[发明专利]一种全控型耗能装置

说明书

本发明公开了一种全控型耗能装置，该装置用于风电柔直并网系统中，包括全控级联模块、滤波电容器和耗能电阻；全控级联模块用于减缓故障后投入耗能装置瞬时的电流和电压变化，通过其输出电压改变耗能电阻的吸收功率。滤波电容用于抑制故障电流馈入耗能装置的谐波。耗散电阻用于吸收系统交直流故障期间的暂态能量，保护换流站故障期间安全运行。在一个控制周期内，全桥级联模块吸收与释放能量总和为0，暂态能量全部转移到耗散电阻中。本发明包含耗能装置的配置和结构、全控级联模块的电压调制方法，耗能装置的参数设计、耗能装置的控制策略及交直流故障暂态能量耗散的应用。此外，该耗能装置不会增加系统正常运行的损耗。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种全控型耗能装置。

背景技术

为了解决电力分配不均，提高可再生能源的利用率，采用柔性直流输电技术(HVDC)进行长距离风电输送是一种广泛认可的方案。与交流输电相比，由于模块化多电平换流器(Multiple multilevel converter，MMC)能够实现有功和无功功率的独立控制，提高交流系统暂态稳定性，阻尼功率振荡等优点，MMC-HVDC现在已成为大型风电输送更具吸引力的方式。

对于陆上风电远距离输送而言，系统易发生交直流短路故障。当前一些研究通过在直流线路两侧加装直流断路器(DC circuit breaker，DCCB)可以有效切除直流线路故障。然而受限于DCCB的开断速度和MMC的过电流能力，现有MMC难以兼顾线路故障穿越能力要求和站内故障安全性要求，容易导致换流站闭锁退出运行。特别针对于风电并网系统，一旦发生交直流线路短路故障，伴随着故障电流的上升，还会有大量风电能量的馈入问题。

采用耗能电阻吸收暂态能量是一种较为安全有效的措施，目前已有一些关于耗能电阻的研究，文献[Christoph Nentwig，Jens Haubrock，Robert H.Renner，and Dirk VanHertem.“Application of DC Choppers in HVDC Grids，”in Proc.2016IEEEInternational Energy Conference(ENERGYCON)，Leuven，Belgium，Apr.2016.]提出了采用耗散电阻解决交流故障的方案；文献[曹帅，向往，姚良忠，李琰，林卫星，文劲宇.风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略[J].电力系统自动化，2018，42(07)：37-43+49.]提出了在交流侧配备耗散电阻配合故障穿越的策略，但交流侧耗能装置需三相统一配置；文献[董旭，张峻榤，王枫，陶芬，周斌，向往.风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术[J].电力系统自动化，2016，40(18)：48-55.]研究了直流侧配备耗散电阻的方案，但未给出耗散电阻的内部结构，且投入和切除瞬间耗散电阻控制器件需承受极大的电压、电流冲击。目前张北工程中急需配备耗能装置以防故障期间过剩能量破坏换流站的正常运行能力，然而尚无能够解决上述问题的耗能装置拓扑和具体控制措施。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种全控型耗能装置，旨在解决现有技术中的耗散电阻不能实现直流故障期间的能量耗散导致故障期间过剩能量破坏换流站的正常运行能力的问题。

本发明提供了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，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。