[发明专利]一种全控型耗能装置

权利要求书

1.一种全控型耗能装置，用于风电柔性直流系统发生交直流故障时的能量耗散，其特征在于，所述耗能装置包括：全桥型级联模块和耗散电阻；

所述全桥型级联模块包括N个依次串联连接的子模块，依次记为第一子模块SM₁，第二子模块SM₂，……，第N子模块SM_N，N为大于等于2的正整数；

所述第一子模块SM₁的非串联连接端作为所述耗能装置的正极输出端用于连接至整流侧换流站的正极，所述耗散电阻的一端连接至所述第N子模块SM_N的非串联连接端，所述耗散电阻的另一端作为所述耗能装置的负极输出端用于连接至整流侧换流站的负极；

所述全控型耗能装置还包括：用于提供外部的控制信号的控制模块；

所述控制模块包括：电压检测模块、第一调制模块、加法器、补偿模块、第二调制模块、子模块排序均压控制模块以及开关触发模块；

所述第一调制模块的第一输入端连接至电压检测模块的输出端，第一调制模块的第二输入端、第三输入端、第四输入端分别用于接收调制周期信号T、全桥级联模块输出电压最小值V₀和额定直流电压V_dc；第一调制模块的输出端连接至加法器的第一输入端，第一调制模块用于产生全桥级联模块的参考电压；所述电压检测模块用于产生梯形波发生器的占空比，控制耗能装置在系统正常运行时处于空闲状态，系统发生故障时处于运行状态；

所述加法器的第二输入端连接至补偿模块的输出端，所述补偿模块用于根据比较子模块电容电压平均值的实际值与额定值的偏差获得弥补动态调制中由子模块充放电导致的输出电压误差；

所述第二调制模块的输入端连接至加法器的输出端，所述第二调制模块用于根据不同时刻对应的输出电压分段函数计算获得全桥级联模块的阶梯波拟合输入端的参考电压；

所述子模块排序均压控制模块的输入端连接至第二调制模块的输出端，所述子模块排序均压控制模块用于根据冒泡排序法和子模块电压均衡原理获得满足梯形波输出的各子模块的动态投切状态；

所述开关触发模块的输入端连接至子模块排序均压控制模块的输出端，所述开关触发模块用于根据排序均压控制得到的各子模块投切状态获得各子模块所对应的IGBT触发信号。

2.如权利要求1所述的全控型耗能装置，其特征在于，所述全控型耗能装置还包括：滤波电容器C_lumped，其一端连接至所述第一子模块SM₁的非串联连接端，另一端连接至所述耗散电阻的另一端。

3.如权利要求1所述的全控型耗能装置，其特征在于，N个子模块的结构相同，均包括：四个开关控制单元和一个电容器C_FB；

四个开关控制单元中两两串联后再与电容器C_FB并联，开关控制单元的串联连接端分别作为子模块的两端；

四个开关控制单元的控制端用于接收外部的控制信号，在外部的控制信号的控制下实现全桥型级联模块的输出电压在-V_dc～+V_dc之间变化。

4.如权利要求1所述的全控型耗能装置，其特征在于，所述补偿模块包括：子模块平均电容电压计算单元和补偿单元；

所述子模块平均电容电压计算单元用于采集所有子模块的电容电压并计算其平均值后进行标幺化；

所述补偿单元的输入端与所述子模块平均电容电压计算单元的输出端连接，用于对平均电容的实际值与参考值的差值进行比例积分，获得动态电压补偿量。

5.如权利要求4所述的全控型耗能装置，其特征在于，所述电压检测模块中的直流电压上限阈值为1.05pu；当直流电压超过1.05pu时，直流电压与上限阈值的差值经过比例积分放大，经限幅后输出的占空比输出给第一调制模块，所述耗能装置进入运行状态。