[发明专利]一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置

说明书

本发明涉及一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置，通过设置与功率模块相连的稳压单元，当黑模块故障发生时，电容电压值超过稳压单元的击穿电压阈值时稳压单元击穿，依次控制功率模块的两个IGBT导通，从而实现将该黑模块泄压旁路。本发明提供的技术方案，通过稳压单元击穿实现功率模块的旁路控制，不需配置额外的旁路装置，不增加设备体积和成本，解决了黑模块的旁路难题，提高了直流输电系统运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置。

背景技术

远海风电采用柔性直流输电送出系统技术时，在直流侧会配置直流能量耗散阀，用于吸收系统受端故障产生的盈余功率实现故障穿越，保障系统和设备的安全。基于远海风电柔直送出系统特殊应用环境，对比陆上直流工程，设备的运行经济性、设备成本和体积、可靠性和检修维护周期提出了更高要求，如何处理运行中产生的黑模块问题，成为了提升直流能量耗散阀可靠性的限制因素。

故障模块的切除一般由端口外置的旁路开关、晶闸管或其他旁路装置完成，其弊端是要求其驱动回路和电源系统完好，且增加了功率模块体积和成本，这与远海风电柔性直流输电送出系统要求设备紧凑化、轻型化和经济性的理念相悖。黑模块是指旁路开关拒动且控制系统无法判断其工作状态的模块。现有技术中，由于功率模块的电源故障、光纤故障、旁路开关本体故障或控制板卡故障等原因，导致黑模块的产生无法避免，采用端口外置旁路装置的技术方案对黑模块故障几乎不起作用。

尽管发生黑模块的概率很低，但是如果不采取闭锁停运措施，就会存在电容过压，甚至爆炸着火的风险，严重危害系统运行安全。因此，为确保直流能量耗散阀在出现黑模块问题后能够继续保持运行，亟需一种经济可靠的黑模块故障保护策略。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置，通过设置与功率模块相连的稳压单元，当黑模块故障发生时利用稳压单元实现故障黑模块的泄压旁路，不需配置额外的旁路装置，不增加设备体积和成本，不依赖控制系统电源，解决了黑模块的旁路难题，提高了系统运行可靠性。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法，所述直流能量耗散阀包括串联连接在直流母线上的电抗器、电阻和至少两个功率模块；每个所述功率模块包括串联连接的第一IGBT和第二IGBT，分别与第一IGBT和第二IGBT反并联的二极管、以及与串联IGBT并联的电容；该方法包括步骤：

S1、当有黑模块故障发生时，判断该黑模块的电容电压U_c是否大于电容最大电压阈值U_cmax；若是则进行停机操作；若否则执行下一步骤；

S2、根据该黑模块的电容电压U_c是否大于击穿电压阈值，依次控制第一IGBT和第二IGBT导通，以将该黑模块泄压旁路；

S3、判断该黑模块是否可靠旁路，若是，则结束；若否，则返回步骤S1。

进一步的，所述功率模块还包括第一稳压单元和第二稳压单元；

所述第一稳压单元和第二稳压单元的输出分别连接所述第一IGBT和第二IGBT的C、G端。

进一步的，所述黑模块故障包括功率模块中的旁路开关拒动且无法判断其工作状态。

进一步的，所述电容电压U_c根据以下公式计算：

其中，U_dc为直流母线电压，i_r为直流能量耗散阀回路上的电流，R₀为电阻阻值，u_SMi为除黑模块外其余功率模块的电压，n为功率模块的数量。