[发明专利]一种集中式耗能装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种集中式耗能装置，装置由耗能支路与耗能电阻构成，所述耗能支路由至少一个耗能子模块同方向串联连接构成，所述串联连接的首端与直流线路的高电位电极连接；所述耗能电阻集中布置与耗能支路串联连接，耗能电阻的一端与耗能支路的尾端连接，另一端与直流线路的低电位电极连接；本发明还包括集中式耗能装置的控制方法，当直流线路电压升高时，可以通过依次导通或关断耗能子模块中的功率半导体开关器件，实现直流电压控制，实现耗能电阻柔性投入和柔性退出，装置性价比很高，可靠性高，易于实现。

技术领域

本发明属于大功率电力电子变流技术领域，具体涉及一种集中式耗能装置及控制方法。

背景技术

在高压直流输电系统中，集中式耗能装置是至关重要的设备。集中式耗能装置主要应用于孤岛供电的应用场景，如果发电端为与风电类似的惯性电源，当受电端发生故障时，由于功率无法送出，将在直流侧累积能量，造成直流输电线路的电压升高，对设备的安全运行造成危害。

现有技术中，采用的方法是将功率半导体器件直接串联，当直流电压过高时，通过电力电子器件的控制，投入电阻，电阻的投入将使直流电压下降，当电阻的耗能速度超过直流侧累积能量的速度，直流电压就会下降，此时，再去关断电阻放电回路，直流电压再上升，反复的开通和关断电阻支路，形成滞环控制的效果，该方法主要存在的问题在于：在关断时，由于多个功率半导体开关器件同时关断很难保证一致性，一旦关断不同步，就会有关导通慢的器件或关断快的器件承受过电压而损坏；而且高速的开通和关断状态切换也会导致产生很大的电压和电流变化率，从而产生磁场干扰。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种集中式耗能装置以及使用上述装置的控制方法，装置可连接在直流电极之间，当直流线路电压升高时，可以通过依次导通或关断耗能子模块中的功率半导体开关器件，实现直流电压控制，实现耗能电阻柔性投入和柔性退出，避免产生冲击。

为了达成上述目的，本发明采用的具体的方案如下：

一种集中式耗能装置，所述装置由耗能支路与耗能电阻构成，所述耗能支路由至少一个耗能子模块同方向串联连接构成，所述串联连接的首端与直流线路的高电位电极连接；所述耗能电阻集中布置与耗能支路串联连接，耗能电阻的一端与耗能支路的尾端连接，另一端与直流线路的低电位电极连接；所述耗能子模块包括第一、二功率半导体开关器件以及直流电容，其中，第一、二功率半导体开关器件同向串联连接，连接方式为以下两种之一：

连接方式1：第一功率半导体开关器件集电极与直流电容正极连接，第二功率半导体开关器件发射极与直流电容负极连接；

连接方式2：第二功率半导体开关器件集电极与直流电容正极连接，第一功率半导体开关器件发射极与直流电容负极连接；

所述第二功率半导体开关器件的集电极定义为耗能子模块的正极，第二功率半导体开关器件的发射极定义为耗能子模块的负极；所述第一功率半导体开关器件带有反并联二极管。

其中，所述第二功率半导体开关器件也带有反并联二极管。

其中，所述耗能子模块还可以为全桥子模块，包括第三、四、五、六功率半导体开关器件以及直流电容，所述第三、四功率半导体开关器件同向串联连接构成第一桥臂，第五、六功率半导体开关器件同向串联连接构成第二桥臂；第三、五功率半导体开关器件集电极与直流电容正极连接，第四、六功率半导体开关器件发射极与直流电容负极连接；所述第一桥臂与第二桥臂的中点定义为耗能子模块的正极与负极；所述功率半导体开关器件带有反并联二极管。

其中，所述耗能子模块还并联一个旁路开关。

其中，所述集中式耗能装置的耗能支路还串联至少一个充电单元，所述充电单元由充电电阻和充电开关并联构成。

其中，所述集中式耗能装置还串联至少一个隔断开关。

其中，所述耗能电阻可替换为储能器，所述储能器具备充放电能力。