CN117097190A - 混合式桥臂和混合式换流器及控制方法和装置、输电*** - Google Patents

混合式桥臂和混合式换流器及控制方法和装置、输电*** Download PDF

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Abstract

本申请提供混合式桥臂和混合式换流器及控制方法和装置、输电***。所述混合式桥臂包括主电路和辅助支路，所述主支路包括第一半控阀；所述辅助支路与所述主支路并联连接，所述辅助支路包括第二阀，所述第二阀包括串联连接的至少一个全桥子模块。本申请实施例通过混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态减少混合式换流器主支路的第一半控阀消耗的无功功率，利用混合桥臂的辅助支路运行在反压来辅助关断主支路的第一半控阀，从而避免发生换相失败。

Description

混合式桥臂和混合式换流器及控制方法和装置、输电***
技术领域
本申请涉及高压直流输电技术领域，具体涉及混合式桥臂和混合式换流器及控制方法和装置、直流输电***。
背景技术
高压、特高压直流输电容量大，现有技术采用十二脉动电路结构的电网换相换流器，每个十二脉动电路有两个三相六桥臂电路串联，每个桥臂采用单个大容量晶闸管串联，电网换相换流器损耗小、容量大，适合远距离输电，但是由于晶闸管不能控制关断，电网换相换流器存在换相失败问题，同时需要配置大量的无功补偿设备。
随着接入的高压、特高压直流输电***逐渐增多，已在多个区域电网形成了多馈入直流输电***，当发生多条直流同时换相失败时，可能对该区域交流电网安全运行构成威胁。随着新能源发电占比增高，交流电压支撑能力下降，对直流输电***的稳定运行和抑制换相失败能力提出更高要求。
柔性直流输电和混合直流输电采用电压源换流器来解决换相失败、交流电压支撑问题，并且能够灵活控制无功功率，但是电压源换流器采用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)器件，损耗大、容量小，并且存在振荡风险。因此，现有的高压直流输电、柔性直流输电和混合直流输电技术很难满足直流输电***对成本和性能的严苛要求。
发明内容
本申请实施例提供一种混合式桥臂，包括并联连接的主支路和辅助支路，所述主支路包括第一半控阀；所述辅助支路包括第二阀，所述第二阀包括串联连接的至少一个全桥子模块。
根据一些实施例，所述辅助支路还包括第三阀或/和第四阀，所述第三阀与所述第二阀串联连接，所述第三阀包括串联连接的半桥子模块；所述第四阀与所述第二阀串联连接，所述第四阀包括全控器件和不控器件先反并联连接再串联连接的电路，或全控器件和半控器件先反并联连接再串联连接的电路。
根据一些实施例，所述辅助支路还包括第五阀，所述第五阀与所述第二阀串联连接，所述第五阀包括半控器件或/和不控器件，所述半控器件或/和不控器件先反并联连接形成第一子模块，所述第一子模块再串联连接形成所述第五阀；或者所述半控器件或/和不控器件先串联连接形成第二子模块，所述第二子模块再反并联连接形成所述第五阀。
根据一些实施例，所述辅助支路还包括电阻或/和电感，所述电阻或/和电感与所述第二阀串联连接。
根据一些实施例，所述混合式桥臂还包括开关，所述开关的一端连接所述主支路，所述开关的另一端连接辅助支路，所述开关包括机械开关、刀闸、电力电子开关的至少一种。
根据一些实施例，所述全桥子模块包括四个全控模块和电容组成的全桥电路，所述半桥子模块包括两个全控模块和电容组成的半桥电路，所述全控模块包括串联连接的至少一个全控器件和与之反并联的半控器件，或者包括串联连接的至少一个全控器件和与之反并联的不控器件，所述全控器件包括IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种，所述半控器件包括晶闸管，所述不控器件包括二极管，所述第一半控阀、所述第二阀、所述第三阀、所述第四阀两端分别并联避雷器。
本申请实施例还提供一种混合式换流器，包括三相六桥臂，所述六桥臂中包括至少一个如上所述的混合式桥臂。
本申请实施例还提供一种高压直流输电***，包括如上所述的混合式换流器。
本申请实施例还提供一种如上所述的混合式换流器的控制方法，包括：控制所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态或整流状态；控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，或/和交流电压或交流电流控制状态；当所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态，发生故障可能引起所述换流器的混合式桥臂换相失败时，控制所述混合式桥臂的辅助支路为负压，所述混合式桥臂的主支路的电流转移到所述混合式桥臂的辅助支路；所述混合式桥臂的主支路关断后，控制所述混合式桥臂的辅助支路关断。
根据一些实施例，所述控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，包括：在所述混合式桥臂的主支路导通前控制所述混合式桥臂的辅助支路导通。
根据一些实施例，所述控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，包括：所述混合式换流器的三个上桥臂的辅助支路组成静止无功发生器，控制所述三个上桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态；或/和所述混合式换流器的三个下桥臂的辅助支路组成静止无功发生器，控制所述三个下桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态。
根据一些实施例，所述控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在交流电压或交流电流控制状态时，所述主支路不导通的混合式桥臂的辅助支路控制所在相的交流电压或交流电流。
根据一些实施例，所述控制所述混合式桥臂的辅助支路为负压，包括：控制所述混合式桥臂的辅助支路的第二阀的全桥子模块为负压。
根据一些实施例，所述混合式桥臂的主支路关断包括：所述混合式桥臂的主支路的第一半控阀的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力。
根据一些实施例，所述控制所述混合式桥臂的辅助支路关断，包括：控制所述混合式桥臂的辅助支路的第二阀、第三阀或/和第四阀关断。
根据一些实施例，所述控制所述混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀、第三阀或/和第四阀发生过电压，还包括：控制所述混合式桥臂的主支路导通。
根据一些实施例，所述控制方法还包括：当所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在闭锁状态时，或者如果所述混合式桥臂的主支路和所述混合式桥臂的辅助支路通过开关连接且当所述混合式桥臂的主支路的开关分开、所述混合式桥臂的辅助支路的开关合上时，控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在逆变状态或整流状态。
本申请实施例还提供一种如上所述的混合式换流器的控制装置，包括检测单元和控制单元，所述检测单元用于检测所述混合式换流器的运行参数和故障；所述控制单元基于所述混合式换流器的运行参数，控制所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态或整流状态；控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，或/和交流电压或交流电流控制状态；当发生故障可能引起所述换流器的混合式桥臂换相失败时，控制所述混合式桥臂的辅助支路为负压，所述混合式桥臂的主支路的电流转移到所述混合式桥臂的辅助支路；所述混合式桥臂的主支路关断后，控制所述混合式桥臂的辅助支路关断。
本申请实施例提供的技术方案，通过在基于半控器件的桥臂并联至少由全桥子模块组成的电路，形成混合式桥臂的主支路和辅助支路，在主支路导通前，通过控制辅助支路导通进行无功补偿，相比传统的电网换相换流器，减少了换流器消耗的无功功率，提高了换流器效率；通过控制辅助支路的全桥子模块呈现负压，使主支路的第一半控阀可靠关断，再通过关断辅助支路，实现了基于半控器件的换流器可控换相，有效抑制换相失败发生，保证了换流器可靠运行；同时，辅助支路流过的电流小，选用的器件容量小，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种混合式桥臂示意图之一。
图2是本申请实施例提供的一种混合式桥臂示意图之二。
图3是本申请实施例提供的一种混合式桥臂示意图之三。
图4是本申请实施例提供的一种混合式桥臂示意图之四。
图5a是本申请实施例提供的一种全桥子模块示意图。
图5b是本申请实施例提供的一种半桥子模块示意图。
图6a是本申请实施例提供的一种第二阀示意图。
图6b是本申请实施例提供的一种第三阀示意图。
图6c是本申请实施例提供的一种第四阀示意图。
图6d是本申请实施例提供的另一种第四阀示意图。
图7a是本申请实施例提供的一种第五阀示意图。
图7b是本申请实施例提供的另一种第五阀示意图。
图7c是本申请实施例提供的再一种第五阀示意图。
图7d是本申请实施例提供的又一种第五阀示意图。
图8是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之一。
图9是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之二。
图10是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之三。
图11是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之四。
图12是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之五。
图13是本申请实施例提供的一种混合式换流器的控制方法流程示意图。
图14是本申请实施例提供的一种混合式换流器的控制装置示意图。
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。
图1是本申请实施例提供的一种混合式桥臂示意图之一，混合式桥臂包括并联连接的主支路和辅助支路。
如图1所示，主支路1包括第一半控阀V41。第一半控阀V41包括但不限于串联连接的半控器件。辅助支路2包括第二阀V42，第二阀V42包括串联连接的全桥子模块。
根据一些实施例，辅助支路还包括第三阀或/和第四阀。如图2所示，第三阀V43与第二阀V42串联连接，第三阀V43包括串联连接的半桥子模块。如图3所示，第四阀V44与第二阀V42串联连接，第四阀V44包括串联连接的全控器件和与之反并联的不控器件。
根据一些实施例，辅助支路2还包括与第二阀V42串联连接的第五阀V45，如图4所示。第五阀V45包括半控器件或/和不控器件。半控器件或/和不控器件先反并联连接形成第一子模块，第一子模块再串联连接形成第五阀。或者半控器件或/和不控器件先串联连接形成第二子模块，第二子模块再反并联连接形成第五阀。
根据一些实施例，辅助支路还包括与第二阀串联连接的电阻或/和电感。
根据一些实施例，全桥子模块包括四个全控模块和电容4组成的全桥电路，如图5a所示。半桥子模块包括两个全控模块和电容4组成的半桥电路，如图5b所示。上述全控模块包括串联连接的至少一个全控器件和与之反并联的不控器件，图5a和图5b中的全控模块采用IGBT模块，IGBT模块包括IGBT3和与之反并联的二极管7。第二阀V42包括串联连接的全桥子模块，如图6a所示，其中，全桥子模块由IGBT模块两两串联连接后并联连接，与电容4也并联连接，IGBT模块两两串联连接的连接点分别作为全桥子模块的正极、负极。第三阀V43包括串联连接的半桥子模块，如图6b所示，两个IGBT模块串联连接后与电容4并联，两个IGBT模块串联的连接点作为子模块的正极，其中一个IGBT模块的另一端作为子模块的负极。第四阀V44包括串联连接的全控器件和与之反并联连接的不控器件，全控器件采用IGBT，不控器件采用二极管，IGBT3和二极管7先反并联连接再串联连接，如图6c所示。第四阀V44包括全控器件和半控器件，全控器件采用IGCT，半控器件采用晶闸管，IGCT5和晶闸管6先反并联连接再串联连接，如图6d所示。
根据一些实施例，半控器件采用晶闸管，晶闸管6先反并联连接形成第一子模块，第一子模块再串联连接形成第五阀，如图7a所示。半控器件采用晶闸管，不控器件采用二极管，晶闸管6和二极管7先反并联连接形成第一子模块，第一子模块再串联连接形成第五阀，如图7b所示。半控器件采用晶闸管，晶闸管6先串联连接形成第二子模块，两个第二子模块再反并联连接形成第五阀，如图7c所示。半控器件采用晶闸管，不控器件采用二极管，晶闸管6和二极管7先分别串联连接形成两个第二子模块，两个第二子模块再反并联连接形成第五阀，如图7d所示。
全控器件包括但不限于IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors,集成门极换流晶闸管)、IGBT、GTO(Gate Turn-Off Thyristor，门极可关断晶闸管)、MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，半控器件包括但不限于晶闸管，不控器件包括但不限于二极管，全控器件配置相应的驱动电路和/或缓冲电路，半控器件配置相应的触发电路。
根据一些实施例，第一半控阀V41、第二阀V42、第三阀V43或第四阀V44两端分别并联避雷器。
根据一些实施例，第二阀V42、第三阀V43或第四阀V44两端并联第二半控阀，保护第二阀V42、第三阀V43或第四阀V44的全控器件。
根据一些实施例，第五阀V45两端并联避雷器。
图8是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之一，混合式换流器包括三相六桥臂，每个桥臂都采用如上所述的混合式桥臂。
如图8所示，A相上桥臂的主支路由第一半控阀V41组成，辅助支路由第二阀V42组成，第二阀V42包括一个全桥子模块。
B相上桥臂的主支路由第一半控阀V61组成，辅助支路由第二阀V62组成，第二阀V62包括一个全桥子模块。
C相上桥臂的主支路由第一半控阀V21组成，辅助支路由第二阀V22组成，第二阀V22包括一个全桥子模块。
A相下桥臂的主支路由第一半控阀V11组成，辅助支路由第二阀V12组成，第二阀V12包括一个全桥子模块。
B相下桥臂的主支路由第一半控阀V31组成，辅助支路由第二阀V32组成，第二阀V32包括一个全桥子模块。
C相下桥臂的主支路由第一半控阀V51组成，辅助支路由第二阀V52组成，第二阀V52包括一个全桥子模块。
根据一些实施例，全桥子模块的四个全控模块采用多个全控器件串联，应用在高电压等级的换流器。
图9是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之二。
在图8实施例的基础上，各桥臂的辅助支路的第二阀分别包括串联连接的三个全桥子模块。各桥臂的主支路的第一半控阀并联避雷器。
A相上桥臂的主电路的第一半控阀V41并联避雷器F41。B相上桥臂的主电路的第一半控阀V61并联避雷器F61。C相上桥臂的主支路的第一半控阀V21并联避雷器F21。A相下桥臂的主支路的第一半控阀V11并联避雷器F11。B相下桥臂的主支路的第一半控阀V31并联避雷器F31。C相下桥臂的主支路的第一半控阀V51并联避雷器F51。
根据一些实施例，上述三个全桥子模块可根据电压等级扩展为多个全桥子模块串联。
图10是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之三。
在图8实施例基础上，各桥臂的辅助支路包括串联连接的第二阀和第三阀。第二阀包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀包括一个半桥子模块。各桥臂的主电路的第一半控阀并联连接避雷器。
如图10所示，A相上桥臂主支路由第一半控阀V41组成，辅助支路由第二阀V42和第三阀V43串联组成，第二阀V42包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀V43包括一个半桥子模块。第一半控阀V41并联避雷器F41。
B相上桥臂主支路由第一半控阀V61组成，辅助支路由第二阀V62和第三阀V63串联组成，第二阀V62包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀V63包括一个半桥子模块。第一半控阀V61并联避雷器F61。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助支路由第二阀V22和第三阀V23串联组成，第二阀V22包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀V23包括一个半桥子模块。第一半控阀V21并联避雷器F21。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助支路由第二阀V12和第三阀V13串联组成，第二阀V12包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀V13包括一个半桥子模块。第一半控阀V11并联避雷器F11。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助支路由第二阀V32和第三阀V33串联组成，第二阀V32包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀V33包括一个半桥子模块。第一半控阀V31并联避雷器F31。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助支路由第二阀V52和第三阀V53串联组成，第二阀V52包括串联连接的两个全桥子模块，第三阀V53包括一个半桥子模块。第一半控阀V51并联避雷器F51。
根据一些实施例，上述两个全桥子模块可根据电压等级扩展为多个全桥子模块串联，上述一个半桥子模块可根据电压等级扩展为多个半桥子模块串联。
可选地，第二阀或第三阀两端并联避雷器。
图11是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之四。
在图8实施例的基础上，各桥臂的辅助支路包括串联连接的第二阀、第四阀和第五阀，第二阀包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀包括两个反并联的半控器件。各桥臂的主支路的第一半控阀并联避雷器。
如图11所示，A相上桥臂的主支路由第一半控阀V41组成，辅助支路由第二阀V42、第四阀V44和第五阀V45串联组成，第二阀V42包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀V44包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀V45包括两个反并联的半控器件，第一半控阀V41并联避雷器F41。
B相上桥臂的主支路由第一半控阀V61组成，辅助支路由第二阀V62、第四阀V64和第五阀V65串联组成，第二阀V62包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀V64包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀V65包括两个反并联的半控器件，第一半控阀V61并联避雷器F61。
C相上桥臂主支路由第一半控阀V21组成，辅助支路由第二阀V22、第四阀V24和第五阀V25串联组成，第二阀V22包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀V24包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀V25包括两个反并联的半控器件，第一半控阀V21并联避雷器F21。
A相下桥臂主支路由第一半控阀V11组成，辅助支路由第二阀V12、第四阀V14和第五阀V15串联组成，第二阀V12包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀V14包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀V15包括两个反并联的半控器件，第一半控阀V11并联避雷器F11。
B相下桥臂主支路由第一半控阀V31组成，辅助支路由第二阀V32、第四阀V34和第五阀V35串联组成，第二阀V32包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀V34包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀V35包括两个反并联的半控器件，第一半控阀V31并联避雷器F31。
C相下桥臂主支路由第一半控阀V51组成，辅助支路由第二阀V52、第四阀V54和第五阀V55串联组成，第二阀V52包括串联连接的两个全桥子模块，第四阀V54包括一个全控器件和与之反并联的不控器件，第五阀V55包括两个反并联的半控器件，第一半控阀V51并联避雷器F51。
根据一些实施例，上述两个全桥子模块可根据电压等级扩展为多个全桥子模块串联，上述一个全控器件和与之反并联的不控器件可根据电压等级扩展为多个全控器件和与之反并联的不控器件串联，上述一组两个反并联的半控器件可根据电压等级扩展为多组串联。
可选地，第二阀、第四阀或第五阀两端并联避雷器。
图12是本申请实施例提供的一种混合式换流器示意图之五。
在图9实施例的基础上，主支路和辅助支路通过开关连接。
如图12所示，A相上桥臂的主支路由第一半控阀V41组成，辅助支路由第二阀V42组成，第二阀V42包括串联连接的三个全桥子模块，A相上桥臂并联避雷器F41，主支路和辅助支路通过开关S71、S73、S41和S42连接。
B相上桥臂的主支路由第一半控阀V61组成，辅助支路由第二阀V62组成，第二阀V62包括串联连接的三个全桥子模块，B相上桥臂并联避雷器F61，主支路和辅助支路通过开关S71、S73、S61和S62连接。
C相上桥臂的主支路由第一半控阀V21组成，辅助支路由第二阀V22组成，第二阀V22包括串联连接的三个全桥子模块，C相上桥臂并联避雷器F21，主支路和辅助支路通过开关S71、S73、S21和S22连接。
A相下桥臂的主支路由第一半控阀V11组成，辅助支路由第二阀V12组成，第二阀V12包括串联连接的三个全桥子模块，A相下桥臂并联避雷器F11，主支路和辅助支路通过开关S72、S74、S11和S12连接。
B相下桥臂的主支路由第一半控阀V31组成，辅助支路由第二阀V32组成，第二阀V32包括串联连接的三个全桥子模块，B相下桥臂并联避雷器F31，主支路和辅助支路通过开关S72、S74、S31和S32连接。
C相下桥臂的主支路由第一半控阀V51组成，辅助支路由第二阀V52组成，第二阀V52包括串联连接的三个全桥子模块，C相下桥臂并联避雷器F51，主支路和辅助支路通过开关S72、S74、S51和S52连接。
根据一些实施例，上述三个全桥子模块可根据电压等级扩展为多个全桥子模块串联。
本申请实施例还提供一种高压直流输电***，包括如上所述的混合式换流器。
图13是本申请实施例提供的一种混合式换流器的控制方法流程示意图。
在S110中，控制换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态或整流状态。
如图9、图10、图11和图12所示，第一半控阀V41、V61、V21、V11、V31和V51运行在逆变状态或整流状态。工作原理同电网换相换流器。
在S120中，控制换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，或/和交流电压或交流电流控制状态。
通过在混合式桥臂的主支路导通前控制辅助支路导通，使混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态。
如图9所示，以A相上桥臂为例，在第一半控阀V41导通前，根据A相电压的相位，控制第二阀V42投入的全桥子模块个数，控制A相电流，待第一半控阀V41导通后，闭锁第二阀V42，即停发第二阀V42全桥子模块的IGBT的脉冲。当全控模块T41和全控模块T44的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C41两端电压。当全控模块T41的IGBT导通和全控模块T44的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出；当全控模块T45和全控模块T48的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C42两端电压。当全控模块T45的IGBT导通和全控模块T48的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出。当全控模块T49和全控模块T72的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C43两端电压；当全控模块T49的IGBT导通和全控模块T72的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出。
如图10所示，以A相上桥臂为例，在第一半控阀V41导通前，根据A相电压的相位，控制第二阀V42投入的全桥子模块和第二阀V43投入的半桥子模块个数，控制A相电流，待第一半控阀V41导通后，闭锁第二阀V42和第三阀V43，即停发第二阀V42全桥子模块和第三阀V43半桥子模块的IGBT的脉冲。当全控模块T41和全控模块T44的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C41两端电压；当全控模块T41的IGBT导通和全控模块T44的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出；当全控模块T45和全控模块T48的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C42两端电压；当全控模块T45的IGBT导通和全控模块T48的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出；当全控模块T83的IGBT导通和全控模块T84的IGBT关断时，所在的半桥子模块投入，电压为C44两端电压；当全控模块T83的IGBT关断和全控模块T84的IGBT导通时，所在的半桥子模块退出，电压为零。
如图11所示，以A相上桥臂为例，在第一半控阀V41导通前，根据A相电压的相位，控制第四阀V44和第五阀V45导通，控制第二阀V42投入的全桥子模块个数，控制A相电流，待第一半控阀V41导通后，闭锁第二阀V42、第四阀V44和第五阀V45，即停发第二阀V42全桥子模块的IGBT的脉冲，停发第四阀V44全控模块T95的IGBT的脉冲，停发第五阀V45半控模块T96的晶闸管的脉冲。当全控模块T41和全控模块T44的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C41两端电压；当全控模块T41的IGBT导通和全控模块T44的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出；当全控模块T45和全控模块T48的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C42两端电压；当全控模块T45的IGBT导通和全控模块T48的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出。
如图12所示，以A相上桥臂为例，在第一半控阀V41导通前，根据A相电压的相位，控制第二阀V42投入的全桥子模块个数，控制A相电流，待第一半控阀V41导通后，闭锁第二阀V42，即停发第二阀V42全桥子模块的IGBT的脉冲。当全控模块T41和全控模块T44的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C41两端电压；当全控模块T41的IGBT导通和全控模块T44的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出；当全控模块T45和全控模块T48的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C42两端电压；当全控模块T45的IGBT导通和全控模块T48的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出；当全控模块T49和全控模块T72的IGBT导通时，所在的全桥子模块投入，电压为电容C43两端电压；当全控模块T49的IGBT导通和全控模块T72的IGBT关断时，所在的全桥子模块退出。
可选地，混合式换流器的三个上桥臂的辅助支路组成静止无功发生器(StaticVar Generator,SVG)，通过控制混合式换流器的三个上桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态；或/和混合式换流器的三个下桥臂的辅助支路组成静止无功发生器，通过控制混合式换流器的三个下桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，使混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态。
如图9所示，控制A相上桥臂的第二阀V42，B相上桥臂的第二阀V62，C相上桥臂的第二阀V22运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器；或/和控制A相下桥臂的第二阀V12，B相下桥臂的第二阀V32，C相下桥臂的第二阀V52运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器。
如图10所示，控制A相上桥臂的第二阀V42和第三阀V43，B相上桥臂的第二阀V62和第三阀V63，C相上桥臂的第二阀V22和第三阀V23运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器；或/和控制A相下桥臂的第二阀V12和第三阀V13，B相下桥臂的第二阀V32和第三阀V33，C相下桥臂的第二阀V52和第三阀V53运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器。
如图11所示，控制A相上桥臂的第二阀V42、第四阀V44和第五阀V45，B相上桥臂的第二阀V62、第四阀V64和第五阀V65，C相上桥臂的第二阀V22、第四阀V24和第五阀V25运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器；或/和控制A相下桥臂的第二阀V12、第四阀V14和第五阀V15，B相下桥臂的第二阀V32、第四阀V34和第五阀V35，C相下桥臂的第二阀V52、第四阀V54和第五阀V55运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器。
如图12所示，控制A相上桥臂的第二阀V42，B相上桥臂的第二阀V62，C相上桥臂的第二阀V22运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器，可选地，分开辅助支路的开关S73；或/和控制A相下桥臂的第二阀V12，B相下桥臂的第二阀V32，C相下桥臂的第二阀V52运行在无功补偿状态，工作原理同静止无功发生器，可选地，分开辅助支路的开关S74。
通过主支路不导通的混合式桥臂的辅助支路控制所在相的交流电压或交流电流，使混合式桥臂的辅助支路运行在交流电压或交流电流控制状态。
如图9所示，当A相上桥臂的第一半控阀V41和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12控制A相的交流电压或交流电流，B相上桥臂的第二阀V62或B相下桥臂的第二阀V32控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22控制C相的交流电压或交流电流。当A相上桥臂的第一半控阀V41、B相上桥臂的第一半控阀V61和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12控制A相的交流电压或交流电流，B相下桥臂的第二阀V32控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22控制C相的交流电压或交流电流。
如图10所示，当A相上桥臂的第一半控阀V41和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12和第三阀V13控制A相的交流电压或交流电流，B相上桥臂的第二阀V62和第三阀V63或B相下桥臂的第二阀V32和第三阀V33控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22和第三阀V23控制C相的交流电压或交流电流。当A相上桥臂的第一半控阀V41、B相上桥臂的第一半控阀V61和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12和第三阀V13控制A相的交流电压或交流电流，B相下桥臂的第二阀V32和第三阀V33控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22和第三阀V23控制C相的交流电压或交流电流。
如图11所示，当A相上桥臂的第一半控阀V41和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12、第四阀V14和第五阀V15控制A相的交流电压或交流电流，B相上桥臂的第二阀V62、第四阀V64和第五阀V65或B相下桥臂的第二阀V32、第四阀V34和第五阀V35控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22、第四阀V24和第五阀V25控制C相的交流电压或交流电流。当A相上桥臂的第一半控阀V41、B相上桥臂的第一半控阀V61和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12、第四阀V14和第五阀V15控制A相的交流电压或交流电流，B相下桥臂的第二阀V32、第四阀V34和第五阀V35控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22、第四阀V24和第五阀V25控制C相的交流电压或交流电流。
如图12所示，当A相上桥臂的第一半控阀V41和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12控制A相的交流电压或交流电流，B相上桥臂的第二阀V62或B相下桥臂的第二阀V32控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22控制C相的交流电压或交流电流。当A相上桥臂的第一半控阀V41、B相上桥臂的第一半控阀V61和C相下桥臂的第一半控阀V51导通时，A相下桥臂的第二阀V12控制A相的交流电压或交流电流，B相下桥臂的第二阀V32控制B相的交流电压或交流电流，C相上桥臂的第二阀V22控制C相的交流电压或交流电流。
当换流器的混合式桥臂的主支路运行在闭锁状态时，或者如果主支路和辅助支路通过开关连接且当开关分开时，控制换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在逆变状态或整流状态。
如图12所示，当主支路的开关S71和S41分开，辅助支路的开关S73和S42合上时，控制混合式换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在逆变状态或整流状态。当主支路的开关S71、S72和S41、S61、S21、S11、S31、S51分开，辅助支路的开关S73、S74和S42、S62、S22、S12、S32、S52合上时，控制混合式换流器的辅助支路运行在逆变状态或整流状态，工作原理同电压源换流器。
在S130中，当所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态，发生故障可能引起换流器的混合式桥臂换相失败时，控制混合式桥臂的辅助支路为负压，混合式桥臂主支路的电流转移到辅助支路。
根据一些实施例，上述故障包括但不限于换流器连接的交流***故障或直流***故障。交流***故障可根据交流电压零序分量增大、交流电压突变、交流电压幅值跌落、交流电压谐波增大、直流电流增大进行判断。直流***故障可根据直流电压跌落、直流电流增大进行判断，但不以此为限。上述可能引起换流器的混合式桥臂换相失败根据混合式桥臂的第一半控阀的关断时刻和交流电压确定，如果混合式桥臂的第一半控阀在正常交流电压下的关断时刻还没有关断，则判断为可能引起换流器的混合式桥臂换相失败，但不以此为限。控制上述混合式桥臂的辅助支路为负压通过控制第二阀全桥子模块为负压来实现。
如图9所示，以A相上桥臂为例，当A相上桥臂向B相上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起第一半控阀V41换相失败时，控制第二阀V42为负压。当全控模块T42和全控模块T43的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C41两端反向电压，为负压。当全控模块T46和全控模块T47的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C42两端反向电压，为负压。当全控模块T40和全控模块T71的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C43两端反向电压，为负压。
如图10所示，以A相上桥臂为例，当A相上桥臂向B相上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起第一半控阀V41换相失败时，控制第二阀V42为负压，控制第三阀V43为零压。当全控模块T42和全控模块T43的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C41两端反向电压，为负压。当全控模块T46和全控模块T47的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C42两端反向电压，为负压。当全控模块T83的IGBT关断和全控模块T84的IGBT导通时，所在的半桥子模块退出，为零压。
如图11所示，以A相上桥臂为例，当A相上桥臂向B相上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起第一半控阀V41换相失败时，控制第二阀V42为负压，控制第四阀导通，控制第五阀导通。当全控模块T42和全控模块T43的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C41两端反向电压，为负压。当全控模块T46和全控模块T47的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C42两端反向电压，为负压。
如图12所示，以A相上桥臂为例，当A相上桥臂向B相上桥臂换相时，此时，如果发生故障可能引起第一半控阀V41换相失败时，控制第二阀V42为负压。当全控模块T42和全控模块T43的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C41两端反向电压，为负压。当全控模块T46和全控模块T47的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C42两端反向电压，为负压。当全控模块T40和全控模块T71的IGBT导通时，所在的全桥子模块呈现电容C43两端反向电压，为负压。
当不会引起换流器的混合式桥臂换相失败时，重新回到S110。
在S140中，混合式桥臂的主支路关断后，控制混合式桥臂的辅助支路关断，实现了电流从混合式桥臂所在相转移到另一相。
混合式桥臂的主支路关断为混合式桥臂的主支路的第一半控阀的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力。具体而言，恢复正向阻断能力是指在正向电流小于维持电流且延时关断时间后恢复正向阻断能力，关断时间小于700us，但并不以此为限。
控制混合式桥臂的辅助支路关断通过控制辅助支路的第二阀、第三阀或/和第四阀关断来实现。
如图9所示，以A相上桥臂为例，当第一半控阀V41的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力时，控制第二阀V42关断，即全控模块T42和全控模块T43的IGBT关断，全控模块T46和全控模块T47的IGBT关断，全控模块T40和全控模块T71的IGBT关断，强迫电流从A相上桥臂换为B相上桥臂。
如图10所示，以A相上桥臂为例，当第一半控阀V41的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力时，控制第二阀V42和第三阀V43关断，即全控模块T42和全控模块T43的IGBT关断，全控模块T46和全控模块T47的IGBT关断，全控模块T84的IGBT关断，强迫电流从A相上桥臂换为B相上桥臂。
如图11所示，以A相上桥臂为例，当第一半控阀V41的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力时，控制第二阀V42和第四阀V44关断，即全控模块T42和全控模块T43的IGBT关断，全控模块T46和全控模块T47的IGBT关断，全控模块T95的IGBT关断，强迫电流从A相上桥臂换为B相上桥臂。
如图12所示，以A相上桥臂为例，当第一半控阀V41的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力时，控制第二阀V42关断，即全控模块T42和全控模块T43的IGBT关断，全控模块T46和全控模块T47的IGBT关断，全控模块T40和全控模块T71的IGBT关断，强迫电流从A相上桥臂换为B相上桥臂。
控制混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀、第三阀或第四阀发生过电压，控制主支路导通，保护第二阀、第三阀或第四阀的器件。
如图9所示，以A相上桥臂为例，控制混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀V42发生过电压，控制主支路1的第一半控阀V41导通。
如图10所示，以A相上桥臂为例，控制混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀V42或第三阀V43发生过电压，控制主支路1的第一半控阀V41导通。
如图11所示，以A相上桥臂为例，控制混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀V42或第四阀V44发生过电压，控制主支路1的第一半控阀V41导通。
如图12所示，以A相上桥臂为例，控制混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀V42发生过电压，控制主支路1的第一半控阀V41导通。
重新回到S110。
图14是本申请实施例提供的一种混合式换流器的控制装置示意图，控制装置300包括检测单元310和控制单元320。
检测单元310用于检测混合式换流器的运行参数和故障。控制单元320基于混合式换流器的运行参数，控制换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态或整流状态；控制换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态、或/和交流电压或交流电流控制状态；当发生故障可能引起换流器的混合式桥臂换相失败时，控制混合式桥臂的辅助支路为负压，混合式桥臂的主支路的电流转移到混合式桥臂的辅助支路；混合式桥臂的主支路关断后，控制混合式桥臂的辅助支路关断，实现了电流从混合式桥臂所在相转移到另一相。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (18)

1.一种混合式桥臂，包括：
主支路，包括第一半控阀；
辅助支路，与所述主支路并联连接，所述辅助支路包括第二阀，所述第二阀包括串联连接的至少一个全桥子模块。
2.如权利要求1所述的混合式桥臂，其中，所述辅助支路还包括：
第三阀，与所述第二阀串联连接，所述第三阀包括串联连接的半桥子模块；或/和
第四阀，与所述第二阀串联连接，所述第四阀包括全控器件和不控器件先反并联连接再串联连接的电路，或全控器件和半控器件先反并联连接再串联连接的电路。
3.如权利要求1所述的混合式桥臂，其中，所述辅助支路还包括：
第五阀，与所述第二阀串联连接，所述第五阀包括半控器件或/和不控器件，所述半控器件或/和不控器件先反并联连接形成第一子模块，所述第一子模块再串联连接形成所述第五阀；或者所述半控器件或/和不控器件先串联连接形成第二子模块，所述第二子模块再反并联连接形成所述第五阀。
4.如权利要求1所述的混合式桥臂，其中，所述辅助支路还包括：
电阻或/和电感，与所述第二阀串联连接。
5.如权利要求1所述的混合式桥臂，还包括：
开关，一端连接所述主支路，另一端连接辅助支路，所述开关包括机械开关、刀闸、电力电子开关的至少一种。
6.如权利要求2所述的混合式桥臂，其中，所述全桥子模块包括四个全控模块和电容组成的全桥电路，所述半桥子模块包括两个全控模块和电容组成的半桥电路，所述全控模块包括串联连接的至少一个全控器件和与之反并联的半控器件，或者包括串联连接的至少一个全控器件和与之反并联的不控器件，所述全控器件包括IGCT、IGBT、GTO、MOSFET的至少一种，所述半控器件包括晶闸管，所述不控器件包括二极管，所述第一半控阀、所述第二阀、所述第三阀、所述第四阀两端分别并联避雷器。
7.一种混合式换流器，包括三相六桥臂，所述六桥臂中包括至少一个如所述权利要求1至6之任一项所述的混合式桥臂。
8.一种高压直流输电***，包括如所述权利要求7所述的混合式换流器。
9.一种如所述权利要求7所述的混合式换流器的控制方法，包括：
控制所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态或整流状态；
控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，或/和交流电压或交流电流控制状态；
当所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态，发生故障可能引起所述混合式桥臂换相失败时，控制所述混合式桥臂的辅助支路为负压，所述混合式桥臂的主支路的电流转移到所述混合式桥臂的辅助支路；
所述混合式桥臂的主支路关断后，控制所述混合式桥臂的辅助支路关断，实现了电流从所述混合式桥臂所在相转移到另一相。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，包括：
在所述混合式桥臂的主支路导通前控制所述混合式桥臂的辅助支路导通。
11.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，包括：
所述混合式换流器的三个上桥臂的辅助支路组成静止无功发生器，控制所述三个上桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态；或/和所述混合式换流器的三个下桥臂的辅助支路组成静止无功发生器，控制所述三个下桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态。
12.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在交流电压或交流电流控制状态时，所述主支路不导通的混合式桥臂的辅助支路控制所在相的交流电压或交流电流。
13.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制所述混合式桥臂的辅助支路为负压，包括：
控制所述混合式桥臂的辅助支路的第二阀的全桥子模块为负压。
14.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述混合式桥臂的主支路关断，包括：
所述混合式桥臂的主支路的第一半控阀的正向电流小于维持电流并恢复正向阻断能力。
15.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制所述混合式桥臂的辅助支路关断，包括：
控制所述混合式桥臂的辅助支路的第二阀、第三阀或/和第四阀关断。
16.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制所述混合式桥臂的辅助支路关断后，如果第二阀、第三阀或/和第四阀发生过电压，还包括：
控制所述混合式桥臂的主支路导通。
17.如权利要求9所述的控制方法，其中，所述控制方法还包括：
当所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在闭锁状态时，或者如果所述混合式桥臂的主支路和所述混合式桥臂的辅助支路通过开关连接且当所述混合式桥臂的主支路的开关分开、所述混合式桥臂的辅助支路的开关合上时，控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在逆变状态或整流状态。
18.一种如权利要求7所述的混合式换流器的控制装置，包括：
检测单元，用于检测所述混合式换流器的运行参数和故障；
控制单元，基于所述混合式换流器的运行参数，控制所述换流器的混合式桥臂的主支路运行在逆变状态或整流状态；控制所述换流器的混合式桥臂的辅助支路运行在无功补偿状态，或/和交流电压或交流电流控制状态；当发生故障可能引起所述换流器的混合式桥臂换相失败时，控制所述混合式桥臂的辅助支路为负压，所述混合式桥臂的主支路的电流转移到所述混合式桥臂的辅助支路；所述混合式桥臂的主支路关断后，控制所述混合式桥臂的辅助支路关断，实现了电流从所述混合式桥臂所在相转移到另一相。
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