一种抑制HVDC换相失败的串-并联组合补偿器及方法

1.一种抑制HVDC换相失败的串-并联组合补偿器，其特征在于，所述串-并联组合补偿器设置在HVDC系统逆变侧交流母线与受端电网之间，且所述串-并联组合补偿器包括交换单元、相互连接的输出电压控制单元及输出电流控制单元；所述输出电压控制单元串联在所述逆变侧交流母线与受端电网之间；所述输出电流控制单元并联在所述逆变侧交流母线上或受端电网的母线上；所述输出电压控制单元及输出电流控制单元均连接至所述交换单元；所述交换单元包括交-交电源变换器及连接至所述交-交电源变换器的控制器，所述输出电压控制单元为一个串联侧变压器，所述输出电流控制单元为一个并联侧变压器；所述交-交电源变换器上设有三相输入端及三相输出端；所述串联侧变压器与所述交-交电源变换器的三相输入端连接；所述并联侧变压器与所述交-交电源变换器的三相输出端连接；所述控制器包括相互通信的电压检测单元、故障判别单元、协调控制单元及内环调控单元；所述电压检测单元，用于对所述HVDC系统逆变侧交流母线电压和受端电网电压进行检测，得到所述受端电网电压信号；所述故障判别单元，用于分析所述受端电网电压信号，并判断所述受端电网是否发生故障；所述协调控制单元，用于根据所述受端电网的运行状况，对所述串-并联组合补偿器的所述输出电流控制单元及输出电压控制单元进行协调和优化控制，生成所述输出电压控制单元的输出电压指令及所述输出电流控制单元的输出电流无功分量指令；所述内环调控单元，用于根据所述输出电压指令及输出电流无功分量指令，分别实现所述输出电压控制单元的输出电压控制、所述输出电流控制单元的输出电流控制、子模块电容电压控制以及功率开关管触发控制。 2.如权利要求1所述的串-并联组合补偿器，其特征在于，所述交-交电源变换器包括用直流母线及连接的并联侧模块化多电平变换器及串联侧模块化多电平变换器；所述并联侧模块化多电平变换器和串联侧模块化多电平变换器均为三相桥结构且均包括三相上桥臂和下桥臂；所述上桥臂和下桥臂均包括半桥子模块串及电抗器，所述半桥子模块串包括多个依次串联的半桥子模块；所述上桥臂的电抗器串联在所述上桥臂的半桥子模块串的末端，所述下桥臂的电抗器串联在所述下桥臂的半桥子模块串的首端；所述上桥臂的电抗器与所述下桥臂的电抗器连接、且各连接点分别为所述模块化多电平变换器交流侧各相的输入端；所述上桥臂的半桥子模块串的首端均与正直流母线连接；所述下桥臂的半桥子模块串的末端均与负直流母线连接。 3.如权利要求2所述的串-并联组合补偿器，其特征在于，所述半桥子模块包括串联的两个功率开关管及电容器，且所述电容器与两个所述功率开关管所在支路并联；所述功率开关管内设有反并联二极管；其中一个所述功率开关管的两端分别为所述半桥子模块的两个输出端。 4.如权利要求1所述的串-并联组合补偿器，其特征在于，所述交-交电源变换器为模块化多电平矩阵变换器，且所述模块化多电平矩阵变换器的内部结构为3x3矩阵结构；所述模块化多电平矩阵变换器中设有九个功率链，所述功率链包括依次串联的电抗器及多个H桥子模块，且所述功率链的两端分别为第一输出端和第二输出端；每个所述功率链的第一输出端均与所述模块化多电平矩阵变换器各相的输入端连接，且每个所述功率链的第二输出端均与所述模块化多电平矩阵变换器各相的输出端连接。 5.如权利要求4所述的串-并联组合补偿器，其特征在于，所述H桥子模块包括电容器、及两条功率开关管支路，且两条功率开关管均与所述电容器并联；一条所述功率开关管支路上串联有第一功率开关管和第二功率开关管，另一条所述功率开关管支路上串联有第三功率开关管和第四功率开关管；所述第一功率开关管的发射极分别连接至所述第二功率开关管的集电极及所述H桥子模块的第一输出端，且所述第一功率开关管的集电极连接所述电容器的正极；所述第二功率开关管的发射极连接所述电容器的负极；所述第三功率开关管的发射极分别连接至所述第四功率开关管的集电极及所述H桥子模块的第二输出端，且所述第三功率开关管的集电极连接所述电容器的正极，所述第四功率开关管的发射极连接所述电容器的负极。 6.一种抑制HVDC换相失败的方法，其特征在于，所述方法用设置在HVDC系统逆变侧交流母线与受端电网之间的串-并联组合补偿器实现，所述串-并联组合补偿器包括交换单元、相互连接的输出电压控制单元及输出电流控制单元；所述输出电压控制单元串联在所述逆变侧交流母线与受端电网之间；所述输出电流控制单元并联在所述逆变侧交流母线上或受端电网的母线上；所述输出电压控制单元及输出电流控制单元均连接至所述交换单元；所述交换单元包括交-交电源变换器及连接至所述交-交电源变换器的控制器；所述输出电压控制单元为一个串联侧变压器，所述输出电流控制单元为一个并联侧变压器；所述交-交电源变换器上设有三相输入端及三相输出端；所述串联侧变压器与所述交-交电源变换器的三相输入端连接；所述并联侧变压器与所述交-交电源变换器的三相输出端连接；所述控制器包括相互通信的电压检测单元、故障判别单元、协调控制单元及内环调控单元；所述方法包括如下步骤：步骤1.所述电压检测单元检测所述HVDC系统中逆变侧交流母线电压和受端电网电压信号；步骤2.所述故障判别单元分析所述逆变侧交流母线电压和受端电网电压信号，判断所述受端电网是否发生故障；若是，则进入步骤3；若否，则进入步骤4；步骤3.所述协调控制单元以补偿电网电压跌落为目标，根据所述受端电网运行状况和所述故障判别单元的输出信号，对所述输出电压控制单元和输出电流控制单元进行协调和优化控制；生成控制指令，进入步骤5；步骤4.所述协调控制单元以补偿无功为目标，控制所述输出电压控制单元及输出电流控制单元分别实现串联无功补偿及并联无功补偿；生成控制指令，进入步骤5；步骤5.所述内环调控单元根据所述控制指令，分别实现所述电压控制单元的输出电压控制、所述输出电流控制单元的输出电流控制、子模块电容电压控制以及功率开关管触发控制。 7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：3-1.所述协调控制单元以补偿电网电压跌落为目标，根据所述受端电网故障状况，对所述输出电压控制单元及输出电流控制单元的电压补偿量进行协调和优化；3-2.所述协调控制单元对预设的交流母线电压整定值和测量值进行比较和运算，分别生成所述输出电压控制单元的输出电压指令信号和所述输出电流控制单元的输出电流无功分量指令，进入步骤5。 8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：4-1.所述协调控制单元以补偿无功为目标，所述输出电压控制单元补偿电网线路阻抗，实现串联无功补偿，所述输出电流控制单元根据HVDC系统无功需求，实现并联无功补偿；4-2.所述输出电压控制单元及输出电流控制单元分别生成输出电压指令信号和电流无功分量指令，进入步骤5。