CN117097119A - 电容辅助关断的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统 - Google Patents

电容辅助关断的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供电容辅助关断的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统。所述电容辅助关断的桥臂电路包括主支路和辅助关断支路，所述主支路包括第一半控阀；所述辅助关断支路与所述主支路并联连接，所述辅助关断支路包括串联连接的电力电子开关和第一电容器，所述电力电子开关双向通流，双向可控开通，单向可控关断。

Description

电容辅助关断的桥臂电路、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，具体涉及电容辅助关断的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统。
背景技术
高压、特高压直流输电系统的换流器一般采用十二脉动电路作为基本单元，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。柔性直流输电和混合直流输电的电压源换流器一般采用模块化多电平换流器，每个桥臂由半桥或全桥子模块串联，子模块采用全控器件和电容，虽然无换相失败问题，但是成本高、损耗大，且存在振荡风险。
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、抑制换相失败和振荡能力提出更高要求。现有的高压直流输电、柔性直流输电、混合直流输电技术很难满足直流输电系统对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关断的桥臂电路，包括并联连接的主支路和辅助关断支路，所述主支路包括第一半控阀，所述第一半控阀包括半控开关；所述辅助关断支路包括串联连接的电力电子开关和第一电容器，所述电力电子开关双向通流，双向可控开通，单向可控关断。
根据一些实施例，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；所述第一半控阀、所述第一全控阀两端分别并联避雷器，所述第一全控阀两端并联第二半控阀，所述第二半控阀包括半控开关，所述第一全控阀包括全控开关。
根据一些实施例，所述辅助关断支路还包括电阻或/和电抗，所述电阻或/和电抗与所述电力电子开关和所述第一电容器串联连接；所述电力电子开关、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，所述电力电子开关包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关和半控开关。
根据一些实施例，所述电力电子开关包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括全控开关、不控开关和半控开关，所述不控开关与所述全控开关串联连接；所述半控开关与所述全控开关和所述不控开关的串联电路反并联连接。
根据一些实施例，所述电力电子开关包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关。
根据一些实施例，所述电力电子开关包括串联连接的第一半控开关组和全控开关组，所述第一半控开关组包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的半控开关；所述全控开关组包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，与所述第一半控开关组串联连接；所述第一电容器串联在所述第一半控开关组与所述全控开关组之间或者串联在所述主支路与所述第一半控开关组或所述全控开关组之间。根据一些实施例，所述电力电子开关包括串联连接的第二半控开关组和全控开关组，所述第二半控开关组包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的半控开关和不控开关；所述全控开关组包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，与所述第二半控开关组串联连接；所述第一电容器串联在所述第二半控开关组与所述全控开关组之间或者串联在所述主支路与所述第二半控开关组或所述全控开关组之间。
根据一些实施例，所述电力电子开关包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括全控开关、不控开关、第一半控开关和第二半控开关，所述第一半控开关与所述全控开关和所述不控开关串联连接；所述第二半控开关与所述全控开关、所述不控开关和所述第一半控开关的串联电路反并联连接。
根据一些实施例，所述电力电子开关包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括：全控开关、第一半控开关和第二半控开关，所述第一半控开关与所述全控开关串联连接；所述第二半控开关与所述全控开关和所述第一半控开关的串联电路反并联连接。
根据一些实施例，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；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，所述辅助关断支路还包括快速隔离开关，所述快速隔离开关与所述电力电子开关串联连接。
本申请实施例还提供一种电容辅助关断的换流器，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关断的桥臂电路。
根据一些实施例，所述换流器的三个上桥臂的辅助关断支路共用一个第一电容器，所述换流器的三个下桥臂的辅助关断支路共用另一个第一电容器。
本申请实施例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关断的换流器。
本申请实施例还提供一种如上所述的电容辅助关断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；在所述桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关反向导通，所述辅助关断支路的第一电容器反向充电，使所述第一电容器呈现负压；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关断支路的电力电子开关正向导通，使所述桥臂电路的主支路的电流转移到辅助关断支路；所述桥臂电路的主支路关断后，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的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。
根据一些实施例，所述桥臂电路的主支路关断为所述桥臂电路的主支路的所述第一半控阀正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力。
本申请实施例还提供一种如上所述的电容辅助关断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关断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关断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；在所述桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关反向导通，所述辅助关断支路的第一电容器反向充电，使所述第一电容器呈现负压；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关断支路的电力电子开关正向导通，使所述桥臂电路的主支路的电流转移到辅助关断支路，所述桥臂电路的主支路关断后，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的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。
本申请实施例提供的技术方案，桥臂换相时，利用换相时产生的负压为桥臂电路的辅助支路的电容器反向充电，故障时，利用电容器的负压使桥臂电路的主支路关断，再利用辅助关断支路的电力电子开关关断，强迫电流从桥臂电路所在相转移到另一相，实现了基于半控器件的电网换相换流器可控换相，有效抑制换相失败发生，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是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的桥臂电路示意图之一。
图2是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的桥臂电路示意图之二。
图3是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的桥臂电路示意图之三。
图4a-图4h是本申请实施例提供的电力电子开关示意图。
图5是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之一。
图6是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之二。
图7是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之三。
图8是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之四。
图9是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之五。
图10是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之六。
图11是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之七。
图12是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之八。
图13是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之九。
图14是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器的控制方法流程示意图。
图15是本申请实施例提供的一种电容辅助关断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”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是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的桥臂电路示意图之一。
电容辅助关断的桥臂电路包括并联连接的主支路1和辅助关断支路2。
如图1所示，主支路1包括第一半控阀V41。辅助关断支路2包括串联连接的电力电子开关3和第一电容器C42，电力电子开关3双向通流，双向可控开通，单向可控关断。
根据一些实施例，主支路1还包括第一全控阀V411，第一全控阀V411与第一半控阀V41串联连接，如图2所示。
根据一些实施例，第一半控阀V41、第一全控阀V411、电力电子开关3、第一电容器C42两端分别并联避雷器，第一全控阀V411两端并联第二半控阀V412，第一半控阀V41和第二半控阀V412分别包括半控开关，第一全控阀V411包括全控开关。
根据一些实施例，辅助关断支路2还包括电阻R42或/和电抗L42，电阻R42或/和电抗L42与电力电子开关3和第一电容器C42串联连接，如图3所示，辅助关断支路2中，电阻R42、电抗L42与电力电子开关3和第一电容器C42串联连接。
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。
根据一些实施例，电力电子开关3包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和半控开关，如图4a所示，全控开关包括IGCT6，半控开关包括晶闸管4，并不以此为限。
根据一些实施例，电力电子开关3包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括全控开关、不控开关和半控开关，全控开关和不控开关串联后再与半控开关反并联连接，如图4b所示，全控开关包括IGBT5和与之反并联的二极管7，不控开关包括二极管7，半控开关包括晶闸管4，并不以此为限。需要指出的是，全控开关中的二极管7不是必需的。
根据一些实施例，电力电子开关3包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关，如图4c所示，全控开关包括IGCT6，并不以此为限。
根据一些实施例，电力电子开关3包括第一半控开关组9和全控开关组8，第一半控开关组9与全控开关组8串联连接，第一半控开关组9包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的两个半控开关，全控开关组8包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，如图4d所示，第一半控开关组9的一个开关组包括两个晶闸管4，全控开关组8的一个开关组包括IGBT5和与之反并联的二极管7，并不以此为限。
根据一些实施例，电力电子开关3包括第二半控开关组10和全控开关组8，第二半控开关组10与全控开关组8串联连接，第二半控开关组10包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关和不控开关，全控开关组8包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，如图4e所示，第二半控开关组10的一个开关组包括晶闸管4和与之反并联的二极管7，全控开关组8的一个开关组包括IGBT5和与之反并联的二极管7。本实施例的电力电子开关3也可以如图4f所示，半控开关和不控开关反并联连接后再与全控开关串联连接，并不以此为限。
根据一些实施例，电力电子开关3包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括全控开关11、不控开关13、第一半控开关12和第二半控开关14，全控开关11、不控开关13和第一半控开关12串联连接，第二半控开关14与上述全控开关11、不控开关13和第一半控开关12的串联电路反并联连接，如图4g所示，全控开关11包括串联连接的IGBT5和与之反并联的二极管7，不控开关13包括串联连接的二极管7，第一半控开关12包括串联连接的晶闸管4，第二半控开关14包括串联连接的晶闸管4，并不以此为限。
根据一些实施例，电力电子开关3包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括全控开关11、第一半控开关12和第二半控开关14，全控开关11和第一半控开关12串联连接，第二半控开关14与上述全控开关11和第一半控开关12的串联电路反并联连接，如图4h所示，全控开关11包括串联连接的IGBT5和与之反并联的二极管7，第一半控开关12包括串联连接的晶闸管4，第二半控开关14包括串联连接的晶闸管4，并不以此为限。
全控开关包括串联连接的至少一个全控器件，全控器件包括IGCT(IntegratedGate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,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。半控开关包括串联连接的至少一个半控器件，半控器件包括晶闸管。不控开关包括串联连接的至少一个不控器件，不控器件包括二极管，但并不以此为限。可选地，全控开关包括串联连接的至少一个全控器件和与之反并联的不控器件。
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。
根据一些实施例，辅助关断电路2还包括快速隔离开关，快速隔离开关为机械开关，与电力电子开关3串联连接。
图5是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图
之一，电容辅助关断的换流器有三相六个桥臂，每个桥臂都由图1
所示的桥臂电路构成。
每个桥臂电路包括并联连接的主支路和辅助关断支路。主支路包括第一半控阀。辅助关断支路包括串联连接的电力电子开关和第一电容器，电力电子开关双向通流，双向可控开通，单向可控关断。
A相上桥臂主支路由第一半控阀V41组成，辅助关断支路由电力电子开关3和第一电容器C42串联组成。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61组成，辅助关断支路由电力电子开关3和第一电容器C62串联组成。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助关断支路由电力电子开关3和第一电容器C22串联组成。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助关断支路由电力电子开关3和第一电容器C12串联组成。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助关断支路由电力电子开关3和第一电容器C32串联组成。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助关断支路由电力电子开关3和第一电容器C52串联组成。
图6是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之二。
在图5实施例基础上，电力电子开关采用如图4a的结构，包括多个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和半控开关，全控开关包括IGCT6，半控开关包括晶闸管4。第一半控阀、电力电子开关、第一电容器分别并联避雷器，保护器件。
如图6所示，第一半控阀V41并联避雷器F41，电力电子开关V42并联避雷器F42，第一电容器C42并联避雷器F74。第一半控阀V61并联避雷器F61，电力电子开关V62并联避雷器F62，第一电容器C62并联避雷器F76。第一半控阀V21并联避雷器F21，电力电子开关V22并联避雷器F22，第一电容器C22并联避雷器F72。第一半控阀V11并联避雷器F11，电力电子开关V12并联避雷器F12，第一电容器C12并联避雷器F71。第一半控阀V31并联避雷器F31，电力电子开关V32并联避雷器F32，第一电容器C32并联避雷器F73。第一半控阀V51并联避雷器F51，电力电子开关V52并联避雷器F52，第一电容器C52并联避雷器F75。
根据一些实施例，电力电子开关采用如图4a的结构，只包括一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和半控开关，如图7所示，全控开关包括串联连接的IGCT6，半控开关包括串联连接的晶闸管4。
如图7所示，第一半控阀V41并联避雷器F41，电力电子开关包括反并联连接的全控开关V43和半控开关V44，电力电子开关并联避雷器F43，第一电容器C42并联避雷器F74。第一半控阀V61并联避雷器F61，电力电子开关包括反并联连接的全控开关V63和半控开关V64，且并联避雷器F63，第一电容器C62并联避雷器F76。第一半控阀V21并联避雷器F21，电力电子开关包括反并联连接的全控开关V23和半控开关V24，且并联避雷器F23，第一电容器C22并联避雷器F72。第一半控阀V11并联避雷器F11，电力电子开关包括反并联连接的全控开关V13和半控开关V14，且并联避雷器F13，第一电容器C12并联避雷器F71。第一半控阀V31并联避雷器F31，电力电子开关包括反并联连接的全控开关V33和半控开关V34，且并联避雷器F33，第一电容器C32并联避雷器F73。第一半控阀V51并联避雷器F51，电力电子开关包括反并联连接的全控开关V53和半控开关V54，且并联避雷器F53，第一电容器C52并联避雷器F75。
图8是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之四。
在图5实施例基础上，电力电子开关采用如图4d所示的结构，包括串联连接的第一半控开关组和全控开关组，第一半控开关组包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，半控开关包括晶闸管，全控开关组包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括串联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括IGBT，不控开关包括二极管。第一半控阀、第一半控开关组、全控开关组、第一电容器分别并联避雷器，保护器件。第一电容器串联在主支路与全控开关组之间。
A相上桥臂中，第一半控阀V41并联避雷器F41，第一半控开关组V45包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，第一半控开关组V45并联避雷器F44，全控开关组V46包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V46并联避雷器F45，第一电容器C42并联避雷器F74。
B相上桥臂中，第一半控阀V61并联避雷器F61，第一半控开关组V65包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，第一半控开关组V65并联避雷器F64，全控开关组V66包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V66并联避雷器F65，第一电容器C62并联避雷器F76。
C相上桥臂中，第一半控阀V21并联避雷器F21，第一半控开关组V25包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，第一半控开关组V25并联避雷器F24，全控开关组V26包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V26并联避雷器F25，第一电容器C22并联避雷器F72。
A相下桥臂中，第一半控阀V11并联避雷器F11，第一半控开关组V15包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，第一半控开关组V15并联避雷器F14，全控开关组V16包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V16并联避雷器F15，第一电容器C12并联避雷器F71。
B相下桥臂中，第一半控阀V31并联避雷器F31，第一半控开关组V35包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，第一半控开关组V35并联避雷器F34，全控开关组V36包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V36并联避雷器F35，第一电容器C32并联避雷器F73。
C相下桥臂中，第一半控阀V51并联避雷器F51，第一半控开关组V55包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，第一半控开关组V55并联避雷器F54，全控开关组V56包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V56并联避雷器F55，第一电容器C52并联避雷器F75。
图9是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之五。
在图5实施例基础上，电力电子开关采用如图4e所示的结构，包括串联连接的第二半控开关组和全控开关组，第二半控开关组包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关和不控开关，半控开关包括晶闸管，不控开关包括二极管，全控开关组包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括串联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括IGBT，不控开关包括二极管。第一半控阀、第二半控开关组、全控开关组、第一电容器分别并联避雷器，保护器件。第一电容器串联在主支路与全控开关组之间。
A相上桥臂中，第一半控阀V41并联避雷器F41，第二半控开关组V47包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的不控开关和半控开关，第二半控开关组V47并联避雷器F44，全控开关组V46包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V46并联避雷器F46，第一电容器C42并联避雷器F74。
B相上桥臂中，第一半控阀V61并联避雷器F61，第二半控开关组V67包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的不控开关和半控开关，第二半控开关组V67并联避雷器F64，全控开关组V66包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V66并联避雷器F66，第一电容器C62并联避雷器F76。
C相上桥臂中，第一半控阀V21并联避雷器F21，第二半控开关组V27包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的不控开关和半控开关，第二半控开关组V27并联避雷器F24，全控开关组V26包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V26并联避雷器F26，第一电容器C22并联避雷器F72。
A相下桥臂中，第一半控阀V11并联避雷器F11，第二半控开关组V17包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的不控开关和半控开关，第二半控开关组V17并联避雷器F14，全控开关组V16包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V16并联避雷器F16，第一电容器C12并联避雷器F71。
B相下桥臂中，第一半控阀V31并联避雷器F31，第二半控开关组V37包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的不控开关和半控开关，第二半控开关组V37并联避雷器F34，全控开关组V36包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V36并联避雷器F36，第一电容器C32并联避雷器F73。
C相下桥臂中，第一半控阀V51并联避雷器F51，第二半控开关组V57包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的不控开关和半控开关，第二半控开关组V57并联避雷器F54，全控开关组V56包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，全控开关组V56并联避雷器F56，第一电容器C52并联避雷器F75。
根据一些实施例，第一电容器也可以串联连接在第二半控开关组和全控开关之间，如图10所示。
图11是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之七。
在图5实施例基础上，辅助关断支路包括串联连接的电力电子开关、电阻和第一电容器，电力电子开关采用如图4a所示的结构，包括多个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的全控开关和半控开关，全控开关包括IGCT6，半控开关包括晶闸管4。第一半控阀、电力电子开关、第一电容器并联避雷器。三个上桥臂共用第一电容器和电阻，三个下桥臂共用第一电容器和电阻。
A相上桥臂中，第一半控阀V41并联避雷器F41，电力电子开关V42并联避雷器F42，第一电容器C42并联避雷器F74。
B相上桥臂中，第一半控阀V61并联避雷器F61，电力电子开关V62并联避雷器F62，第一电容器C42并联避雷器F74。
C相上桥臂中，第一半控阀V21并联避雷器F21，电力电子开关V22并联避雷器F22，第一电容器C42并联避雷器F74。
A相下桥臂中，第一半控阀V11并联避雷器F11，电力电子开关V12并联避雷器F12，第一电容器C12并联避雷器F71。
B相下桥臂中，第一半控阀V31并联避雷器F31，电力电子开关V32并联避雷器F32，第一电容器C12并联避雷器F71。
C相下桥臂中，第一半控阀V51并联避雷器F51，电力电子开关V52并联避雷器F52，第一电容器C12并联避雷器F71。
三个上桥臂共用第一电容器V42和电阻R42，三个上桥臂的电力电子开关连接同一母线P2；三个下桥臂共用第一电容器V12和电阻R12，三个下桥臂的电力电子开关连接同一母线N2。
图12是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之八。
在图5实施例基础上，电力电子开关采用如图4d所示的结构，包括串联连接的第一半控开关组和全控开关组，第一半控开关组包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括反并联连接的半控开关，半控开关包括晶闸管，全控开关组包括至少一个串联连接的开关组，开关组包括串联连接的全控开关与不控开关，全控开关包括IGBT，不控开关包括二极管。第一半控阀、第一半控开关组、全控开关组、第一电容器分别并联避雷器，保护器件。三个上桥臂共用第一电容器和全控开关组，三个下桥臂共用第一电容器和全控开关组。
A相上桥臂中，第一半控阀V41并联避雷器F41，第一半控开关组V45并联避雷器F44，全控开关组V46并联避雷器F45，第一电容器C42并联避雷器F74。
B相上桥臂中，第一半控阀V61并联避雷器F61，第一半控开关组V65并联避雷器F64，全控开关组V46并联避雷器F45，第一电容器C42并联避雷器F74。
C相上桥臂中，第一半控阀V21并联避雷器F21，第一半控开关组V25并联避雷器F24，全控开关组V46并联避雷器F45，第一电容器C42并联避雷器F74。
A相下桥臂中，第一半控阀V11并联避雷器F11，第一半控开关组V15并联避雷器F14，全控开关组V16并联避雷器F15，第一电容器C12并联避雷器F71。
B相下桥臂中，第一半控阀V31并联避雷器F31，第一半控开关组V35并联避雷器F34，全控开关组V16并联避雷器F15，第一电容器C12并联避雷器F71。
C相下桥臂中，第一半控阀V51并联避雷器F51，第一半控开关组V55并联避雷器F54，全控开关组V16并联避雷器F15，第一电容器C12并联避雷器F71。
三个上桥臂共用全控开关V46和第一电容器V42，三个上桥臂的第一半控开关组连接同一母线P2。三个下桥臂共用全控开关V16和第一电容器V12，三个下桥臂的第一半控开关组连接同一母线N2。
图13是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器示意图之九。
在图5实施例基础上，电力电子开关采用如图4g所示的结构，包括一个串联连接的开关组，开关组包括全控开关、不控开关、第一半控开关和第二半控开关，全控开关、不控开关和第一半控开关串联连接，第二半控开关与上述全控开关、不控开关和第一半控开关的串联电路反并联连接，全控开关包括串联连接的IGBT和与之反并联的二极管，不控开关包括串联连接的二极管7，第一半控开关包括串联连接的晶闸管4，第二半控开关包括串联连接的晶闸管4。第一半控阀、全控开关、不控开关、第一半控开关、第二半控开关和第一电容器分别并联避雷器。
A相上桥臂中，第一半控阀V41并联避雷器F41，全控开关V46并联避雷器F45，不控开关V48并联避雷器F47，第一半控开关V49并联避雷器F48，第一电容器C42并联避雷器F74。
B相上桥臂中，第一半控阀V61并联避雷器F61，不控开关V68并联避雷器F67。
C相上桥臂中，第一半控阀V21并联避雷器F21，不控开关V28并联避雷器F27。
A相下桥臂中，第一半控阀V11并联避雷器F11，全控开关V16并联避雷器F15，不控开关V18并联避雷器F17，第一半控开关V19并联避雷器F18，第一电容器C12并联避雷器F71。
B相下桥臂中，第一半控阀V31并联避雷器F31，不控开关V38并联避雷器F37。
C相下桥臂中，第一半控阀V51并联避雷器F51，不控开关V58并联避雷器F57。
三个上桥臂共用全控开关V46、第一半控开关V49和第一电容器C42，三个上桥臂的不控开关连接同一母线P2。三个下桥臂共用全控开关V16、第一半控开关V19和第一电容器C12，三个下桥臂的不控开关连接同一母线N2。
本实施例中，只A相上桥臂和A相下桥臂采用了上述电容辅助关断的桥臂电路，分别配置了第二半控开关V40和第二半控开关V10。
本申请实施例还提供一种高压直流输电系统，高压直流输电系统包括如上所述的电容辅助关断的换流器。
图14是本申请实施例提供的一种电容辅助关断的换流器的控制方法流程示意图。
在S110中，控制换流器的桥臂电路的主支路运行在逆变状态。
控制如上图6-图13的换流器的主支路1的第一半控阀V11、V21、V31、V41、V51和V61运行在逆变状态。
在S120中，在桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关反向导通，辅助关断支路的第一电容器反向充电，使第一电容器呈现负压。
以如图6和图11的A相上桥臂为例，在换流器的A相上桥臂向B相上桥臂换相结束时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的电力电子开关V42反向导通，辅助关断支路2的第一电容器C42反向充电，使第一电容器C42呈现负压。
以如图7的A相上桥臂为例，在换流器的A相上桥臂向B相上桥臂换相结束时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的半控开关V44反向导通，辅助关断支路2的第一电容器C42反向充电，使第一电容器C42呈现负压。
以如图8和图12的A相上桥臂为例，在换流器的A相上桥臂向B相上桥臂换相结束时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的第一半控开关组V45反向导通，辅助关断支路2的第一电容器C42反向充电，使第一电容器C42呈现负压。
以如图9和图10的A相上桥臂为例，在换流器的A相上桥臂向B相上桥臂换相结束时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的第二半控开关组V47反向导通，辅助关断支路2的第一电容器C42反向充电，使第一电容器C42呈现负压。
以如图13的A相上桥臂为例，在换流器的A相上桥臂向B相上桥臂换相结束时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的第二半控开关V40反向导通，辅助关断支路2的第一电容器C42反向充电，使第一电容器C42呈现负压。
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，以图6所示的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，以图6所示的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，当发生故障可能引起电容辅助关断的换流器的桥臂电路换相失败时，控制换相的桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关正向导通，使换相的桥臂电路的主支路的电流转移到辅助关断支路。
上述换相的桥臂电路为正常运行时向另一桥臂换相的桥臂。
上述故障包括但不限于换流器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。上述可能引起电容辅助关断的换流器的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还没有关断，则判断为可能引起换流器的桥臂电路换相失败，但不以此为限。
以如图6和图11的A相上桥臂为例，当A相第一上桥臂向B相第一上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起电容辅助关断的换流器的A相上桥臂换相失败时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的电力电子开关V42正向导通，A相上桥臂的辅助关断支路2的第一电容器C42施加反压到主支路1，主支路1的电流转移到辅助关断支路2。
以如图7的A相上桥臂为例，当A相第一上桥臂向B相第一上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起电容辅助关断的换流器的A相上桥臂换相失败时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的全控开关V43正向导通，A相上桥臂的辅助关断支路2的第一电容器C42施加反压到主支路1，主支路1的电流转移到辅助关断支路2。
以如图8和图12的A相上桥臂为例，当当A相第一上桥臂向B相第一上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起电容辅助关断的换流器的A相上桥臂换相失败时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的第一半控开关组V45和全控开关组V46正向导通，A相上桥臂的辅助关断支路2的第一电容器C42施加反压到主支路1，主支路1的电流转移到辅助关断支路2。
以如图9和图10的A相上桥臂为例，当当A相第一上桥臂向B相第一上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起电容辅助关断的换流器的A相上桥臂换相失败时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的第二半控开关组V47和全控开关组V46正向导通，A相上桥臂的辅助关断支路2的第一电容器C42施加反压到主支路1，主支路1的电流转移到辅助关断支路2。
以如图13的A相上桥臂为例，当当A相第一上桥臂向B相第一上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起电容辅助关断的换流器的A相上桥臂换相失败时，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的全控开关V46和第一半控开关V49正向导通，A相上桥臂的辅助关断支路2的第一电容器C42施加反压到主支路1，主支路1的电流转移到辅助关断支路2。
在S140中，桥臂电路的主支路关断后，控制桥臂电路的辅助关断支路的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。
以如图6和图11的A相上桥臂为例，A相上桥臂的第一半控阀V41关断后，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的电力电子开关V42正向关断，强迫电流从A相换为B相。
以如图7的A相上桥臂为例，A相上桥臂的第一半控阀V41关断后，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的全控开关V43正向关断，强迫电流从A相换为B相。
以如图8、图9、图10、图12和图13的A相上桥臂为例，A相上桥臂的第一半控阀V41关断后，控制A相上桥臂的辅助关断支路2的全控开关V46正向关断，强迫电流从A相换为B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。
图15是本申请实施例提供的一种电容辅助关断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用于检测电容辅助关断的换流器的运行参数。
控制单元320基于电容辅助关断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，在桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关反向导通，辅助关断支路的第一电容器反向充电，使第一电容器呈现负压。当发生故障可能引起桥臂电路换相失败时，控制单元320控制桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关正向导通，使桥臂电路的主支路的电流转移到辅助关断支路，桥臂电路的主支路关断后，控制桥臂电路的辅助关断支路的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。
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 (18)

1.一种电容辅助关断的桥臂电路，包括：
主支路，包括第一半控阀，所述第一半控阀包括半控开关；
辅助关断支路，与所述主支路并联连接，所述辅助关断支路包括串联连接的电力电子开关和第一电容器，所述电力电子开关双向通流，双向可控开通，单向可控关断。
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；所述第一半控阀、所述第一全控阀两端分别并联避雷器，所述第一全控阀两端并联第二半控阀，所述第二半控阀包括半控开关，所述第一全控阀包括全控开关。
3.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述辅助关断支路还包括：
电阻或/和电抗，与所述电力电子开关和所述第一电容器串联连接；所述电力电子开关、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。
4.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关和半控开关。
5.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括：
全控开关；
不控开关，与所述全控开关串联连接；
半控开关，与所述全控开关和所述不控开关的串联电路反并联连接。
6.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关。
7.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
第一半控开关组，包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的半控开关；
全控开关组，包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，与所述第一半控开关组串联连接；
所述第一电容器串联在所述第一半控开关组与所述全控开关组之间或者串联在所述主支路与所述第一半控开关组或所述全控开关组之间。
8.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
第二半控开关组，包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的半控开关和不控开关；
全控开关组，包括至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括反并联连接的全控开关和不控开关，与所述第二半控开关组串联连接；
所述第一电容器串联在所述第二半控开关组与所述全控开关组之间或者串联在所述主支路与所述第二半控开关组或所述全控开关组之间。
9.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括：
全控开关；
不控开关；
第一半控开关，与所述全控开关和所述不控开关串联连接；
第二半控开关，与所述全控开关、所述不控开关和所述第一半控开关的串联电路反并联连接。
10.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述电力电子开关包括：
至少一个串联连接的开关组，所述开关组包括：
全控开关；
第一半控开关，与所述全控开关串联连接；
第二半控开关，与所述全控开关和所述第一半控开关的串联电路反并联连接。
11.如权利要求5所述的桥臂电路，其中，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；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。
12.如权利要求1所述的桥臂电路，其中，所述辅助关断支路还包括：
快速隔离开关，与所述电力电子开关串联连接。
13.一种电容辅助关断的换流器，所述换流器包括三相六桥臂，至少有一个桥臂为权1至权12之任一项所述的电容辅助关断的桥臂电路。
14.如权利要求13所述的换流器，其中，所述换流器的三个上桥臂的辅助关断支路共用一个第一电容器，所述换流器的三个下桥臂的辅助关断支路共用另一个第一电容器。
15.一种高压直流输电系统，所述高压直流输电系统包括如权利要求13或14所述的电容辅助关断的换流器。
16.一种如权利要求13或14所述的电容辅助关断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；
在所述桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关反向导通，所述辅助关断支路的第一电容器反向充电，使所述第一电容器呈现负压；
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关断支路的电力电子开关正向导通，使所述桥臂电路的主支路的电流转移到辅助关断支路；
所述桥臂电路的主支路关断后，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的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。
17.如权利要求16所述的控制方法，其中，所述桥臂电路的主支路关断为所述桥臂电路的主支路的所述第一半控阀正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力。
18.一种如权利要求13或14所述的电容辅助关断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关断的换流器的运行参数和故障；
控制单元，基于所述电容辅助关断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；在所述桥臂电路向另一桥臂换相结束时，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的电力电子开关反向导通，所述辅助关断支路的第一电容器反向充电，使所述第一电容器呈现负压；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关断支路的电力电子开关正向导通，使所述桥臂电路的主支路的电流转移到辅助关断支路，所述桥臂电路的主支路关断后，控制所述桥臂电路的辅助关断支路的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。
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