模块化换流链、合成回路系统、换流阀及控制方法

摘要

本申请提供模块化换流链、合成回路系统、换流阀及控制方法。所述换流链包括N个子模块，N个子模块交流端串联连接，N为大于等于2的整数，子模块包括功率单元、电容单元、变压单元、子模块控制单元、批量取能单元和旁路开关，功率单元的交流端作为子模块的交流端；电容单元与功率单元并联；变压单元为子模块控制单元供电；子模块控制单元连接变压单元，控制功率单元工作；批量取能单元包括第一取能电源和连接网络，第一取能电源负极连接首端子模块电容单元负极，连接网络输入端与第一取能电源正极连接，连接网络包括N个输出端，分别与所有电容单元的正极连接，旁路开关并联子模块的交流端。

权利要求

1.一种可批量取能的模块化换流链，包括N个子模块，N个所述子模块的交流端串联连接，N为大于等于2的整数，所述子模块包括：功率单元，包括功率半导体器件，所述功率单元的交流端引出作为所述子模块的交流端；

电容单元，与所述功率单元并联连接，包括第一直流电容；

变压单元，连接所述电容单元，从所述电容单元取能，实现直流电压变换，为子模块控制单元供电；

子模块控制单元，连接所述变压单元，控制所述功率单元工作；

批量取能单元，包括：

第一取能电源，所述第一取能电源的负极连接首端所述子模块的所述电容单元的负极；

连接网络，所述连接网络的输入端与所述第一取能电源的正极直接连接或经限流单元连接，所述连接网络包括N个输出端，N个所述输出端分别与所有所述电容单元的正极直接连接或经限流单元连接，所述限流单元包括电阻或/和电感；

旁路开关，并联连接所述子模块的交流端。

2.如权利要求1所述的换流链，其中，所述连接网络包括：并联方式连接网络，包括N个二极管单元，所述N个二极管单元的阳极连接在一起作为所述连接网络的输入端，所述N个二极管单元的阴极依次引出作为所述连接网络的N个输出端；或者

串联方式连接网络，包括N‑1个二极管单元，所述N‑1个二极管单元同方向串联连接，第

1个二极管单元的阳极作为所述连接网络的输入端，N‑1个二极管单元的阳极以及第N‑1个二极管单元的阴极依次引出作为所述连接网络的输出端；其中，所述二极管单元包括二极管或串联连接的二极管与电阻或/和电感。

3.如权利要求2所述的换流链，其中，所述连接网络为串联方式连接网络时，所述换流链还包括：

M个所述第一取能电源，分别与各个所述子模块的电容单元并联连接，M为整数，1≤M≤N‑1,当M≥2时，第一取能电源的输出端串联连接防反二极管，所述防反二极管的阴极指向所述电容单元的正极。

4.如权利要求1所述的换流链，其中，所述电容单元还包括第二直流电容与接口单元，所述接口单元连接在所述第一直流电容与所述第二直流电容之间，所述第二直流电容连接在所述接口单元与所述变压单元之间，所述接口单元的组成方式包括：高阻抗方式：所述接口单元包括电阻或/和电抗，所述接口单元的等效阻值大于10kΩ；

或

阻断方式：所述接口单元包括阻断二极管单元，所述阻断二极管单元的阳极指向所述第一直流电容的正极，所述阻断二极管单元的阴极指向所述第二直流电容的正极，所述阻断二极管单元包括阻断二极管，或阻断二极管与分压电阻网络。

5.如权利要求1所述的换流链，其中，所述变压单元包括：至少一个直流变换器，所述直流变换器的输入端与所述电容单元连接，所述直流变换器的数量大于1时，所述直流变换器的输出端直接并联连接或经串联二极管后再并联连接。

6.如权利要求1所述的换流链，其中，所述功率单元包括：半桥电路，包括上管与下管，所述下管与所述子模块的交流输出端并联连接；或者全桥电路，包括两个上管与两个下管，上管与下管串联构成桥臂后与电容单元并联，桥臂中点引出作为子模块交流输出端；

定义功率单元零电平状态，包括半桥电路下管导通，或者全桥电路两个上管同时导通或两个下管同时导通。

7.一种如权利要求1至6之任一项所述的可批量取能的模块化换流链的充电控制方法，包括：

启动所述第一取能电源，向所连接的子模块的电容单元充电；

充电达到阈值后，启动所述变压单元中的直流变换器，为所述子模块控制单元供电；

通过所述子模块控制单元控制所述功率单元中的对应位置的功率半导体器件导通为功率单元零电平状态，为相邻子模块的电容单元建立导通回路；

第一取能电源或/和前级子模块的电容单元向相邻子模块的电容单元充电，使相邻子模块的子模块控制单元带电；

依次完成所有子模块的电容单元充电，N个子模块控制单元带电。

8.如权利要求7所述的控制方法，其中，检测到第j子模块出现故障或/和第j+1子模块控制单元无法正常带电时，j为整数，1≤j≤N‑1,所述控制方法还包括：闭合第j子模块的旁路开关；

如第j+1个子模块控制单元仍然无法正常带电，则结束充电，对第j子模块或/和第j+1子模块进行检修；

如第j+1个子模块控制单元正常带电，则继续充电，并标记第j子模块故障，后续处理。

9.一种可批量取能的模块化换流链的合成回路系统，包括：如权利要求1至6之任一项所述的可批量取能的模块化换流链；

阀基控制单元，与N个子模块控制单元通信；

第二取能电源，与所述换流链的交流端连接。

10.如权利要求9所述的合成回路系统，还包括：放电支路，与所述第二取能电源并联连接，所述放电支路包括串联连接的放电开关和放电电阻。

11.一种如权利要求9或10所述的可批量取能的模块化换流链的合成回路系统的控制方法，包括以下控制方式的至少一种：通信校验方式，利用第一取能电源为换流链的子模块充电，并完成阀基控制单元和子模块控制单元的通信测试；

批量程序更新方式，充电完成后可利用批量程序下载方法更新子模块控制单元的程序；

合成充电方式，当所述子模块包括接口单元且接口单元为阻断方式时，利用第一取能电源和第二取能电源联合为换流链的子模块充电；

轮换放电控制方式，充电完成后，逐个测试子模块的功率单元是否正常；

无源逆变控制方式，充电完成后，整体测试换流链工作是否正常；

静态加电试验方式，充电完成后，维持第一直流电容直流电压不变的情况下测试局放以及漏电流。

12.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述通信校验方式包括：启动第一取能电源，向所连接的子模块电容单元充电；

充电达到阈值后，启动所述变压单元中的直流变换器，为所述子模块控制单元供电，与阀基控制单元建立通信；

接收来自阀基控制单元下发的指令，通过子模块控制单元控制功率单元中的下管导通，为相邻子模块电容单元建立导通回路；

第一取能电源或/和前级子模块的电容单元向相邻子模块的电容单元充电，使子模块控制单元带电；

依次完成换流链所有子模块的电容单元充电，N个子模块控制单元带电，并完成与阀基控制单元的通信校验。

13.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述批量程序更新方式包括：控制阀基控制单元向子模块控制单元下发更新的子模块程序；

控制子模块控制单元内部FLASH将原程序和所述更新的子模块程序暂存到不同位置；

同时或依次轮流或分组轮流将所有子模块的程序更新为所述更新的子模块程序，如程序更新成功，结束流程，如程序更新失败，恢复成所述原程序，所述子模块程序正处于更新状态时，子模块的功率单元保持闭锁。

14.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述合成充电方式包括：启动第二取能电源，阀基控制单元下发指令，控制子模块中功率单元中功率半导体器件的开通或关断，使全部或部分子模块的第一直流电容投入到第二取能电源的充电回路；

换流链中子模块第一直流电容电压逐渐上升达到预设值，完成第一直流电容充电；

子模块电容单元充电完成，再执行批量程序更新方式、轮换放电控制方式、无源逆变控制方式、静态加电试验方式中的至少一种。

15.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述轮换放电控制方式包括：断开第一取能电源或/和第二取能电源，闭合放电开关；

自换流链尾端起始，将子模块分组，每组数量为P个，P为大于等于1的整数；

阀基控制单元按照分组向子模块控制单元下发指令，控制P个子模块的上管导通或按一定频率导通，P个子模块的下管和上管控制取反逻辑，其余子模块的下管维持导通状态；

阀基控制单元按照分组向子模块控制单元下发指令，控制P个子模块功率单元的旁路开关合闸；

测量放电电阻两端电压，如波形正常判断该组通过试验，否则排除故障后，再次试验。

16.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述无源逆变控制方式包括：断开第一取能电源和/或第二取能电源，闭合放电开关；

阀基控制单元控制各个子模块控制单元输出给定电压；

检测换流链的输出电压与所述给定电压波形一致，则换流链通过试验，否则排除故障后，再次试验。

17.如权利要求11所述的控制方法，其中，所述静态加电试验方式包括：升高子模块电容单元电压达到预设值V1，N*V1＝V2，V2为第二取能电源电压；

闭锁子模块，关闭第一取能电源，投入第二取能电源，利用第二取能电源维持子模块电容单元电压恒定；

对换流链进行局放试验或/和泄露电流测试试验；

试验完成后，闭合放电开关，阀基控制单元将给定电压波形的控制指令下发各个子模块控制单元，换流链首尾电压在放电电阻上快速放电。

18.一种如权利要求1至6之任一项所述的可批量取能的模块化换流链组成的换流阀，与交流电网或/和直流电网连接，所述换流阀包括：三个或六个所述换流链；

所述连接网络采用串联方式连接网络，所述电容单元包括第二直流电容，接口单元连接在所述第一直流电容与所述第二直流电容之间，所述接口单元为阻断方式，所述第一取能电源对地绝缘，与所述交流电网或/和直流电网隔离。

说明书

模块化换流链、合成回路系统、换流阀及控制方法

技术领域

[0001] 本申请涉及大功率电力电子变流技术领域，具体涉及模块化换流链、合成回路系统、换流阀及控制方法。

背景技术

[0002] 随着电力电子技术在电力系统中的应用和发展，电力电子设备向着高压大容量模块化方向发展，尤其在柔性直流输电系统和链式静止无功发生器等领域得到广泛的应用，
一般由若干个串联或者并联连接的子模块组成。

[0003] 子模块在厂内测试时需要对其进行详细完备的出厂测试，以提高测试效率和准确性，但是在在子模块运输到现场，组装成阀塔后，由于运输以及安装过程中可能出现意外，
需要再进行一遍子模块以及整个换流链的功能测试，以确保设备顺利投入运行。

[0004] 以高压大容量柔性直流输电系统为例，一个桥臂包含几百个子模块。现有技术的测试方案1需要对每个子模块单独施加测试电源，逐个进行功能测试，主要问题的在于以
下。(1)子模块数量多，测试工作量大，测试时间长，测试难度大，子模块组成阀塔后操作困
难。(2)在测试过程中需要插拔光纤，插拔光纤的过程存在光纤接口和光纤本身损坏的风
险，经常的插拔也会影响寿命，对设备的可靠性造成不利的影响。(3)在测试过程中或检修
维护过程中，如果需要更换子模块控制单元程序，采用单独加电源的方式工作量很大，人工
操作也容易出现问题。

发明内容

[0005] 本申请实施例提供一种可批量取能的模块化换流链，包括N个子模块，N个所述子模块的交流端串联连接，N为大于等于2的整数，所述子模块包括功率单元、电容单元、变压
单元、子模块控制单元、批量取能单元和旁路开关，所述功率单元包括功率半导体器件，所
述功率单元的交流端引出作为所述子模块的交流端；所述电容单元与所述功率单元并联连
接，所述电容单元包括第一直流电容；所述变压单元连接所述电容单元，从所述电容单元取
能，实现直流电压变换，为子模块控制单元供电；所述子模块控制单元连接所述变压单元，
控制所述功率单元工作；所述批量取能单元包括第一取能电源和连接网络，所述第一取能
电源的负极连接所述首端子模块电容单元的负极；所述连接网络的输入端与所述第一取能
电源的正极直接连接或经限流单元连接，所述连接网络包括N个输出端，N个所述输出端分
别与所有所述电容单元的正极直接连接或经限流单元连接，所述限流单元包括电阻或/和
电感；所述旁路开关并联连接所述子模块的交流端。

[0006] 根据一些实施例，所述连接网络包括并联方式连接网络或者串联方式连接网络，所述并联方式连接网络包括N个二极管单元，所述N个二极管单元的阳极连接在一起作为所
述连接网络的输入端，所述N个二极管单元的阴极依次引出作为所述连接网络的N个输出
端；所述串联方式连接网络包括N‑1个二极管单元，所述N‑1个二极管单元同方向串联连接，
第1个二极管单元的阳极作为所述连接网络的输入端，N‑1个二极管单元的阳极以及第N‑1
个二极管单元的阴极依次引出作为所述连接网络的输出端；其中，所述二极管单元包括二
极管或串联连接的二极管与电阻或/和电感。

[0007] 根据一些实施例，所述连接网络为串联方式连接网络时，所述换流链还包括M个所述第一取能电源，分别与各个所述子模块的电容单元并联连接，M为整数，1≤M≤N‑1,当M≥
2时，第一取能电源的输出端串联连接防反二极管，所述防反二极管的阴极指向所述电容单
元的正极。

[0008] 根据一些实施例，所述电容单元还包括第二直流电容与接口单元，所述接口单元连接在所述第一直流电容与所述第二直流电容之间，所述第二直流电容连接在所述接口单
元与所述变压单元之间，所述接口单元的组成方式包括高阻抗方式或阻断方式，所述高阻
抗方式中，所述接口单元包括电阻或/和电抗，所述接口单元的等效阻值大于10kΩ；所述阻
断方式中，接口单元包括阻断二极管单元，所述阻断二极管单元的阳极指向所述第一直流
电容的正极，所述阻断二极管单元的阴极指向所述第二直流电容的正极，所述阻断二极管
单元包括阻断二极管，或阻断二极管与分压电阻网络。

[0009] 根据一些实施例，所述变压单元包括至少一个直流变换器，所述直流变换器的输入端与所述电容单元连接，所述直流变换器的数量大于1时，所述直流变换器的输出端直接
并联连接或经串联二极管后再并联连接。

[0010] 根据一些实施例，所述功率单元包括半桥电路或者全桥电路，所述半桥电路包括上管与下管，所述下管与所述子模块的交流输出端并联连接；所述全桥电路包括两个上管
与两个下管，上管与下管串联构成桥臂后与电容单元并联，桥臂中点引出作为子模块交流
输出端；定义功率单元零电平状态，包括半桥电路下管导通，或者全桥电路两个上管同时导
通或两个下管同时导通。

[0011] 本申请实施例还提供一种如上所述的可批量取能的模块化换流链的充电控制方法，包括：启动所述第一取能电源，向所连接的子模块的电容单元充电；充电达到阈值后，启
动所述变压单元中的直流变换器，为所述子模块控制单元供电；通过所述子模块控制单元
控制所述功率单元中的对应位置的功率半导体器件导通为零电平状态，为相邻子模块的电
容单元建立导通回路；第一取能电源或/和前级子模块的电容单元向相邻子模块的电容单
元充电，使相邻子模块控制单元带电；依次完成所有子模块的电容单元充电，N个子模块控
制单元带电。

[0012] 根据一些实施例，检测到第j子模块出现故障或/和第j+1子模块控制单元无法正常带电时，j为整数，1≤j≤N‑1,所述控制方法还包括：闭合第j子模块的旁路开关；如第j+1
个子模块控制单元仍然无法正常带电，则结束充电，对第j子模块或/和第j+1子模块进行检
修；如第j+1个子模块控制单元正常带电，则继续充电，并标记第j子模块故障，后续处理。

[0013] 本申请实施例还提供一种可批量取能的模块化换流链的合成回路系统，包括如上所述的可批量取能的模块化换流链、阀基控制单元和第二取能电源，所述阀基控制单元与N
个子模块控制单元通信；所述第二取能电源与所述换流链的交流端连接。

[0014] 根据一些实施例，所述合成回路系统还包括放电支路，所述放电支路与所述第二取能电源并联连接，所述放电支路包括串联连接的放电开关和放电电阻。

[0015] 本申请实施例还提供一种如上所述的可批量取能的模块化换流链的合成回路系统的控制方法，包括以下控制方式的至少一种：通信校验方式，利用第一取能电源为换流链
的子模块充电，并完成阀基控制单元和子模块控制单元的通信测试；批量程序更新方式，充
电完成后可利用批量程序下载方法更新子模块控制单元的程序；合成充电方式，当所述子
模块包括接口单元且接口单元为阻断方式时，利用第一取能电源和第二取能电源联合为换
流链的子模块充电；轮换放电控制方式，充电完成后，逐个测试子模块的功率单元是否正
常；无源逆变控制方式，充电完成后，整体测试换流链工作是否正常；静态加电试验方式，充
电完成后，维持第一直流电容直流电压不变的情况下测试局放以及漏电流。

[0016] 根据一些实施例，所述通信校验方式包括：启动第一取能电源，向所连接的子模块电容单元充电；充电达到阈值后，启动所述变压单元中的直流变换器，为所述子模块控制单
元供电，与阀基控制单元建立通信；接收来自阀基控制单元下发的指令，通过子模块控制单
元控制功率单元中的下管导通，为相邻子模块电容单元建立导通回路；第一取能电源或/和
前级子模块的电容单元向相邻子模块的电容单元充电，使子模块控制单元带电；依次完成
换流链所有子模块的电容单元充电，N个子模块控制单元带电，并完成与阀基控制单元的通
信校验。

[0017] 根据一些实施例，所述批量程序更新方式包括：控制阀基控制单元向子模块控制单元下发更新的子模块程序；控制子模块控制单元内部FLASH将原程序和所述更新的子模
块程序暂存到不同位置；同时或依次轮流或分组轮流将所有子模块的程序更新为所述更新
的子模块程序，如程序更新成功，结束流程，如程序更新失败，恢复成所述原程序，所述子模
块程序正处于更新状态时，子模块的功率单元保持闭锁。

[0018] 根据一些实施例，所述合成充电方式包括：启动第二取能电源，阀基控制单元下发指令，控制子模块中功率单元中功率半导体器件的开通或关断，使全部或部分子模块的第
一直流电容投入到第二取能电源的充电回路；换流链中子模块第一直流电容电压逐渐上升
达到预设值，完成第一直流电容充电；子模块电容单元充电完成，再执行批量程序更新方
式、轮换放电控制方式、无源逆变控制方式、静态加电试验方式中的至少一种。

[0019] 根据一些实施例，所述轮换放电控制方式包括：断开第一取能电源或/和第二取能电源，闭合放电开关；自换流链尾端起始，将子模块分组，每组数量为P个，P为大于等于1的
整数；阀基控制单元按照分组向子模块控制单元下发指令，控制P个子模块的上管导通或按
一定频率导通，P个子模块的下管和上管控制取反逻辑，其余子模块的下管维持导通状态；
阀基控制单元按照分组向子模块控制单元下发指令，控制P个子模块功率单元的旁路开关
合闸；测量放电电阻两端电压，如波形正常判断该组通过试验，否则排除故障后，再次试验。

[0020] 根据一些实施例，所述无源逆变控制方式包括：断开第一取能电源和/或第二取能电源，闭合放电开关；阀基控制单元控制各个子模块控制单元输出给定电压；检测换流链的
输出电压与所述给定电压波形一致，则换流链通过试验，否则排除故障后，再次试验。

[0021] 根据一些实施例，所述静态加电试验方式包括：升高子模块电容单元电压达到预设值V1，N*V1＝V2，V2为第二取能电源电压；闭锁子模块，关闭第一取能电源，投入第二取能
电源，利用第二取能电源维持子模块电容单元电压恒定；对换流链进行局放试验或/和泄露
电流测试试验；试验完成后，闭合放电开关，阀基控制单元将给定电压波形的控制指令下发
各个子模块控制单元，换流链首尾电压在放电电阻上快速放电。

[0022] 本申请实施例还提供一种如上所述的可批量取能的模块化换流链组成的换流阀，与交流电网或/和直流电网连接，所述换流阀包括三个或六个所述换流链；所述连接网络采
用串联方式连接网络，所述电容单元包括第二直流电容，所述接口单元为阻断方式，所述第
一取能电源对地绝缘，与所述交流电网或/和直流电网隔离。

[0023] 本申请实施例提供的技术方案，可批量取能的模块化换流链将子模块电容分为两个电容的组合，根据内部电源单元的设计不同，可以灵活适应，一是电容快速充电，为子模
块控制单元供电，或者与真实工况等效的充电方式，但采用了较少的外部电源和较低的电
压，保证设备和人身安全。子模块控制单元上电后，可进行通讯对点试验，分步骤试验的方
式可以降低试验风险，提高试验可靠性。

附图说明

[0024] 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。

[0025] 图1是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链组成示意图。

[0026] 图2是本申请实施例的一种电容单元组成示意图。

[0027] 图3是本申请实施例的一种半桥电路组成的功率单元组成示意图。

[0028] 图4是本申请实施例的一种全桥电路组成的功率单元组成示意图。

[0029] 图5是本申请实施例的一种高阻抗方式的接口单元组成示意图。

[0030] 图6是本申请实施例的一种阻断方式的接口单元组成示意图。

[0031] 图7是本申请实施例的一种变压单元组成示意图。

[0032] 图8是本申请实施例的另一种变压单元组成示意图。

[0033] 图9是本申请实施例的一种并联方式的连接网络组成示意图。

[0034] 图10是本申请实施例的一种串联方式的连接网络组成示意图。

[0035] 图11是本申请实施例的一多个第一取能电源的串联方式的连接网络组成示意图。

[0036] 图12是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链的充电控制方法流程示意图。

[0037] 图13是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链的合成回路系统组成示意图。

[0038] 图14是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链组成的换流阀组成示意图。

[0039] 图15是本申请实施例的另一种可批量取能的模块化换流链组成的换流阀组成示意图。

具体实施方式

[0040] 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。

[0041] 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。

[0042] 图1是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链组成示意图之一。

[0043] 可批量取能的模块化换流链包括N个子模块，N个子模块的交流端串联连接，首端子模块和尾端子模块未连接的交流端引出作为换流链的交流端，N为大于等于2的整数。

[0044] 子模块包括功率单元1、电容单元2、变压单元3、子模块控制单元4、批量取能单元和旁路开关。

[0045] 功率单元1包括功率半导体器件，功率单元1的交流端引出作为子模块的交流端。电容单元2与功率单元1并联连接，电容单元2包括第一直流电容C1,如图2所示。变压单元3
连接电容单元2，从电容单元2取能，实现直流电压变换，为子模块控制单元4供电。子模块控
制单元4连接变压单元3，控制功率单元1工作。批量取能单元包括第一取能电源6和连接网
络30。第一取能电源6的负极连接首端子模块电容单元的负极。连接网络30的输入端与第一
取能电源6的正极直接连接或经限流单元连接，连接网络30包括N个输出端，N个输出端分别
与所有电容单元的正极直接连接或经限流单元连接，限流单元包括电阻或/和电感。旁路开
关并联连接子模块的交流端。

[0046] 功率单元1包括半桥电路或全桥电路。

[0047] 根据一些实施例，半桥电路包括上管与下管，下管与子模块的交流输出端并联连接，如图3所示。

[0048] 根据一些实施例，全桥电路包括两个上管与两个下管，上管与下管串联构成桥臂后与电容单元并联，桥臂中点引出作为子模块交流输出端，如图4所示。

[0049] 定义功率单元零电平状态：对于半桥电路，下管导通定义为零电平状态；对于全桥电路，两个上管同时导通或两个下管同时导通定义为零电平状态。可选地，电容单元2还包
括第二直流电容C2与接口单元5，接口单元5连接在第一直流电容C1与第二直流电容C2之
间，第二直流电容C2连接在接口单元5与变压单元3之间。接口单元5的组成方式包括高阻抗
方式或阻断方式。

[0050] 高阻抗方式中，接口单元5包括电阻或/和电抗，接口单元5的等效阻值大于10kΩ，如图5所示。

[0051] 阻断方式中，接口单元5包括阻断二极管单元，阻断二极管单元的阳极指向第一直流电容C1的正极，阻断二极管单元的阴极指向第二直流电容C2的正极，阻断二极管单元包
括阻断二极管，或阻断二极管与分压电阻网络,如图6所示。

[0052] 变压单元3包括至少一个直流变换器，直流变换器的输入端与电容单元2连接，如图7所示。直流变换器的数量大于1时，直流变换器的输出端直接并联连接或经串联二极管
后再并联连接，如图8所示。

[0053] 连接网络30包括并联方式连接网络或者串联方式连接网络。

[0054] 根据一些实施例，并联方式连接网络包括N个二极管单元，N个二极管单元的阳极连接在一起作为连接网络的输入端，N个二极管单元的阴极依次引出作为所述连接网络的N
个输出端，如图9所示。二极管单元包括二极管或串联连接的二极管与电阻或/和电感。

[0055] 根据一些实施例，串联方式连接网络包括N‑1个二极管单元，N‑1个二极管单元同方向串联连接，第1个二极管单元的阳极作为连接网络的输入端，N‑1个二极管单元的阳极
以及第N‑1个二极管单元的阴极依次引出作为连接网络的输出端，如图8所示，如图10所示。
二极管单元包括二极管或串联连接的二极管与电阻或/和电感。

[0056] 可选地，连接网络30为串联方式连接网络时，换流链还包括M个第一取能电源6，如图11所示。M个第一取能电源6分别与各个子模块的电容单元2并联连接，M为整数，1≤M≤N‑
1,当M≥2时，第一取能电源6的输出端串联连接防反二极管，防反二极管的阴极指向电容单
元2的正极。本实施例中M＝2，如图11所示。

[0057] 本实施例提供的技术方案，可批量取能的模块化换流链将子模块电容分为两个电容的组合，根据内部电源单元的设计不同，可以灵活适应，一是电容快速充电，为子模块控
制单元供电，或者与真实工况等效的充电方式，但采用了较少的外部电源和较低的电压，保
证设备和人身安全。子模块控制单元上电后，可进行通讯对点试验，分步骤试验的方式可以
降低试验风险，提高试验可靠性。同时，外部二次低压电源和来自子模块电容的电源构成冗
余，更可靠的保证了子模块的控制供电。

[0058] 图12是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链的充电控制方法流程示意图，包括以下控制流程。

[0059] 在S10中，启动第一取能电源6，向所连接的子模块的电容单元2充电。

[0060] 在S20中，充电达到阈值后，启动变压单元3中的直流变换器，为子模块控制单元4供电。

[0061] 在S30中，通过子模块控制单元4控制功率单元1中的对应位置的功率半导体器件导通为功率单元零电平状态，为相邻子模块的电容单元建立导通回路。

[0062] 在S40中，第一取能电源6或/和前级子模块的电容单元向相邻子模块的电容单元充电，使相邻子模块控制单元带电。

[0063] 在S50中，依次完成所有子模块的电容单元充电，N个子模块控制单元4带电。

[0064] 检测到第j子模块出现故障或第j+1子模块控制单元无法正常带电时，j为整数，1≤j≤N‑1,还包括以下控制流程。

[0065] 闭合第j子模块的旁路开关。如第j+1个子模块控制单元仍然无法正常带电，则结束充电，对第j子模块或/和第j+1子模块进行检修。如第j+1个子模块控制单元正常带电，则
继续充电，并标记第j子模块故障，后续处理。

[0066] 图13是本申请实施例的一种可批量取能的模块化换流链的合成回路系统组成示意图。

[0067] 合成回路系统包括可批量取能的模块化换流链、阀基控制单元50和第二取能电源60。阀基控制单元50与N个子模块控制单元4通信。第二取能电源60与换流链的交流端连接。

[0068] 可选地，合成回路系统还包括放电支路。放电支路与第二取能电源60并联连接，放电支路包括串联连接的放电开关61和放电电阻62，如图13所示。

[0069] 本申请实施例还提供一种可批量取能的模块化换流链的合成回路系统的控制方法，包括以下控制方式的至少一种。

[0070] 通信校验方式，利用第一取能电源为换流链的子模块充电，并完成阀基控制单元和子模块控制单元的通信测试。

[0071] 根据一些实施例，通信校验方式包括以下过程。启动第一取能电源6，向所连接的子模块电容单元2充电。充电达到阈值后，启动变压单元3中的直流变换器，为子模块控制单
元4供电。与阀基控制单元50建立通信，接收来自阀基控制单元50下发的指令，通过子模块
控制单元4控制功率单元1中的下管导通，为相邻子模块电容单元建立导通回路。第一取能
电源或/和前级子模块的电容单元向相邻子模块的电容单元充电，使子模块控制单元带电，
依次完成换流链所有子模块的电容单元充电，N个子模块控制单元带电，并完成与阀基控制
单元的通信校验。

[0072] 批量程序更新方式，充电完成后可利用批量程序下载方法更新子模块控制单元的程序。

[0073] 根据一些实施例，批量程序更新方式包括以下过程。控制阀基控制单元50向子模块控制单元4下发更新的子模块程序。控制子模块控制单元4内部FLASH将原程序和更新的
子模块程序暂存到不同位置。同时或依次轮流或分组轮流将所有子模块的程序更新为更新
的子模块程序，如程序更新成功，结束流程。如程序更新失败，恢复成原程序，子模块程序正
处于更新状态时，子模块的功率单元1保持闭锁。

[0074] 合成充电方式，当子模块包括接口单元且接口单元为阻断方式时，利用第一取能电源和第二取能电源联合为换流链的子模块充电。

[0075] 根据一些实施例，合成充电方式包括以下过程。启动第二取能电源60，阀基控制单元50下发指令，控制子模块中功率单元1中功率半导体器件的开通或关断，使全部或部分子
模块的第一直流电容C1投入到第二取能电源60的充电回路。换流链中子模块第一直流电容
C1电压逐渐上升达到预设值，完成第一直流电容C1充电。

[0076] 子模块电容单元2充电完成，再执行批量程序更新方式、轮换放电控制方式、无源逆变控制方式、静态加电试验方式中的至少一种。

[0077] 轮换放电控制方式，充电完成后，逐个测试子模块的功率单元是否正常。

[0078] 根据一些实施例，轮换放电控制方式包括以下过程。断开第一取能电源6或/和第二取能电源60，闭合放电开关61。自换流链尾端起始，将子模块分组，每组数量为P个，P为大
于等于1的整数。阀基控制单元50按照分组向子模块控制单元4下发指令，控制P个子模块的
上管导通或按一定频率导通，P个子模块的下管和上管控制取反逻辑，其余子模块的下管维
持导通状态。阀基控制单元5按照分组向子模块控制单元4下发指令，控制P个子模块功率单
元1的旁路开关合闸。测量放电电阻两端电压，如波形正常判断该组通过试验，否则排除故
障后，再次试验。

[0079] 无源逆变控制方式，充电完成后，整体测试换流链工作是否正常。

[0080] 根据一些实施例，无源逆变控制方式包括以下过程。断开第一取能电源6和/或第二取能电源60，闭合放电开关61。阀基控制单元50控制各个子模块控制单元4输出给定电
压。检测换流链的输出电压与给定电压波形一致，则换流链通过试验，否则排除故障后，再
次试验。

[0081] 静态加电试验方式，充电完成后，维持第一直流电容C1直流电压不变的情况下测试局放以及漏电流。

[0082] 根据一些实施例，静态加电试验方式包括以下过程。升高子模块电容单元电压达到预设值V1，N*V1＝V2，V2为第二取能电源电压。闭锁子模块，关闭第一取能电源6，投入第
二取能电源60，利用第二取能电源60维持子模块电容单元电压恒定。对换流链进行局放试
验或/和泄露电流测试试验。试验完成后，闭合放电开关61，阀基控制单元50将给定电压波
形的控制指令下发各个子模块控制单元4，换流链电压在放电电阻62上快速放电。

[0083] 本申请还提供了一种可批量取能的模块化换流链70组成的换流阀实施例，换流阀与交流电网或/和直流电网连接，换流阀包括三个或六个可批量取能的模块化换流链。图14
为由三个换流链构成的换流阀，构成星型连接方式与三相交流电网连接。图15为由六个换
流链构成的换流阀，构成三相六桥臂的交直流变换换流阀，一侧连接三相交流电网，另一侧
连接直流电网。

[0084] 上述换流链70为上述实施例的换流链的一种，连接网络30采用串联方式连接网络，电容单元2包括第二直流电容C2，接口单元5为阻断方式，第一取能电源6对地绝缘，与交
流电网或/和直流电网隔离。

[0085] 本实施例提供的可批量取能的模块化换流链组成的换流阀，可以在高压电源合闸之前独立施加外部二次低压电源，完成子模块状态的收集，并判断设备状态是否具备运行
条件，并实时监测子模块状态，相比于之前控制电源来自子模块电容的技术，本发明将控制
电源和子模块直流电容解耦，使子模块的通信和监测不依赖于高压电源合闸，更有效的监
控换流阀的健康状态。

[0086] 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。