电压正方向由A相端点A1指向换流器的直流母线负极N1。
在S130中，在换流器的桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制桥臂电路的辅助换相支路的第一电力电子开关正向导通，辅助换相支路的第一电容器正向充电。
如图7、图8、图9和图10所示，以A相上桥臂为例，第一电容器C42呈负压，在第一半控阀V41向第一半控阀V61换相结束时，控制第一电力电子开关V42正向导通，第一电容器C42正向充电，充电结束后，第一电容器C42呈正压。
在S140中，当发生故障可能引起桥臂电路换相失败时，控制桥臂电路的辅助换相支路的第一电力电子开关正向导通，桥臂电路的主支路的电流转移到桥臂电路的辅助换相支路，实现辅助换相。
如图7、图8、图9和图10所示，以A相上桥臂为例，当A相上桥臂向B相上桥臂换相时，如果此时发生故障可能引起A相上桥臂换相失败时，控制第一电力电子开关V42导通，A相上桥臂的主支路的电流转移到A相上桥臂的辅助换相支路，待辅助换相支路的电容充电电压能够提供换相电压时，A相上桥臂关断，强迫电流从A相上桥臂换为B相上桥臂。
上述故障包括但不限于双换流器并联电路连接的交流系统故障或直流系统故障。交流系统故障可根据交流电压零序分量增大、交流电压突变、交流电压幅值跌落、交流电压谐波增大、直流电流增大进行判断。直流系统故障可根据直流电压跌落、直流电流增大进行判断，但不以此为限。上述可能引起桥臂电路换相失败根据桥臂电路主支路的第一半控阀的关断时刻和交流电压确定，如果桥臂电路主支路的第一半控阀在正常交流电压下的关断时刻并延时第一时间阈值还没有关断，则判断为可能引起第一换流器的桥臂电路换相失败，但并不以此为限。上述第一时间阈值为0至0.05倍工频周期之间取值。
如果主支路还包括第一全控阀，如图8所示，上述方法还包括S150。
S150，当发生故障可能引起桥臂电路换相失败时，控制桥臂电路的主支路的第一全控阀关断。
如图8所示，以A相上桥臂为例，当发生故障可能引起A相上桥臂换相失败时，控制第一全控阀V411关断，提供更高的转移电压，将电流转移到辅助换相支路。
如果辅助换相支路2还包括第二电力电子开关，如图9和图10所示，上述方法还包括S160。
S160，当发生故障可能引起桥臂电路换相失败时，桥臂电路的主支路关断或第一电容器正向充电达到第一电压阈值时，控制第二电力电子开关正向关断，实现了电流从桥臂电路所在相转移到另一相。
桥臂电路的主支路关断为桥臂电路的主支路的第一半控阀正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力。具体而言，恢复正向阻断能力是指在正向电流小于维持电流且延时关断时间后恢复正向阻断能力，关断时间小于700us，但并不以此为限。
如图9和图10所示，以A相上桥臂为例，当发生故障可能引起A相上桥臂换相失败时，A相上桥臂的第一半控阀V41关断或第一电容器C42正向充电达到第一电压阈值后，控制第二电力电子开关V43正向关断，强迫电流从A相上桥臂换为B相上桥臂。第一电压阈值在0至A相上桥臂的最大桥臂的电压之间取值。
图12是本申请实施例提供的一种电容辅助换相的换流器的控制装置示意图，控制装置300包括检测单元310和控制单元320。
检测单元310用于检测电容辅助换相的换流器的运行参数和故障，包括电容辅助换相的换流器的交流电压、直流电压、直流电流、换流器的运行状态、第一半控阀、第一电力电子开关、第一电感器和第一电容器的运行状态。
控制单元320基于电容辅助换相的换流器的运行参数控制换流器的桥臂电路的主支路运行在逆变状态。在桥臂电路的主支路导通期间，控制桥臂电路的辅助换相支路的第一电力电子开关反向导通，辅助换相支路的第一电容器正向放电。在换流器的桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制桥臂电路的辅助换相支路的第一电力电子开关正向导通，辅助换相支路的第一电容器正向充电。当发生故障可能引起桥臂电路换相失败时，控制桥臂电路的辅助换相支路的第一电力电子开关正向导通，桥臂电路的主支路的电流转移到桥臂电路的辅助换相支路，实现辅助换相。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电容辅助换相的桥臂电路，包括：
主支路，包括第一半控阀；
辅助换相支路，与所述主支路并联连接，所述辅助换相支路包括串联连接的第一电力电子开关、第一电容器和第一电感器，所述第一电力电子开关双向通流，单向或双向可控开通，不可控关断。
2.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述主支路还包括：
第一全控阀，与所述第一半控阀串联连接，所述第一全控阀两端并联避雷器或/和第二半控阀。
3.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述辅助换相支路还包括：
电阻，串联在所述辅助换相支路。
4.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述辅助换相支路还包括：
第二电力电子开关，串联在所述辅助换相支路，所述第二电力电子开关双向通流，单向可控关断，所述第二电力电子开关两端并联避雷器。
5.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述第一半控阀、所述第一电力电子开关、所述第一电容器两端分别并联避雷器，所述第一电容器包括串联连接的至少一个电容元件。
6.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述第一电力电子开关包括：
至少一个串联连接的子模块，所述子模块包括反并联连接的半控开关。
7.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述第一电力电子开关包括：
至少一个串联连接的子模块，所述子模块包括反并联连接的半控开关和不控开关；
所述半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，所述半控器件包括晶闸管，所述不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，所述不控器件包括二极管。
8.如权利要求4所述的桥臂电路，其中，所述第二电力电子开关包括：
至少一个串联连接的子模块，所述子模块包括
反并联连接的全控开关和不控开关；或者
反并联连接的全控开关与半控开关；
所述全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，所述全控器件包括IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种。
9.如权利要求2所述的桥臂电路，其中，所述第一半控阀和所述第二半控阀包括半控开关，所述半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，所述半控器件包括晶闸管，所述第一全控阀包括全控开关，所述全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，所述全控器件包括IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种。
10.一种电容辅助换相的换流器，所述换流器包括三相六桥臂，至少有一个桥臂为权1至9之任一项所述的电容辅助换相的桥臂电路。
11.如权利要求10所述的换流器，其中，所述换流器的三相六桥臂包括三相上桥臂和三相下桥臂，所述三相上桥臂的第一电容器、第一电感器或/和第二电力电子开关共用，所述三相下桥臂的第一电容器、第一电感器或/和第二电力电子开关共用。
12.一种高压直流输电系统，所述高压直流输电系统包括所述权利要求10或11所述的电容辅助换相的换流器。
13.一种如权利要求10或11所述的电容辅助换相的换流器的控制方法，包括：
控制所述换流器的所述桥臂电路的主支路运行在逆变状态；
在所述桥臂电路的主支路导通期间，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关反向导通，所述辅助换相支路的所述第一电容器正向放电；
在所述换流器的桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述辅助换相支路的第一电容器正向充电；
当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述主支路的电流转移到所述辅助换相支路，实现辅助换相。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中，如果所述主支路还包括第一全控阀，所述方法还包括：
当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，控制所述桥臂电路的主支路的第一全控阀关断。
15.如权利要求13所述的控制方法，其中，如果所述辅助换相支路还包括第二电力电子开关，所述方法还包括：
当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，所述桥臂电路的主支路关断后或所述桥臂电路的第一电容器的电压达到第一电压阈值时，控制所述第二电力电子开关正向关断，实现了电流从所述桥臂电路所在相转移到另一相；所述第一电压阈值在0至最大的桥臂电路的电压之间取值。
16.一种如权利要求10或11所述的电容辅助换相的换流器的控制装置，包括：
检测单元，用于检测所述电容辅助换相的换流器的运行参数和故障；
控制单元，基于所述电容辅助换相的换流器的运行参数，控制所述换流器的所述桥臂电路的主支路运行在逆变状态；在所述桥臂电路的主支路导通期间，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关反向导通，所述辅助换相支路的所述第一电容器正向放电；在所述桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述辅助换相支路的第一电容器正向充电，当发生故障可能引起所述桥臂电路换相失败时，控制所述桥臂电路的辅助换相支路的所述第一电力电子开关正向导通，所述主支路的电流转移到所述辅助换相支路，实现辅助换相。
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