[发明专利]一种集中式电阻耗能装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种集中式电阻耗能装置，所述装置由开关单元与耗能电阻构成，开关单元由至少一个开关模块同方向串联连接构成，耗能电阻集中布置并与开关单元串联连接，该耗能电阻与开关单元的串联连接跨接于高低电位直流线路之间，开关单元内设置有直流电容电压均衡电路。本发明还包括集中式电阻耗能装置的控制方法，能够实现耗能电阻的柔性投入和柔性退出，改善了现有方法耗能电阻投入退出过程du/dt和di/dt过大的问题，且该装置还具有低成本、高可靠性等优点。

技术领域

本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种集中式电阻耗能装置及控制方法。

背景技术

国内外对于新能源并网低电压穿越能力都有明确的规范要求，对于采用高压柔性直流输电技术并网的新能源系统，诸如发电端为与风电类似的惯性电源，当受电端发生故障导致交流电网电压跌落时，由于送端换流器为功率控制，有功功率无法送出或者只能部分送出至交流电网，富余有功功率造成直流输电线路的电压升高，危害柔性直流换流阀等设备的安全。

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。另外，现有技术中每个开关模块均包括数量较多的功率半导体器件，成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种集中式电阻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开关模块中的第一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；通过控制第二功率半导体器件导通或关断均衡直流电容电压，保障开关模块的运行可靠性。

为了达成上述目的，本发明采用的具体的方案如下：

一种集中式电阻耗能装置，其特征在于，所述装置由开关单元与耗能电阻构成，所述开关单元由至少一个开关模块同方向串联连接构成，所述耗能电阻集中布置并与开关单元串联连接，所述耗能电阻与开关单元的串联连接跨接于高低电位直流线路之间。

所述开关模块由第一功率半导体开关器件、第一二极管、第二功率半导体开关器件、放电电阻与直流电容构成。其中，第一二极管的阴极与直流电容的正极连接，第一二极管的阳极与第一功率半导体开关器件的集电极连接，第一功率半导体器件的发射极与直流电容的负极连接；或者，第一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第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与直流电容的负极连接。

第一功率半导体开关器件的集电极作为正极引出点，其发射极作为负极引出点。

第二功率半导体开关器件与放电电阻串联连接，该串联连接再与直流电容并联。其中，第二功率半导体开关器件发射极与放电电阻串联连接，第二功率半导体开关器件集电极与直流电容正极连接，放电电阻另一端与直流电容负极连接；或者，第二功率半导体开关器件集电极与放电电阻串联连接，第二功率半导体开关器件发射极与直流电容负极连接，放电电阻另一端与直流电容正极连接。

其中，所述放电电阻两端并联第二二极管，该二极管为放电电阻中的感性电流在第二功率半导体开关器件关闭后提供续流回路。

其中，所述耗能开关模块中的第一二极管还反向并联一个第三功率半导体开关器件。

其中，所述耗能电阻还并联一个由二极管构成的电压钳位单元。

其中，所述开关模块还并联一个旁路开关。