CN214380681U - 交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构。其中，该拓扑结构包括：至少一相换流电路，包括并联的晶闸管阀支路和第一控制阀或第二控制阀支路；晶闸管支路设置有晶闸管阀；第一控制阀或第二控制阀支路包括第一控制阀和第二控制阀，第一控制阀和第二控制阀均具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能；第一控制阀和第二控制阀的连接端通过第三控制阀与换流变压器的输出端连接；第三控制阀具备单向电压输出可控关断功能；串联晶闸管阀的连接端与换流变压器的输出端连接。通过实施本实用新型，从根本上解决了直流系统的换相失败问题，从而保证了电网运行的稳定性和安全性。

Description

交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构

技术领域

本实用新型涉及电力电子中的换流技术领域，具体涉及一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构。

背景技术

传统的电网换相高压直流(line commutated converter high voltage directcurrent，LCC-HVDC)输电系统具有远距离大容量输电、有功功率可控等优势，在世界范围内广泛应用。换流器作为直流输电的核心装备，是实现交、直流电能转换的核心功能单元，其运行可靠性很大程度上决定了特高压直流电网的运行可靠性。

由于传统换流器多采用半控型器件晶闸管作为核心部件构成六脉动桥换流拓扑，每个桥臂由多级晶闸管及其缓冲部件串联组成，由于晶闸管不具备自关断能力，在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增和直流传输功率迅速大量损失，影响电网的稳定安全运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，以解决换相失败影响电网稳定安全运行的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，所述拓扑结构通过换流变压器接入交流电网，所述拓扑结构包括：至少一相换流电路，包括并联的晶闸管阀支路和第一控制阀或第二控制阀支路；所述晶闸管支路上设置有晶闸管阀；所述第一控制阀或第二控制阀支路包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀均具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能；所述第一控制阀和第二控制阀的连接端通过第三控制阀与换流变压器的输出端连接；所述第三控制阀具备单向电压输出可控关断功能；所述晶闸管阀的连接端与所述换流变压器的输出端连接。

结合第一方面，在第一方面的第一实施方式中，所述拓扑结构包括：三相换流电路；各相所述换流电路并联设置。

结合第一方面，在第一方面的第二实施方式中，所述第三控制阀包括：至少一个第一功率单元，所述至少一个第一功率单元串联设置；第一缓冲部件，与所述第一功率单元并联。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述第一功率单元包括：第一支路，所述第一支路上设置有第一功率器件，所述第一功率器件为全控型电力电子器件；第二支路，与所述第一支路并联，所述第二支路上设置有第一电容元件和所述第一功率器件，所述第一功率器件和所述第一电容元件串联。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面的第四实施方式中，所述第一功率单元包括：第三支路，所述第三支路为四个第二功率器件连接组成的全桥电路；所述第二功率器件为全控型电力电子器件；第四支路，所述第四支路上设置有第二电容元件，所述第二电容元件并联在所述全桥电路的上半桥和下半桥之间。

结合第一方面，在第一方面的第五实施方式中，所述第一控制阀和所述第二控制阀的结构相同。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面的第三实施方式中，所述第一控制阀包括：至少一个第二功率单元，所述至少一个第二功率单元串联设置；第二缓冲部件，与所述第二功率单元并联。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面的第七实施方式中，所述第二功率单元包括：至少一个第五支路，所述至少一个第五支路串联设置；所述第五支路上设置有第三功率器件和第一二极管，所述第三功率器件与所述第一二极管串联；所述第三功率器件为不具有反向阻断功能的电力电子器件；或，第六支路，所述第六支路上设置有至少一个所述第三功率器件，所述至少一个所述第三功率器件串联设置；第七支路，与所述第六支路串联；所述第七支路上设置有至少一个第二二极管，所述至少一个第二二极管串联设置。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面的第八实施方式中，所述第二功率单元包括：至少一个第八支路，所述至少一个第八支路串联设置；所述第八支路为多个第四功率器件连接组成的全桥电路；所述第四功率器件为全控型电力电子器件。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面的第九实施方式中，所述第二功率单元包括：至少一个第九支路，所述至少一个第九支路串联设置为H桥电路；所述第九支路包括第一子支路、第二子支路和第三子支路；所述第一子支路，设置有多个串联的第三二极管；所述第二子支路，并联在所述第一子支路和所述第三子支路之间，所述第二子支路上设置有多个串联的第五功率器件，所述第五功率器件为全控型电力电子器件；所述第三子支路，设置有多个串联的第四二极管。

结合第一方面，在第一方面的第十实施方式中，所述晶闸管阀包括：至少一个晶闸管，所述至少一个晶闸管串联设置；第三缓冲部件，与所述晶闸管并联或串联。

结合第一方面第二实施方式或第六实施方式或第十实施方式，在第一方面的第十一实施方式中，第一缓冲部件、第二缓冲部件和第三缓冲部件均包括：由电容组成的第一缓冲支路；或，电阻和所述电容串联的第二缓冲支路；或，所述电容和所述电阻并联的第三缓冲支路；或，所述电阻和第五二极管并联，再与所述电容串联构成的第四缓冲支路；或，所述电阻和所述电容并联，再与所述第五二极管串联构成的第五缓冲支路；或，避雷器组成的第六缓冲支路；或，所述第一缓冲支路、所述第二缓冲支路、所述第三缓冲支路、所述第四缓冲支路、所述第五缓冲支路和所述第六缓冲支路中的多个并联组成的第七缓冲支路。

本实用新型的技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型实施例提供的一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，该拓扑结构包括至少一相换流电路，每相换流电路包括并联的晶闸管阀支路和辅助阀支路，晶闸管支路上设置有晶闸管阀，辅助阀支路包括第一控制阀和第二控制阀，且第一控制阀和第二控制阀均具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能；第一控制阀和第二控制阀的连接端通过第三控制阀与换流变压器连接；第三控制阀具备单向电压输出可控关断功能；晶闸管阀的连接端与换流变压器连接。该交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构通过在交流侧设置第三控制阀，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间可靠关断，同时利用辅助阀支路从根本上解决了直流系统的换相失败问题，从而保证了电网运行的稳定性和安全性。

2.本实用新型实施例提供的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，辅助阀支路可以快速转移相电流，灵活的控制晶闸管阀的换相时间面积，在换相失败或短路故障时，晶闸管支路的电流能够快速转移至辅助阀支路，通过辅助阀支路的电流关断特性，可以快速恢复两桥臂之间的换相，从而加快了换相失败或短路故障时的换流器恢复时间。

3.本实用新型实施例提供的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，第三控制阀可以提前关断晶闸管支路的电流，同时为晶闸管阀提供反向电压，增大了晶闸管阀换相时间面积，保证了晶闸管阀的可靠关断，第三控制阀阀只需布置在三相交流母线每一相上，串联级数较少，提高了器件的利用率，降低了器件的总损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。

图1是本实用新型实施例交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的结构图；

图2是根据本实用新型实施例的晶闸管阀的结构框图；

图3是根据本实用新型实施例的第三控制阀的结构框图；

图4是根据本实用新型实施例的第三控制阀的另一结构框图；

图5是根据本实用新型实施例的第一/第二控制阀的结构框图；

图6是根据本实用新型实施例的第二功率单元的结构框图；

图7是根据本实用新型实施例的第一/第二控制阀的另一结构框图；

图8是根据本实用新型实施例的第一/第二控制阀的另一结构框图；

图9是根据本实用新型实施例的缓冲部件的结构框图；

图10是根据本实用新型实施例的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法的流程图；

图11是根据本实用新型实施例的正常运行状态的电流流通路径；

图12是根据本实用新型实施例触发控制时序；

图13(a)是根据本实用新型实施例的晶闸管支路向辅助阀支路换流阶段的电流流通路径；

图13(b)是根据本实用新型实施例的晶闸管支路关断辅助阀支路通流阶段的电流流通路径；

图13(c)是根据本实用新型实施例的晶闸管支路和辅助阀支路关断阶段的电流流通路径；

图14是根据本实用新型实施例中检测到换相失败或短路故障各阀的控制时序；

图15是根据本实用新型实施例的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的另一种控制方法。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

换流器作为直流输电的核心装备，是实现交、直流电能转换的核心功能单元，其运行可靠性很大程度上决定了特高压直流电网的运行可靠性。然而，由于传统换流器多采用半控型器件晶闸管作为核心部件构成六脉动桥换流拓扑，每个桥臂由多级晶闸管及其缓冲部件串联组成，由于晶闸管不具备自关断能力，在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增和直流传输功率迅速大量损失，影响电网的稳定安全运行。

基于此，本实用新型技术方案在交流侧引入可关断的控制阀，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间以进行可靠关断，同时利用辅助阀支路辅助换相，从根本上解决直流系统的换相失败问题，从而保证了电网的稳定安全运行。

根据本实用新型实施例，提供了一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的实施例，该交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构通过换流变压器接入交流电网。如图1所示，该交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构包括：至少一相换流电路，每相换流电路均包括并联的晶闸管支路和辅助阀支路。其中，晶闸管支路设置有晶闸管阀，如图1所示的V11、V21、V31、V41、V51 和V61为晶闸管阀；辅助阀支路包括第一控制阀和第二控制阀，且第一控制阀和第二控制阀均具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能，如图1所示的V13、V33和V53为第一控制阀，V23、V43和V63分别为第二控制阀。具体地，V11和V41串联、V31和V61串联、V51和V21串联，分别为每相换流电路的晶闸管支路；V13和V43串联、V33和V63串联、V53和V23串联，分别为每相换流电路中的辅助阀支路。

第一控制阀和第二控制阀的连接端通过第三控制阀与换流变压器连接，且第三控制阀具备单向电压输出可控关断功能，如图1所示，V14、V36和V52 为第三控制阀。其中，V13和V43的连接端通过V14与换流变压器的a相输出端连接；V33和V63的连接端通过V36与换流变压器的b相输出端连接；V53 和V23的连接端通过V52与换流变压器的c相输出端连接。

晶闸管支路上的晶闸管阀的连接端也与换流变压器的输出端连接，由此实现了在交流侧引入单向电压可控制关断的第三控制阀。如图1所示，V11和V41 的连接端与换流变压器的a相输出端连接；V31和V61的连接端与换流变压器的b相输出端连接；V51和V21的连接端与换流变压器的c相输出端连接。

本实用新型实施例提供的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，包括至少一相换流电路，每相换流电路包括并联的晶闸管阀支路和辅助阀支路，晶闸管支路上设置有晶闸管阀，辅助阀支路包括第一控制阀和第二控制阀，且第一控制阀和第二控制阀均具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能，第一控制阀和第二控制阀的连接端通过第三控制阀与换流变压器连接；第三控制阀具备单向电压输出可控关断功能，晶闸管支路上晶闸管阀的连接端与换流变压器连接。该混合式换流器拓扑结构通过在交流侧设置第三控制阀，保证晶闸管阀具有足够的反向恢复时间以进行可靠关断，同时利用辅助阀支路从根本上解决了直流系统的换相失败问题，从而保证了电网运行的稳定性和安全性。

可选地，上述交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构包括三相换流电路，每相换流电路之间并联设置。三相换流电路并联的一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极，如图1所示。

可选地，晶闸管阀包括至少一个晶闸管以及与分别与晶闸管并联或串联的第三缓冲部件，其中，至少一个晶闸管串联设置，第一缓冲部件用于晶闸管器件以免遭受高压大电流而损坏。如图2所示，晶闸管阀包括至少一个晶闸管以及与分别与晶闸管并联的第三缓冲部件。

可选地，以第三控制阀V14为例，第三控制阀V14包括至少一个第一功率单元以及分别与第一功率单元并联的第一缓冲部件(本领域技术人员可以得知并联的连接方式，图中未示出)，其中，至少一个第一功率单元串联设置，第二缓冲部件用于限制电压电流应力。

具体地，如图3所示，第一功率单元可以为第一支路和第二支路组成的电力电子单元。

第一支路上设置有第一功率器件；第二支路与第一支路并联，第二支路上设置有第一电容元件和第一功率器件，第一功率器件和第一电容元件串联。其中，该第一功率器件为全控型电力电子器件，全控型电力电子器件为IGBT、 IGCT、IEGT、GTO或MOSFET等可关断器件的一种或多种。需要说明的是，若全控型电力电子器件不具有反向电压阻断功能，则需要在全控型电力电子器件上反向并联一个二极管。

具体地，如图4所示，第一功率单元还可以为第三支路和第四支路组成的电力电子单元。

第三支路四个第二功率器件连接组成的全桥电路；第四支路上设置有第二电容元件，第二电容元件并联在全桥电路的上半桥和下半桥之间。其中，第二功率器件为全控型电力电子器件，全控型电力电子器件为IGBT、IGCT、IEGT、 GTO或MOSFET中的一种或多种。需要说明的是，若全控型电力电子器件不具有反向电压阻断功能，则需要在全控型电力电子器件上反向并联一个二极管。

上述的第三控制阀为低压全控可关断阀，具备单向电压可控输出能力，主要用于关断晶闸管支路的电流并为其提供反向电压，保障晶闸管支路的晶闸管阀拥有足够的关断时间进行可靠关断。本申请对第三控制阀的拓扑形式不作限定，只要是具备单向电压可控输出这一功能的拓扑形式即可。

可选地，第一控制阀与第二控制阀的结构一致。以第一控制阀V13为例，第一控制阀V13包括至少一个第二功率单元以及分别与第二功率单元并联的第二缓冲部件，其中，至少一个第二功率单元串联设置，第三缓冲部件用于限制电压电流应力。

具体地，如图5所示，第二功率单元可以为至少一个第五支路组成的电力电子单元，且至少一个第五支路串联设置。

第五支路上设置有第三功率器件和第一二极管，且第三功率器件与第一二极管串联设置。其中，第三功率器件为全控型电力电子器件，全控型电力电子器件为IGBT、IGCT、IEGT、GTO或MOSFET中的一种或多种。需要说明的是，若全控型电力电子器件不具有反向电压阻断功能，则需要在全控型电力电子器件上反向并联一个二极管以实现反向电压阻断功能。

具体地，如图6所示，第二功率单元还可以为第六支路和第七支路组成的电力电子单元。

第六支路上设置有至少一个第三功率器件，且至少一个第三功率器件串联设置；第七支路与第六支路串联，第七支路上设置有至少一个第二二极管，且至少一个第二二极管串联设置。其中，第三功率器件为全控型电力电子器件，全控型电力电子器件为IGBT、IGCT、IEGT、GTO或MOSFET中的一种或多种。需要说明的是，若全控型电力电子器件不具有反向电压阻断功能，则需要在全控型电力电子器件上反向并联一个二极管以实现反向电压阻断功能。

具体地，如图7所示，第二功率单元还可以为第八支路组成的电力电子单元。第八支路为多个第四功率器件连接组成的全桥电路，其中，第四功率器件为全控型电力电子器件，该全控型电力电子器件为IGBT、IGCT、IEGT、GTO 或MOSFET中的一种或多种。需要说明的是，若全控型电力电子器件不具有反向电压阻断功能，则需要在全控型电力电子器件上反向并联一个二极管以实现反向电压阻断功能。

全桥电路依次串联可实现电流正反向控制，随时完成晶闸管支路电流向辅助阀支路的转移，并由辅助阀支路承受正反向电压，全桥电路中的每一个桥臂均是由全控型电力电子器件配合二极管组成的单级结构或多级串联结构，当然也可以是其他的拓扑形式，此处不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要确定。

具体地，如图8所示，第二功率单元还可以为至少一个第九支路组成的电力电子单元，且至少一个第九支路串联设置为H桥电路。

第九支路包括：第一子支路、第二子支路和第三子支路。其中，第一子支路上设置有多个串联的第三二极管；第二子支路并联在第一子支路和第三子支路之间，第二子支路上设置有多个串联的第五功率器件，其中，第五功率器件为全控型电力电子器件，该全控型电力电子器件为IGBT、IGCT、IEGT、GTO 或MOSFET中的一种或多种，需要说明的是，若全控型电力电子器件不具有反向电压阻断功能，则需要在全控型电力电子器件上反向并联一个二极管以实现反向电压阻断功能；第三子支路上设置有多个串联的第四二极管。H桥电路中全控型电力电子器件和二极管可以是单级结构也可以由多级串联结构，将该H 桥电路依次串联，可实现双向通流和双向关断功能。

上述的第一控制阀和第二控制阀均为辅助阀，具有正向电流可控关断和正反向电压阻断能力，本申请对第一控制阀和第二控制阀的拓扑形式不作限定，只要是具备正向电流可控关断和正反向电压阻断这一功能的拓扑形式即可。

可选地，上述第一缓冲部件、第二缓冲部件和第三缓冲部件均由电容、阻容回路、二极管、电感或避雷器等部件的一种或多种形式构成。

具体地，如图9所示，第一缓冲部件、第二缓冲部件和第三缓冲部件可以是由电容组成的第一缓冲支路；可以是由电阻和电容串联的第二缓冲支路；可以是由电容和电阻并联的第三缓冲支路；可以是由电阻和第五二极管并联，再与电容串联构成的第四缓冲支路RCD1；可以是由电阻和电容并联，再与第五二极管串联构成的第五缓冲支路RCD2；也可以是由避雷器组成的第六缓冲支路；还可以是上述第一缓冲支路、第二缓冲支路、第三缓冲支路、第三缓冲支路、第四缓冲支路、第五缓冲支路和第六缓冲支路中的多个并联构成的第七缓冲支路。

根据本实用新型实施例，提供了一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法，可用于上述的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，图10是根据本实用新型实施例的强迫换相的流程图，如图10所示，该流程包括如下步骤：

S21，导通与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀。

S22，导通第i个桥臂的晶闸管阀。

S23，经过一个控制周期后，导通第i个桥臂的晶闸管阀，其中，i∈[1,6]。

具体地，如图11所示为混合式换流器拓扑结构在正常运行条件下的阀电流流通路径，晶闸管支路周期性承受电压和电流应力，辅助阀支路一直处于关断状态，只在晶闸管支路的晶闸管阀关断时承受电压应力。

图12给出了正常运行条件下各阀的触发控制时序，其中，Sg1为晶闸管阀的控制时序，Sg12为第三控制阀的控制时序，Sg13为第一控制阀或第二控制阀的控制时序，t₀为初始触发时刻，Δt_on为晶闸管阀的导通时间，Δt_off为晶闸管阀的关断时间，Δt'_off为晶闸管阀的正向阻断时间，控制周期T为2π。

在换相失败或出现短路故障时，触发交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的强迫换相操作。上述交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法包括：当检测到第i个桥臂的晶闸管阀发生换相失败或短路故障时，获取换相失败或短路故障的持续时长；当所述持续时长达到第一预设时长时，导通与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，以及当所述持续时长达到第二预设时长时，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第三控制阀；所述第二预设时长大于所述第一预设时长；当第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀；当换相失败或短路故障所处控制周期结束后，导通第i个桥臂的晶闸管阀，导通与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀；经过第三预设时长后，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第三控制阀，导通与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀；当第i个桥臂的晶闸管阀处于正向阻断状态时，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，经过第四预设时长后，返回执行导通第i个桥臂的晶闸管阀，导通与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀的步骤；当所述交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的电压恢复稳定时，导通与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个桥臂的晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，并导通第i个桥臂的晶闸管阀。

具体地，第一预设时长为导通第一控制阀或第二控制阀的设定时长，第二预设时长为关断第三控制阀的设定时长，第一预设时长和第二预设时长可以根据所使用电子器件的属性以及经验值确定，此处不作具体限定。第三预设时长为第三控制阀的导通时长。

如图13(a)、图13(b)、图13(c)和图14所示，当在t_f时刻检测到第i 个晶闸管阀发生换相失败或短路故障时，在t_f+Δt₁时刻导通与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，以及在t_f+Δt₂时刻关断与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，当第i个晶闸管阀处于正向阻断状态时，关断与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀。以V11、V13和V14为例进行说明，如图13 (a)、图13(b)和图13(c)所示，该过程分为三个阶段，图13(a)所示为晶闸管支路向辅助阀支路换流阶段，该阶段辅助阀支路上的V13阀接收到触发信号导通，紧接着V14阀接收到信号关断，完成晶闸管支路向辅助阀支路的换流过程；图13(b)所示为晶闸管支路关断，辅助阀支路通流阶段，该阶段晶闸管支路已完全关断，电流全部转移至辅助阀支路；图13(c)所示为晶闸管支路和辅助阀支路关断阶段，该阶段辅助阀支路的V13阀接收到关断信号后关断，此时，晶闸管阀V11处于正向阻断状态用于承受正向电压。

其中，Δt₁为导通第i个晶闸管的第一控制阀或第二控制阀的延迟时长，Δt₂为关断与第i个晶闸管相连接的第三控制阀的延迟时长，t_f+Δt₁＜t_f+Δt₂。

图14所示为检测到换相失败或短路故障各阀的控制时序，Sg1为晶闸管阀的控制时序，Sg12为第三控制阀的控制时序，Sg13为第一控制阀或第二控制阀的控制时序，t₁为初始触发时刻，控制周期T为2π，需要说明的是晶闸管支路电流过零至辅助阀支路关断这段时间为晶闸管阀的关断时间Δt_off，此处的Δt_off大于晶闸管阀的最小预设关断时间。

当t_f所处控制周期结束后执行步骤S1，直至混合式换流器拓扑结构的电压恢复稳定时，导通与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，并执行导通第i个桥臂的晶闸管阀的步骤。

步骤S1：导通第i个晶闸管阀，导通与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，经过Δt后，执行步骤 S2；

步骤S2：关断与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，导通与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，当第i个晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤S3；

步骤S3：关断与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀，经过Δt'_off后，返回步骤S1；

其中，Δt'_off为一个控制周期内第i个晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt₁为导通与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀或第二控制阀的延迟时长，Δt₂为关断与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀的延迟时长，Δt为与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀的导通时长，

T为一个控制周期，Δt₁＜Δt₂，i∈[1,6]。

本实施例提供的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法，正常运行时，第一控制阀和第二控制阀不投入运行，只需承担电压应力，不会对换流阀的各种运行工况造成负面影响；换相失败故障或短路故障发生后立即投入第一控制阀或第二控制阀，在较短时间内实现辅助换相功能，快速恢复各桥臂之间的换相。该控制方法充分利用了晶闸管、第一控制阀可关断和第二控制阀可关断的优点，在交流侧引入第三控制阀，提前完成晶闸管支路向辅助阀支路的电流转移，第一控制阀和第二控制阀仅在换相失败或短路故障时承受较大关断电压应力，无需长期承受电流应力，从而避免了器件损耗的增加，提高了器件的利用率，减小了损耗成本。

基于同一实用新型构思，本实用新型还提供另外一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法，如图15所示，所述方法包括：

步骤T1：导通混合式换流器拓扑结构的第i个晶闸管阀，导通与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，关断与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀和第二控制阀，经过Δt后，执行步骤T2，

步骤T2：关断与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，导通与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀和第二控制阀，当第i个晶闸管阀处于正向阻断状态时，执行步骤T3；

步骤T3：关断与第i个晶闸管阀连接的第一控制阀和第二控制阀，经过Δt″_off后，返回步骤T1；

其中，Δt″_off为一个控制周期内第i个晶闸管阀处于正向阻断状态的时长，Δt 为与第i个晶闸管阀连接的第三控制阀，

T为一个控制周期，i∈[1,6]。

图15中，Sg1为晶闸管阀的控制时序，Sg12为第三控制阀的控制时序，Sg13 为第一控制阀和第二控制阀的控制时序，Δt_on为晶闸管阀的导通时间，Δt_off为晶闸管阀的正向阻断时间，控制周期T为2π,Δt为第三控制阀的导通时长，

Δt₁₃为第一控制阀和第二控制阀的导通时长，晶闸管支路电流过零至辅助阀支路关断这段时间为晶闸管阀的关断时间Δt_off，此处的Δt_off大于晶闸管阀的最小预设关断时间。

本实用新型实施例提供的交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构的控制方法，通过第三控制阀连接晶闸管阀、第一控制阀或第二控制阀交替运行的模式，避免了换相失败或短路故障的发生，有利于提高混合式换流器的整体可靠性。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (12)

1.一种交流侧可控关断的混合式换流器拓扑结构，所述拓扑结构通过换流变压器接入交流电网，其特征在于，所述拓扑结构包括：

至少一相换流电路，包括并联的晶闸管阀支路和辅助阀支路；

所述晶闸管支路上设置有晶闸管阀；

所述辅助阀支路包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀均具备正向电流可控关断功能和正反向电压阻断功能；

所述第一控制阀和第二控制阀的连接端通过第三控制阀与换流变压器的输出端连接；所述第三控制阀具备单向电压输出可控关断功能；

所述晶闸管阀的连接端与所述换流变压器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构包括：

三相换流电路；各相所述换流电路并联设置。

3.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第三控制阀包括：

至少一个第一功率单元，所述至少一个第一功率单元串联设置；

第一缓冲部件，与所述第一功率单元并联。

4.根据权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一功率单元包括：

第一支路，所述第一支路上设置有第一功率器件，所述第一功率器件为全控型电力电子器件；

第二支路，与所述第一支路并联，所述第二支路上设置有第一电容元件和所述第一功率器件，所述第一功率器件和所述第一电容元件串联。

5.根据权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一功率单元包括：

第三支路，所述第三支路为四个第二功率器件连接组成的全桥电路；所述第二功率器件为全控型电力电子器件；

第四支路，所述第四支路上设置有第二电容元件，所述第二电容元件并联在所述全桥电路的上半桥和下半桥之间。

6.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一控制阀和所述第二控制阀的结构相同。

7.根据权利要求6所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一控制阀包括：

至少一个第二功率单元，所述至少一个第二功率单元串联设置；

第二缓冲部件，与所述第二功率单元并联。

8.根据权利要求7所述的拓扑结构，其特征在于，所述第二功率单元包括：

至少一个第五支路，所述至少一个第五支路串联设置；所述第五支路上设置有第三功率器件和第一二极管，所述第三功率器件与所述第一二极管串联；所述第三功率器件为不具有反向阻断功能的电力电子器件；

或，

第六支路，所述第六支路上设置有至少一个所述第三功率器件，所述至少一个所述第三功率器件串联设置；

第七支路，与所述第六支路串联；所述第七支路上设置有至少一个第二二极管，所述至少一个第二二极管串联设置。

9.根据权利要求7所述的拓扑结构，其特征在于，所述第二功率单元包括：

至少一个第八支路，所述至少一个第八支路串联设置；所述第八支路为多个第四功率器件连接组成的全桥电路；所述第四功率器件为全控型电力电子器件。

10.根据权利要求7所述的拓扑结构，其特征在于，所述第二功率单元包括：

至少一个第九支路，所述至少一个第九支路串联设置为H桥电路；

所述第九支路包括第一子支路、第二子支路和第三子支路；

所述第一子支路，设置有多个串联的第三二极管；

所述第二子支路，并联在所述第一子支路和所述第三子支路之间，所述第二子支路上设置有多个串联的第五功率器件，所述第五功率器件为全控型电力电子器件；

所述第三子支路，设置有多个串联的第四二极管。

11.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述晶闸管阀包括：

至少一个晶闸管，所述至少一个晶闸管串联设置；

第三缓冲部件，与所述晶闸管并联或串联。

12.根据权利要求3或7或11所述的拓扑结构，其特征在于，第一缓冲部件、第二缓冲部件和第三缓冲部件均包括：

由电容组成的第一缓冲支路；

或，电阻和所述电容串联的第二缓冲支路；

或，所述电容和所述电阻并联的第三缓冲支路；

或，所述电阻和第五二极管并联，再与所述电容串联构成的第四缓冲支路；

或，所述电阻和所述电容并联，再与所述第五二极管串联构成的第五缓冲支路；

或，避雷器组成的第六缓冲支路；

或，所述第一缓冲支路、所述第二缓冲支路、所述第三缓冲支路、所述第四缓冲支路、所述第五缓冲支路和所述第六缓冲支路中的多个并联组成的第七缓冲支路。

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