CN110601249A - 电压源换流器单元及在线投入方法以及电压源换流阀 - Google Patents

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CN110601249A CN201910860119.9A CN201910860119A CN110601249A CN 110601249 A CN110601249 A CN 110601249A CN 201910860119 A CN201910860119 A CN 201910860119A CN 110601249 A CN110601249 A CN 110601249A
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董云龙
黄如海
邱德锋
卢宇
田杰
胡兆庆
张庆武
张君君
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Abstract

本申请涉及一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量；当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。

Description

电压源换流器单元及在线投入方法以及电压源换流阀
技术领域
本发明属于直流输电技术领域，特别涉及一种电压源换流器单元在线投入方法、电压源换流器单元、电压源换流阀及电子设备。
背景技术
为了满足远距离大容量的输电需求，常规直流输电工程采用两个或多个晶闸管换流阀串联的技术以提升直流输电***的直流电压等级和输送容量，目前国内已有多个晶闸管换流阀串联型直流输电工程建成投运。对于一端换流站采用晶闸管换流阀串联、另一端换流站采用电压源换流阀串联的串联型混合直流输电技术以及两端均采用电压源换流阀串联的串联型柔性直流输电技术目前仍处在研究阶段。
对于采用换流阀串联技术的直流输电***，对主回路拓扑结构和控制***的基本要求是能够实现直流极运行过程中换流阀的在线投入，以满足直流极由两个或两个以上换流阀串联时的如下需求：1)单个换流阀检修完毕后可以在线投入继续运行；2)单个换流阀的在线投入不影响其他换流阀的正常运行，上述需求可以保证串联型直流输电***运行的灵活性和可靠性。
本申请的发明人发现，目前现有的串联型混合直流输电***以及串联型柔性直流输电***中电压源换流阀的在线投入方法存在拓扑结构复杂、经济性略差等问题。
发明内容
本文旨在提供一种电压源换流器单元及电压源换流器单元的在线投入方法。
本申请的一个实施例提供了一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量；当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。
本申请的另一实施例提供了一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：在所述旁路开关上叠加第一电流信号，使得流过所述旁路开关的电流出现过零点；当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。
本申请的另一实施例还提供了一种电压源换流器单元，包括：电压源换流器；旁路开关，并联连接于所述电压源换流器的直流侧，控制所述电压源换流器单元是否投入工作；控制模块，分别与所述旁路开关和所述电压源换流器连接，并配置为：在控制所述旁路开关断开之前，在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量，以及在流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，控制所述旁路开关断开。
本申请的另一实施例还提供了一种电压源换流阀，包括至少两个前述任意一种电压源换流器单元。
本申请的另一实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、以及存储于所述存储器的所述处理器可执行程序，
当所述程序被执行时，所述处理器执行前述任意一种方法。
利用上述电压源换流器单元在线投入方法、电压源换流器单元以及换流阀，可以在电压源换流器单元投入之前(即旁路开关闭合之前)，通过在旁路开关上叠加一个电流量，使得流过旁路开关的电流出现多个过零点。可以利用该多个过零点中的一个切断旁路开关，使得旁路开关的动作过程安全可靠。即，可以安全可靠地控制电压源换流器单元的在线投入。
同时，由于利用上述电压源换流器单元方法的上述电压源换流器单元、电压源换流阀不需要在强电端引入额外的硬件，即可产生旁路开关的电流过零点。因而可以利用该过零点安全可靠地，在线断开旁路开关。从而可以在电压源换流阀中，安全可靠地在线投入电压源换流器单元。所以使得该电压源换流阀以及该电压源换流器单元的拓扑结构相对简单，经济性相对较好。
附图说明
图1A示出了现有技术中一种混合直流输电***的拓扑结构示意图。
图1B示出了现有技术中一种柔性直流输电***的拓扑结构示意图。
图1C示出了现有技术中的电压源换流器的拓扑结构示意图。
图2A示出了本申请的一个实施例，电压源换流器单元的在线投入方法的流程示意图。
图2B示出了待投入换流器单元的电压源换流阀的原理示意图。
图2C示出了图2B所示电路的等效电路原理示意图。
图2D示出了谐波电压量的波形示意图。
图2E示出了流过旁路开关的电流的波形示意图。
图3示出了本申请的另一实施例，电压源换流器单元的在线投入方法的流程示意图。
图4A示出了本申请的另一实施例，电压源换流器单元的原理示意图。
图4B示出了图4A所示的电压源换流器单元中的电压源换流器的组成示意图。
图4C示出了图4A所示的电压源换流器单元中的控制器的组成示意图。
图4D示出了图4A所示电压源换流器单元的局部电路原理示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“一种电压源换流器单元在线投入方法、电压源换流器单元和电压源换流阀”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
为了便于更好的理解本技术方案，下面先进一步解释本申请实施例的应用环境及背景技术。
目前高压直流输电***可分为两种类型：基于晶闸管换流阀的常规直流输电***(LCC-HVDC)和基于全控型电压源换流阀的柔性直流输电***(VSC-HVDC)。常规直流输电***成本低、损耗小、运行技术成熟，目前世界上正在运行的直流输电***绝大部分都是LCC-HVDC***，但常规直流输电***存在逆变侧易发生换相失败、对交流***的依赖性强、需吸收大量无功功率、换流站占地面积大等缺点；而新一代的柔性直流输电***则具有能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在换相失败问题等优点，但也存在成本较高的缺陷。
因此，综合常规直流输电和柔性直流输电两者优点，一端换流站采用晶闸管换流阀、另一端换流站采用电压源换流阀的混合直流输电技术具有良好的工程应用前景。远期来看，随着电压源换流阀所用全控器件价格的降低，两端换流站均采用电压源换流阀的柔性直流输电技术也将会得到越来越广泛的应用。
图1A示出了现有技术中一种混合直流输电***的拓扑结构示意图。图1B示出了现有技术中一种柔性直流输电***的拓扑结构示意图。图1C示出了现有技术中的电压源换流器的拓扑结构示意图。
如图1A所示，该混合直流输电***1000的送电端(即整流侧)采用晶闸管换流阀10进行交-直变换，在受电端(即逆变侧)采用电压源换流阀11进行直-交变换。如图1B所示，在柔性直流输电***的两端均采用电压源换流阀分别进行交-直变换和直-交变换。
如图1A所示，电压源换流阀11可以由至少两个电压源换流器单元111组成。其中，每个电压源换流器单元111可以包括直流侧和交流侧。该至少两个电压源换流器单元在直流侧串联连接，每个电压源换流器单元的交流侧分别通过不同的变压器与交流母线连接。电压源换流器单元可以是三相交流接线端，连接三相交流线路。
电压源换流器单元111可以包括电压源换流器1110以及并联于电压源换流器1110直流侧的旁路开关1111。其中，电压源换流器1110可以用于进行交-直变换或者直-交变换。旁路开关1111可以用于控制电压源换流器单元111的在线投入和在线撤出。当旁路开关1111闭合时，电压源换流器1110处于短路状态，电压源换流器单元111不能正常投入工作；当在线断开旁路开关1111后，电压源换流器1110可以进入正常工作状态，即实现电压源换流器单元111的在线投入。
电压源换流器单元111还可以包括多个隔离刀闸1112，用于在***维护时，进行维护性操作。例如，可以在电压源换流阀不工作时，合理调整各个隔离刀闸的状态使得电压源换流器单元111接入换流阀11，或者使得电压源换流器单元111断开与换流阀11的联系。
如图1C所示，电压源换流器可以包括直流侧引线端Up、Un，以及交流侧引线端Ua、Ub、Uc。在直流侧引线端Up、Un和交流侧引线端Ua、Ub、和Uc之间可以分别包括6个换流阀子模块串：Uap、Ubp、Ucp、Uan、Ubn和Ucn。其中每个换流阀子模块串可以由串联连接的多个换流阀子模块构成，如图1C中的SM1……SMN。其中，每个换流阀子模块可以是全桥子模块(FBSM)、半桥子模块(HBSM)和类全桥子模块(SFBSM)中的一种。
如图1A所示，在对电压源换流阀11进行电压源换流器单元111的在线投入之前，电压源换流阀11中的电压源换流器单元111处于不工作状态，即旁路开关1111处于闭合状态，而一般至少一个其他电压源换流器单元此时正处于正常工作状态。因而此时，旁路开关1111一般流过较大的直流电流，该较大的直流电流为电压源换流阀11的直流侧工作电流。
在对电压源换流阀11进行电压源换流器单元111的在线投入时，就必须在线断开旁路开关1111。在旁路开关1111处于流过较大的直流电流的状态下，如果强行试图断开旁路开关1111，则很容易在旁路开关1111的触点之间产生电弧。即便旁路开关1111的触点已经完全分离，该电弧仍然可以使得旁路开关1111的触点之间保持电流通过，即该电弧可以使得开关1111难以可靠地断开。同时该电弧也会对设备和人身的安全造成威胁。
本申请的一个实施例提供了一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量；当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。
本申请的另一实施例提供了一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：在所述旁路开关上叠加第一电流信号，使得流过所述旁路开关的电流出现过零点；当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。
本申请的另一实施例还提供了一种电压源换流器单元，包括：电压源换流器；旁路开关，并联连接于所述电压源换流器的直流侧，控制所述电压源换流器单元是否投入工作；控制模块，分别与所述旁路开关和所述电压源换流器连接，并配置为：在控制所述旁路开关断开之前，在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量，以及在流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，控制所述旁路开关断开。
本申请的另一实施例还提供了一种电压源换流阀，包括至少两个前述任意一种电压源换流器单元。
本申请的另一实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、以及存储于所述存储器的所述处理器可执行程序，
当所述程序被执行时，所述处理器执行前述任意一种方法。
利用上述电压源换流器单元在线投入方法、电压源换流器单元以及换流阀，可以在电压源换流器单元投入之前(即旁路开关闭合之前)，通过在旁路开关上叠加一个电流量，使得流过旁路开关的电流出现多个过零点。可以利用该多个过零点中的一个切断旁路开关，使得旁路开关的动作过程安全可靠。即，可以安全可靠地控制电压源换流器单元的在线投入。
同时，由于利用上述电压源换流器单元方法的上述电压源换流器单元、电压源换流阀不需要在强电端引入额外的硬件，即可产生旁路开关的电流过零点。因而可以利用该过零点安全可靠地，在线断开旁路开关。从而可以在电压源换流阀中，安全可靠地在线投入电压源换流器单元。所以使得该电压源换流阀以及该电压源换流器单元的拓扑结构相对简单，经济性相对较好。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请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。
还应当理解，在此本申请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，而并不意在限定本申请。如在本申请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，在本申请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。
图2A示出了本申请的一个实施例，电压源换流器单元的在线投入方法的流程示意图。图2B示出了待投入换流器单元的电压源换流阀的原理示意图。图2C示出了图2B所示电路的等效电路原理示意图。图2D示出了谐波电压量的波形示意图。图2E示出了流过旁路开关的电流的波形示意图。
如图2B所示，电压源换流阀20可包括直流侧串联连接的两个电压源换流器单元21和22。其中，电压源换流器单元22已经投入运行，而电压源换流器21处于待投入状态。
根据示例实施例，电压源换流器单元21包括，电压源换流器211，和并联连接于电压源换流器211直流侧的旁路开关S1。可选地，电压源换流器单元21还可包括隔离刀闸D1、D2、D3。换流器单元22与换流器单元21的结构相同，不做赘述。
如图2B所示，电压源换流器单元21处于待投入运行状态，即电压源换流器单元21的旁路开关S1闭合。而换流器单元22处于已投入运行的旁路开关断开。此时，流过旁路开关S1的电流Ids1等于电压源换流阀20的工作电流Id。
在需要在线投入换流器单元21时，可以执行图2A所示的方法2000。如图2A所示，方法2000包括：S230和S240。
在S230中，可以在待投入电压源换流器211的直流电压参考值UdV-ref上叠加谐波电压量UHarm。谐波电压量UHarm导致电压源换流器211的直流侧出现与谐波电压量UHarm波形相同的电压分量，该电压分量作用于电压源换流器211上产生一个谐波电流。该谐波电流可以叠加于在旁路开关S1，使得流过旁路开关的电流产生过零点。
可选地，谐波电压量UHarm包含谐波分量，该谐波分量中至少一个谐波分量的频率为电压源换流器211的交流侧电压频率的整数倍。
在S240中，可以在当流过待投入电压源换流器单元211的旁路开关S1的电流Ids1出现满足预设条件的过零点时，断开旁路开关S1。可选地，可以通过发送断开旁路开关S1的命令，驱使与旁路开关S1相关的组件切断旁路开关S1。进一步的，可以在当流过待投入电压源换流器单元211的旁路开关S1的电流Ids1连续出现交替的正向、负向过零点的持续时间达到预定时间间隔Tset时，发出分开待投入电压源换流器单元211的旁路开关S1命令。
根据示例实施例，在S230之前方法2000还可以包括S220。其中在S220中，首先，可以解锁待投入电压源换流器211并控制其输出的直流侧电压UdV为0，其中，解锁电压源换流器211即向解锁待投入电压源换流器211中的各个半导体器件的控制端发送脉冲，控制电压源换流器211中的各个半导体器件进入开关状态。例如：可以先控制直流电压参考值UdV-ref为零；再发送脉冲解锁电压源换流器211。
然后，可以控制待投入电压源换流器211输出的直流侧电压，并使得该电压从零开始逐渐减小或者逐渐增大。进而可以使流过单元旁路开关S1的直流电流Ids1逐渐减小，直至接近于零。例如：当电压源换流器211为设置于送电端时，需逐渐增大直流侧输出的正电压，使得流过单元旁路开关S1的直流电流Ids1逐渐减小，直至接近于零。当电压源换流器211为设置于受电端时，需逐渐减小直流侧输出的负电压，使得流过单元旁路开关S1的直流电流Ids1逐渐减小，直至接近于零。
进一步地，在S230中，可以在旁路开关S1的电流Ids1小于阈值ITH1时，在待投入电压源换流器211的直流电压参考值UdV-ref上叠加谐波电压量UHarm。
对处于解锁状态的待投入电压源换流阀，其满足如下运行公式：
upj＝0.5UdV-ref-uj (1)
unj＝0.5UdV-ref+uj (2)
UdV＝upj+unj＝UdV-ref (3)
其中，upj和unj分别为待投入电压源换流阀j相(j＝a、b、c)的上、下桥臂电压，uj为待投入电压源换流阀输出的交流电压，UdV为待投入电压源换流阀输出的直流电压，UdV-ref为待投入电压源换流阀的直流电压参考值。
由式(1)～(3)可见，如果在待投入电压源换流阀直流电压参考值UdV-ref上主动叠加如图2D所示的谐波电压量UHarm可以使待投入电压源换流阀输出的直流电压上产生谐波电压变化，叠加谐波电压量UHarm后待投入电压源换流阀的运行公式如下：
upj＝0.5(UdV-ref+UHarm)-uj (4)
unj＝0.5(UdV-ref+UHarm)+uj (5)
UdV＝upj+unj＝UdV-ref+UHarm (6)
该谐波电压量UHarm可以在如图2C所示的待投入电压源换流器单元直流侧回路中产生谐波电流，从而使流过待投入电压源换流器单元旁路开关S1的电流IdS1产生如图2E所示的持续交替的正向、负向过零点，满足待投入电压源换流器单元旁路开关S1的断开条件。
进一步地，在S220之前还可以包括S210。其中，在S210中，可以合上待投入电压源换流器单元21对应的换流变交流进线开关S2，先对待投入电压源换流阀进行交流不控充电。再启动充电控制器将待投入电压源换流阀各桥臂子模块的电容电压充至接近该电容电压额定值。
可选地，在S240之后还可以包括S250。其中，在S250中，可以先检测旁路开关S1的分位信号，该分位信号可以用于判断旁路开关S1是否有效断开；在待投入电压源换流器单元21的旁路开关S1的分位信号出现后，将待投入电压源换流器211的直流电压参考值UdV-ref上叠加的谐波电压量UHarm撤除。其中，旁路开关S1的分位信号可以用于检测旁路开关S1是否有效断开。可选地，在S250中，也可以利用其它方式确定旁路开关S1是否有效断开；并在确定旁路开关S1有效断开后撤除谐波电压量UHarm。
图3示出了本申请的一个实施例，电压源换流器单元的在线投入方法的流程示意图。应用于如图2B所示的待投入电压源换流器单元的换流阀20中。
如图3所示，方法3000可以包括：S310和S320。
如图3及图2C所示，可以在方法S310中，可以在旁路开关S1上叠加电流IdV，使得流过旁路开关S1的电流Ids1满足下式：
Ids1＝Id-IdV (7)
其中，Id为换流阀20的工作电流。
可选地，电流Ids1可以是直流电流也可以是交流电流，还可以是包含直流分量和交流分量的电流。进一步的，该交流分量的波形可以是正弦波，也可以方波，或者其他波形。可选地该交流分量的频率可以是电压源换流器211的交流侧电压频率的整数倍。进一步地，该交流分量所包含的谐波分量中，至少一个谐波分量的频率是电压源换流器211的交流侧电压频率的整数倍。
可选地，S310可以包括，调节电流IdV的交流分量为零，直流分量从零开始逐渐变大，从而使得流过旁路开关S1的电流Ids1逐步缩小，直至接近零；再保持IdV的直流分量不变，逐步提高交流分量的幅值，使得流过旁路开关S1的电流Ids1出现过零点。
如图3所示，在S320中，可以在电流Ids1的过零点处控制旁路开关S1断开。可选地，可以在电流Ids1的正过零点切断旁路开关S1，也可以在旁路开关S1的负过零点切断旁路开关S1。更进一步的，可以在电流Ids1连续稳定地出现预设数量的过零点后，在一个电流Ids1的过零点处，控制旁路开关S1断开。可选地，还可以在电流Ids1处于连续出稳定地现多个过零点状态，并保持该状态达到预设时间间隔后，在一个电流Ids1的过零点处，控制旁路开关S1断开。
如图3和图2B所示，可选地，在S310中，可以通过控制电压源换流器211，在直流侧输出电压UdV。电压UdV作用于电压源换流器211的等效电阻R和等效电抗L上，产生电流IdV。如图3所示，进一步地，S310可以包括：利用换流器211把交流侧23的电压输入转换成直流侧的电压UdV。进一步地，在电压源换流阀20用作送电端的交-直变换器时，换流器211的交流侧23为输入端。可以利用换流器211的交流侧的输入电压生成直流侧的电压UdV。在电压源换流阀20用作受电端的直-交变换器时，换流器211的交流侧23为输出端。虽然此时换流器单元21处于未投入状态，但是仍可以临时从交流母线上引入电能，并利用该电能在直流侧产生电压UdV，以辅助断开旁路开关S1。
可选地，在S310中，也可以利用与电压源换流器211连接的第一电源作用于电压源换流器211上，产生电流IdV。其中该第一电源可以是电压源也可以电流源。该第一电源可以包含于电压源换流器单元21之内，也可以是与电压源换流器单元21相互独立的硬件。该第一电源可以与电压源换流器211直接连接，也可以与电压源换流器211耦合连接。
如图2C所示，由于在旁路开关S1闭合时，由于旁路开关S1的短路作用，Y1与Y2之间的电压可以始终保持为零。同样地，由于旁路开关S1的短路作用，电流IdV也不会影响电压源换流阀20的直流侧电流Id。也就是说，在旁路开关S1闭合时，电压UdV对电压源换流阀20的电压和电流都不会产生影响。
但是在旁路开关S1断开后，由于没有旁路开关S1的旁路作用，电流IdV是会对电压源换流阀20的直流侧产生影响的。如果电流IdV是由电压UdV产生的，由于电压UdV可以很小，所以由电压UdV而产生的噪声可以很小，对电压源换流阀20的工作状态影响有限。
可选地，方法3000还可以包括：S330。其中，在S330中，可以在确定旁路开关S1有效断开后，控制换流器211停止旁路开关S1上叠加电流IdV，并控制换流器211进入正常的工作状态。以减少包含交流分量的电流IdV对换流器211的工作状态影响。该正常工作状态可以包括整流(交-直)状态和逆变(直-交)状态。可选地，可以通过检测旁路开关S1的分位信号，确定旁路开关S1是否有效断开。
图4A示出了本申请的另一实施例，电压源换流器单元的原理示意图。图4B示出了图4A所示的电压源换流器单元中的电压源换流器的组成示意图。图4C示出了图4A所示的电压源换流器单元中的控制器的组成示意图。图4D示出了图4A所示电压源换流器单元的局部电路原理示意图。
如图4A所示，电压源换流器单元4000包括：电压源换流器41、旁路开关42和控制器43。其中：
电压源换流器41是电压源换流器单元4000的基础功能组件，可以用于进行交-直变换或者直-交变换。即电压源换流器41可以把直流侧Z1和Z2之间的直流电输入转换成交流侧Z3的交流电输出，也可以把交流侧Z3的交流输入转换成直流侧Z1和Z2之间的直流电输出。其中，交流侧Z3可以是三相端子。电压源换流器41的交流侧Z3同时也是电压源换流器单元4000的交流侧。
电压源换流器41还可以把交流侧Z3的能量输入转换成直流侧Z1-Z2的第一电压输出。该第一电压作用于电压源换流器单元4000上，可以削弱流过旁路开关42的电流，而产生旁路开关42的电流过零点。利用该电流过零点断开旁路开关42可以安全可靠地，在线断开旁路开关42。即，可以安全可靠地向电压源换流阀20，在线投入电压源换流器单元21。
电压源换流器41可以受控地切换于整流(交-直)状态、逆变(直-交)状态和第一电压输出状态之间。
旁路开关42并联连接于电压源换流器41的直流侧两端Z1和Z2。X1和X2为电压源换流器单元4000的直流侧两端。在旁路开关42闭合时，电压源换流器41处于短路状态不能正常投入工作；在旁路开关42断开时，电压源换流器41可以正常工作。可以通过在线断开旁路开关42的方式，在线投入电压源换流器单元4000。
控制器43分别与电压源换流器41和旁路开关42连接。可以控制电压源换流器41在不同工作状态之间切换，其中该不同工作状态包括：整流(交-直)状态、逆变(直-交)状态和第一电压输出状态。控制器43也可以控制旁路开关42断开/闭合。
控制器43可以配置为：在控制旁路开关42断开之前，在电压源换流器41的直流电压参考值上叠加谐波电压量，使得电压源换流器41在直流侧输出第一电压；以及在流过旁路开关42的电流出现满足预定要求的过零点时，控制旁路开关42断开。
进一步地，还可以利用控制器43合理调节叠加于电压源换流器41的直流电压参考值上的谐波电压量。
还可以利用控制器43检测旁路开关42的触点位置，以确定旁路开关42是否有效断开。并在确定旁路开关42有效断开后，利用控制器43停止在电压源换流器41的直流电压参考值上叠加谐波电压量，并控制电压源换流器41进入整流状态或者逆变状态。
如图4B所示，可选地，电压源换流器41可以包括换流器控制器411、换流器参考源412、换流阀子模块堆413和换流器反馈414。其中：
如图4B所示，换流阀子模块堆413是电压源换流器单元4000的基本功能组件，可以用于交-直变换、直-交变换。电压源换流器单元4000的交流侧可以连接三相交流电，此时换流阀子模块堆413可以是由多个换流阀子模块串组成，每个换流阀子模块串包括串联连接的多个换流阀子模块。每个换流阀子模块串与三相交流电的一相连接。
如图4B所示，换流器参考源412与换流器控制器411连接，向换流器控制器411输出的直流电压参考值。直流电压参考值可以用于换流器控制器411的参考输入，可以通过调节直流电压参考值的波形，调节电压源换流器41的输出波形。直流电压参考值可以是直流信号，也可以是交流信号。换流器参考源412还可以输出同时包含直流分量和交流分量的直流电压参考值。换流器参考源412输出的交流分量的直流电压参考值可以是正弦波、也可以是方波还可以是其他波形。换流器参考源412可以受控地调整直流电压参考值的波形。
如图4B所示，换流器反馈414分别与换流阀子模块堆413和换流器控制器411连接。换流器反馈414采集换流阀子模块堆413的电压输出，并把采集到的结果实时反馈给换流器控制器411。换流器反馈414可以检测换流阀子模块堆413直流侧的电压输出，也可以检测换流阀子模块堆413交流侧的电压输出。
如图4B所示，换流器控制器411分别与换流器参考源412、换流阀子模块堆413和换流器反馈414连接。可以根据换流器参考源412输出的直流电压参考值以及换流器反馈414的反馈输入，控制换流阀子模块堆413，把交流侧的交流电能输入转换成直流侧的直流电能输出。换流器控制器411也可以根据换流器参考源412输出的直流电压参考值以及换流器反馈414的反馈输入，控制换流阀子模块堆413，把直流侧的直流电能输入转换成交流侧的交流电能输出。
如图4B所示，可以控制换流器参考源412输出第一直流电压参考值，使得换流器控制器411根据换流器参考源412输出的第一直流电压参考值以及换流器反馈414的反馈输入，控制换流阀子模块堆413，把交流侧的交流电能输入转换成直流侧的第一电能输出，该第一电能可以是第一电压也可以是第一电流。其中，第一直流电压参考值可以是含交流分量的直流信号。第一电压和第一电流均可以用于削弱流过旁路开关42的电流，并确保在线断开旁路开关42的安全性和可靠性，即可以确保在线投入电压源换流器单元4000的安全性和可靠性。
可选地，控制器43可以与旁路开关42直接电连接，也可以与旁路开关42耦合连接。控制器43可以与旁路开关42光电耦合连接，也可以通过变压器与旁路开关42耦合连接。
可选地，控制器43可以与电压源换流器41直接电连接，也可以与电压源换流器41耦合连接。控制器43可以与电压源换流器41光电耦合连接，也可以通过变压器与电压源换流器41耦合连接。
如图4C所示，可选地，控制器43可以包括：旁路开关电流检测器431、旁路开关位置检测器432和旁路开关电流控制器433。
如图4C所示，旁路开关控制器433可以与电压源换流器41的换流器参考源412连接，调整换流器参考源412输出的直流电压参考值的波形，进而控制电压源换流器41的输出波形，并进一步地控制旁路开关的电流。
如图4C所示，旁路开关电流检测器431与旁路开关42连接，用于检测通过旁路开关42的电流。当旁路开关电流检测器431检测到旁路开关42的电流小于阈值ITH1时，控制器43可以在电压源换流器41的直流电压参考值上叠加谐波电压量，以削弱流过旁路开关42的电流，产生旁路开关42的电流过零点。以及可以利用旁路开关电流检测器431检测旁路开关42的电流过零点。
旁路开关位置检测器432与旁路开关42连接，用于检测旁路开关42是否有效断开。可选地，旁路开关位置检测器432可以通过检测旁路开关42的触点之间的距离判断旁路开关42是否有效断开，即可以通过检测旁路开关42的分位信号，检测旁路开关42是否有效断开。当旁路开关位置检测器432检测到开关42连接有效断开后，控制器43可以控制电压源换流器41停止输出第一电压，并进入正常工作的状态。
如图4C所示，控制器43还可以包括换流器控制器434。其中：换流器控制器434与电压源换流器41连接。换流器控制器434可以控制电压源换流器41进入不同的状态，比如整流(交-直)状态、逆变(直-交)状态和第一电压输出状态。
如图4C所示，控制器43还可以包括处理器435。其中，处理器435分别与旁路开关电流检测器431、旁路开关位置检测器432、旁路开关电流控制器433和换流器控制器434连接。用于协调旁路开关电流检测器431、旁路开关位置检测器432、旁路开关电流控制器433和换流器控制器434，和控制旁路开关42断开。
如图4D所示，电压源换流器单元4000还可以包括隔离刀闸D1、D2、D3。其中：
隔离刀闸D1、D2分别串联于由电压源换流器41和旁路开关组成的电路的两端Y1和Y2。
隔离刀闸D3并联于由隔离刀闸D1、D2、电压源换流器41和旁路开关组成的电路的两端X1和X2之间。
隔离刀闸D1、D2、D3用于，在电压源换流器单元4000不工作时，把在电压源换流器单元4000接入包含在电压源换流器单元4000的换流阀中，或者把在电压源换流器单元4000与该换流阀断开连接。
本申请还提供一个实施例，电压源换流阀，包括至少两个前述任意一种电压源换流器单元。其中，该至少两个前述任意一种电压源换流器单元直流侧串联连接。
本申请还提供了一个实施例，一种电子设备，包含处理器、存储器、以及存储于所述存储器的所述处理器可执行程序，当所述程序被执行时，所述处理器执行前述任意一种方法。
利用上述电压源换流器单元在线投入方法、电压源换流器单元以及换流阀，可以在电压源换流器单元投入之前(即旁路开关闭合之前)，通过在旁路开关上叠加一个电流量，使得流过旁路开关的电流出现多个过零点。可以利用该多个过零点中的一个切断旁路开关，使得旁路开关的动作过程安全可靠。即，可以安全可靠地控制电压源换流器单元的在线投入。
同时，由于利用上述电压源换流器单元方法的上述电压源换流器单元、电压源换流阀不需要在强电端引入额外的硬件，即可产生旁路开关的电流过零点。因而可以利用该过零点安全可靠地，在线断开旁路开关。从而可以在电压源换流阀中，安全可靠地在线投入电压源换流器单元。所以使得该电压源换流阀以及该电压源换流器单元的拓扑结构相对简单，经济性相对较好。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (19)

1.一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：
在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量；
当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述谐波电压量包含至少一个谐波分量，所述至少一个谐波分量的频率为所述电压源换流器的交流侧电压频率的整数倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关，包括：
当流过所述旁路开关的电流持续出现交替的正向、负向过零点的持续时间达到设定值时，发送断开所述旁路开关的命令。
4.根据权利要求1所述的方法，所述在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量之前，还包括：
解锁所述电压源换流器，并控制所述电压源换流器输出的直流侧电压为零；
控制所述电压源换流器输出的直流侧电压逐渐减小或逐渐升高，使得流过所述旁路开关的电流逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量，包括：
当流过所述旁路开关的电流小于第一阈值时，在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述解锁所述电压源换流器，并控制所述电压源换流器输出的直流侧电压为零之前，还包括：
利用所述电压源换流器的交流侧电压对所述电压源换流器进行交流不控充电；
启动充电控制器，利用所述电压源换流器的交流侧电压对所述多个电容进行充电，使得所述多个电容的电压接近所述电容的电压额定值。
7.根据权利要求1所述的方法，在断开所述旁路开关之后，还包括：撤除所述谐波电压量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述撤除所述谐波电压量，包括：
检测所述旁路开关的分位信号；
在所述旁路开关的分位信号出现后，撤除所述谐波电压量。
9.一种电压源换流器单元的在线投入方法，所述电压源换流器单元包括电压源换流器以及并联连接于所述电压源换流器的直流侧的旁路开关，其中所述电压源换流器单元在线投入之前，所述旁路开关处于闭合状态，所述方法包括：
在所述旁路开关上叠加第一电流信号，使得流过所述旁路开关的电流出现过零点；
当流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，断开所述旁路开关。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
在所述旁路开关上叠加第一电流信号，包括：
在所述旁路开关上叠加直流电流信号；
在所述旁路开关上叠加交流电流信号。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述旁路开关上叠加第一电流信号，包括：
利用所述电压源换流器，在所述电压源换流器的直流侧产生第一电压信号，所述第一电压信号用于产生所述第一电流信号；和/或
利用与所述电压源换流器的直流侧连接的第一电源产生所述第一电流信号。
12.一种电压源换流器单元，包括：
电压源换流器；
旁路开关，并联连接于所述电压源换流器的直流侧，控制所述电压源换流器单元是否投入工作；
控制模块，分别与所述旁路开关和所述电压源换流器连接，并配置为：在控制所述旁路开关断开之前，在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量，以及在流过所述旁路开关的电流出现满足预定要求的过零点时，控制所述旁路开关断开。
13.根据权利要求12所述的换流器单元，其中，所述控制模块通过发送断开所述旁路开关的命令，控制所述旁路开关断开。
14.根据权利要求12所述的换流器单元，其中，所述控制模块包括：
旁路开关电流控制器，在所述电压源换流器的直流电压参考值上叠加谐波电压量，使得流过所述旁路开关的电流出现过零点；
旁路开关电流检测器，检测流过所述旁路开关的电流。
15.根据权利要求12所述的换流器单元，其中所述控制模块包括：
旁路开关位置检测器，检测所述旁路开关的分位信号。
16.根据权利要求12所述的换流器单元，其中所述控制模块包括：
控制器处理器，控制所述旁路开关断开。
17.根据权利要求13所述的换流器单元，还包括：
第一隔离刀闸和第二隔离刀闸，分别串联于所述电压源换流器的直流侧两端；
第三隔离刀闸，两端分别与所述第一隔离刀闸和所述第二隔离刀闸电连接。
18.一种电压源换流阀，包括串联连接的至少两个如权利要求13-18中至少一项所述的电压源换流器单元。
19.一种电子设备，包括处理器、存储器、以及存储于所述存储器的所述处理器可执行程序，
当所述程序被执行时，所述处理器执行权利要求1-8中至少一项所述的方法，或者
当所述程序被执行时，所述处理器执行权利要求9-11中至少一项所述的方法。
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