换流器和高压直流输电系统的制作方法

本技术涉及高压直流输电，具体涉及一种换流器和高压直流输电系统。

背景技术：

1、现有的高压直流输电系统中使用电网换相换流器。电网换相换流器容量大、成本低、损耗小、器件数量少、可靠性高，但是存在换相失败问题。随着风电等间歇性新能源发电系统的接入，导致交流电压支撑能力下降，加剧直流输电对换相失败的敏感性，亟需提升直流输电系统自身抗扰动能力。

2、现有的柔性直流输电系统使用电压源换流器，可以解决换相失败问题，提升直流输电系统自身靠扰动能力，但是存在器件数量多、容量有限、成本高、损耗大、可靠性低等问题。

3、在现有电网换相换流器的基础上，通过增加辅助电路形成可控关断的电网换相换流器，或者采用逆阻型igct（integrated gate commutated thyristors，集成门极换流晶闸管）等全控器件替代换流器中的晶闸管形成混合换相换流器，以解决换相失败的问题。然而现有的可控关断的电网换相换流器和混合换相换流器同样存在全控器件数量多、容量大、成本高、损耗增大、可靠性降低等问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种换流器和高压直流输电系统，可以低成本地解决换相失败问题，提高高压直流输电系统的可靠性。

2、为了实现上述目的，根据本技术的第一方面，提出一换流器，包括：主电路，所述主电路包括至少一相桥臂电路，所述桥臂电路包括依次连接的上桥臂电路和下桥臂电路，所述上桥臂电路的一端连接阳极母线，所述下桥臂电路的一端连接阴极母线；辅助电路，所述辅助电路包括依次连接的上桥隔离电路、全桥电路和下桥隔离电路，所述上桥隔离电路的一端连接所述阳极母线，所述下桥隔离电路的一端连接所述阴极母线；所述辅助电路还包括至少一相转移电路，所述转移电路包括上桥转移电路和下桥转移电路；所述上桥转移电路的一端连接在所述全桥电路和所述下桥隔离电路之间，所述上桥转移电路的另一端连接所述上桥臂电路或所述下桥臂电路；所述下桥转移电路的一端连接在所述上桥隔离电路和所述全桥电路之间，所述下桥转移电路的另一端连接所述下桥臂电路或所述上桥臂电路。

3、在其中一些实施例中，所述上桥臂电路包括第一阀单元，所述下桥臂电路包括第二阀单元，所述第一阀单元的一端连接所述阳极母线，所述第一阀单元的另一端连接所述第二阀单元的一端，所述第二阀单元的另一端连接所述阴极母线。

4、在其中一些实施例中，所述第一阀单元包括至少一个单阀，所述第二阀单元包括至少一个单阀。

5、在其中一些实施例中，所述第一阀单元和/或所述第二阀单元的单阀为半控阀和/或全控阀。

6、在其中一些实施例中，在所述第一阀单元或所述第二阀单元包括两个单阀的情况下，两个单阀的耐压比值范围为0.1至10。

7、在其中一些实施例中，所述上桥转移电路包括第三阀单元，所述下桥转移电路包括第四阀单元；所述第三阀单元和/或所述第四阀单元的单阀包括以下至少一种：半控阀，不控阀。

8、在其中一些实施例中，在所述第一阀单元包括一个单阀的情况下，所述上桥转移电路与所述上桥臂电路的连接端位于所述第一阀单元的另一端；在所述第二阀单元包括一个单阀的情况下，所述下桥转移电路与所述下桥臂电路的连接端位于所述第二阀单元的一端。

9、在其中一些实施例中，在所述第一阀单元包括两个单阀的情况下，所述上桥转移电路与所述上桥臂电路的连接端位于所述第一阀单元的两个单阀之间；在所述第二阀单元包括两个单阀的情况下，所述下桥转移电路与所述下桥臂电路的连接端位于所述第二阀单元的两个单阀之间。

10、在其中一些实施例中，在所述第一阀单元包括两个单阀的情况下，所述下桥转移电路与所述上桥臂电路的连接端位于所述第一阀单元的两个单阀之间；在所述第二阀单元包括两个单阀的情况下，所述上桥转移电路与所述下桥臂电路的连接端位于所述第二阀单元的两个单阀之间。

11、在其中一些实施例中，所述上桥隔离电路包括第五阀单元，所述下桥隔离电路包括第六阀单元；所述第五阀单元和/或所述第六阀单元的单阀包括以下至少一项：全控阀，半控阀，不控阀。

12、在其中一些实施例中，所述上桥隔离电路还包括第一隔离开关或第一刀闸，所述下桥隔离电路还包括第二隔离开关或者第二刀闸；所述第五阀单元通过所述第一隔离开关或所述第一刀闸与所述阳极母线连接，所述第六阀单元通过所述第二隔离开关或所述第二刀闸与所述阴极母线连接。

13、在其中一些实施例中，所述上桥隔离电路还包括第三隔离开关或第三刀闸，所述下桥隔离电路还包括第四隔离开关或第四刀闸；所述上桥隔离电路的第五阀单元与所述第三隔离开关或所述第三刀闸并联连接，所述下桥隔离电路的第六阀单元与所述第四隔离开关或所述第四刀闸并联连接。

14、在其中一些实施例中，所述半控阀包括单向半控开关或双向半控开关；其中，所述单向半控开关包括串联的若干半控器件；所述双向半控开关包括串联的若干第一半控单元，所述第一半控单元包括若干反向并联的半控器件；或者，所述双向半控开关包括反向并联的若干第二半控单元，所述第二半控单元包括串联的若干半控器件。

15、在其中一些实施例中，所述不控阀包括串联的若干不控器件。

16、在其中一些实施例中，所述换流器还包括第一避雷器，所述第一避雷器与以下至少一种单阀并联：所述第一阀单元中的单阀、所述第二阀单元中的单阀、所述第三阀单元中的单阀、所述第四阀单元中的单阀、所述第五阀单元中的单阀、所述第六阀单元中的单阀。

17、在其中一些实施例中，所述全桥电路包括第七阀单元，所述第七阀单元包括全控阀。

18、在其中一些实施例中，所述全桥电路还包括电阻单元或电感单元，所述电阻单元或所述电感单元与所述第七阀单元串联。

19、在其中一些实施例中，所述全控阀包括单向全控开关、和/或双向全控开关，和/或模块串联开关；其中，所述单向全控开关包括串联的若干单向全控器件；所述双向全控开关包括串联的若干双向全控器件或双向全控模块；所述模块串联开关包括串联的若干全控子模块。

20、在其中一些实施例中，所述全控子模块包括以下至少一种：半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块、中点箝位型子模块、双半桥串联子模块、双全桥串联子模块、箝位型双子模块、交叉连接双子模块、自阻型子模块或二极管箝位型子模块。

21、在其中一些实施例中，所述全控子模块包括电容和/或电池。

22、在其中一些实施例中，所述全桥电路还包括第二避雷器，所述第二避雷器与所述全控阀、若干所述单向全控器件、若干所述双向全控器件、若干所述双向全控模块或若干所述全控子模块并联。

23、在其中一些实施例中，所述上桥臂电路和下桥臂电路的公共端作为相输出端，通过变压器或电抗器与交流系统相连。

24、在其中一些实施例中，所述换流器还包括电压源变流器，在所述主电路包括三相桥臂电路的情况下，所述电压源变流器采用三相星接或角接电路，分别与所述主电路的三相在所述相输出端并联。

25、在其中一些实施例中，所述换流器还包括储能电路，所述储能电路的一端连接所述阳极母线，另一端连接所述阴极母线；所述储能电路包括模块串联开关。

26、在本技术的第二方面，提出一种高压直流输电系统，所述高压直流输电系统中至少一个换流器为如上述第一方面所述的换流器。

27、在其中一些实施例中，所述高压直流输电系统包括两端直流输电系统或多端直流输电系统。

28、在其中一些实施例中，所述高压直流输电系统包括单极直流输电系统、双极直流输电系统或背靠背直流系统。

29、综上所述，本技术实施例提出的换流器包括主电路和辅助电路，主电路包括至少一相桥臂电路。桥臂电路包括依次连接的上桥臂电路和下桥臂电路，上桥臂电路的一端连接阳极母线，下桥臂电路的一端连接阴极母线。辅助电路包括依次连接的上桥隔离电路、全桥电路和下桥隔离电路，上桥隔离电路的一端连接阳极母线，下桥隔离电路的一端连接阴极母线；辅助电路还包括至少一相转移电路，转移电路包括上桥转移电路和下桥转移电路，上桥转移电路的一端连接在全桥电路和下桥隔离电路之间，上桥转移电路的另一端连接上桥臂电路或下桥臂电路。下桥转移电路的一端连接在上桥隔离电路和全桥电路之间，下桥转移电路的另一端连接下桥臂电路或上桥臂电路。

30、本技术实施例提供的换流器在主电路的桥臂电路将换相失败的情况下，通过控制辅助电路中全桥电路或桥臂电路提供换流电压，使转移电路和隔离电路导通形成与主电路的桥臂电路并联通流，将电流从桥臂电路转移到辅助电路；当桥臂电路恢复关断后，通过关断全桥电路生成换相电压，实现对换相操作前的桥臂电路的关断。本技术实施例不需要依赖电网，可以有效解决换相失败问题，使换流器实现可控关断，并且全桥电路采用模块串联开关时可连续关断，可以减小关断角或触发角参考值，从而减少无功功率的消耗。由于本技术实施例换流器的辅助电路仅配置一个全桥电路，换流器共用一个全桥电路，并且换流站仅需配置较少的无功补偿设备，从而降低了具有可控关断能力的高压直流输电系统成本，提高了其可靠性。