本发明涉及高压直流输电，尤其是涉及一种电容辅助关断电网换相换流器及其控制方法和装置、系统。
背景技术：
1、随着接入的高压、特高压直流输电系统逐渐增多，已在多个区域电网形成了多馈入直流输电系统，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；并且随着新能源发电占比增高，交流电压支撑能力下降，对直流输电系统的稳定运行和抑制换相失败能力提出更高要求。
2、现有的直流输电技术，主要为采用十二脉动电路结构的电网换相换流器以及采用模块化多电平电路结构的电压源换流器进行高压、特高压直流输电，其中，十二脉动电路结构的电网换相换流器中，每个十二脉动电路有两个三相六桥臂桥式电路串联或并联而成，每个桥臂采用单个大容量晶闸管串联；模块化多电平电路结构的电压源换流器中，模块化多电平电路为三相六桥臂桥式电路，每个桥臂采用半桥子模块结构或/和全桥子模块结构串联。此外，如今在现有电网换相换流器基础上通过采用全控器件替换、增加辅助电路形成可控关断的电网换相换流器来解决换相失败问题也成为直流输电技术研究的重要方向。
3、但是，现有的十二脉动电路结构的电网换相换流器存在换相失败的问题；现有的模块化多电平电路结构的电压源换流器存在器件容量小、成本高、损耗大的问题。现有的采用全控器件替换来抑制换相失败的可控关断的电网换相换流器的器件容量较小、可靠性还需要验证；现有通过增加较多辅助电路来抑制换相失败的可控关断的电网换相换流器结构复杂、可靠性下降；上述两种可控关断的电网换相换流器强制关断时依赖避雷器吸收能量，需要每个桥臂配置等额的避雷器，在单相接地等概率较大的故障情况下，只故障相的避雷器动作，导致避雷器利用率较低。
技术实现思路
1、为了抑制高压直流输电换相失败的情况发生，降低可控关断的电网换相换流器成本，提高高压直流输电可靠性，本发明提供一种电容辅助关断电网换相换流器及其控制方法和装置、系统。
2、本发明提供一种电容辅助关断电网换相换流器，采用如下的技术方案：
3、一种电容辅助关断电网换相换流器，包括：
4、主电路，包括至少一相上桥臂电路和至少一相下桥臂电路，所述至少一相上桥臂电路一端与主电路阳极母线连接，所述至少一相上桥臂电路另一端与所述至少一相下桥臂电路一端连接，所述至少一相下桥臂电路另一端与主电路阴极母线连接；
5、辅助电路，包括至少一相上桥转移电路、一个上桥关断电路、一个上桥储能电路、至少一个上桥泵压电路、至少一相下桥转移电路、一个下桥关断电路、一个下桥储能电路以及至少一个下桥泵压电路；
6、所述至少一相上桥转移电路一端与上桥转移电路阳极母线连接，所述至少一相上桥转移电路另一端与所述至少一相上桥臂电路连接；
7、所述上桥关断电路一端与上桥转移电路阳极母线连接；所述上桥关断电路另一端与所述上桥储能电路一端连接；所述上桥储能电路另一端与主电路阳极母线连接；或，所述上桥储能电路一端与上桥转移电路阳极母线连接，所述上桥储能电路另一端与所述上桥关断电路一端连接，所述上桥关断电路另一端与主电路阳极母线连接；
8、所述上桥泵压电路一端与上桥转移电路阳极母线连接，所述上桥泵压电路另一端与所述上桥臂电路连接；
9、所述至少一相下桥转移电路一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述至少一相下桥转移电路另一端与所述至少一相下桥臂电路连接；
10、所述下桥关断电路一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述下桥关断电路另一端与所述下桥储能电路一端连接；所述下桥储能电路另一端与主电路阴极母线连接；或，所述下桥储能电路一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述下桥储能电路另一端与所述下桥关断电路一端连接，所述下桥关断电路另一端与主电路阴极母线连接；
11、所述下桥泵压电路一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述下桥泵压电路另一端与所述下桥臂电路连接。
12、根据一些实施例，所述至少一相上桥臂电路和所述至少一相下桥臂电路均包括：第一半控阀和第二半控阀；
13、所述第一半控阀和所述第二半控阀串联连接；所述至少一相上桥臂电路的第一半控阀一端与所述主电路阳极母线连接，所述至少一相上桥臂电路的第二半控阀一端与所述至少一相下桥臂电路的第二半控阀一端连接；所述至少一相下桥臂电路的第一半控阀一端与所述主电路阴极母线连接。
14、根据一些实施例，所述至少一相上桥臂电路的第一半控阀和第二半控阀之间的连接点与至少一相上桥转移电路的一端连接，所述至少一相下桥臂电路的第一半控阀和第二半控阀之间的连接点与至少一相下桥转移电路的一端连接。
15、根据一些实施例，所述第一半控阀和所述第二半控阀的耐压比取值范围为0.2-5。
16、根据一些实施例，所述至少一相上桥转移电路和所述至少一相下桥转移电路均包括：第三半控阀或第一不控阀；
17、所述至少一相上桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀一端与所述上桥转移电路阳极母线连接，所述至少一相上桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀另一端与所述至少一相上桥臂电路的第一半控阀和第二半控阀之间的连接点连接；所述至少一相下桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀一端与所述下桥转移电路阴极母线连接，所述至少一相上桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀另一端与所述至少一相下桥臂电路的第一半控阀和第二半控阀之间的连接点连接。
18、根据一些实施例，所述第一半控阀、第二半控阀和第三半控阀均包括半控开关；所述第一不控阀包括不控开关；
19、所述半控开关由可控开通、但不可控关断的半导体器件串联组成，所述可控开通、但不可控关断的半导体器件包括但不限于晶闸管；
20、所述不控开关由不控开通和关断的半导体器件串联组成，所述不控开通和关断的半导体器件包括但不限于二极管。
21、根据一些实施例，所述第一半控阀、和/或所述第二半控阀、和/或所述第三半控阀或所述第一不控阀并联有避雷器。
22、根据一些实施例，所述第一半控阀、和/或第二半控阀、和/或第三半控阀或第一不控阀还包括电抗器。
23、根据一些实施例，所述辅助电路的上桥关断电路与所述上桥储能电路串联后的电路和所述主电路阳极母线通过隔离开关和/或刀闸连接；所述辅助电路的下桥关断电路与所述下桥储能电路串联后的电路和所述主电路阴极母线通过隔离开关和/或刀闸连接。
24、根据一些实施例，所述上桥关断电路和所述下桥关断电路均包含第一全控阀；
25、所述上桥关断电路的第一全控阀一端与所述上桥储能电路一端连接，所述上桥关断电路的第一全控阀另一端与上桥转移电路阳极母线连接；或，所述上桥关断电路的第一全控阀一端与所述上桥储能电路一端连接，所述上桥关断电路的第一全控阀另一端与主电路阳极母线连接；
26、所述下桥关断电路的第一全控阀一端与所述下桥储能电路一端连接，所述下桥关断电路的第一全控阀另一端与下桥转移电路阴极母线连接；或，所述下桥关断电路的第一全控阀一端与所述下桥储能电路一端连接，所述下桥关断电路的第一全控阀另一端与主电路阴极母线连接。
27、根据一些实施例，所述上桥关断电路和所述下桥关断电路均还包括第四半控阀，与所述第一全控阀串联。
28、根据一些实施例，所述第一全控阀并联有避雷器。
29、根据一些实施例，所述第一全控阀包括单向全控开关、双向全控开关以及子模块串联开关中的至少一种。
30、根据一些实施例，所述单向全控开关由具有单向关断能力的半导体器件串联组成，所述具有单向关断能力的半导体器件包括但不限于绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管、逆阻型集成门极换流晶闸管；
31、所述双向全控开关由具有双向关断能力的半导体器件串联组成，所述具有双向关断能力的半导体器件包括但不限于反并联的逆阻型集成门极换流晶闸管、反向串联的绝缘栅双极型晶体管；
32、所述子模块串联开关由子模块串联组成，所述子模块包括但不限于半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块、箝位双子模块，所述半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块、箝位双子模块的半导体器件包括但不限于绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管。
33、根据一些实施例，所述上桥储能电路和所述下桥储能电路均包括：电容或子模块串联开关；所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与主电路阳极母线连接，所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述上桥关断电路连接；或，所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与所述上桥转移电路阳极母线连接，所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述上桥关断电路连接；所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与主电路阴极母线连接，所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述下桥关断电路连接；或，所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与所述下桥转移电路阴极母线连接，所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述下桥关断电路连接。
34、根据一些实施例，所述上桥储能电路和所述下桥储能电路均包括电阻或电感；所述电阻或电感与所述电容或子模块串联开关串联连接。
35、根据一些实施例，所述电容或子模块串联开关并联有避雷器。
36、根据一些实施例，所述至少一个上桥泵压电路和所述至少一个下桥泵压电路均包括第五半控阀和/或第二不控阀；所述至少一个上桥泵压电路的第五半控阀和/或第二不控阀一端与上桥转移电路阳极母线连接，所述至少一个上桥泵压电路的第五半控阀和/或第二不控阀另一端与上桥臂电路的第二半控阀一端连接；所述至少一个下桥泵压电路的第五半控阀和/第二不控阀一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述至少一个下桥泵压电路的第五半控阀和/或第二不控阀另一端与下桥臂电路的第二半控阀一端连接；或，
37、所述至少一个上桥泵压电路和所述至少一个下桥泵压电路均包括第一子半控阀和第二子半控阀；所述至少一个上桥泵压电路的第一子半控阀和第二子半控阀串联连接，所述至少一个上桥泵压电路的第一子半控阀一端与上桥转移电路阳极母线连接，所述至少一个上桥泵压电路的第一子半控阀另一端与所述上桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀一端连接；所述至少一个上桥泵压电路的第二子半控阀一端与所述上桥臂电路的第二半控阀一端连接；所述至少一个下桥泵压电路的第一子半控阀和第二子半控阀串联连接，所述至少一个下桥泵压电路的第一子半控阀一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述至少一个下桥泵压电路的第一子半控阀另一端与所述下桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀一端连接，所述至少一个下桥泵压电路的第二子半控阀一端与所述下桥臂电路的第二半控阀一端连接；或，
38、所述至少一个上桥泵压电路和所述至少一个下桥泵压电路均包括第一子半控阀和第二子半控阀；所述至少一个上桥泵压电路的第一子半控阀与所述上桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀集成，且两者按器件、阀段或阀并联连接；所述至少一个上桥泵压电路的第二子半控阀与所述上桥臂电路的第二半控阀集成，且两者按器件、阀段或阀并联连接；所述至少一个下桥泵压电路的第一子半控阀与所述下桥转移电路的第三半控阀或第一不控阀集成，且两者按器件、阀段或阀并联连接；所述下桥泵压电路的第二子半控阀与所述下桥臂电路的第二半控阀集成，且两者按器件、阀段或阀并联连接。
39、本发明提供一种电容辅助关断电网换相换流器的控制方法，采用如下的技术方案：
40、一种电容辅助关断电网换相换流器控制方法，用于对所述的电容辅助关断电网换相换流器进行控制，包括：
41、在获取到电容辅助关断电网换相换流器的运行参数信息的情况下，基于所述参数信息生成逆变状态控制信息，并基于所述逆变状态控制信息控制所述主电路运行在逆变状态；
42、在储能电路负压低于额定值并超过第一阈值，且所述主电路的换相桥臂向待换相桥臂电路换相结束承受负压的情况下，生成辅助电路控制指令，并基于所述辅助电路控制指令控制对应的辅助电路的相应泵压电路导通，其中，所述储能电路为上桥储能电路或下桥储能电路；
43、在获取到换相故障信息的情况下生成电路导通指令，并基于所述电路导通指令控制所述换相桥臂对应的辅助电路中的转移电路和关断电路导通；其中，所述换相桥臂为上桥臂电路和/或下桥臂电路；
44、在主电路的换相桥臂的第一半控阀恢复关断的情况下，生成电路关断指令，控制所述换相桥臂对应的辅助电路中的关断电路关断。
45、根据一些实施例，在所述换相桥臂为上桥臂电路的情况下，所述换相桥臂对应的辅助电路中的转移电路为相同相的上桥转移电路，所述换相桥臂对应的辅助电路中的关断电路为上桥关断电路；
46、在所述换相桥臂为下桥臂电路的情况下，所述换相桥臂对应的辅助电路中的转移电路为相同相的下桥转移电路，所述换相桥臂对应的辅助电路中的关断电路为下桥关断电路。
47、根据一些实施例，所述主电路的换相桥臂的第一半控阀恢复关断根据所述第一半控阀的反向恢复时间进行确定，所述反向恢复时间为大于等于所述第一半控阀包含的晶闸管的反向恢复时间。
48、根据一些实施例，在所述辅助电路的上桥关断电路与上桥储能电路串联后的电路和所述主电路阳极母线通过隔离开关和/或刀闸连接，所述辅助电路的下桥关断电路与下桥储能电路串联后的电路和所述主电路的阴极母线通过隔离开关和/或刀闸连接，且获取到所述辅助电路故障信息的情况下生成开关分开指令，并基于所述开关分开指令控制所述隔离开关和/或刀闸分开。
49、本发明提供一种电容辅助关断电网换相换流器控制装置，采用如下的技术方案：
50、一种电容辅助关断电网换相换流器控制装置，用于对所述的电容辅助关断电网换相换流器进行控制，包括：第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块以及第四控制模块，其中，
51、第一控制模块，用于在获取到电容辅助关断电网换相换流器的运行参数信息的情况下，基于所述参数信息生成逆变状态控制信息，并基于所述逆变状态控制信息控制所述主电路运行在逆变状态；
52、第二控制模块，用于在储能电路负压低于额定值并超过第一阈值，且所述主电路的换相桥臂向待换相桥臂电路换相结束承受负压的情况下，生成辅助电路控制指令，并基于所述辅助电路控制指令控制对应的辅助电路的相应泵压电路导通，其中，所述储能电路为上桥储能电路或下桥储能电路；
53、第三控制模块，用于在获取到换相故障信息的情况下生成电路导通指令，并基于所述电路导通指令控制所述换相桥臂对应的辅助电路中的转移电路和关断电路导通；其中，所述换相桥臂为上桥臂电路或下桥臂电路。
54、第四控制模块，用于在主电路的换相桥臂的第一半控阀恢复关断的情况下，生成电路关断指令，控制所述换相桥臂对应的辅助电路中的关断电路关断。
55、本发明提供一种高压直流输电系统，包括所述的电容辅助关断电网换相换流器。
56、根据一些实施例，所述高压直流输电系统为两端直流输电系统或多端直流输电系统，所述两端直流输电系统或多端直流输电系统分别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。
57、根据一些实施例，所述两端直流输电系统或多端直流输电系统需要逆变运行的换流器中的部分或全部采用所述电容辅助关断电网换相换流器。
58、综上所述，本发明包括以下有益技术效果：
59、正常运行时，在主电路的换相桥臂向待换相桥臂换相结束承受负压的情况下，控制辅助电路的相应泵压电路导通，相应储能电路的电容反向充电，使电容呈现负压，在交流系统故障将发生自然换相失败的情况下，控制辅助电路的相应转移电路和关断电路导通，形成与主电路的换相桥臂并联通流，电流转移到辅助电路，待主电路的换相桥臂的第一半控阀恢复关断后，控制辅助电路的关断电路关断，实现了关断换相桥臂，从而抑制出现换相失败发生的情况。与现有技术相比，本发明的辅助电路结构简单，降低了可控关断的电网换相换流器成本，提高了高压直流输电的可靠性。
1.一种电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述至少一相上桥臂电路和所述至少一相下桥臂电路均包括：第一半控阀和第二半控阀；
3.根据权利要求2所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述至少一相上桥臂电路的第一半控阀和第二半控阀之间的连接点与至少一相上桥转移电路的一端连接，所述至少一相下桥臂电路的第一半控阀和第二半控阀之间的连接点与至少一相下桥转移电路的一端连接。
4.根据权利要求2所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述第一半控阀和所述第二半控阀的耐压比取值范围为0.2-5。
5.根据权利要求1所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述至少一相上桥转移电路和所述至少一相下桥转移电路均包括：第三半控阀或第一不控阀；
6.根据权利要求5所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述第一半控阀、所述第二半控阀和所述第三半控阀均包括半控开关；所述第一不控阀包括不控开关；
7.根据权利要求5所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述第一半控阀、和/或所述第二半控阀、和/或所述第三半控阀或第一不控阀并联有避雷器。
8.根据权利要求5所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述第一半控阀、和/或第二半控阀、和/或第三半控阀或第一不控阀还包括电抗器。
9.根据权利要求1所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述辅助电路的上桥关断电路与所述上桥储能电路串联后的电路和所述主电路阳极母线通过隔离开关和/或刀闸连接；所述辅助电路的下桥关断电路与所述下桥储能电路串联后的电路和所述主电路阴极母线通过隔离开关和/或刀闸连接。
10.根据权利要求1所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述上桥关断电路和所述下桥关断电路均包含第一全控阀；
11.根据权利要求10所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述上桥关断电路和所述下桥关断电路均还包括第四半控阀，与所述第一全控阀串联。
12.根据权利要求10所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述第一全控阀并联有避雷器。
13.根据权利要求10所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述第一全控阀包括单向全控开关、双向全控开关以及子模块串联开关中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述单向全控开关由具有单向关断能力的半导体器件串联组成，所述具有单向关断能力的半导体器件包括但不限于绝缘栅双极型晶体管、集成门极换流晶闸管、逆阻型集成门极换流晶闸管；
15.根据权利要求1所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述上桥储能电路和所述下桥储能电路均包括：电容或子模块串联开关；所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与主电路阳极母线连接，所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述上桥关断电路连接；或，所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与所述上桥转移电路阳极母线连接，所述上桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述上桥关断电路连接；所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与主电路阴极母线连接，所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述下桥关断电路连接，或，所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关一端与所述下桥转移电路阴极母线连接，所述下桥储能电路的电容或子模块串联开关另一端与所述下桥关断电路连接。
16.根据权利要求15所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述上桥储能电路和所述下桥储能电路均包括电阻或电感；所述电阻或电感与所述电容或子模块串联开关串联连接。
17.根据权利要求15所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述电容或子模块串联开关并联有避雷器。
18.根据权利要求1-17任一项所述的电容辅助关断电网换相换流器，其特征在于，所述至少一个上桥泵压电路和所述至少一个下桥泵压电路均包括第五半控阀和/或第二不控阀；所述至少一个上桥泵压电路的第五半控阀和/或第二不控阀一端与上桥转移电路阳极母线连接，所述至少一个上桥泵压电路的第五半控阀和/或第二不控阀另一端与上桥臂电路的第二半控阀一端连接；所述至少一个下桥泵压电路的第五半控阀和/第二不控阀一端与下桥转移电路阴极母线连接，所述至少一个下桥泵压电路的第五半控阀和/或第二不控阀另一端与下桥臂电路的第二半控阀一端连接；或，
19.一种电容辅助关断电网换相换流器控制方法，其特征在于，用于对权利要求1-18任一项所述的电容辅助关断电网换相换流器进行控制，包括：
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述换相桥臂为上桥臂电路的情况下，所述换相桥臂对应的辅助电路中的转移电路为相同相的上桥转移电路，所述换相桥臂对应的辅助电路中的关断电路为上桥关断电路；
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述主电路的换相桥臂的第一半控阀恢复关断根据所述第一半控阀的反向恢复时间进行确定，所述反向恢复时间为大于等于所述第一半控阀包含的晶闸管的反向恢复时间。
22.根据权利要求19-21任一项所述的方法，其特征在于，在所述辅助电路的上桥关断电路与上桥储能电路串联后的电路和所述主电路阳极母线通过隔离开关和/或刀闸连接，所述辅助电路的下桥关断电路与下桥储能电路串联后的电路和所述主电路的阴极母线通过隔离开关或/和刀闸连接，且获取到所述辅助电路故障信息的情况下生成开关分开指令，并基于所述开关分开指令控制所述隔离开关和/或刀闸分开。
23.一种电容辅助关断电网换相换流器控制装置，其特征在于，用于对权利要求1-18任一项所述的电容辅助关断电网换相换流器进行控制，包括：
24.一种高压直流输电系统，包括权利要求1-18任一项所述的电容辅助关断电网换相换流器。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述高压直流输电系统为两端直流输电系统或多端直流输电系统，所述两端直流输电系统或多端直流输电系统分别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。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述两端直流输电系统或多端直流输电系统需要逆变运行的换流器中的部分或全部采用所述电容辅助关断电网换相换流器。
