CN115764968A - 一种混合换流器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直流输电技术领域，涉及一种混合换流器及其控制方法，包括三种工作状态，正常工作状态，故障穿越状态，旁路退出状态。正常工作状态下，控制待换相桥臂主支路全控型子换流器较大延时分断；故障穿越状态下，控制待换相桥臂主支路全控型子换流器较小延时分断；旁路退出状态下，立即始终触发所有桥臂主支路全控型子换流器旁路支路，始终闭锁所有桥臂主支路全控型子换流器及辅助支路。本发明能够有效减小混合换流器稳态运行损耗，切实避免交流故障时的换相失败，可靠保证严重故障下全控型子换流器设备安全，且实现简单，可靠性高，便于工程应用。
Description
技术领域
本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种混合换流器及其控制方法。
背景技术
常规高压直流输电(LCC-HVDC)技术具有应用成熟、成本低、损耗小等优势，但由于常规直流输电技术采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，因此LCC-HVDC的运行容易受交流电网的影响，当交流电网发生故障时，LCC-HVDC容易发生换相失败。
主动换相的混合换流器通过对LCC-HVDC桥臂进行改造，将单个桥臂改造为由主支路、辅助支路并联构成，主、辅支路均含有半控型晶闸管换流器，此外主支路还串联有一个低压大电流全控型换流器，辅助支路则串联有高压小电流全控型换流器，通过全控型换流器的可控关断特性，实现主、辅支路和不同桥臂间的主动换相，从而可以有效避免换相失败发生。
改造后的主动换相的混合换流器控制需要满足如下条件：(1)稳态运行时低损耗；(2)交流故障时可靠辅助换相；(3)保护闭锁时保障自身设备安全。
然而，针对主动换相的混合换流器稳态运行和交流故障时，如何控制全控型子换流器分断，严重故障时如何实现自我保护，尚无系统且有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合换流器及其控制方法，用以降低稳态运行损耗，解决交流故障时的换相失败问题，同时实现严重故障下全控型子换流器保护。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合换流器控制方法，采用如下方案中的至少一种方案进行混合换流器控制：
方案一：若混合换流器处于正常工作状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较大延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
方案二：若混合换流器处于故障穿越状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较小延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
其中，预换相桥臂为将要导通的桥臂，待换相桥臂为将要关断的桥臂；混合换流器包括六个桥臂，每个桥臂包括并联的主支路和辅助支路，主支路上串设有半控型子换流器和全控型子换流器，全控型子换流器两端并联有旁路支路；辅助支路上串设有全控型子换流器和半控型子换流器；较大延时时间大于较小延时时间。
其有益效果为：本发明正常运行时主支路全控型子换流器分断采用大延时模式，确保全控型子换流器小电流或零电流分断，能够有效减小混合换流器稳态运行损耗；交流故障时主支路全控型子换流器分断采用小延时模式，保证全控型子换流器迅速辅助换相，能够切实避免换相失败。
进一步地，本发明的混合换流器控制方法还采用方案三进行混合换流器控制；方案三：旁路退出状态下，立即触发所有桥臂主支路上全控型子换流器的旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路上全控型子换流器及辅助支路。
其有益效果为：严重故障时，通过旁路所有桥臂主支路全控型子换流器及闭锁所有桥臂辅助支路，能够避免严重故障下全控型子换流器不必要的过应力，可靠保证全控型子换流器设备安全。
进一步地，若换流器解锁运行、无交流故障信号且无保护闭锁信号，则判定混合换流器处于正常工作状态。
其有益效果为：通过不同信号以区分不同状态，并根据不同状态采取相应的措施，可靠保证混合换流器设备安全。
进一步地，若换流器解锁运行、有交流故障信号且无保护闭锁信号，则判定混合换流器处于故障穿越状态。
其有益效果为：通过不同信号以区分不同状态，并根据不同状态采取相应的措施，可靠保证混合换流器设备安全。
进一步地，若换流器解锁运行且有保护闭锁信号，则判定混合换流器处于旁路退出状态。
其有益效果为：通过不同信号以区分不同状态，并根据不同状态采取相应的措施，可靠保证混合换流器设备安全。
进一步地，若交流母线电压零序分量绝对值大于第一设定阈值或交流电压幅值跌落量大于第二设定阈值，则判定有交流故障信号，否则判定无交流故障信号。
其有益效果为：通过设定阈值判断是否出现交流故障，使设备能够可靠运行。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种混合换流器，包括六个桥臂，每个桥臂包括并联的主支路和辅助支路，主支路包括串联的半控型子换流器和全控型子换流器，全控型子换流器两端并联有旁路支路；辅助支路包括串联的全控型子换流器和半控型子换流器；混合换流器用于采用如下方案中的至少一种方案进行混合换流器控制：方案一：若混合换流器处于正常工作状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较大延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
方案二：若混合换流器处于故障穿越状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较小延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
其中，预换相桥臂为将要导通的桥臂，待换相桥臂为将要关断的桥臂；较大延时时间大于较小延时时间。
其有益效果为：本发明的混合换流器稳态运行时主支路全控型子换流器分断采用大延时模式，确保全控型子换流器小电流或零电流分断，能够有效减小混合换流器稳态运行损耗；交流故障时主支路全控型子换流器分断采用小延时模式，保证全控型子换流器迅速辅助换相，能够切实避免换相失败。
进一步地，旁路支路上设有半控型子换流器。
其有益效果为：旁路支路上设有半控型子换流器，有效避免严重故障下全控型子换流器不必要的过应力，可靠保证全控型子换流器设备安全。
进一步地，主支路全控型子换流器、辅助支路半控型子换流器和全控型子换流器的两端均并联有避雷器。
其有益效果为：并联避雷器以限制其两端过电压，防止过电压损坏设备。
混合换流器还用于采用方案三进行混合换流器控制；
方案三：旁路退出状态下，立即触发所有桥臂主支路上全控型子换流器的旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路上全控型子换流器及辅助支路；旁路退出状态下的操作具有最高控制优先级。
其有益效果为：严重故障时，系统需要闭锁停运，因此已无主动换相必要，通过旁路所有桥臂主支路全控型子换流器及闭锁所有桥臂辅助支路，能够避免严重故障下全控型子换流器不必要的过应力，可靠保证全控型子换流器设备安全。
附图说明
图1是本发明的混合换流器拓扑结构示意图；
图2是本发明的混合换流器控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
混合换流器的实施例：
如图1所示，该混合换流器由V1、V2、V3、V4、V5、V6六个相同结构的桥臂组成。以桥臂V1为例，每个桥臂又由V11、V12、V13、V14四个子换流器组成。其中，V11和V12串联组成主支路，V13和V14串联组成辅助支路，主支路和辅助支路为并联结构。V11和V14为半控型晶闸管换流器，V12由全控型子换流器支路和半控型晶闸管旁路支路并联组成，V13为全控型子换流器。各子换流器均配置有相应的阻尼和均压支路，V12、V13、V14子换流器还并联有避雷器，以限制其两端过电压。在控制不触发V12的晶闸管旁路支路时，该晶闸管旁路支路处于闭锁状态，仅由V12的全控型子换流器控制V12子换流器的通断。
如图1所示，对于混合换流器的六个桥臂，其触发换相过程与常规LCC-HVDC类似，桥臂触发顺序为V1-V2-V3-V4-V5-V6-V1-……，六个桥臂触发脉冲等间距，依次间隔60°电角度。桥臂换相过程为横向换相，上半桥换相顺序为V4-V6-V2-V4-……，下半桥换相顺序为V1-V3-V5-V1-……，各触发脉冲宽度120°电角度。
如图2所示，控制方法包括三种工作状态，正常工作状态，故障穿越状态，旁路退出状态。
若换流器解锁运行、无交流故障信号且无保护闭锁信号，则判定混合换流器处于正常工作状态。
若换流器解锁运行、有交流故障信号且无保护闭锁信号，则判断混合换流器处于故障穿越状态。
若换流器解锁运行且有保护闭锁信号，则判断混合换流器处于旁路退出状态。
其中，交流故障信号的判断，包括：检测交流母线电压的零序分量和幅值跌落量。
当交流母线电压零序分量绝对值Uac0大于设定阈值Uac0_set或交流电压幅值跌落量dUac大于设定阈值dUac_set，交流故障信号有效。
正常工作状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较大延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
故障穿越状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较小延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断。
其中，较大延时大于较小延时。
以V1-V3换相为例，则称将要关断的V1桥臂为待换相桥臂，将要导通的V3桥臂为预换相桥臂，桥臂1中子阀V11、V12、V13的开通与桥臂V1触发导通信号上升沿同步，V12的分断时刻以预换相桥臂V13的触发导通信号上升沿为基准经过预设延时(即本发明所提供的较大延时或较小延时)后有效。V13的分断时刻以V12分断时刻为基准，经过固定延时后(如1.5ms)有效。V14的导通时刻与V12的分断时刻同步，触发脉冲宽度500-700us。
较大延时的延时时间T1选取原则为，保证正常工作状态下，主支路全控型子换流器开断小电流，以降低系统损耗。
较小延时的延时时间T2选取原则为，保证故障穿越状态下，主支路全控型子换流器快速开断，以迅速辅助换相，避免换相失败。
其中，较大延时T1和较小延时T2的取值为：
1)较大延时T1(单位s)取值：
T1＝0.01μ/π-Δt，其中μ为系统额定正常运行状态下的换相角(单位rad)，Δt建议取值范围为-10-4～4×10-4s。
2)较小延时T2(单位s)取值：T2建议取值范围为0～10-4s。
旁路退出状态下，立即始终触发所有桥臂主支路全控型子换流器旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路全控型子换流器及辅助支路的操作，具有最高控制优先级。
具体控制流程为：
对工作状态进行判断：
当换流器解锁运行且无交流故障信号和无保护闭锁信号判断为正常工作状态，并控制待换相桥臂主支路全控型子换流器较大延时分断。
当换流器解锁运行且有交流故障信号和无保护闭锁信号判断为故障穿越状态，并控制待换相桥臂主支路全控型子换流器较小延时分断。
当换流器解锁运行且有保护闭锁信号判断为旁路退出状态，触发所有桥臂主支路全控型子换流器旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路全控型子换流器及辅助支路。
本发明稳态运行时主支路全控型子换流器分断采用大延时模式，确保全控型子换流器小电流或零电流分断，能够有效减小混合换流器稳态运行损耗；交流故障时主支路全控型子换流器分断采用小延时模式，保证全控型子换流器迅速辅助换相，能够切实避免换相失败；严重故障时，系统需要闭锁停运，因此已无主动换相必要，通过旁路所有桥臂主支路全控型子换流器及闭锁所有桥臂辅助支路，能够避免严重故障下全控型子换流器不必要的过应力，可靠保证全控型子换流器设备安全；本发明技术方案实现简单，全控型子换流器分断无需进行电流采样，可靠性高，便于工程应用。
混合换流器控制方法的实施例：
本发明的混合换流器控制方法采用的混合换流器如图1所示，其具体控制方法采用如下方案中的至少一种方案进行混合换流器控制：
方案一：若混合换流器处于正常工作状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较大延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
方案二：若混合换流器处于故障穿越状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较小延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
方案三：旁路退出状态下，闭合所有桥臂主支路上的旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路上全控型子换流器及辅助支路；旁路退出状态下的操作具有最高控制优先级。
具体混合换流器的控制方法的应用过程已在混合换流器实施例中详细说明，这里不再赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种混合换流器控制方法，其特征在于，采用如下方案中的至少一种方案进行混合换流器控制：
方案一：若混合换流器处于正常工作状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较大延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
方案二：若混合换流器处于故障穿越状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较小延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
其中，所述预换相桥臂为将要导通的桥臂，待换相桥臂为将要关断的桥臂；所述混合换流器包括六个桥臂，每个桥臂包括并联的主支路和辅助支路，主支路上串设有半控型子换流器和全控型子换流器，全控型子换流器两端并联有旁路支路；辅助支路上串设有全控型子换流器和半控型子换流器；所述较大延时时间大于较小延时时间。
2.根据权利要求1所述的混合换流器控制方法，其特征在于，还采用方案三进行混合换流器控制；
方案三：旁路退出状态下，立即始终触发所有桥臂主支路上全控型子换流器的旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路上全控型子换流器及辅助支路。
3.根据权利要求1所述的混合换流器控制方法，其特征在于，若换流器解锁运行、无交流故障信号且无保护闭锁信号，则判定混合换流器处于正常工作状态。
4.根据权利要求1所述的混合换流器控制方法，其特征在于，若换流器解锁运行、有交流故障信号且无保护闭锁信号，则判定混合换流器处于故障穿越状态。
5.根据权利要求2所述的混合换流器控制方法，其特征在于，若换流器解锁运行且有保护闭锁信号，则判定混合换流器处于旁路退出状态。
6.根据权利要求3或4所述的混合换流器控制方法，其特征在于，若交流母线电压零序分量绝对值大于第一设定阈值或交流电压幅值跌落量大于第二设定阈值，则判定有交流故障信号，否则判定无交流故障信号。
7.一种混合换流器，其特征在于，包括六个桥臂，每个桥臂包括并联的主支路和辅助支路，主支路包括串联的半控型子换流器和全控型子换流器，全控型子换流器两端并联有旁路支路；辅助支路包括串联的全控型子换流器和半控型子换流器；所述混合换流器用于采用如下方案中的至少一种方案进行混合换流器控制：方案一：若混合换流器处于正常工作状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较大延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
方案二：若混合换流器处于故障穿越状态下，以预换相桥臂触发信号上升沿为基准，经过较小延时时间，控制待换相桥臂主支路上全控型子换流器分断；
其中，所述预换相桥臂为将要导通的桥臂，待换相桥臂为将要关断的桥臂；所述较大延时时间大于较小延时时间。
8.根据权利要求7所述的混合换流器，其特征在于，所述旁路支路上设有半控型子换流器。
9.根据权利要求7所述的混合换流器，其特征在于，所述主支路全控型子换流器、辅助支路半控型子换流器和全控型子换流器的两端均并联有避雷器。
10.根据权利要求7所述的混合换流器，其特征在于，所述混合换流器还用于采用方案三进行混合换流器控制；
方案三：旁路退出状态下，立即触发所有桥臂主支路上全控型子换流器的旁路支路，同时始终闭锁所有桥臂主支路上全控型子换流器及辅助支路；旁路退出状态下的操作具有最高控制优先级。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2024193655A1 (zh) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种可控换相换流器的主支路的全控阀关断控制方法、系统、计算机设备及存储介质 |
| CN119315850A (zh) * | 2024-12-13 | 2025-01-14 | 国网智能电网研究院有限公司 | H桥拓扑结构、主支路全控阀、可控换流器及控制方法 |
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2022
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| WO2024193655A1 (zh) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种可控换相换流器的主支路的全控阀关断控制方法、系统、计算机设备及存储介质 |
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