电容辅助关断的桥臂电路、换流器及方法和装置、系统与流程

本技术涉及高压直流输电，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：

1、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。

2、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。

技术实现思路

1、本技术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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

12、本技术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。

13、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。

14、本技术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。

15、本技术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。

16、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。

17、本技术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。

18、本技术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。