一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊換流器的電網換相換流器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輸配電技術領域，具體涉及一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊換流器的電網換相換流器結構。
【背景技術】
[0002]由于電網換相高壓直流輸電(line-commutatedconverterhigh voltage directcurrent，LCC-HVDC)采用無自關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，元件的關斷是靠交流電流每周期過零點來實現的。因此LCC-HVDC系統需要一定強度的交流系統來實現換相，這使得LCC-HVDC在交流系統發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]換相失敗可能會導致許多非常嚴重的后果。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，在多饋入直流系統中，各個LCC-HVDC系統之間及交直流系統之間有很強的耦合。當某一直流子系統附近的交流線路發生故障時，通常會導致多個換流器的同時或級聯換相失敗。多條LCC-HVDC同時或級聯換相閉鎖時，將導致直流通道的功率大范圍轉移到交流通道，造成交流通道阻塞，對電網安全穩定運行帶來巨大沖擊。
[0004]為了提高交直流系統運行的安全穩定性，在直流輸電領域對直流換相技術進行了大量的研究。傳統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、采用串聯電容器換相換流器(capacitor commutatedconverter, CCC)技術等。但是CCC存在以下問題:不對稱故障時故障恢復時間明顯長于LCC ;在換相故障時，電容器持續充電至過電壓，換流器將失去自恢復能力；引入的電容器造成直流輸電系統中的電流諧波污染。與CCC把電容器放在換流變壓器閥側不同，采用可控串聯電容器換流器(controlled seriescapacitor converter, CSCC)技術把電容器放在換流變壓器網側，并可對電容值進行動態調整，但本質與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，在正常工作狀態下不會給系統造成諧波問題的拓撲結構顯得格外重要。
【發明內容】
[0006]為了滿足現有技術的需要，本發明提供了一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊(ant1-parallel thyristor based Full bridge submodule，APT-FBSM)的電網換相換流器結構。
[0007]實現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]優選的，所述的APT-FBSM由四組晶閘管和一個電容器構成橋式結構。
[0009]優選的，所述的四組晶閘管，每組晶閘管均由兩個晶閘管反并聯構成。
[0010]優選的，所述的APT-FBSM有三種工作狀態: (1)在交流系統正常運行，電容電壓低于初始給定值時且閥臂處于開通過程(閥臂從關斷到導通過程)時，對對其所串聯的APT-FBSM進行預充電；
(2)在交流系統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定值時，APT-FBSM的電容器旁路；
(3)在交流系統故障情況下，控制正在換相導通的閥臂所串聯的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]優選的，當所述的APT-FBSM處于所述工作狀態一時，若子模塊電容電壓達到額定值，則立即切換為工作狀態二，使電容旁路，保持電容電壓不變。
[0012]優選的，當所述的APT-FBSM處于所述工作狀態三時，換相導通的閥臂APT-FBSM電容進行放電，電容電壓逐漸減小，電流逐漸增大；當換相導通的閥臂電流達到直流電流額定值，換相關斷的閥臂電流降為零的時候，換相過程結束，電容電壓減小到零附近，此時，APT-FBSM晶閘管的觸發信號不變，對電容器進行反向充電；電容電壓反向充到額定值時，切換為狀態二，為下一次的換相過程做好準備。
[0013]優選的，交流系統故障期間，每相串聯的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]與現有技術相比，本發明的優異效果是:
1、本發明提供的一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊電網換相換流器結構，在交流系統故障時可以控制APT-FBSM中的電容為換流器閥臂提供輔助換相電壓，有效地抑制傳統電網換相換流器換相失敗的發生，提高傳統直流輸電系統的輸電能力。
[0015]2、本發明提供的一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊電網換相換流器結構，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系統的諧波問題。
[0016]3、本發明提供的一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊電網換相換流器結構，采用晶閘管構成的全橋結構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，避免出現因電容電壓失控而使換流器失去自恢復能力的問題。
[0017]4、與現有技術CN201410193488.4采用IGBT和二極管構成可控子模塊串聯于換流器閥臂不同，本發明的APT-FBSM采用的器件是晶閘管，通過反并聯晶閘管構成的可控子模塊串聯在換流閥和換流變壓器之間。
[0018]5、現有技術CN201410081076.1公開了一種強迫換相橋路，該技術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]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0020]圖1是:本發明提供的一種基于反并聯晶閘管全橋子模塊電網換相換流器結構圖；
圖2是:本發明實施例中APT-FBSM預充電原理圖；
圖3是:本發明實施例中APT-FBSM電容旁路時，電流流通路徑圖；
圖4是:本發明實施例中APT-FBSM輔助換相時，電流流通路徑圖； 圖5是:本發明實施例中APT-FBSM輔助換相結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為基于反并聯晶閘管的全橋子模塊；VT11~VT14、VT41~VT44 為 APT-FBSM 的內部晶閘管，Cl 為 APT-FBSM 的電容器；ea、eb、ec為APT-FBSM的閥側電壓；ea’、eb’、e。’為APT-FBSM的換流變壓器側電壓。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0022]本發明提供了一