一种换流器控制装置及换流器的制作方法

1.本技术涉及电力电子换流器技术领域，具体涉及一种换流器控制装置及换流器。


背景技术：

2.基于半控型器件的电网换相型换流器(line-commuted converter，lcc)应用广泛，它借助于换流器件的开通和关断，使流经换流器的电流从一个电流路径转移到另一个电流路径，从而将原本按正弦交变的电压可以转换为直流电压，实现交直流转换。
3.半控型换流器换相的开关器件既可以是不控器件(例如二极管)也可以是半控器件(例如晶闸管)。但是，由于采用的是不控器件或半控器件，因此lcc换流器需要接入一定强度的交流系统以支撑其换流过程，否则，半控型换流器在弱交流系统连接下运行或是交流系统故障时，容易因交流系统电压扰动出现换相失败问题。
4.电压源型换流器(voltage source converter,vsc)采用全控器件(例如igbt)，可以不依赖于交流系统实现交直流转换，但其成本高、损耗大，随着拓扑不同也存在直流侧短路故障清除困难的等其它问题。
5.为解决直流输电系统受端侧换相失败问题，近年来一些学者提出在受端站采用可控换相换流阀，即在原换流阀桥臂中加入可控关断器件，以实现强迫换相，从而有效避免换相失败的发生。新拓扑为大量不控器件、半控器件、全控器件串、并联应用的复杂系统，不同器件的控制方式存在差异，且对故障电流的耐受能力不同，对控制系统提出了极高的要求。
6.现有技术通过检测换相失败或短路故障发生来产生触发信号，且器件的导通时间及开通延时均为固定值，故障检测环节存在一定延时，实时性较差，无法实现各开关单元开通时刻的动态调整，不能满足新拓扑的控制性能要求。


技术实现要素：

7.本技术实施例提供一种换流器控制装置，所述换流器控制装置配置于换流器，所述换流器的上桥臂和下桥臂包括主电路，所述主电路包括串联连接的第一半控功率器件和第一可控关断器件，所述换流器控制装置包括至少一个电流互感器、至少一个第一控制器、第二控制器，所述电流互感器串联于所述换流器的桥臂，用于检测桥臂电流；所述第一控制器与所述第一可控关断器件或所述第一半控功率器件电连接，用于发送所述第一半控功率器件的第一状态信号或所述第一可控关断器件的第二状态信号到第二控制器，并发送来自所述第二控制器的第一触发信号到所述第一半控功率器件，发送第二触发信号到所述第一可控关断器件；所述第二控制器与所述电流互感器和所述至少一个第一控制器通信连接，基于所述桥臂电流产生允许关断信号，基于所述第一状态信号、所述第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生所述第一触发信号和所述第二触发信号。
8.根据一些实施例，所述第二控制器基于所述第一状态信号、阀控信号产生所述第一触发信号，基于所述第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生所述第二触发信号。
9.根据一些实施例，所述主电路还包括第二半控功率器件，与所述第一可控关断器
件并联连接，所述第二半控功率器件还与所述第一控制器电连接，其中，所述第二控制器基于所述桥臂电流产生过流保护信号，基于第二半控功率器件的第三状态信号、阀控信号、所述过流保护信号产生所述第三触发信号；所述第一控制器发送所述第三状态信号到所述第二控制器，并发送来自所述第二控制器的所述第三触发信号到所述第二半控功率器件。
10.根据一些实施例，所述换流器还包括辅助电路，所述辅助电路与所述主电路并联连接，所述辅助电路包括第二可控关断器件，其中，所述第一控制器还发送所述第二可控关断器件的第四状态信号到所述第二控制器；所述第二控制器基于所述第四状态信号、阀控信号、所述允许关断信号产生第四触发信号；所述第一控制器发送来自所述第二控制器的所述第四触发信号到所述第二可控关断器件。
11.根据一些实施例，所述第二控制器包括接口电路、电流比较器和触发脉冲生成器，所述接口电路与所述电流互感器和所述至少一个第一控制器通信连接，接收所述桥臂电流和各状态信号，发送所述触发信号到所述第一控制器；所述电流比较器与所述接口电路连接，基于所述桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号；所述触发脉冲生成器与所述接口电路和所述电流比较器连接，基于所述状态信号、所述阀控信号、所述允许关断信号、所述过流保护信号产生各触发信号。
12.根据一些实施例，所述换流器控制装置还包括第三控制器，所述第三控制器与所述第二控制器电连接或通信连接，接收来自所述第二控制器的换流器信号，发送所述阀控信号到所述第二控制器，所述换流器信号包括换流器正常信号、换流器请求跳闸信号的至少一种。
13.根据一些实施例，所述第一可控关断器件、第二可控关断器件包括igbt、iegt、igct、gto、mosfet、bjt、gtr的至少一种，所述第一半控功率器件、第二半控功率器件包括晶闸管，所述第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号、第四状态信号包括故障信号和/或保护性触发信号。
14.根据一些实施例，所述阀控信号用于控制所述换流器至少一个桥臂，所述阀控信号包括控制信号、值班信号，其中，所述控制信号包括所述触发信号、闭锁信号、投旁通对信号、整流逆变运行方式信号、触发录波信号的至少一种。
15.根据一些实施例，所述电流比较器在所述桥臂电流大于第一基准定值时，产生过流保护信号，在所述桥臂电流小于所述第一基准定值时，产生允许关断信号。
16.根据一些实施例，当所述换流器不包括第二可控关断器件时，所述第一基准定值为所述第一可控关断器件的电流耐受安全值，当所述换流器包括第二可控关断器件时，所述第一基准定值为所述第一可控关断器件和所述第二可控关断器件的电流耐受安全值的最小值。
17.本技术实施例还提供一种换流器，包括如上所述的换流器控制装置。
18.本技术实施例提供的技术方案，通过实时检测换流器桥臂电流，结合器件状态和控制信号来产生半控功率器件和可控关断器件的触发信号，实时性较好，能够实现各器件开通时刻的动态调整，满足新拓扑的控制性能要求。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
20.图1是本技术实施例的一种换流器控制装置示意图。
21.图2为本技术实例的另一种换流器控制装置示意图。
22.图3为本技术实例的又一种换流器控制装置示意图。
23.图4为本技术实例的再一种换流器控制装置示意图。
24.图5为本技术实例的一种第二控制器示意图。
25.图6为本技术实例的一种电流比较器逻辑示意图。
26.图7为本技术实例的一种触发脉冲生成器逻辑示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
28.应当理解，本技术的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本技术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。
29.还应当理解，在此本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本技术。如在本技术说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本技术说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
30.图1是本技术实施例的一种换流器控制装置示意图。
31.如图1所示，换流器控制装置配置于换流器，换流器的上桥臂和下桥臂均包括主电路，主电路包括串联连接的第一半控功率器件11和第一可控关断器件12。
32.换流器控制装置包括电流互感器1、至少一个第一控制器、和第二控制器3。第一控制器设置在换流器上，第二控制器3设置在换流器外部，但并不以此为限。
33.电流互感器1串联于换流器的桥臂，用于检测桥臂电流。
34.在本实施例中有两个第一控制器21和22组成第一控制器组2，但并不以此为限。第一控制器21与第一半控功率器件11电连接，第一控制器22与第一可控关断器件12电连接，用于发送第一半控功率器件11的第一状态信号和第一可控关断器件12的第二状态信号到第二控制器3，并发送来自第二控制器3的第一触发信号到第一半控功率器件11，发送第二触发信号到第一可控关断器件12。
35.第二控制器3与电流互感器1和第一控制器21、第一控制器22通信连接，基于桥臂电流产生允许关断信号，基于第一状态信号、第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第一触发信号和第二触发信号。
36.第二控制器3基于第一状态信号、阀控信号产生第一触发信号，基于第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第二触发信号，如图7所示。
37.第二控制器3包括接口电路31、电流比较器32和触发脉冲生成器33，如图5所示。
38.接口电路31与电流互感器1和第一控制器21、第一控制器22通信连接，接收桥臂电流和各器件状态信号，发送器件对应的触发信号到第一控制器21和第一控制器22。
39.电流比较器32与接口电路31连接，基于桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号。
40.触发脉冲生成器33与接口电路31和电流比较器32连接，基于各器件状态信号、阀控信号、允许关断信号、过流保护信号产生各器件对应的触发信号。阀控信号用于控制换流器至少一个桥臂，阀控信号包括但不限于控制信号、值班信号，其中，控制信号包括但不限于触发信号、闭锁信号、投旁通对信号、整流逆变运行方式信号、触发录波信号的至少一种。
41.根据一些实施例，第一可控关断器件12包括但不限于igbt(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极型晶体管)、iegt(injection enhanced gate transistor,电子注入增强栅晶体管)、igct(integrated gate commutated thyristors,集成门极换流晶闸管)、gto(gate turn-off thyristor，门极可关断晶闸管)、mosfet(电力场效应晶体管)、bjt(bipolarjunction transistor,双极结型晶体管)、gtr(giant transistor,电力晶体管)的至少一种，第一半控功率器件11包括但不限于晶闸管。第一状态信号、第二状态信号包括故障信号和/或保护性触发信号。
42.电流比较器32在桥臂电流大于第一基准定值时，产生过流保护信号，在桥臂电流小于第一基准定值时，产生允许关断信号，如图6所示。
43.在本实施例中，第一基准定值为第一可控关断器件12的电流耐受安全值，并不以此为限。
44.图2是本技术实施例的另一种换流器控制装置示意图。
45.如图2所示，换流器控制装置配置于换流器，换流器的上桥臂和下桥臂均包括主电路。主电路包括串联连接的第一半控功率器件11和第一可控关断器件12，还包括第二半控功率器件13，第二半控功率器件13与第一可控关断器件12并联连接。第二半控功率器件13在第一可控关断器件12过流时触发投入进行电流保护。
46.换流器控制装置包括电流互感器1、至少一个第一控制器和第二控制器3。第一控制器设置在换流器上，第二控制器3设置在换流器外部，但并不以此为限。
47.电流互感器1串联于换流器的桥臂，用于检测桥臂电流。
48.在本实施例中有三个第一控制器21、22、23组成第一控制器组2，但并不以此为限。第一控制器21与第一半控功率器件11电连接，第一控制器22与第一可控关断器件12电连接，第一控制器23与第二半控功率器件13电连接，用于发送第一半控功率器件11的第一状态信号、第一可控关断器件12的第二状态信号和第二半控功率器件13的第三状态信号到第二控制器3，并通过第一控制器发送来自第二控制器3的第一触发信号到第一半控功率器件11，发送第二触发信号到第一可控关断器件12，发送第三触发信号到第二半控功率器件13。
49.第二控制器3与电流互感器1和第一控制器21、第一控制器22、第一控制器23通信连接，基于桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号，基于第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号阀控信号、允许关断信号产生第一触发信号、第二触发信号和第三触发信
号。
50.第二控制器3基于第一状态信号、阀控信号产生第一触发信号，基于第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第二触发信号，基于第三状态信号、阀控信号、过流保护信号产生第三触发信号，如图7所示。
51.第二控制器3包括接口电路31、电流比较器32和触发脉冲生成器33，如图5所示。
52.接口电路31与电流互感器1和第一控制器21、第一控制器22、第一控制器23通信连接，接收桥臂电流和各器件状态信号，发送器件对应的触发信号到第一控制器21、第一控制器22、第一控制器23。
53.电流比较器32与接口电路31连接，基于桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号。
54.触发脉冲生成器33与接口电路31和电流比较器32连接，基于各器件状态信号、阀控信号、允许关断信号、过流保护信号产生各器件对应的触发信号。阀控信号用于控制换流器至少一个桥臂，阀控信号包括但不限于控制信号、值班信号，其中，控制信号包括但不限于触发信号、闭锁信号、投旁通对信号、整流逆变运行方式信号、触发录波信号的至少一种。
55.根据一些实施例，第一可控关断器件12包括但不限于igbt、iegt、igct、gto、mosfet、bjt、gtr的至少一种，第一半控功率器件11、第二半控功率器件13包括但不限于晶闸管。第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号包括故障信号和/或保护性触发信号。
56.电流比较器32在桥臂电流大于第一基准定值时，产生过流保护信号，在桥臂电流小于第一基准定值时，产生允许关断信号，如图6所示。
57.在本实施例中，第一基准定值为第一可控关断器件12的电流耐受安全值，并不以此为限。
58.图3是本技术实施例的又一种换流器控制装置示意图。
59.如图3所示，换流器控制装置配置于换流器，换流器的上桥臂和下桥臂均包括并联连接的主电路和辅助电路。主电路包括串联连接的第一半控功率器件11和第一可控关断器件12，还包括第二半控功率器件13，第二半控功率器件13与第一可控关断器件12并联连接。辅助电路包括第二可控关断器件14。第二可控关断器件14在换流器需要辅助换相时触发投入以进行辅助换相。
60.换流器控制装置包括电流互感器1、至少一个第一控制器和第二控制器3。第一控制器设置在换流器上，第二控制器3设置在换流器外部，但并不以此为限。
61.电流互感器1串联于换流器的桥臂，用于检测桥臂电流。
62.在本实施例中有四个第一控制器21、22、23、24组成第一控制器组2，但并不以此为限。第一控制器21与第一半控功率器件11连接，第一控制器22与第一可控关断器件12连接，第一控制器23与第二半控功率器件13连接，第一控制器24与第二可控关断器件14连接，用于发送第一半控功率器件11的第一状态信号、第一可控关断器件12的第二状态信号、第二半控功率器件13的第三状态信号和第二可控关断器件13的第四状态信号到第二控制器3，并通过第一控制器发送来自第二控制器3的第一触发信号到第一半控功率器件11，发送第二触发信号到第一可控关断器件12，发送第三触发信号到第二半控功率器件13，发送第四触发信号到第二可控关断器件14。
63.第二控制器3与电流互感器1和第一控制器21、22、23、24通信连接，基于桥臂电流
产生过流保护信号或允许关断信号，基于第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号、第四状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第一触发信号、第二触发信号、第三触发信号和第四触发信号。
64.第二控制器3基于第一状态信号、阀控信号产生第一触发信号，基于第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第二触发信号，基于第三状态信号、阀控信号、过流保护信号产生第三触发信号，基于第四状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第四触发信号，如图7所示。
65.第二控制器3包括接口电路31、电流比较器32和触发脉冲生成器33，如图5所示。
66.接口电路31与电流互感器1和第一控制器21、22、23、24通信连接，接收桥臂电流和各器件状态信号，发送器件对应的触发信号到第一控制器。
67.电流比较器32与接口电路31连接，基于桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号。
68.触发脉冲生成器33与接口电路31和电流比较器32连接，基于各器件状态信号、阀控信号、允许关断信号、过流保护信号产生各器件对应的触发信号。阀控信号用于控制换流器至少一个桥臂，阀控信号包括但不限于控制信号、值班信号，其中，控制信号包括但不限于触发信号、闭锁信号、投旁通对信号、整流逆变运行方式信号、触发录波信号的至少一种。
69.根据一些实施例，第一可控关断器件12、第二可控关断器件14包括但不限于igbt、iegt、igct、gto、mosfet、bjt、gtr的至少一种，第一半控功率器件11、第二半控功率器件13包括但不限于晶闸管。第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号、第四状态信号包括故障信号和/或保护性触发信号。
70.电流比较器32在桥臂电流大于第一基准定值时，产生过流保护信号，在桥臂电流小于第一基准定值时，产生允许关断信号，如图6所示。
71.在本实施例中，第一基准定值为第一可控关断器件12和第二可控关断器件14的电流耐受安全值的最小值，并不以此为限。
72.图4是本技术实施例的再一种换流器控制装置示意图。
73.如图4所示，换流器控制装置配置于换流器，换流器的上桥臂和下桥臂均包括并联连接的主电路和辅助电路。主电路包括串联连接的第一半控功率器件11和第一可控关断器件12，还包括第二半控功率器件13，第二半控功率器件13与第一可控关断器件12并联连接。辅助电路包括第二可控关断器件14。第二可控关断器件14在换流器需要辅助换相时触发投入以进行辅助换相。
74.换流器控制装置包括电流互感器1、至少一个第一控制器、第二控制器3和第三控制器4。第一控制器设置在换流器上，第二控制器3设置在换流器外部。第三控制器4作为换流器总控基本的控制装置进行总体控制，但并不以此为限。
75.电流互感器1串联于换流器的桥臂，用于检测桥臂电流。
76.在本实施例中有四个第一控制器21、22、23、24组成第一控制器组2，但并不以此为限，根据电路变化第一控制器组2也可以有n个第一控制器21、22、......、2n。第一控制器21与第一半控功率器件11连接，第一控制器22与第一可控关断器件12连接，第一控制器23与第二半控功率器件13连接，第一控制器24与第二可控关断器件14连接，用于发送第一半控功率器件11的第一状态信号、第一可控关断器件12的第二状态信号、第二半控功率器件13
的第三状态信号和第二可控关断器件14的第四状态信号到第二控制器3，并发送来自第二控制器3的第一触发信号到第一半控功率器件11，发送第二触发信号到第一可控关断器件12，发送第三触发信号到第二半控功率器件13，发送第四触发信号到第二可控关断器件14。
77.第二控制器3与电流互感器1和第一控制器21、22、23、24通信连接，基于桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号，基于第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号、第四状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第一触发信号、第二触发信号、第三触发信号和第四触发信号。
78.第二控制器3基于第一状态信号、阀控信号产生第一触发信号，基于第二状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第二触发信号，基于第三状态信号、阀控信号、过流保护信号产生第三触发信号，基于第四状态信号、阀控信号、允许关断信号产生第四触发信号，如图7所示。
79.第三控制器4与第二控制器3电连接或通信连接，接收来自第二控制器3的换流器信号，发送阀控信号到第二控制器3，换流器信号包括但不限于换流器正常信号、换流器请求跳闸信号的至少一种。
80.第二控制器3包括接口电路31、电流比较器32和触发脉冲生成器33，如图5所示。
81.接口电路31与电流互感器1、第一控制器21、第一控制器22、第一控制器23、第一控制器24、第三控制器4通信连接，接收桥臂电流和各器件状态信号以及阀控信号，发送器件对应的触发信号到对应的第一控制器，发送换流器信号到第三控制器4。
82.电流比较器32与接口电路31连接，基于桥臂电流产生过流保护信号或允许关断信号。
83.触发脉冲生成器33与接口电路31和电流比较器32连接，基于各器件状态信号、阀控信号、允许关断信号、过流保护信号产生各器件对应的触发信号。阀控信号用于控制换流器至少一个桥臂，阀控信号包括但不限于控制信号、值班信号，其中，控制信号包括但不限于触发信号、闭锁信号、投旁通对信号、整流逆变运行方式信号、触发录波信号的至少一种。
84.根据一些实施例，第一可控关断器件12、第二可控关断器件14包括但不限于igbt、iegt、igct、gto、mosfet、bjt、gtr的至少一种，第一半控功率器件11、第二半控功率器件13包括但不限于晶闸管。第一状态信号、第二状态信号、第三状态信号、第四状态信号包括故障信号和/或保护性触发信号。
85.电流比较器32在桥臂电流大于第一基准定值时，产生过流保护信号，在桥臂电流小于第一基准定值时，产生允许关断信号，如图6所示。
86.在本实施例中，第一基准定值为第一可控关断器件12和第二可控关断器件14的电流耐受安全值的最小值，并不以此为限。
87.本技术还提供一种换流器，包括如上所述的换流器控制装置。
88.本技术实施例提供的技术方案，通过实时检测换流器桥臂电流，结合器件状态和控制信号来产生半控功率器件和可控关断器件的触发信号，实时性较好，能够实现各器件开通时刻的动态调整，满足新拓扑的控制性能要求。
89.以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范围，凡是按照本技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本技术保护范围之内。