CN112436724B - 换流装置及其组件、无功补偿装置、换流器及其控制方法 - Google Patents

换流装置及其组件、无功补偿装置、换流器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及换流装置及其组件、无功补偿装置、换流器及其控制方法。该换流装置包括：开关单元，包括串联连接的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件；电容器，与开关单元并联连接；耗能均压单元，与电容器并联，并包括串联连接的第一电阻器和第二电阻器以及第三可控半导体器件，第三可控半导体器件与第一电阻器并联。

Description

换流装置及其组件、无功补偿装置、换流器及其控制方法
技术领域
本申请涉及高压电力变换器。更具体的，本申请涉及一种可以实现故障能量消耗的换流装置，以及由换流装置构成的无功补偿装置、换流器，及换流器的控制方法。
背景技术
在利用电力变换器实现电力传输的高压直流输电领域，当受电端交流电网发生故障时，由于发电端和受电端的功率不平衡，直流极线侧快速累积能量，继而导致电压急剧升高，危害换流阀等设备安全和***运行。
一种最常见的解决方案是在换流器直流极线之间安装由半导体开关和耗能电阻串联构成的直流耗能装置，在故障时闭合半导体开关，将不平衡能量通过耗能电阻转化为热能而消耗掉。该方案在耗能的同时不能兼顾换流器内部的多个装置串联时的耗能需求和均压需求。
目前已经公开的一种方案，将上述耗能电阻又称制动电阻分解为多个单耗能电阻，并将单电阻作为换流器子模块的部件，而这些子模块是相互串联的。单耗能电阻与半导体开关构成串联回路。在故障时，半导体开关闭合使电流流过耗能电阻；在正常时半导体开关断开通过该单耗能电阻的电流。这一方案在子模块中并联了一个高压半导体开关与耗能电阻支路，仅用于消耗交流电网故障情况下的不平衡能量，考虑到交流电网故障概率极低的现实情况，该高压支路在绝大部分时间里都是处于备用状态，利用率极低。
发明内容
本申请的一个实施例公开了一种换流装置，包括：开关单元，包括串联连接的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件；电容器，与所述开关单元并联连接；耗能均压单元，与所述电容器并联，并包括串联连接的第一电阻器和第二电阻器以及第三可控半导体器件，所述第三可控半导体器件与所述第一电阻器并联。
可选地，所述耗能均压单元还包括：第一开关，与所述第一电阻器串联，并且所述第三可控半导体器件与串联的所述第一电阻器和所述第一开关并联。
可选地，所述开关单元还包括：串联连接的第四可控半导体器件和第五可控半导体器件，串联连接的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件与串联连接的第四可控半导体器件和第五可控半导体器件彼此并联。
本申请的一个实施例还提供了一种换流装置组件，包括串联连接的至少两个上述换流装置的一种。
本申请的一个实施例还提供了一种无功补偿装置，包括前述换流装置组件，电连接于待补偿电路。
本申请的一个实施例还提供了一种换流器，包括前述换流器组件，两端为直流侧，分别与直流线路的两端电连接，所述换流装置组件中预定两个换流装置之间为交流侧，与交流线路电连接。
利用上述任意一种换流装置、由换流装置组成的换流装置组件以及由换流装置组件组成的无功补偿装置和换流器，可以通过控制第三可控半导体器件的关断与闭合，使得第一电阻器和第二电阻器可以兼顾，能量消耗和串联应用时，换流装置之间的均压，从而使得该换流装置的体积可以较小。同时由于该换流器在大部分时间均处于即正常工作状态，即该换流装置在大部分时间内处于均压状态，第一电阻器和第二电阻器均投入使用，其设备利用率较高。
本申请的一个实施例还提供了控制前述换流器的一种方法，包括：采集所述换流器的直流侧电压；判断所述直流侧电压是否大于预设的第一阈值；根据判断结果，控制所述换流器中的至少一部分换流装置中的第三可控半导体器件导通。
本申请的一个实施例还提供了控制前述换流器的一种方法，包括：采集所述换流装置中电容器两端的电压；判断所述电容器两端的电压是否大于预设的第六阈值；如果是，控制所述换流装置中的第三可控半导体器件导通，第一可控半导体器件和第二可控半导体器件关断；如果否，控制所述换流装置中的第三可控半导体器件关断。
本申请的一个实施例还提供了控制前述换流器的一种方法，包括：响应于换流器的停机指令，控制所述换流器的换流装置中的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件关断，第三可控半导体器件导通。
本申请的一个实施例还提供了控制前述换流装置的一种方法，包括：控制所述第一开关闭合；响应于所述电容器的充电完成信号，控制所述第一开关断开。
通过上述任意一种方法可以通过控制前述换流器中的换流装置中的第三可控半导体器件的关断与闭合，使得该第一电阻器和第二电阻器可以兼顾能量消耗和串联应用时的模块均压，使得该换流器的体积可以较小。同时，同时由于该换流器在大部分时间均处于即正常工作状态，即该换流装置在大部分时间内处于均压状态，第一电阻器和第二电阻器均投入使用，其设备利用率较高。
同时，通过上述任意一种方法，控制前述任意一种换流器，可以有效地保护该换流器中的器件不受损害，以及可以保护该换流器所在电网的运行安全。
附图说明
图1示出了本申请的一个实施例，换流装置的电路原理示意图。
图2示出了本申请的一个实施例，换流装置的电路原理示意图。
图3示出了本申请的一个实施例，换流装置的电路原理示意图。
图4示出了本申请的一个实施例，换流器装置组件的电路原理示意图。
图5示出了本申请的一个实施例，无功补偿装置的电路原理示意图。
图6示出了本申请的一个实施例，换流器的电路原理示意图。
图7示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7A示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7B示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7C示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7D示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7E示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7F示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图7G示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图8示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法的流程示意图。
图9示出了本申请的一个实施例，控制如图2或者图3所示的换流装置的方法的流程示意图。
具体实施方式
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1示出了为本申请的一个实施例，换流装置1000的电路原理示意图。如图1所示，换流装置1000包括：电容器C1、开关单元U1和耗能均压单元U2。其中：
开关单元U1包括：串联连接的第一可控半导体器件Q1(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))和第二可控半导体器件Q2(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))，即Q1的发射极与Q2的集电极电连接，组成一种类似于半桥电路的拓扑结构。
耗能均压单元U2包括：串联连接的电阻器R1和R2，以及第三可控半导体器件Q3(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))。其中，Q3与R1并联连接，即Q3的发射极和集电极分别与R1的两端电连接。
如图1所示，可选地，电容器C1可以是单个电容，也可以是多个电容器经过串联/并联连接形成的电容阵列。
如图1所示，可选地，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q1和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q2的连接关系，也可以是Q1的集电极连接于Q2的发射极。
如图1所示，Q1和Q2也可以是其他类型的双极型晶体管。
如图1所示，进一步地，换流装置1000可以包括两个引线端n1和n2，分别电连接于Q2的集电极和发射极。可选地，引线端n1和n2也可以分别电连接于Q1的集电极和发射极。可选地，引线端n1和n2还可以分别电连接于Q2的集电极和发射极。
如图1所示，可选地，Q1和Q2还可以是单极性晶体管。其中，Q1和Q2串联连接，即Q1的漏极与Q2的源极电连接；或者Q1的源极与Q2的漏极电连接。
进一步地，换流装置1000可以包括两个引线端n1和n2，分别连接于Q2的漏极和源极。可选地，引线端n1和n2也可以分别连接于Q1的漏极和源极。可选地，引线端n1和n2还可以分别连接于Q2的漏极和源极。
如图1所示，可选地，换流装置1000可以包括开关K2(未示出)，跨接于引线端n1和n2之间。
如图1所示，Q1、Q2也可以是由至少两个可控半导体器件串联/并联组成的局部电路。Q1、Q2还可以是其他具有快速开关功能的电路模块，比如智能功率模块(IPM)。
如图1所示，可选地，Q1和Q2为同类型半导体器件，且参数相同。
如图1所示，可选地，Q1和Q2为大功率半导体器件。
如图1所示，R1和R2可以是单独的电阻器元件，也可以是由多个电阻器串联和/或并联组成的电阻阵列，或者是其他呈阻性的局部电路。
如图1所示，可选地，R1的阻值大于R2的阻值。
如图1所示，可选地，换流装置1000还可以包括续流二极管D1(未示出)与电阻R2反并联，在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q3关断时提供续流通路。
如图1所示，当Q3处于导通状态时，电阻R1短路、电容两端电压直接施加于电阻R2。此时，耗能均压单元U2进入低阻抗状态，即耗能状态。耗能状态下的耗能均压单元U2，可以在故障发生后，用于消耗电容C1中储存的电量，降低电容C1两端的电压。进一步地，可以通过合理控制Q1和Q2配合耗电过程，提高耗电的效率。
如图1所示，当Q3处于关断状态时，电容两端电压直接施加于串联的电阻R1、R2之上。此时，耗能均压单元U2进入高阻抗状态，即均压状态。当多个换流装置1000串联连接时，均压状态的耗能均压单元U2可以用于均衡该多个换流装置1000中每个换流装置1000两端电压。
利用上述换流装置1000，可以通过控制Q3的关断与闭合，使得电阻R1和电阻R2可以兼顾能量消耗和串联应用时的每个换流装置的均压，使得换流装置1000的体积可以较小。同时换流装置1000的大部分时间均处于均压状态，且在均压状态下的换流装置1000电阻R1和电阻R2均投入使用，所以换流装置1000的器件利用率较高。
图2示出了本申请的一个实施例，换流装置2000的电路原理示意图。如图2所示，换流装置2000包括：电容器C1、开关单元U1和耗能均压单元U2。其中：
电容器C1与开关单元U1与换流装置1000中的同名器件相同，在此不做赘述。
耗能均压单元U2包括：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q3和开关K1和串联连接的电阻器R1、电阻器R2。其中，电阻器R1、电阻器R2、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q3与换流装置1000中的同名器件相同，在此不做赘述。开关K1与电阻器R1串联。
可选地，开关K1可以是任何一种具有开关功能的电路器件或者电路模块，比如：继电器、空气开关以及可控半导体器件等。
在换流装置2000处于正常状态时，可以通过控制K1，控制是否利用R1、R2进行均压。比如可以在启动时闭合K1，利用R1、R2进行均压；在启动完成后，断开K1，不再利用R1、R2进行均压，以减少换流装置2000正常运行时，由于R1、R2造成的能量消耗。
具体地，可以在***启动时可以进行一下步骤：控制K1闭合，利用R1、R2对串联连接的多个换流装置2000进行均压控制；检测换流器2000中的电容器C1两端电压UC1；判断UC1是否大于预设的阈值Uth7；如果判断结果为是，则断开K1，避免由于R1、R2造成的能量消耗。
利用上述换流装置可以可控兼顾故障状态下耗能需求、启动过程均压需求和正常工作时的高效率运行需求。使得利用上述换流装置的电路的工作更灵活。
图3示出了本申请的一个实施例，换流装置3000的电路原理示意图。如图3所示，换流器3000包括：电容器C1、开关单元U1和耗能均压单元U2。其中：
其中，耗能均压单元U2可以包括：串联连接的电阻器R1和R2，以及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q3。其中，Q3与R1并联连接，即Q3的发射极和集电极分别与R1的两端电连接。
电容器C1、电阻器R1和R2以及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q3与换流器1000中的同名器件相同，在此不做赘述。
如图3所示，开关单元U1包括：串联连接的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q1、Q2以及串联连接的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q4、Q5，串联后的Q1、Q2和串联后的Q4、Q5并联。Q1、Q2、Q4、Q5组成一种类似全桥电路的拓扑结构。
如图3所示，可选地，Q1、Q2、Q4、Q5可以分别换成其他双极型晶体管。Q1、Q2、Q4、Q5还可以分别换成单极性晶体管。Q1、Q2、Q4、Q5也可以分别是至少两个半导体器件组成的局部电路或者开关模块。
如图3所示，可选地，Q1、Q2、Q4、Q5可以是同类型半导体器件，进一步地Q1、Q2、Q4、Q5的器件参数相同。
如图3所示，可选地，换流装置3000可以包括开关K1(未示出)，与电阻R1串联。换流装置3000中的K1与换流器2000中的K1相同，不做赘述。
如图3所示，可选地，换流装置3000可以包括两个接线端n1、n2。其中，接线端n1电连接于Q1、Q2之间的连接点，接线端n2电连接于Q4、Q5之间的连接点。
如图3所示，可选地，换流装置3000可以包括开关K2(未示出)，跨接于接线端n1、n2之间。
利用上述换流装置3000可以控制Q1、Q2、Q4、Q5产生UDC、0、-UDC三个电平，达到更好的***控制效果；其次，通过控制Q1和Q5导通、Q2和Q4导通来控制***电流流入或者流出直流电容，更快速地调节电容电压；再次，在***出现极限短路时，可以通过闭锁Q1、Q2、Q4、Q5，限制短路电流。
图4示出了本申请的一个实施例，换流器装置组件4000的电路原理示意图。如图4所示，换流器组件4000包括串联连接的串联连接的P1、P2和P3。
其中，P1、P2和P3为前述任意一种换流装置。
如图4所示，换流装置组件4000可以包括串联连接的两个换流装置，也可以包括串联连接的三个以上换流装置。
如图4所示，可选地，换流装置组件4000还可以包括电抗器(未示出)与换流装置串联。
可选地，换流装置组件4000还可以包括并联连接的至少两组换流装置。其中，每一组换流装置包括，串联连接的至少两个换流装置，每个换流装置为前述任意一种换流装置。进一步地，每组换流装置的换流装置数量相同。
可选地，换流装置组件4000所包含的换流装置的电路拓扑结构相同，电路元件的参数也相同。
图5示出了本申请的一个实施例，无功补偿装置5000的电路原理示意图。如图5所示，无功补偿装置5000包括：星形连接的三个前述任意一种换流装置组件T1、T2和T3，分别电连接于待补偿线路的a、b、c三相。
可选地，T1、T2和T3也可以通过三角连接的方式连接。
可选地，待补偿电路也可以是单相交流电路。相应地，无功补偿装置5000仅包括一个换流装置组件，跨接于待补偿交流线路的两端。
图6示出了本申请的一个实施例，换流器6000的电路原理示意图。如图6所示，换流器6000包括：三个换流装置组件T601、T602和T603。
其中，T601、T602和T603为前述任意一种换流装置组件。T601、T602和T603的两端均连接于直流线路LP和LN，LP为正端、LN为负端。T601、T602和T603中的每个换流装置组件由6个换流装置串联构成。T601、T602和T603中每一换流装装置组件的第三和第四换流装置之间的连接点为交流侧，分别与三相交流线路的a、b、c三相电连接。
如图6所示，T601、T602和T603可以由其他数量的换流装置串联构成。T601、T602和T603中每个换流装置组件所包含的换流装置的数量也可以各不相同。
如图6所示，三相交流侧可以分别位于T601、T602和T603中部的两个换流装置之间的连接点。三相交流侧也可以分别位于T601、T602和T603的其他预定两个换流装置之间的连接点。
换流器6000也可以包含两个换流装置组件，每个换流装置的两端为直流侧连接于直流线路的两端LP和LN，每个换流器的预定两个换流装置的连接点为交流侧分别连接单相交流电的两端。
图7示出了本申请的一个实施例，控制上述任意一种换流器的方法7000的流程示意图。方法7000为前述任意一种换流器的故障处理方法。如图7所示，方法7000包括：步骤S710、步骤S720和步骤S730。其中：
步骤S710，采集换流器的直流侧的电压Ud。
步骤S720，判断Ud是否大于预设的第一阈值Uth1。
步骤S730，如果判断结果为是，则控制换流器中的至少一部分换流装置进入耗能状态，即控制换流器中的至少一部分换流装置中的Q3导通。
如图7所示，其中步骤S730可以是控制换流器中的一个换流装置进入耗能状态，也可是控制换流器中的两个或者两个以上换流装置进入耗能状态，还可以是控制换流器中的全部换流装置进入耗能状态。
可选地，方法7000还可以包括步骤S740(未示出)，控制进入耗能状态的换流装置的Q1导通、Q2关断。
可选地，方法7000还可以包括步骤S750(未示出)，控制换流器中的所有换流装置的Q1和Q2关断。
如图7所示，方法7000还可以包括步骤S760(未示出)，如果判断结果为否，则控制换流器中的所有换流装置进入均压状态，即控制所有换能装置中的Q3关断。
进一步地，步骤S760还可以包括：控制所有换流装置中的Q1、Q2处于正常工作状态，比如脉宽控制状态。
可选地，在步骤S710之前还可以包括：控制所有换流装置进入均压状态，即控制所有换流装置中的Q3关断。
方法7000是前述任意一种换流器的保护方法，步骤S720为判断换流器是否处于故障状态，步骤S730为故障的处理。
在线路发生某些故障时(比如说用电侧部分电路跳闸)，发电侧的输出功率大于用电侧的用电功率，进而造成传输线路的电压会升高。当发生上述故障时，利用方法7000，可以通过投入耗能电阻的方式消耗传输线路上的多余能力，使得传输线路的电压达到正常范围。
图7A示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000A的流程示意图。如图7A所示，方法7000A是在方法7000的基础上把步骤S730换成步骤S730A1、步骤S730A2、步骤S730A3和步骤S730A4后得到的。其中：
步骤S730A1，获取换流器的直流侧的传输功率P。
步骤S730A2，计算换流器的预设传输功率值P0超出换流器的直流侧的传输功率P的差值ΔP。
步骤S730A3，根据ΔP计算换流器中需要耗能的换流装置的数量n。
步骤S730A4，控制换流器中的n个换流装置进入耗能状态，即控制换流器中的n个换流装置中的第三可控半导体器件Q3导通。
如图7A所示，其中，步骤S730A1可以包括以下步骤：
采集换流器的直流侧电流Id。
根据换流器的直流侧电压Ud和直流侧电流Id，计算得到换流器直流侧的传输功率P。
如图7A所示，步骤S730A2中的预设传输功率值P0可以是换流器的直流侧电压Ud超出第一阈值Uth1之前的直流侧传输功率的稳态值。
图7B示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000B的流程示意图。如图7B所示，方法7000B是在方法7000A的基础上把步骤S730A4换成：步骤S730B1、步骤S730B2和步骤S730B3后得到的。其中：
步骤S730B1，采集换流器的三相交流侧电压UCA、UCB、UCC。
步骤S730B2，根据UCA、UCB、UCC和方法7000A的步骤S730A3中的需要耗能的换流装置的数量n，确定换流器中每一相需要耗能的换流装置的数量nBA、nBB、nBC，其中，nBA、nBB、nBC的总和等于n。
步骤S730B3，分别控制换流器中的每相的nBA、nBB、nBC个换流装置中的Q3导通。
其中，三相交流侧电压UCA、UCB、UCC可以是三相交流侧电压的平均值或者有效值。三相交流侧电压UCA、UCB、UCC可以是相电压也可以是线电压。
如图7B所示，进一步地，nBA与UCA负相关，nBB与UCB负相关，nBC与UCC负相关。更进一步地，步骤S730B2可以是根据式(1)(2)(3)计算，得到每一相需要耗能的换流装置的数量nBA、nBB、nBC。
nBA＝n*(UCB+UCC)/[2(UCA+UCB+UCC)] (1)
nBB＝n*(UCA+UCC)/[2(UCA+UCB+UCC)] (2)
nBC＝n-nBA-nBB (3)
图7C示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000C的流程示意图。如图7C所示，方法7000C是在方法7000的基础上，在步骤S720和步骤S730之间增加步骤S723、步骤S726后得到的。其中：
步骤S723，采集换流器的交流侧电压UC。
步骤S726，判断换流器的交流侧电压UC是否小于预设的第二阈值Uth2。
如图7C所示，步骤S723可以设置于步骤S726之前的任何一个位置。
如图7C所示，步骤S723中的交流侧电压UC可以是交流侧电压的平均值或者有效值。交流侧电压UC可以是单相交流电压，也可以是三相交流电压UCA、UCB、UCC中的任意一相电压、或者任意两相电压，交流侧电压UC还可以是三相电压UCA、UCB、UCC的统称。交流侧电压UC可以是相电压也可以是线电压。
如图7C所示，步骤S726中的第二阈值Uth2可以是交流侧额定电压UN。
图7D示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000D的流程示意图。如图7D所示，方法7000D是在方法7000C的基础上，把步骤S730换成步骤S730D1和步骤730D2后得到的。其中：
步骤S730D1，根据换流器的交流侧电压UC和交流侧额定电压UN，确定需要耗能的换流装置的数量nD。
步骤730D2，控制换流器中的nD个换流装置进入耗能状态，即控制nD个换流装置的第三可控半导体器件Q3导通。
进一步地，步骤S730D1可以是根据以下公式计算得到需要耗能的换流装置的数量nD。
M＝C*(1-UC/UN)*N (4)
其中，M为需要耗能的换流装置的数量，C为可靠性系数，UC为交流电压，UN为额定交流电压，N为所述换流器中包含换流装置的数量。
如图7D所示，可选地，步骤S720可以是：采集换流器的交流侧三相电压UCA、UCB、UCC。步骤S730D1可以是：根据交流侧三相电压UCA、UCB、UCC和交流侧额定电压UN，确定换流器中每一相需要耗能的换流装置的数量nDA、nDB、nDC。步骤730D2可以是：分别控制换流器中每一相的nDA、nDB、nDC个换流装置进入耗能状态，即控制每一相的nDA、nDB、nDC个换流装置的第三可控半导体器件Q3导通。
进一步地，每一相需要耗能的换流装置的数量nDA、nDB、nDC可以根据式(4)计算得到。
在三相交流侧线路发生故障时，利用方法7000D，可以均衡换流器中的三相耗能功率，即均衡分配三相换流装置组件中进入耗能状态的耗能装置的数量。进而可以保证换流器可以以较大的输出能力向外输出功率。
图7E示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000E的流程示意图。如图7E所示，方法7000E是在方法7000B-7000D的基础上增加步骤S740E1、步骤S740E2和步骤S740E3得到的。其中，步骤S740E1，判断交流侧电压UC是否小于预设的第三阈值Uth3。
步骤S740E2，如果判断结果为是，则控制处于耗能状态的换流装置中的第一可控半导体器件Q1和第二可控半导体器件Q2关断。
步骤S740E3，如果判断结果为否，否则控制处于耗能状态的换流装置的第一可控半导体器件Q1导通，第二可控半导体器件Q2关断。
如图7E所示，方法7000E为换流器对轻微故障和较严重故障的控制方法。其中，步骤740E1为判断换流器是否处于较严重的故障状态。步骤S740E2为换流器处于较严重的故障状态时，切断处于耗能状态中的换流装置与外界的关联。步骤S740E3为换流器处于轻微的故障状态时，切断换流装置的输入，保持向外输出换流装置中的电容器C1中已经储存的电量。
在发生故障时，利用方法7000E可以在控制换流器进行耗能的同时，还能传输一部分功率。
图7F示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000F的流程示意图。如图7F所示，方法7000F是在方法7000的基础上增加步骤S740F1、步骤S740F2和步骤S740F3。其中：
步骤S740F1，采集换流器的交流侧电压UC。
步骤S740F2，判断换流器的交流侧电压UC是否小于预设的第四阈值Uth4。
步骤S740F3，如果判断结果为是，则控制换流器中所有换流装置的第三可控半导体器件Q3导通，第一可控半导体器件Q1、第二可控半导体器件Q2关断。
方法7000F为换流器的严重故障时的控制方法。其中，步骤S740F2为判断换流器是否处于严重故障。步骤S740F3为控制换流器中的所有换流装置停止工作，即控制换流器停机。
图7G示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法7000G的流程示意图。如图7G所示，方法7000G是在方法7000B、方法7000C-7000F的基础上增加步骤S740G1和步骤S740G2后得到的。
其中，
步骤S740G1，判断换流器的交流侧电压UC是否大于预设的第五阈值Uth5。
步骤S740G2，如果判断结果为是，则控制换流器中所有换流装置的第三可控半导体器件Q3关断，第一可控半导体器件Q1、第二可控半导体器件Q2进入脉宽控制状态。
方法7000G为换流器从故障状态恢复到正常工作状态的方法。其中，步骤S740G1为判断换流器是否恢复正常。步骤S740G2为退出故障状态，进入正常工作状态。
利用方法7000G，可以在故障状态解除时，换流器快速恢复工作状态。
图8示出了本申请的一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法8000的流程示意图。方法8000为前述任意一种换流装置的故障处理方法。如图8所示，方法8000包括：步骤S810、步骤S820、步骤S830和步骤S840。其中：
步骤S810，采集换流器中的换流装置中的电容器C1两端的电压UC1。
步骤S820，判断电压UC1是否大于预设的第六阈值Uth6。
步骤S830，如果判断结果为是，则控制换流装置中的第三可控半导体器件Q3导通，控制第一可控半导体器件Q1和第二可控半导体器件Q2关断。
步骤S840，如果判断结果为否，则控制换流装置中的第三可控半导体器件Q3断开。
可选地，步骤S840还可以包括：控制第一可控半导体器件Q1和第二可控半导体器件Q2恢复至正常工作状态，即Ud小于第一阈值Uth1时，第一可控半导体器件Q1和第二可控半导体器件Q2的工作状态。
方法8000为针对换流器中的换流装置的保护方法。
利用方法8000，可以对换流器中的每个换流装置进行保护，避免其因为过电压而造成损坏，以及避免每个换流装置因过压故障而退出运行。
本申请还公开了一个实施例，控制前述任意一种换流器的方法9000。方法9000为控制前述任意一种换流器停机的方法，包括：
响应于停机指令，控制换流器的所有换流装置中的第一可控半导体器件Q1和第二可控半导体器件Q2关断，第三可控半导体器件Q3导通。
利用方法9000可以实现直流电缆的快速放电、***快速停机，并对换流器内的电容放电，以及对于换流器连接的电缆放电。以便于***的检修维护。
图9为本申请的一个实施例，控制如图2或者图3所示的换流装置的方法A000。方法A000应用于，由多个串联连接的如图2或者图3所示的换流装置组成的电路。方法A000为，对该电路中的一个或者多个换流装置中的电容器进行充电控制的方法。如图9所示，方法A000包括步骤SA10和步骤SA20。其中：
步骤SA10，控制第一开关K1闭合。
步骤SA20，响应于该换流装置中的电容器的充电完成信号，控制第一开关K1断开。
可选地，步骤SA20中的充电完成信号可以是一种通信信号，也可以是一种电平信号，或者其他信号。
进一步地，步骤SA20可以包括：步骤SA30、步骤SA40和步骤SA50。
其中：
步骤SA30,，检测电容器C1的两端电压UC1。
步骤SA40，判断UC1是否大于预设的第七阈值Uth7，如果是，则进入步骤SA50；如果否，则进入步骤SA30。
步骤SA50，控制第一开关K1关断。
利用上述方法，对于由串联连接的多个图2或者图3所示的换流装置组成的电路，当对其中的任意一个或者多个换流装置中的电容器进行充电时，可以控制第一开关在换流装置中的电容器充电过程中，利用串联连接的第一电阻器和第二电阻器均压。在充电完成后，控制第一开关断开，从而可以减少该换流装置的损耗。
通过上述任意一种方法可以通过控制前述换流器中的换流装置中的第三可控半导体器件的关断与闭合，使得该第一电阻器和第二电阻器可以兼顾能量消耗和串联应用时的模块均压，使得该换流器的体积可以较小。同时，同时由于该换流器在大部分时间均处于即正常工作状态，即该换流装置在大部分时间内处于均压状态，第一电阻器和第二电阻器均投入使用，其设备利用率较高。
同时，通过上述任意一种方法，控制前述任意一种换流器，可以有效地保护该换流器中的器件不受损害，以及可以保护该换流器所在电网的运行安全。
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 (26)

1.一种换流装置，包括：
开关单元，包括串联连接的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件；
电容器，与所述开关单元并联连接；
耗能均压单元，与所述电容器并联，并包括串联连接的第一电阻器和第二电阻器以及第三可控半导体器件，所述第三可控半导体器件与所述第一电阻器并联。
2.根据权利要求1所述的换流装置，其中，所述耗能均压单元还包括：
第一开关，与所述第一电阻器串联，并且所述第三可控半导体器件与串联的所述第一电阻器和所述第一开关并联。
3.根据权利要求1所述的换流装置，其中，所述第二可控半导体器件为单极性晶体管；
所述换流装置还包括：两个接线端，分别与所述第二可控半导体器件的漏极和源极电连接。
4.根据权利要求1所述的换流装置，其中，所述第二可控半导体器件为双极性晶体管；
所述换流装置还包括：两个接线端，分别与所述第二可控半导体器件的集电极和发射极电连接。
5.根据权利要求1所述的换流装置，其中，所述开关单元还包括：
串联连接的第四可控半导体器件和第五可控半导体器件，串联连接的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件与串联连接的第四可控半导体器件和第五可控半导体器件彼此并联。
6.根据权利要求5所述的换流装置，还包括：
两个接线端，分别连接在所述第一可控半导体器件和所述第二可控半导体器件之间以及所述第四可控半导体器件和所述第五可控半导体器件之间。
7.根据权利要求6所述的换流装置，其中，还包括：
第二开关，跨接于所述两个接线端之间。
8.根据权利要求1所述的换流装置，还包括：
续流二极管，与所述第二电阻器反向并联连接。
9.根据权利要求1所述的换流装置，其中第一电阻器的阻值大于第二电阻器的阻值。
10.一种换流装置组件，包括串联连接的至少两个如权利要求1-9中任一项所述的换流装置。
11.一种无功补偿装置，包括：
如权利要求10所述的换流装置组件，电连接于待补偿电路。
12.一种换流器，包括：
如权利要求10所述换流装置组件，两端为直流侧，分别与直流线路的两端电连接，所述换流装置组件中预定两个换流装置之间为交流侧，与交流线路电连接。
13.根据权利要求12所述的换流器，包括三个所述换流装置组件，交流侧分别与三相交流电路中的三相线路电连接。
14.一种用于控制如权利要求12或13所述的换流器的方法，包括：
采集所述换流器的直流侧电压；
判断所述直流侧电压是否大于预设的第一阈值；
根据判断结果，控制所述换流器中的至少一部分换流装置中的第三可控半导体器件导通。
15.根据权利要求14所述的方法，其中根据判断结果，控制所述换流器中的至少一部分换流装置中的第三可控半导体器件导通包括：
根据换流器直流侧电压和电流确定直流侧传输功率；
计算所述直流侧传输功率低于所述换流器的预设传输功率值的差值；
根据所述差值确定需要耗能的换流装置的数量；
控制所述换流器中所确定数量的换流装置中的第三可控半导体器件导通。
16.根据权利要求15所述的方法，其中控制所述换流器中所确定数量的换流装置中的第三可控半导体器件导通包括：
采集所述换流器的三相交流侧电压；
根据所述三相交流侧电压和所确定的数量，按比例分配每相需要耗能的换流装置的数量，所述每相需要耗能的换流装置的数量与所述交流侧电压负相关；
控制所述换流器每一相中，按比例分配数量的换流装置中的第三可控半导体器件导通。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
采集所述换流器的交流侧电压；
判断所述交流侧电压是否小于预设的第二阈值；
如果所述交流侧电压小于预设的第二阈值，
根据所述交流侧电压和所述换流器的交流侧额定电压，确定需要耗能的换流装置的数量；
控制所述换流器中所确定数量的换流装置中的第三可控半导体器件导通。
18.根据权利要求17所述的方法，其中根据以下公式确定需要耗能的换流装置的数量：
M＝C*(1-Uac/Un)*N
其中，M为需要耗能的换流装置的数量，C为可靠性系数，Uac为所述换流器的交流侧电压，Un为所述换流器的交流侧额定电压，N为所述换流器中包含换流装置的数量。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的方法，还包括：
控制所述换流器中第三可控半导体器件导通的换流装置的第一可控半导体器件导通，第二可控半导体器件关断。
20.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，还包括：
判断所述交流侧电压是否小于预设的第三阈值；
如果是，则控制所述换流器中第三可控半导体器件导通的换流装置的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件关断；
如果否，则控制所述换流器中第三可控半导体器件导通的换流装置的第一可控半导体器件导通，第二可控半导体器件关断。
21.根据权利要求14所述的方法，还包括：
采集所述换流器的交流侧电压；
判断所述交流侧电压是否小于预设的第四阈值；
若所述交流侧电压小于预设的第四阈值，则控制所述换流器中的所有换流装置的第三可控半导体器件导通，第一可控半导体器件和第二可控半导体器件关断。
22.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：
判断所述交流侧电压是否大于预设的第五阈值；
如果是，则控制所述换流器中所有换流装置的第三可控半导体器件关断，第一可控半导体器件和第二可控半导体器件恢复至所述直流侧电压超出所述第一阈值之前的运行策略。
23.一种用于控制如权利要求12或13所述的换流器的方法，包括：
采集所述换流装置中电容器两端的电压；
判断所述电容器两端的电压是否大于预设的第六阈值；
如果是，控制所述换流装置中的第三可控半导体器件导通，第一可控半导体器件和第二可控半导体器件关断；
如果否，控制所述换流装置中的第三可控半导体器件关断。
24.一种用于控制如权利要求12或13所述的换流器的方法，包括：
响应于所述换流器的停机指令，控制所述换流器的换流装置中的第一可控半导体器件和第二可控半导体器件关断，第三可控半导体器件导通。
25.一种用于控制如权利要求2所述的换流装置的方法，包括：
控制所述第一开关闭合；
响应于所述电容器的充电完成信号，控制所述第一开关断开。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，响应于所述电容器的充电完成信号，控制所述第一开关断开，包括：
检测所述电容器两端的电压；
将所述电容器两端的电压与预设的第七阈值进行比较；
根据比较结果，确定所述电容器是否完成充电。
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