[发明专利]一种复合式耗能装置开关子模块及其防护方法

说明书

本发明公开了一种复合式耗能装置开关子模块及其防护方法，所述开关子模块包括：晶闸管支路、静态均压支路和电压箝位支路；其中所述晶闸管支路、所述静态均压支路和所述电压箝位支路并联连接。本发明可避免出现由于器件之间承受不相同的电压而提升损坏率的问题，解决了单个子模块拒动故障带来的问题，也避免金属氧化物避雷器损坏而导致整个耗能装置在耗能期间断路损坏。

技术领域

本发明属于直流输电领域，特别涉及一种复合式耗能装置开关子模块及其防护方法。

背景技术

直流耗能装置是基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modularmultilevel converterbased high voltage direct current，MMC-HVDC系统)中用以保护系统安全稳定运行的重要设备，可以在受端交流电网出现故障期间通过装置内部的耗能电阻消耗系统盈余功率，从而避免系统的能量在模块化多电平换流器(modular multilevelconverter，MMC)换流阀子模块电容累积导致的严重后果。

电阻集中式直流耗能装置是一种使用大量大功率半导体开关子模块和一个集中式耗能电阻串联的结构，如图1所示，开关串采用同开同关的控制方式，直流耗能装置包括串联设置的两个半导体开关S_p和开关S_N和一个集中式耗能电阻R以及并联于所述开关S_p、开关S_N和集中式耗能电阻R的电容C_f，通过改变单个耗能周期中的投切占空比，来达到匹配系统盈余功率变化的目的。由于制造工艺的问题，串联的开关之间会存在不均压现象，导致器件之间承受不相同的电压而提升损坏率。

为解决该现象，现有技术提出了一种金属氧化物避雷器(Metal Oxide Varistor，MOV)复合式子模块，即将MOV并联于半导体开关子模块，通过MOV的电压箝位功能限制半导体开关子模块过电压波动，并通过其压敏电阻特性来实现调动子模块之间的静态均压。

但当开关直串式出现单个半导体开关子模块拒动故障时，由于其余子模块正常导通，系统直流电流会直接通过耗能装置，在该工况下，会有数千安的大电流通过拒动子模块的MOV支路，使得MOV在数秒的耗能时间内吸收大量能量而迅速遭到破坏。MOV电阻片开裂，外壳熔损，泄压孔喷出大量烟雾、火星与电弧，对耗能装置开关子模块的其它元器件，尤其是较为敏感的半导体开关造成严重影响，并最终可能导致整个耗能装置在耗能期间断路损坏。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复合式耗能装置开关子模块及其防护方法，避免出现由于器件之间承受不相同的电压而提升损坏率的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合式耗能装置开关子模块，所述开关子模块包括：晶闸管支路、静态均压支路和电压箝位支路；

其中所述晶闸管支路、所述静态均压支路和所述电压箝位支路并联连接。

可选地，所述晶闸管支路包括晶闸管和二极管；

所述二极管的阴极与所述晶闸管的阳极连接，所述二极管的阳极与所述晶闸管的阴极连接。

可选地，所述晶闸管为集成门极换流晶闸管。

可选地，所述静态均压支路包括一个或多个第一电阻。

可选地，所述电压箝位支路包括第二电阻、电容和金属氧化物避雷器；

所述第二电阻与所述电容串联，所述金属氧化物避雷器与所述电容并联。

以及，一种开关电路，所述开关电路包括并联的开关支路和电容支路，所述开关支路包括：

串联连接的一个或多个上述的开关子模块；以及

与该开关子模块串联连接的耗能电阻。