一种基于反并联晶闸管全桥子模块换流器的电网换相换流器结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及输配电技术领域，具体涉及一种基于反并联晶闸管全桥子模块换流器的电网换相换流器结构。
【背景技术】
[0002]由于电网换相高压直流输电(line-commutatedconverterhigh voltage directcurrent，LCC-HVDC)采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，只能对元件的开通进行控制，元件的关断是靠交流电流每周期过零点来实现的。因此LCC-HVDC系统需要一定强度的交流系统来实现换相，这使得LCC-HVDC在交流系统发生故障交流母线电压降低时客观上存在着换相失败的可能。
[0003]换相失败可能会导致许多非常严重的后果。换相失败会引起换流变压器直流偏磁，换流阀过热，过电压等问题，在多馈入直流系统中，各个LCC-HVDC系统之间及交直流系统之间有很强的耦合。当某一直流子系统附近的交流线路发生故障时，通常会导致多个换流器的同时或级联换相失败。多条LCC-HVDC同时或级联换相闭锁时，将导致直流通道的功率大范围转移到交流通道，造成交流通道阻塞，对电网安全稳定运行带来巨大冲击。
[0004]为了提高交直流系统运行的安全稳定性，在直流输电领域对直流换相技术进行了大量的研究。传统的做法有利用辅助阀的人工换相、利用迭加谐波电压的单步人工换相、采用串联电容器换相换流器(capacitor commutatedconverter, CCC)技术等。但是CCC存在以下问题:不对称故障时故障恢复时间明显长于LCC ;在换相故障时，电容器持续充电至过电压，换流器将失去自恢复能力；引入的电容器造成直流输电系统中的电流谐波污染。与CCC把电容器放在换流变压器阀侧不同，采用可控串联电容器换流器(controlled seriescapacitor converter, CSCC)技术把电容器放在换流变压器网侧，并可对电容值进行动态调整，但本质与CCC相似，仍然存在上述问题，而且其对滤波装置的跟随特性要求更高。
[0005]因此，提供一种能够提高传统直流输电在故障情况下抵御换相失败的能力，同时，在正常工作状态下不会给系统造成谐波问题的拓扑结构显得格外重要。
【发明内容】
[0006]为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于反并联晶闸管全桥子模块(ant1-parallel thyristor based Full bridge submodule，APT-FBSM)的电网换相换流器结构。
[0007]实现上述目的所采用的解决方案为:在换流器和换流变压器每相之间分别串入APT-FBSM。
[0008]优选的，所述的APT-FBSM由四组晶闸管和一个电容器构成桥式结构。
[0009]优选的，所述的四组晶闸管，每组晶闸管均由两个晶闸管反并联构成。
[0010]优选的，所述的APT-FBSM有三种工作状态: (1)在交流系统正常运行，电容电压低于初始给定值时且阀臂处于开通过程(阀臂从关断到导通过程)时，对对其所串联的APT-FBSM进行预充电；
(2)在交流系统正常运行或故障情况下，阀臂处于非换相过程且电容电压满足设定值时，APT-FBSM的电容器旁路；
(3)在交流系统故障情况下，控制正在换相导通的阀臂所串联的APT-FBSM电容器投入运行，为换相过程提供辅助换相电压，增大换相面积，利于换相成功。
[0011]优选的，当所述的APT-FBSM处于所述工作状态一时，若子模块电容电压达到额定值，则立即切换为工作状态二，使电容旁路，保持电容电压不变。
[0012]优选的，当所述的APT-FBSM处于所述工作状态三时，换相导通的阀臂APT-FBSM电容进行放电，电容电压逐渐减小，电流逐渐增大；当换相导通的阀臂电流达到直流电流额定值，换相关断的阀臂电流降为零的时候，换相过程结束，电容电压减小到零附近，此时，APT-FBSM晶闸管的触发信号不变，对电容器进行反向充电；电容电压反向充到额定值时，切换为状态二，为下一次的换相过程做好准备。
[0013]优选的，交流系统故障期间，每相串联的APT-FBSM对该相的上下两个阀臂都可以起到辅助换相的作用。
[0014]与现有技术相比，本发明的优异效果是:
1、本发明提供的一种基于反并联晶闸管全桥子模块电网换相换流器结构，在交流系统故障时可以控制APT-FBSM中的电容为换流器阀臂提供辅助换相电压，有效地抑制传统电网换相换流器换相失败的发生，提高传统直流输电系统的输电能力。
[0015]2、本发明提供的一种基于反并联晶闸管全桥子模块电网换相换流器结构，在正常工作时电容器不投入使用，延长电容的使用寿命，同时不会加大直流侧系统的谐波问题。
[0016]3、本发明提供的一种基于反并联晶闸管全桥子模块电网换相换流器结构，采用晶闸管构成的全桥结构对电容器的投入和退出灵活控制，使子模块电容电压得到控制，保证APT-FBSM的正常运行，避免出现因电容电压失控而使换流器失去自恢复能力的问题。
[0017]4、与现有技术CN201410193488.4采用IGBT和二极管构成可控子模块串联于换流器阀臂不同，本发明的APT-FBSM采用的器件是晶闸管，通过反并联晶闸管构成的可控子模块串联在换流阀和换流变压器之间。
[0018]5、现有技术CN201410081076.1公开了一种强迫换相桥路，该技术是对换流器阀臂进行拓扑改造，而且每个阀臂都需要配置一个电容器。而本发明是在换流器和换流变压器每相之间分别串入APT-FBSM，没有对换流器阀臂进行拓扑改造，同时每相只需配置一个电容器。
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0020]图1是:本发明提供的一种基于反并联晶闸管全桥子模块电网换相换流器结构图；
图2是:本发明实施例中APT-FBSM预充电原理图；
图3是:本发明实施例中APT-FBSM电容旁路时，电流流通路径图；
图4是:本发明实施例中APT-FBSM辅助换相时，电流流通路径图； 图5是:本发明实施例中APT-FBSM辅助换相结束后电容反方向充电，电流流通路径图；
其中，VT1-VT6为换流器阀臂晶闸管；APT-FBSM为基于反并联晶闸管的全桥子模块；VT11~VT14、VT41~VT44 为 APT-FBSM 的内部晶闸管，Cl 为 APT-FBSM 的电容器；ea、eb、ec为APT-FBSM的阀侧电压；ea’、eb’、e。’为APT-FBSM的换流变压器侧电压。
【具体实施方式】
[0021 ] 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。
[0022]本发明提供了一