一种混合直流输电换流器及直流输电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高压直流输电、特高压直流输电领域，具体涉及一种基于晶闸管的电流源型阀组单元和基于可关断的全控型功率半导体的电压源型阀组单元串联连接的直流输电换流器结构。
【背景技术】
[0002]基于晶闸管的电流源型高压直流输电优点为换流器损耗小，发生直流线路故障时可通过移相来重启直流系统；缺点是逆变侧换流器工作在有源逆变，不能接入无源系统；逆变侧接入弱交流系统出现扰动后容易发生换相失败；无功消耗大，电压、电流谐波含量高，需要安装滤波装置提供无功功率和滤波。基于电压源换流器的直流输电优点为可控性高，可接入无源系统，不需要无功补偿装置；缺点为换流器开关损耗大，不能控制直流侧故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。
[0003]现有的特高压直流输电技术采用两个由电流源型阀组及其跨接的开关串联组成，换流器损耗小，故障时冗余度高，但仍存在不能接入无源系统、无功损耗大和容易发生换相失败等缺点。
[0004]现有的基于电压源换流器的高压直流输电可控性高，可接入无源系统；缺点为换流器开关损耗大，不能控制直流侧故障时的故障电流。对于直流侧故障，ABB公司采用增加直流线路的断路器来解决直流侧故障；西门子公司采用全桥电路结构来解决；阿尔斯通公司采用全桥电路并且桥臂串联电力电子开关器件的方式来解决。上述换流器结构都存在增加的电路只为了消除直流侧故障，增加了直流系统损耗和成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，在于提供一种混合直流输电换流器，不需要或需要较少的无功补偿装置，在直流系统所接的交流电网有扰动或故障时提供一定的直流电压和交流电压支撑来防止换相失败，在直流故障时防止逆变侧交流系统向直流系统注入故障电流，并且增加的电路用于转换功率且效率更高。
[0006]为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是:1、一种混合直流输电换流器，其特征在于:所述的混合直流输电换流器由电流源型阀组单元和电压源型阀组单元串联组成，有四种串联连接拓扑结构:
[0007](I)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的负极相连；或者
[0008](2)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
[0009](3)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
[0010](4)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连；
[0011]电流源型阀组单元只包括电流源型阀组；或者包括电流源型阀组与旁通开关，二者并联连接；或者包括电流源型阀组与旁通开关及刀闸组件，电流源型阀组与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸；
[0012]电压源型阀组单元只包括电压源型阀组；或者包括电压源型阀组及其旁通电路；或者包括电压源型阀组及其旁通电路和刀闸组件，并且电压源型阀组及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
[0013]上述方案中:所述电流源型阀组为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。
[0014]上述方案中:所述不可关断的半控型功率半导体是不可关断的晶闸管。
[0015]上述方案中:所述电压源型阀组及其旁通电路为电压源型阀组与旁通开关并联电路；或者旁通开关与电感连接后再与电压源型阀组并联电路；或者电压源型阀组与电感连接后再与旁通开关并联电路。
[0016]上述方案中:所述电压源型阀组是以下任一种或多种:两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、模块化多电平换流器MMC、混合多电平换流器HMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL，其由可关断的全控型功率半导体组成。
[0017]上述方案中:所述可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种:绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管PowerMOSFET,电子注入增强栅晶体管IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管 SiC-JFET。
[0018]上述方案中:所述阀组的旁通开关是以下任一种或多种:机械式开关、电力电子开关或刀闸。
[0019]另外，本发明还提供一种直流输电装置，其特征在于:所述直流输电装置的一个或多个直流极由上述方案所述的混合直流输电换流器构成。
[0020]本发明的特点:提出一种混合直流输电换流器，不需要或需要较少的无功补偿装置，在直流系统逆变侧所接的交流电网有扰动或故障时提供一定的直流电压和逆变提供一定的交流电压支撑来防止换相失败，在直流故障时防止逆变侧交流系统向直流系统注入故障电流。同时具有损耗较低、通过跨接的旁通开关能够接入无源交流系统和具备功率反送功能。
【附图说明】
[0021]图1是电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连的四种拓扑结构；
[0022]图2是电流源型阀组单元的结构图；
[0023]其中，(a)为只包括电流源型阀组，(b)为包括电流源型阀组与旁通开关，(C)为包括电流源型阀组与旁通开关及刀闸组件；
[0024]图3是电压源型阀组单元的结构图；
[0025]其中，(a)为只包括电压源型阀组，(b)为包括电压源型阀组及其旁通电路，(C)为包括电压源型阀组及其旁通电路与刀闸组件；
[0026]图4是电压源型阀组及其旁通电路的结构图；
[0027]其中，(a)为电压源型阀组与旁通开关并联电路，(b)为旁通开关与电感连接后再与电压源型阀组并联电路，(C)为电压源型阀组与电感连接后再与旁通开关并联电路；
[0028]图5是本发明优选的电流源型阀组单元和电压源型阀组单元相连的四种拓扑结构；
[0029]图6是由本发明的四种拓扑结构组成的高压直流输电装置。
[0030]图7是由传统的电流源型阀组组成的换流器和本发明的两种拓扑结构组成的高压直流输电装置。
【具体实施方式】
[0031]一种混合直流输电换流器，其由电流源型阀组单元和电压源型阀组单元串联组成，有四种串联连接拓扑结构:
[0032](I)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的负极相连；或者
[0033](2)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
[0034](3)电流源型阀组单元的阴极和电压源型阀组单元的正极相连；或者
[0035](4)电流源型阀组单元的阳极和电压源型阀组单元的负极相连。
[0036]电流源型阀组单元只包括电流源型阀组；或者包括电流源型阀组与旁通开关，二者并联连接；或者包括电流源型阀组与旁通开关及刀闸组件，电流源型阀组与旁通开关并联连接，并联后的单元两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。
[0037]电流源型阀组为六脉动桥式电路或十二脉动桥式电路，其由不可关断的半控型功率半导体组成。不可关断的半控型功率半导体是不可关断的晶闸管。
[0038]电压源型阀组单元只包括电压源型阀组；或者包括电压源型阀组及其旁通电路；或者包括电压源型阀组及其旁通电路和刀闸组件，并且电压源型阀组及其旁通电路两端分别和连接刀闸的一端相连，连接刀闸的另一端并联旁通刀闸。电压源型阀组及其旁通电路为电压源型阀组与旁通开关并联电路；或者旁通开关与电感连接后再与电压源型阀组并联电路；或者电压源型阀组与电感连接后再与旁通开关并联电路。
[0039]电压源型阀组是以下任一种或多种:两电平换流器、二极管箝位型多电平换流器、模块化多电平换流器MMC、混合多电平换流器HMC、两电平级联型换流器CSL或堆叠式两电平换流器CTL，其由可关断的全控型功率半导体组成。可关断的全控型功率半导体是以下任一种或多种:绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效