[发明专利]一种直流耗能装置的能耗协调控制系统、方法及装置

说明书

本发明涉及海上风电直流送出技术领域，公开了一种直流耗能装置的能耗协调控制系统、方法及装置。本发明的系统包括直流耗能装置和能耗协调控制装置，在进行能耗协调控制时根据允许的功率模块电压波动值设置直流耗能装置主回路的直流电容，基于能耗协调控制装置获取直流耗能装置两端的电压，且当所述直流耗能装置两端电压大于第一电压阈值时在预置时间内逐渐切除所有功率模块，当直流耗能装置两端电压小于第二电压阈值时在预置时间内逐渐投入所有功率模块。本发明通过优化设置直流耗能装置主回路参数，结合阶梯式投切功率模块的策略，减少了对直流母线的冲击，能够降低耗能期间直流母线电压的波动，具有高性能、高可靠性和低成本的优点。

技术领域

本发明涉及海上风电直流送出技术领域，尤其涉及一种直流耗能装置的能耗协调控制系统、方法及装置。

背景技术

当海上风电直流输电系统的受电端发生故障导致交流电网电压跌落时，由于风电场的功率难以快速响应，若盈余功率始终维持，直流电压将不断升高直至系统跳闸，危害柔性直流换流阀等设备的安全。为避免系统跳闸，需要配置直流耗能装置。

目前已经提出的直流耗能装置根据主电路结构的不同主要可以分为：采用开关器件串联阀耗能电路的方案、采用模块化分布耗能电阻耗能电路的方案，以及折衷了开关器件串联阀耗能电路和模块化分布耗能电阻耗能电路的特点进行构建的半集中式方案。半集中式方案对应的直流耗能装置通常由串联连接的耗能电阻和功率模块构成，该直流耗能装置直接接入相应的直流输电系统，其中功率模块一般采用的拓扑结构为：包括第一功率半导体开关管、第二功率半导体开关管、第一反并联二极管、第二反并联二极管和直流电容，其中第一反并联二极管的正极与第一功率半导体开关管的发射极连接，第一反并联二极管的负极与第一功率半导体开关管的集电极连接，第二反并联二极管的正极与第二功率半导体开关管的发射极连接，第二反并联二极管的负极与第二功率半导体开关管的集电极连接，第一功率半导体开关管与第二功率半导体开关管串联后与直流电容并联连接。

目前，采用半集中式方案对应的直流耗能装置进行泄放功率和盈余功率的平衡调节时，功率模块的投入及退出过程容易对系统的直流母线造成冲击，使得直流母线电压存在较大的波动。

发明内容

本发明提供了一种直流耗能装置的能耗协调控制系统、方法及装置，解决了现有半集中式方案对应的直流耗能装置在功率模块投入和退出过程中容易对直流母线造成冲击，使得直流母线电压存在较大的波动的技术问题，通过优化设置直流耗能装置主回路参数，结合阶梯式投切功率模块的策略，减少了对直流母线的冲击，能够降低耗能期间直流母线电压的波动，具有高性能、高可靠性和低成本的优点。

本发明第一方面提供一种直流耗能装置的能耗协调控制系统，包括直流耗能装置和能耗协调控制装置，所述直流耗能装置包括串联连接的耗能电阻和功率模块，所述功率模块中直流电容的取值满足：

式中，C为所述功率模块中直流电容的取值，I_dc为直流耗能装置所接入的海上风电直流输电系统的额定电流，ΔT为设置的一次功率模块投退工程的周期，ΔU_dc为允许的功率模块电压波动值；

所述能耗协调控制装置包括获取模块和控制模块；所述获取模块用于获取直流耗能装置两端的电压；所述控制模块用于当所述直流耗能装置两端电压大于第一电压阈值时在ΔT/2时间内逐渐切除所有功率模块，当所述直流耗能装置两端电压小于第二电压阈值时在ΔT/2时间内逐渐投入所有功率模块；所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述第一电压阈值为所述海上风电直流输电系统的额定电压与第一电压系数的乘积，所述第二电压阈值为所述海上风电直流输电系统的额定电压与第二电压系数的乘积，所述第二电压系数大于所述第一电压系数。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述功率模块中的直流电容的取值设置为