CN210041668U - 一种高压直流输电换流单元及高压直流输电系统主回路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高压直流输电换流单元，包括电流源型阀组、不具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器，其中，电流源型阀组通过不具有调压功能的换流变压器连接交流系统，电压源型阀组通过联结变压器连接交流系统，且电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接。此种换流单元通过采用电压源型阀组调节直流侧电压代替换流变压器调节分接头来调节直流电压，具有快速、频繁调节电压功能，电压源型阀组故障后易于保护，不会影响电流源型阀组继续运行。本实用新型还公开一种高压直流输电系统主回路。

Description

一种高压直流输电换流单元及高压直流输电系统主回路

技术领域

本实用新型属于高压直流输电领域，特别涉及一种采用电压源型阀组调节直流电压的高压直流输电换流单元，以及一种高压直流输电系统主回路结构。

背景技术

高压直流输电系统一般由电网换相换流器和具有调压功能的换流变压器组成换流单元，实现将交流电转为直流电，从而进行远距离传输。整流侧一般维持电网换相换流器的触发角在参考值范围内，逆变侧一般维持电网换相换流器的关断角在参考值范围内。高压直流输电系统能够大范围调节功率，为了维持整流侧直流电压恒定，整流侧和逆变侧都需要具有调压功能的换流变压器来调节交流电压。换流变压器的调压功能是通过分接开关连接不同换流变压器分接头来实现的。

分接开关采用电动机构、选择开关、切换开关等机械结构，具有一定的使用寿命；分接开关故障后难以保护，还易将事故扩大到换流变压器；分接开关调节电压为分级调节，调压精度较差、调节速度慢。随着光伏、风电等新能源的接入，高压直流输电系统需要频繁调节功率，并且交流电压波动范围也变大，会引起分接开关频繁动作，容易导致分接开关损坏。

考虑到上述分接开关的缺点和高压直流输电新的需求，亟需一种能够实现快速、频繁调节电压，并且易于保护的高压直流输电换流单元。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种高压直流输电换流单元，用电压源换流器的直流调压功能代替换流变压器的交流调压功能，通过在直流侧串联电压源换流器，可实现快速、精确调节电压，且电压源换流器故障时，可通过投入电压源换流器的旁通电路、跳开电压源换流器的交流进线开关迅速隔离故障，不会对电网换相换流器、换流变压器造成损坏。

为了达成上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种高压直流输电换流单元，包括电流源型阀组、不具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器，其中，电流源型阀组通过不具有调压功能的换流变压器连接交流系统，电压源型阀组通过联结变压器连接交流系统，且电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接。

上述方案中：不具有调压功能的换流变压器为不带分接头或分接开关的换流变压器，不具有调节换流变压器网侧和阀侧绕组变比功能。

所述联结变压器采用不带分接头或分接开关的变压器，不具有调节变压器网侧和阀侧绕组变比功能；或者联结变压器采用带分接头和分接开关的变压器，具有调节变压器网侧和阀侧绕组变比功能。

所述电压源型阀组与联结变压器之间还连接充电电阻，且所述充电电阻与开关或刀闸并联。

所述电流源型阀组采用如下三种方案的任意一种：第一种，采用电网换相换流器；第二种，采用相互并联的电网换相换流器和旁通开关；第三种，包括电网换相换流器、旁通开关、旁通刀闸和两个连接刀闸，其中，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接两个连接刀闸的一端，旁通刀闸的两端分别连接两个连接刀闸的另一端。

电网换相换流器为六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路或由多个六脉动桥式电路串联组成的电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。

上述不可关断的半控型功率半导体为晶闸管。

所述电压源型阀组采用如下三种方案的任意一种：第一种，采用电压源换流器；第二种，采用相互并联的电压源换流器及旁通开关；第三种，包括电压源换流器、旁通开关、旁通刀闸和两个连接刀闸，其中，电压源换流器与旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接两个连接刀闸的一端，旁通刀闸的两端分别连接两个连接刀闸的另一端。

所述三种方案中，所述电压源换流器为单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联；所述第二种方案和第三种方案中，还包括电感，电感与电压源换流器串联，或者电感与旁通开关串联。

旁通开关是机械开关或电力电子开关；所述电力电子开关为晶闸管串联组成的阀组或可关断的全控型功率半导体串联组成的阀组。

电压源换流器是以下任一种或多种：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或堆叠式两电平换流器CTL；其中，所述模块化多电平换流器MMC为半桥子模块组成的模块化多电平换流器，或者全桥子模块组成的模块化多电平换流器，或者半桥子模块和全桥子模块混合组成的模块化多电平换流器。

电压源换流器由可关断的全控型功率半导体组成；所述可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种：绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管Power MOSFET、电子注入增强栅晶体IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET。

模块化多电平换流器MMC的半桥子模块或全桥子模块带有旁路开关或晶闸管，所述旁路开关或晶闸管并联在所述半桥子模块或全桥子模块两端，用于旁通所述半桥子模块或全桥子模块。

模块化多电平换流器MMC的半桥子模块还带有保护晶闸管，所述保护晶闸管并联在所述半桥子模块两端，保护与其并联的可关断的全控型功率半导体的反向二极管。

电流源型阀组或所述电压源型阀组均配置桥臂避雷器、直流侧避雷器、桥臂电抗器。

所述电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接为所述电流源型阀组的阳极与电压源型阀组的正极连接，或者所述电流源型阀组的阴极与电压源型阀组的负极连接；对于逆变侧，所述电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接为所述电流源型阀组的阴极与电压源型阀组的正极连接，或者所述电流源型阀组的阳极与电压源型阀组的负极连接。

所述电流源型阀组的阳极所在端为电网换相换流器的阳极所在端，所述电流源型阀组的阴极所在端为电网换相换流器的阴极所在端；所述电压源型阀组的正极所在端为电压源换流器的正极所在端，所述电压源型阀组的负极所在端为电压源换流器的负极所在端。

本实用新型还提供一种高压直流输电系统主回路，高压直流输电系统主回路整流侧至少由上述高压直流输电换流单元组成一个直流极，逆变侧由电流源型阀组和具有调压功能的换流变压器组成的换流单元，或者由电压源型阀组和联结变压器组成的换流单元，或者由电流源型阀组、具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器组成的换流单元，或者至少由上述高压直流输电换流单元组成相应的直流极；或者所述高压直流输电系统主回路逆变侧至少由上述高压直流输电换流单元组成一个直流极，整流侧由电流源型阀组和具有调压功能的换流变压器组成的换流单元，或者由电压源型阀组和联结变压器组成的换流单元，或者由电流源型阀组、具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器组成的换流单元，或者至少由上述高压直流输电换流单元组成相应的直流极。

上述方案中：高压直流输电换流单元整流运行时，所述第一种控制方法中，当所述电流源型阀组检测到直流电流指令值与实际直流电流差值超过电流裕度时，所述电流源型阀组切换为控制直流功率或直流电流。

高压直流输电换流单元逆变运行时，所述第一种控制方法和第二种控制方法中，当所述电流源型阀组检测到直流电流指令值与实际直流电流差值超过电流裕度时，所述电流源型阀组控制直流电流。

上述电流裕度为0.02倍额定直流电流到0.3倍额定直流电流。

所述电流源型阀组触发角为电网换相换流器触发角，所述电压源型阀组调节电压是通过电压源换流器调节电压，所述电流源型阀组的关断角为电网换相换流器的关断角或熄弧角。

所述触发角死区为小于15度，所述关断角死区为小于15度，所述电压死区为高压直流输电换流单元额定电压的5％以内；所述考虑触发角死区的指令值范围为指令值减去触发角死区和指令值加上触发角死区之间，所述考虑关断角死区的指令值范围为指令值减去关断角死区和指令值加上关断角死区之间，所述考虑电压死区的指令值范围为指令值减去电压死区和指令值加上电压死区之间。

所述电压源型阀组调节电压来控制整流侧的直流电压为指令值或考虑电压死区的指令值范围是根据整流侧的直流电压指令值或考虑电压死区的指令值范围减去线路压降计算出逆变侧的直流电压指令值或考虑电压死区的指令值范围，逆变侧的直流电压指令值或考虑电压死区的指令值范围减去逆变侧的电流源型阀组的实际电压得到逆变侧的电压源型阀组的直流电压指令值或考虑电压死区的指令值范围，逆变侧的电压源型阀组调节电压到所述逆变侧的电压源型阀组的直流电压指令值或考虑电压死区的指令值范围；所述电流源型阀组控制整流侧的直流电压为指令值是根据整流侧的直流电压指令值减去线路压降计算出逆变侧的直流电压指令值，逆变侧的直流电压指令值减去逆变侧的电压源型阀组的实际电压得到逆变侧的电流源型阀组的直流电压指令值，逆变侧的电流源型阀组调节电压到所述逆变侧的电流源型阀组的直流电压指令值。

当电压源型阀组中的电压源换流器过压或故障时，可通过投入所述电压源换流器的旁通电路隔离故障。

采用上述方案后，本实用新型通过在直流侧串联电压源换流器来代替换流变压器的分接头调压功能，具有快速、精确调节电压，易于保护，电压源换流器故障后不影响电网换相换流器和换流变压器组成的换流单元正常运行。

附图说明

图1是本实用新型的第一种高压直流输电换流单元；

图2是本实用新型的第二种高压直流输电换流单元；

图3是本实用新型的第三种高压直流输电换流单元；

图4是本实用新型的第四种高压直流输电换流单元；

图5是本实用新型的一种电网换相换流器结构；

图6是本实用新型的一种电压源换流器结构；

图7是本实用新型的一种全桥子模块结构；

图8是本实用新型的一种半桥子模块和全桥子模块串联结构；

图9是本实用新型的一种高压直流输电系统主回路；

图10是本实用新型的高压直流输电换流单元整流运行时的控制方法；

图11是本实用新型的高压直流输电换流单元逆变运行时的控制方法；

图12是本实用新型的高压直流输电换流单元的控制装置；

图13是两站都采用本实用新型的高压直流输电换流单元的一种特高压直流输电系统主回路；

图14是站一采用本实用新型的高压直流输电换流单元的一种特高压直流输电系统主回路；

图15是站二采用本实用新型的高压直流输电换流单元的一种特高压直流输电系统主回路。

具体实施方式

借助以下附图对本实用新型的实施例进行描述，其中，相同的组件使用相同的附图标记。

图1为本实用新型提出的第一种高压直流输电换流单元，至少包括电流源型阀组1、不具有调压功能的换流变压器4、电压源型阀组2和联结变压器8，连接方式为电流源型阀组1的阳极X2与电压源型阀组2的正极X3连接。电流源型阀组1通过连接线3连接不具有调压功能的换流变压器4的阀侧，不具有调压功能的换流变压器4的网侧通过连接线5与交流系统连接。如果电流源型阀组中的电网换相换流器为六脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为三相变压器，连接线3和连接线5为三相线；如果电流源型阀组中的电网换相换流器为十二脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为星接-星接三相变压器和星接-角接三相变压器，连接线3和连接线5为两组三相线。电压源型阀组2通过开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路与联结变压器8的阀侧连接，联结变压器8的网侧通过连接线9与交流系统连接。联结变压器8为三相变压器，开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路为三相并联支路，连接线9为三相线。

图2为本实用新型提出的第二种高压直流输电换流单元，至少包括电流源型阀组1、不具有调压功能的换流变压器4、电压源型阀组2和联结变压器8，连接方式为电流源型阀组1的阴极X1与电压源型阀组2的负极X4连接。电流源型阀组1通过连接线3连接不具有调压功能的换流变压器4的阀侧，不具有调压功能的换流变压器4的网侧通过连接线5与交流系统连接。如果电流源型阀组中的电网换相换流器为六脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为三相变压器，连接线3和连接线5为三相线；如果电流源型阀组中的电网换相换流器为十二脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为星接-星接三相变压器和星接-角接三相变压器，连接线3和连接线5为两组三相线。电压源型阀组2通过开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路与联结变压器8的阀侧连接，联结变压器8的网侧通过连接线9与交流系统连接。联结变压器8为三相变压器，开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路为三相并联支路，连接线9为三相线。

图3为本实用新型提出的第三种高压直流输电换流单元，至少包括电流源型阀组1、不具有调压功能的换流变压器4、电压源型阀组2和联结变压器8，连接方式为电流源型阀组1的阴极X1与电压源型阀组2的正极X3连接。电流源型阀组1通过连接线3连接不具有调压功能的换流变压器4的阀侧，不具有调压功能的换流变压器4的网侧通过连接线5与交流系统连接。如果电流源型阀组中的电网换相换流器为六脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为三相变压器，连接线3和连接线5为三相线；如果电流源型阀组中的电网换相换流器为十二脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为星接-星接三相变压器和星接-角接三相变压器，连接线3和连接线5为两组三相线。电压源型阀组2通过开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路与联结变压器8的阀侧连接，联结变压器8的网侧通过连接线9与交流系统连接。联结变压器8为三相变压器，开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路为三相并联支路，连接线9为三相线。

图4为本实用新型提出的第四种高压直流输电换流单元，至少包括电流源型阀组1、不具有调压功能的换流变压器4、电压源型阀组2和联结变压器8，连接方式为电流源型阀组1的阳极X2与电压源型阀组2的负极X4连接。电流源型阀组1通过连接线3连接不具有调压功能的换流变压器4的阀侧，不具有调压功能的换流变压器4的网侧通过连接线5与交流系统连接。如果电流源型阀组中的电网换相换流器为六脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为三相变压器，连接线3和连接线5为三相线；如果电流源型阀组中的电网换相换流器为十二脉动桥式电路，则不具有调压功能的换流变压器4为星接-星接三相变压器和星接-角接三相变压器，连接线3和连接线5为两组三相线。电压源型阀组2通过开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路与联结变压器8的阀侧连接，联结变压器8的网侧通过连接线9与交流系统连接。联结变压器8为三相变压器，开关或刀闸6与充电电阻7的并联支路为三相并联支路，连接线9为三相线。

图5为一种典型的电网换相换流器，采用十二脉动桥式电路，共有十二个桥臂10，每个桥臂10并联避雷器11，电网换相换流器的阳极、阴极和中点分别配置避雷器。

图6为一种典型的电压源换流器，采用模块化多电平换流器，共有六个桥臂，每个桥臂由N个子模块12和一个电抗器13串联组成，每个电抗器13并联避雷器14，模块化多电平换流器的正极和负极分别配置避雷器。图7为采用全桥结构的子模块，由四个IGBT器件15和一个电容16组成的全桥结构。

图8为采用半桥和全桥结构混合的子模块，由半桥结构的子模块和全桥结构的子模块串联组成，其中，半桥结构的子模块由两个IGBT器件17和一个电容18组成。

图9为本实用新型提出的由图1、图2、图3和图4组成的高压直流输电系统主回路。站一19的极I由图1构成，站一19的极II由图2构成，站二20的极I由图3构成，站二20的极II由图4构成。站一19通过平波电抗器21与直流线路22连接，站二20通过平波电抗器21与直流线路22连接。站一19通过接地极线路23与接地极连接，站二20通过接地极线路24与接地极连接。功率正送时，站一19的交流系统25通过其电流源型阀组1和电压源型阀组2将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站二20，站二20通过其电流源型阀组1和电压源型阀组2将直流电转化为交流电送到交流系统26，从而实现直流功率正送；功率反送时，站二20的交流系统26通过其电流源型阀组1和电压源型阀组2将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站一19，站一19通过其电流源型阀组1和电压源型阀组2将直流电转化为交流电送到交流系统25，从而实现直流功率反送。高压直流输电系统主回路配置直流电流测点Id、直流母线电压测点Udl、电压源型阀组母线电压测点Udm和直流中性母线电压测点Udn，直流电压Ud＝|Udl-Udn|，电压源型阀组电压Udv＝|Udm-Udn|。

图10为本实用新型的一种高压直流输电换流单元整流运行时的控制方法，控制图1、图2、图3或图4的高压直流输电换流单元。首先判断包括电流源型阀组、不具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器的换流单元处于整流运行或逆变运行；当上述换流单元处于整流运行时，电流源型阀组选择定触发角控制策略(整流运行的第一种控制方法)或者定电流控制策略(整流运行的第二种控制方法)，如果电流源型阀组是定触发角控制策略，电流源型阀组的触发角α等于触发角参考值α_ord，电流源型阀组的调节过程结束；同时电压源型阀组判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电压源型阀组不调节电压，电压源型阀组的调节过程结束；如果Io>Id，电压源型阀组增大其直流电压Udv，如果Io<Id，电压源型阀组减小其直流电压Udv，直至Io＝Id。如果电流源型阀组是定电流控制策略，电流源型阀组判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电流源型阀组不调节触发角α，电流源型阀组的调节过程结束；如果Io>Id，电流源型阀组减小其触发角α，如果Io<Id，电流源型阀组增大其触发角α，直至Io＝Id；同时当电流源型阀组的触发角大于或等于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα且小于或等于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，电压源型阀组的调节过程结束；当电流源型阀组的触发角大于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，电压源型阀组减小其直流电压Udv，当电流源型阀组的触发角小于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα时，电压源型阀组增大其直流电压Udv，直至α≥α_ord-Δα且α≤α_ord+Δα。

图11为本实用新型的一种高压直流输电换流单元逆变运行时的控制方法，控制图1、图2、图3或图4的高压直流输电换流单元。首先判断包括电流源型阀组、不具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器的换流单元处于整流运行或逆变运行；当上述换流单元处于逆变运行时，电流源型阀组选择定关断角控制策略(逆变运行的第一种控制方法)或者定整流侧直流电压控制策略(逆变运行的第二种控制方法)，如果电流源型阀组是定关断角控制策略，电流源型阀组的关断角γ等于关断角参考值γ_ord，电流源型阀组的调节过程结束；同时电压源型阀组判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电压源型阀组不调节电压，电压源型阀组的调节过程结束；如果Uo>Ud，电压源型阀组增大其直流电压Udv，如果Uo<Ud，电压源型阀组减小其直流电压Udv，直至Uo＝Ud。如果电流源型阀组是定电压控制策略，电流源型阀组判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电流源型阀组不调节关断角γ，电流源型阀组的调节过程结束；如果Uo>Ud，电流源型阀组减小其关断角γ，如果Uo<Ud，电流源型阀组增大其关断角γ，直至Uo＝Ud；同时当电流源型阀组的关断角大于或等于考虑触发角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ且小于或等于考虑触发角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，电压源型阀组的调节过程结束；当电流源型阀组的关断角大于考虑触发角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，电压源型阀组减小其直流电压Udv，当电流源型阀组的关断角小于考虑触发角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ时，电压源型阀组增大其直流电压Udv，直至γ≥γ_ord-Δγ且γ≤γ_ord+Δγ。在高压直流输电运行过程中，上述调节过程重复执行，调节触发角、关断角至参考值，调节直流电压至指令值。

图12为本实用新型的一种高压直流输电换流单元控制装置，控制图1、图2、图3或图4的高压直流输电换流单元，上述控制装置包括检测单元和控制单元，其中：

检测单元，检测电流源型阀组的触发角或关断角、直流电压和直流电流；检测电压源型阀组的直流电压和直流电流；检测直流极的直流电压和直流电流；

控制单元，高压直流输电换流单元整流运行时，第一种控制单元为电流源型阀组控制触发角参考值不变，电压源型阀组调节电压控制直流功率或直流电流为指令值，第二种控制单元为电流源型阀组控制直流功率或直流电流为指令值，当所述电流源型阀组的触发角超出考虑触发角死区的参考值范围，电压源型阀组调节电压使电流源型阀组的触发角回到所述考虑触发角死区的参考值范围内；高压直流输电换流单元逆变运行时，第一种控制单元为电流源型阀组控制关断角参考值不变，电压源型阀组调节电压来控制整流侧的直流电压为指令值或考虑电压死区的指令值范围，第二种控制单元为电流源型阀组控制整流侧的直流电压为指令值，当所述电流源型阀组的关断角超出考虑关断角死区的参考值范围，电压源型阀组调节电压使电流源型阀组的关断角回到所述考虑关断角死区的参考值范围内。

实施例1：

图13示出了两站都采用上述换流单元的特高压直流输电系统主回路实施例。高压直流输电系统主回路由站一19、站二20、直流电路22、接地极线路23和接地极线路24组成。站一19包括高压直流输电换流单元、不具有调压功能的换流变压器28、联结变压器35、直流滤波器32、交流滤波器33、平波电抗器21、交流系统25和接地极线路24，其中，不具有调压功能的换流变压器28不能调节分接头；站二20包括高压直流输电换流单元、不具有调压功能的换流变压器28、联结变压器35、直流滤波器32、交流滤波器33、平波电抗器21、交流系统26和接地极线路25，其中，不具有调压功能的换流变压器28不能调节分接头。高压直流输电换流单元由电流源型阀组39、电压源型阀组40组成。电流源型阀组39包括两个采用十二脉动桥式电路的电网换相换流器27、旁通开关29、连接刀闸30和旁通刀闸31，电压源型阀组40包括采用模块化多电平换流器的电压源换流器34、旁通开关或旁通电力电子开关36、连接刀闸30和旁通刀闸31，其中，电压源换流器34包括子模块38和桥臂电抗器37，子模块38为全桥子模块或半桥子模块。

站一19通过接地极线路23与接地极连接，站二20通过接地极线路24与接地极连接。功率正送时，站一19的交流系统25通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站二20，站二20通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将直流电转化为交流电送到交流系统26，从而实现直流功率正送；功率反送时，站二20的交流系统26通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站一19，站一19通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将直流电转化为交流电送到交流系统25，从而实现直流功率反送。

功率正送时，站一19处于整流运行，电流源型阀组39选择定触发角控制策略或者定电流控制策略，如果电流源型阀组39是定触发角控制策略，电流源型阀组39的触发角α等于触发角参考值α_ord，电流源型阀组39的调节过程结束；同时电压源型阀组40判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电压源型阀组40不调节电压，电压源型阀组40的调节过程结束；如果Io>Id，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，如果Io<Id，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，直至Io＝Id。如果电流源型阀组39是定电流控制策略，电流源型阀组39判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电流源型阀组39不调节触发角α，电流源型阀组39的调节过程结束；如果Io>Id，电流源型阀组39减小其触发角α，如果Io<Id，电流源型阀组39增大其触发角α，直至Io＝Id；同时当电流源型阀组39的触发角大于或等于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα且小于或等于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，电压源型阀组40的调节过程结束；当电流源型阀组39的触发角大于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，当电流源型阀组39的触发角小于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα时，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，直至α≥α_ord-Δα且α≤α_ord+Δα。整个过程，换流变压器28不调节分接头来改变网侧和阀侧绕组变比。

功率正送时，站二20处于逆变运行，电流源型阀组39选择定关断角控制策略或者定整流侧直流电压控制策略，如果电流源型阀组39是定关断角控制策略，电流源型阀组的关断角γ等于关断角参考值γ_ord，电流源型阀组39的调节过程结束；同时电压源型阀组40判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电压源型阀组40不调节电压，电压源型阀组40的调节过程结束；如果Uo>Ud，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，如果Uo<Ud，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，直至Uo＝Ud。如果电流源型阀组39是定电压控制策略，电流源型阀组39判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电流源型阀组39不调节关断角γ，电流源型阀组39的调节过程结束；如果Uo>Ud，电流源型阀组39减小其关断角γ，如果Uo<Ud，电流源型阀组39增大其关断角γ，直至Uo＝Ud；同时当电流源型阀组39的关断角大于或等于考虑触发角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ且小于或等于考虑触发角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，电压源型阀组40的调节过程结束；当电流源型阀组39的关断角大于考虑触发角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，当电流源型阀组39的关断角小于考虑触发角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ时，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，直至γ≥γ_ord-Δγ且γ≤γ_ord+Δγ。整个过程，换流变压器28不调节分接头来改变网侧和阀侧绕组变比。

实施例2：

图14示出了站一采用上述换流单元的特高压直流输电系统主回路实施例。高压直流输电系统主回路由站一19、站二20、直流电路22、接地极线路23和接地极线路24组成。站一19包括高压直流输电换流单元、不具有调压功能的换流变压器28、联结变压器35、直流滤波器32、交流滤波器33、平波电抗器21、交流系统25和接地极线路24，其中，不具有调压功能的换流变压器28不能调节分接头；站二20包括电流源型阀组39、具有调压功能的换流变压器41、联结变压器35、直流滤波器32、交流滤波器33、平波电抗器21、交流系统26和接地极线路25，其中，具有调压功能的换流变压器41能调节分接头。高压直流输电换流单元由电流源型阀组39、电压源型阀组40组成。电流源型阀组39包括两个采用十二脉动桥式电路的电网换相换流器27、旁通开关29、连接刀闸30和旁通刀闸31，电压源型阀组40包括采用模块化多电平换流器的电压源换流器34、旁通开关或旁通电力电子开关36、连接刀闸30和旁通刀闸31，其中，电压源换流器34包括子模块38和桥臂电抗器37，子模块38为全桥子模块或半桥子模块。

站一19通过接地极线路23与接地极连接，站二20通过接地极线路24与接地极连接。功率正送时，站一19的交流系统25通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站二20，站二20通过其电流源型阀组39将直流电转化为交流电送到交流系统26，从而实现直流功率正送；功率反送时，站二20的交流系统26通过其电流源型阀组39将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站一19，站一19通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将直流电转化为交流电送到交流系统25，从而实现直流功率反送。

功率正送时，站一19处于整流运行，电流源型阀组39选择定触发角控制策略或者定电流控制策略，如果电流源型阀组39是定触发角控制策略，电流源型阀组39的触发角α等于触发角参考值α_ord，电流源型阀组39的调节过程结束；同时电压源型阀组40判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电压源型阀组40不调节电压，电压源型阀组40的调节过程结束；如果Io>Id，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，如果Io<Id，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，直至Io＝Id。如果电流源型阀组39是定电流控制策略，电流源型阀组39判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电流源型阀组39不调节触发角α，电流源型阀组39的调节过程结束；如果Io>Id，电流源型阀组39减小其触发角α，如果Io<Id，电流源型阀组39增大其触发角α，直至Io＝Id；同时当电流源型阀组39的触发角大于或等于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα且小于或等于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，电压源型阀组40的调节过程结束；当电流源型阀组39的触发角大于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，当电流源型阀组39的触发角小于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα时，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，直至α≥α_ord-Δα且α≤α_ord+Δα。整个过程，换流变压器28不调节分接头来改变网侧和阀侧绕组变比。

功率正送时，站二20处于逆变运行，电流源型阀组39选择定关断角控制策略或者定整流侧直流电压控制策略，如果电流源型阀组39是定关断角控制策略，电流源型阀组的关断角γ等于关断角参考值γ_ord，电流源型阀组39的调节过程结束；同时电流源型阀组39判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud在考虑电压死区ΔUd的指令值范围，如果|Uo-Ud|≤ΔUd，换流变压器41不调节分接头；如果Uo-Ud>ΔUd，换流变压器41调节分接头增大电流源型阀组39的空载直流电压；如果Ud-Uo>ΔUd，换流变压器41调节分接头减小电流源型阀组39的空载直流电压指令值，直至|Uo-Ud|≤ΔUd。如果电流源型阀组39是定电压控制策略，电流源型阀组39判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电流源型阀组39不调节关断角γ，电流源型阀组39的调节过程结束；如果Uo>Ud，电流源型阀组39减小其关断角γ，如果Uo<Ud，电流源型阀组39增大其关断角γ，直至Uo＝Ud；同时当电流源型阀组39的关断角大于或等于考虑关断角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ且小于或等于考虑关断角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，换流变压器41不调节分接头；当电流源型阀组39的关断角大于考虑关断角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，换流变压器41调节分接头减小电流源型阀组39的空载直流电压，当电流源型阀组39的关断角小于考虑关断角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ时，换流变压器41调节分接头增大电流源型阀组39的空载直流电压，直至γ≥γ_ord-Δγ且γ≤γ_ord+Δγ。整个过程，换流变压器41调节分接头来改变网侧和阀侧绕组变比。

实施例3：

图15示出了站二采用上述换流单元的特高压直流输电系统主回路实施例。高压直流输电系统主回路由站一19、站二20、直流电路22、接地极线路23和接地极线路24组成。站一19包括电流源型阀组39、具有调压功能的换流变压器41、联结变压器35、直流滤波器32、交流滤波器33、平波电抗器21、交流系统25和接地极线路24，其中，具有调压功能的换流变压器28能调节分接头；站二20包括高压直流输电换流单元、不具有调压功能的换流变压器28、联结变压器35、直流滤波器32、交流滤波器33、平波电抗器21、交流系统26和接地极线路25，其中，不具有调压功能的换流变压器28不能调节分接头。高压直流输电换流单元由电流源型阀组39、电压源型阀组40组成。电流源型阀组39包括两个采用十二脉动桥式电路的电网换相换流器27、旁通开关29、连接刀闸30和旁通刀闸31，电压源型阀组40包括采用模块化多电平换流器的电压源换流器34、旁通开关或旁通电力电子开关36、连接刀闸30和旁通刀闸31，其中，电压源换流器34包括子模块38和桥臂电抗器37，子模块38为全桥子模块或半桥子模块。

站一19通过接地极线路23与接地极连接，站二20通过接地极线路24与接地极连接。功率正送时，站一19的交流系统25通过其电流源型阀组39将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站二20，站二20通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将直流电转化为交流电送到交流系统26，从而实现直流功率正送；功率反送时，站二20的交流系统26通过其电流源型阀组39和电压源型阀组40将交流电转化为直流电，通过直流线路22输送到站一19，站一19通过其电流源型阀组39将直流电转化为交流电送到交流系统25，从而实现直流功率反送。

功率正送时，站一19处于整流运行，电流源型阀组39采用定电流控制策略，电流源型阀组39判断其直流电流指令值Io是否与实际直流电流Id相等，如果Io＝Id，电流源型阀组39不调节触发角α，电流源型阀组39的调节过程结束；如果Io>Id，电流源型阀组39减小其触发角α，如果Io<Id，电流源型阀组39增大其触发角α，直至Io＝Id；同时当电流源型阀组39的触发角大于或等于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα且小于或等于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，换流变压器41不调节分接头；当电流源型阀组39的触发角大于考虑触发角死区Δα的上限值α_ord+Δα时，换流变压器41调节分接头减小电流源型阀组39的空载直流电压，当电流源型阀组39的触发角小于考虑触发角死区Δα的下限值α_ord-Δα时，换流变压器41调节分接头增大电流源型阀组39的空载直流电压，直至α≥α_ord-Δα且α≤α_ord+Δα。整个过程，换流变压器41调节分接头来改变网侧和阀侧绕组变比。

功率正送时，站二20处于逆变运行，电流源型阀组39选择定关断角控制策略或者定整流侧直流电压控制策略，如果电流源型阀组39是定关断角控制策略，电流源型阀组的关断角γ等于关断角参考值γ_ord，电流源型阀组39的调节过程结束；同时电压源型阀组40判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电压源型阀组40不调节电压，电压源型阀组40的调节过程结束；如果Uo>Ud，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，如果Uo<Ud，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，直至Uo＝Ud。如果电流源型阀组39是定电压控制策略，电流源型阀组39判断整流侧的直流电压指令值Uo是否与实际直流电压Ud相等，如果Uo＝Ud，电流源型阀组39不调节关断角γ，电流源型阀组39的调节过程结束；如果Uo>Ud，电流源型阀组39减小其关断角γ，如果Uo<Ud，电流源型阀组39增大其关断角γ，直至Uo＝Ud；同时当电流源型阀组39的关断角大于或等于考虑触发角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ且小于或等于考虑触发角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，电压源型阀组40的调节过程结束；当电流源型阀组39的关断角大于考虑触发角死区Δγ的上限值γ_ord+Δγ时，电压源型阀组40减小其直流电压Udv，当电流源型阀组39的关断角小于考虑触发角死区Δγ的下限值γ_ord-Δγ时，电压源型阀组40增大其直流电压Udv，直至γ≥γ_ord-Δγ且γ≤γ_ord+Δγ。整个过程，换流变压器28不调节分接头来改变网侧和阀侧绕组变比。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (18)

1.一种高压直流输电换流单元，其特征在于：包括电流源型阀组、不具有调压功能的换流变压器、电压源型阀组和联结变压器，其中，电流源型阀组通过不具有调压功能的换流变压器连接交流系统，电压源型阀组通过联结变压器连接交流系统，且电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接。

2.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述不具有调压功能的换流变压器为不带分接头或分接开关的换流变压器，不具有调节换流变压器网侧和阀侧绕组变比功能。

3.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述联结变压器采用不带分接头或分接开关的变压器，不具有调节变压器网侧和阀侧绕组变比功能；或者联结变压器采用带分接头和分接开关的变压器，具有调节变压器网侧和阀侧绕组变比功能。

4.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电压源型阀组与联结变压器之间还连接充电电阻，且所述充电电阻与开关或刀闸并联。

5.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电流源型阀组采用如下三种方案的任意一种：第一种，采用电网换相换流器；第二种，采用相互并联的电网换相换流器和旁通开关；第三种，包括电网换相换流器、旁通开关、旁通刀闸和两个连接刀闸，其中，电网换相换流器与旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接两个连接刀闸的一端，旁通刀闸的两端分别连接两个连接刀闸的另一端。

6.如权利要求5所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电网换相换流器采用六脉动桥式电路、十二脉动桥式电路或由多个六脉动桥式电路串联组成的电路，其由不可关断的半控型功率半导体构成。

7.如权利要求6所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述不可关断的半控型功率半导体为晶闸管。

8.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电压源型阀组采用如下三种方案的任意一种：第一种，采用电压源换流器；第二种，采用相互并联的电压源换流器及旁通开关；第三种，包括电压源换流器、旁通开关、旁通刀闸和两个连接刀闸，其中，电压源换流器与旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接两个连接刀闸的一端，旁通刀闸的两端分别连接两个连接刀闸的另一端。

9.如权利要求8所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述三种方案中，所述电压源换流器为单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联；所述第二种方案和第三种方案中，还包括电感，电感与电压源换流器串联，或者电感与旁通开关串联。

10.如权利要求8所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述旁通开关采用机械开关或电力电子开关，所述电力电子开关是由晶闸管串联构成的阀组或由可关断的全控型功率半导体串联构成的阀组。

11.如权利要求8所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电压源换流器采用两电平换流器、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或堆叠式两电平换流器CTL；其中，所述模块化多电平换流器MMC为半桥子模块组成的模块化多电平换流器，或者全桥子模块组成的模块化多电平换流器，或者半桥子模块和全桥子模块混合组成的模块化多电平换流器。

12.如权利要求11所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述模块化多电平换流器MMC的半桥子模块或全桥子模块带有旁路开关或晶闸管，所述旁路开关或晶闸管并联在半桥子模块或全桥子模块两端，用于旁通半桥子模块或全桥子模块。

13.如权利要求11所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述模块化多电平换流器MMC的半桥子模块还带有保护晶闸管，所述保护晶闸管并联在半桥子模块两端，保护与其并联的可关断的全控型功率半导体的反向二极管。

14.如权利要求8所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电压源换流器由可关断的全控型功率半导体构成，所述可关断的全控型功率半导体采用绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管Power MOSFET、电子注入增强栅晶体IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET。

15.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电流源型阀组或电压源型阀组的每个桥臂均并联避雷器；所述电流源型阀组或电压源型阀组的直流侧均并联避雷器。

16.如权利要求1所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：对于整流侧，所述电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接为所述电流源型阀组的阳极与电压源型阀组的正极连接，或者所述电流源型阀组的阴极与电压源型阀组的负极连接；对于逆变侧，所述电流源型阀组在直流侧与电压源型阀组串联连接为所述电流源型阀组的阴极与电压源型阀组的正极连接，或者所述电流源型阀组的阳极与电压源型阀组的负极连接。

17.如权利要求16所述的一种高压直流输电换流单元，其特征在于：所述电流源型阀组包含电网换相换流器，电流源型阀组的阳极所在端为电网换相换流器的阳极所在端，所述电流源型阀组的阴极所在端为电网换相换流器的阴极所在端；所述电压源型阀组包含电压源换流器，电压源型阀组的正极所在端为电压源换流器的正极所在端，所述电压源型阀组的负极所在端为电压源换流器的负极所在端。

18.一种高压直流输电系统主回路，其特征在于：所述高压直流输电系统主回路整流侧至少由权利要求1-17中任一项所述高压直流输电换流单元组成一个直流极；或者所述高压直流输电系统主回路逆变侧至少由权利要求1-17中任一项所述高压直流输电换流单元组成一个直流极。

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