一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊換流器的電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊換流器的電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于電網(wǎng)換相高壓直流輸電(line-commutatedconverterhigh voltage directcurrent，LCC-HVDC)采用無自關(guān)斷能力的普通晶閘管作為換流元件，只能對元件的開通進行控制，元件的關(guān)斷是靠交流電流每周期過零點來實現(xiàn)的。因此LCC-HVDC系統(tǒng)需要一定強度的交流系統(tǒng)來實現(xiàn)換相，這使得LCC-HVDC在交流系統(tǒng)發(fā)生故障交流母線電壓降低時客觀上存在著換相失敗的可能。
[0003]換相失敗可能會導(dǎo)致許多非常嚴(yán)重的后果。換相失敗會引起換流變壓器直流偏磁，換流閥過熱，過電壓等問題，在多饋入直流系統(tǒng)中，各個LCC-HVDC系統(tǒng)之間及交直流系統(tǒng)之間有很強的耦合。當(dāng)某一直流子系統(tǒng)附近的交流線路發(fā)生故障時，通常會導(dǎo)致多個換流器的同時或級聯(lián)換相失敗。多條LCC-HVDC同時或級聯(lián)換相閉鎖時，將導(dǎo)致直流通道的功率大范圍轉(zhuǎn)移到交流通道，造成交流通道阻塞，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來巨大沖擊。
[0004]為了提高交直流系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，在直流輸電領(lǐng)域?qū)χ绷鲹Q相技術(shù)進行了大量的研究。傳統(tǒng)的做法有利用輔助閥的人工換相、利用迭加諧波電壓的單步人工換相、采用串聯(lián)電容器換相換流器(capacitor commutatedconverter, CCC)技術(shù)等。但是CCC存在以下問題:不對稱故障時故障恢復(fù)時間明顯長于LCC ;在換相故障時，電容器持續(xù)充電至過電壓，換流器將失去自恢復(fù)能力；引入的電容器造成直流輸電系統(tǒng)中的電流諧波污染。與CCC把電容器放在換流變壓器閥側(cè)不同，采用可控串聯(lián)電容器換流器(controlled seriescapacitor converter, CSCC)技術(shù)把電容器放在換流變壓器網(wǎng)側(cè)，并可對電容值進行動態(tài)調(diào)整，但本質(zhì)與CCC相似，仍然存在上述問題，而且其對濾波裝置的跟隨特性要求更高。
[0005]因此，提供一種能夠提高傳統(tǒng)直流輸電在故障情況下抵御換相失敗的能力，同時，在正常工作狀態(tài)下不會給系統(tǒng)造成諧波問題的拓撲結(jié)構(gòu)顯得格外重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊(ant1-parallel thyristor based Full bridge submodule，APT-FBSM)的電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)。
[0007]實現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:在換流器和換流變壓器每相之間分別串入APT-FBSM。
[0008]優(yōu)選的，所述的APT-FBSM由四組晶閘管和一個電容器構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選的，所述的四組晶閘管，每組晶閘管均由兩個晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成。
[0010]優(yōu)選的，所述的APT-FBSM有三種工作狀態(tài): (1)在交流系統(tǒng)正常運行，電容電壓低于初始給定值時且閥臂處于開通過程(閥臂從關(guān)斷到導(dǎo)通過程)時，對對其所串聯(lián)的APT-FBSM進行預(yù)充電；
(2)在交流系統(tǒng)正常運行或故障情況下，閥臂處于非換相過程且電容電壓滿足設(shè)定值時，APT-FBSM的電容器旁路；
(3)在交流系統(tǒng)故障情況下，控制正在換相導(dǎo)通的閥臂所串聯(lián)的APT-FBSM電容器投入運行，為換相過程提供輔助換相電壓，增大換相面積，利于換相成功。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)所述的APT-FBSM處于所述工作狀態(tài)一時，若子模塊電容電壓達到額定值，則立即切換為工作狀態(tài)二，使電容旁路，保持電容電壓不變。
[0012]優(yōu)選的，當(dāng)所述的APT-FBSM處于所述工作狀態(tài)三時，換相導(dǎo)通的閥臂APT-FBSM電容進行放電，電容電壓逐漸減小，電流逐漸增大；當(dāng)換相導(dǎo)通的閥臂電流達到直流電流額定值，換相關(guān)斷的閥臂電流降為零的時候，換相過程結(jié)束，電容電壓減小到零附近，此時，APT-FBSM晶閘管的觸發(fā)信號不變，對電容器進行反向充電；電容電壓反向充到額定值時，切換為狀態(tài)二，為下一次的換相過程做好準(zhǔn)備。
[0013]優(yōu)選的，交流系統(tǒng)故障期間，每相串聯(lián)的APT-FBSM對該相的上下兩個閥臂都可以起到輔助換相的作用。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
1、本發(fā)明提供的一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)，在交流系統(tǒng)故障時可以控制APT-FBSM中的電容為換流器閥臂提供輔助換相電壓，有效地抑制傳統(tǒng)電網(wǎng)換相換流器換相失敗的發(fā)生，提高傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)的輸電能力。
[0015]2、本發(fā)明提供的一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)，在正常工作時電容器不投入使用，延長電容的使用壽命，同時不會加大直流側(cè)系統(tǒng)的諧波問題。
[0016]3、本發(fā)明提供的一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)，采用晶閘管構(gòu)成的全橋結(jié)構(gòu)對電容器的投入和退出靈活控制，使子模塊電容電壓得到控制，保證APT-FBSM的正常運行，避免出現(xiàn)因電容電壓失控而使換流器失去自恢復(fù)能力的問題。
[0017]4、與現(xiàn)有技術(shù)CN201410193488.4采用IGBT和二極管構(gòu)成可控子模塊串聯(lián)于換流器閥臂不同，本發(fā)明的APT-FBSM采用的器件是晶閘管，通過反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成的可控子模塊串聯(lián)在換流閥和換流變壓器之間。
[0018]5、現(xiàn)有技術(shù)CN201410081076.1公開了一種強迫換相橋路，該技術(shù)是對換流器閥臂進行拓撲改造，而且每個閥臂都需要配置一個電容器。而本發(fā)明是在換流器和換流變壓器每相之間分別串入APT-FBSM，沒有對換流器閥臂進行拓撲改造，同時每相只需配置一個電容器。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0020]圖1是:本發(fā)明提供的一種基于反并聯(lián)晶閘管全橋子模塊電網(wǎng)換相換流器結(jié)構(gòu)圖；
圖2是:本發(fā)明實施例中APT-FBSM預(yù)充電原理圖；
圖3是:本發(fā)明實施例中APT-FBSM電容旁路時，電流流通路徑圖；
圖4是:本發(fā)明實施例中APT-FBSM輔助換相時，電流流通路徑圖； 圖5是:本發(fā)明實施例中APT-FBSM輔助換相結(jié)束后電容反方向充電，電流流通路徑圖；
其中，VT1-VT6為換流器閥臂晶閘管；APT-FBSM為基于反并聯(lián)晶閘管的全橋子模塊；VT11~VT14、VT41~VT44 為 APT-FBSM 的內(nèi)部晶閘管，Cl 為 APT-FBSM 的電容器；ea、eb、ec為APT-FBSM的閥側(cè)電壓；ea’、eb’、e?！癁锳PT-FBSM的換流變壓器側(cè)電壓。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0022]本發(fā)明提供了一