[发明专利]一种直流工程成套耗能装置及其控制系统

说明书

本发明涉及电力电子装备技术领域，特别是一种直流工程成套耗能装置及其控制系统。其技术要点如下：包括耗能控制保护装置和耗能一次拓扑装置，所述耗能控制保护装置对所述耗能一次拓扑装置进行信息采集和输出控制指令；所述耗能一次拓扑装置整体连接于柔性直流系统正、负极母线间；当直流体系存在冗余功率时，所述耗能控制保护装置向所述耗能一次拓扑装置发出指令，使所述耗能一次拓扑装置消耗冗余功率；当柔性直流正常运行时，耗能控制保护装置控制所耗能一次拓扑装置进入耗能切除状态。本发明提出的一种直流工程成套耗能装置及其控制系统，降低了冷却装置设计难度，并可实现直流系统平滑故障穿越。

技术领域

本发明涉及电力电子装备技术领域，特别是一种直流工程成套耗能装置及其控制系统。

背景技术

对于用于风电等可再生能源接入交流电网的柔性直流输电系统，以及LCC-VSC混合直流系统的VSC换流站，若受端交流电网发生故障，则受端换流站的功率输出能力下降，而送端功率传输基本不受影响，直流线路送端和受端将出现功率差额，并随故障的持续而不断积累，将导致直流侧电压升高，威胁直流系统安全运行。

成套耗能装置是目前最具推广前景的再生能源接入交流电网的柔性直流输电系统和LCC-VSC混合直流系统受端故障穿越手段之一，其由一次拓扑及控制系统组成，耗能一次拓扑接入直流系统，通过耗能控制系统控制开关器件通断，实现耗能电阻投切，消耗冗余的直流系统功率，以维持交流系统故障期间直流系统正常运行。

现有直流耗能装置拓扑主要可以分为集中式斩波电路、模块化分布电阻式卸荷电路以及模块化集中电阻式卸荷电路，各类型卸荷电路均存在各自的优缺点。集中式斩波电路和模块化集中电阻式卸荷电路，可采用空冷散热，投资较小、运维难度较低，但由于耗能装置每次投切单位时间内消耗的功率是一定的，且通常按最大消耗功率设计，所以所需消耗功率较小时，可能出现故障期间成套耗能装置不断投入和退出的情况，引起直流电压、电流波动，严重影响故障穿越效果。分布式拓扑采用模块化结构，吸收功率的控制精度高，但对子模块内部集成电阻和水冷系统的功率要求很高，子模块体积大且成本高。

有鉴于上述现有的现有直流耗能装置拓扑存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种直流工程成套耗能装置及其控制系统，以解决故障穿越过程波形平滑性与耗能装置冷却系统成本的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流工程成套耗能装置及其控制系统，以解决故障穿越过程波形平滑性与耗能装置冷却系统成本的矛盾。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种直流工程成套耗能装置，包括耗能控制保护装置和耗能一次拓扑装置，耗能控制保护装置对耗能一次拓扑装置进行信息采集和输出控制指令；耗能一次拓扑装置整体连接于柔性直流系统正、负极母线间；当柔性直流存在冗余功率时，耗能控制保护装置向耗能一次拓扑装置发出指令，使耗能一次拓扑装置消耗冗余功率；当直流体系正常运行时，耗能控制保护装置控制耗能一次拓扑装置进入耗能切除状态。本发明的提供的耗能一次拓扑装置，当直流体系中没有冗余功率时，耗能一次拓扑装置不会影响直流体系的正常运行。

进一步的，耗能一次拓扑装置包括2N个半桥子模块SM，2个阻值不同的电阻耗能电阻R₁和耗能电阻R₂，开关器件K1和开关器件K2，耗能电阻R₁、耗能电阻R₂和开关器件K1、开关器件K2串联，并与半桥子模块SM串联；其中2N个半桥子模块SM相互串联，处于两端的半桥子模块SM分别接入直流系统正、负极母线，耗能电阻R1和耗能电阻R2的连线与第N个半桥子模块SM_N和第N+1半桥子模块SM_N+1之间的连接线通过短线相连，第1～N个半桥子模块SM称为上桥臂子模块SM，第N+1～2N个半桥子模块SM称为下桥臂子模块SM。