[發明專利]一種耗能裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201811229243.7
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109245506B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 姜田貴;謝曄源;李海英
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種耗能裝置，所述裝置包括至少兩個均壓耗能模塊以及至少兩個第一功率半導體器件，所述至少兩個均壓耗能模塊同方向串聯構成耗能單元，所述至少兩個第一功率半導體器件同方向串聯構成單向導通單元，所述單向導通單元與耗能單元串聯連接；所述均壓耗能模塊由直流電容支路、耗能支路、旁路支路并聯連接構成，所述耗能支路由第二功率半導體器件與耗能電阻串聯連接構成；本發明還公開了一種基于耗能裝置的控制方法，當直流線路電壓升高時，可以通過控制第二功率半導體器件控制耗能電阻的投退，以穩定直流電壓，當均壓耗能模塊故障時，采用熔絲配合旁路開關，保障裝置的可靠性。裝置性價比很高，可靠性高，易于實現。

技術領域

本發明屬于大功率電力電子變流技術領域，具體涉及一種耗能裝置及控制方法。

背景技術

在高壓直流輸電系統中，耗能裝置是至關重要的設備。耗能裝置主要應用于孤島供電的應用場景，如果發電端為與風電類似的慣性電源，當受電端發生故障時，由于功率無法送出，將在直流側累積能量，造成直流輸電線路的電壓升高，對設備的安全運行造成危害。

現有技術中目前常用的技術方案為采用功率半導體器件，如IGBT直接串聯和集中的電阻方案構成，由IGBT閥串承受高壓，集中電阻消耗能量，該方案工作時所有IGBT同時導通，對器件開通和關斷的一致性要求極高，一旦出現不一致，會導致部分閥段過壓燒毀，由于工作時會不斷的開通關斷，裝置損壞的風險很高；也有技術方案提出模塊化方案，但方案存在器件數量多，成本高，可靠性低的缺陷，如專利CN102132484B-具有分布式制動電阻的變換器中提出的解決方案，如圖3所示，該方案主要存在的缺陷在于：由圖中二極管構成的橋臂電位復雜：其中二極管橋臂的上管與鄰近模塊連接，電容無法對其起到鉗位作用，而在裝置運行時，由于運行方式復雜，在模塊之間工作不同步時，模塊之間的電位不確定，該二極管存在過壓擊穿的風險；同時，該方案中器件數量較多，共包含4組功率半導體器件，功率半導體器件可靠性相對較低，使整個模塊的故障率更高，且成本較高；該方案在一個模塊中包含了兩個由功率半導體器件構成的橋臂，橋臂之間存在電位連接，增加了結構設計的難度；為了克服上述缺陷，本發明提供一種成本低、可靠性高的及解決方案。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種耗能裝置以及使用上述裝置的控制方法，裝置并聯在中、高壓直流線路之間，采用二極管集中直接串聯方式，減少了半導體器件的用量，簡化了耗能裝置的設計，便于整體布置；采用模塊化方案解決了均壓的問題；采用熔絲結合旁路開關的雙重保護，保障了旁路可靠性；采用均壓耗能模塊直接串聯方式，結構簡單，占地小，可靠性高；配合充電電阻，可實現耗能裝置的在線投退。所提耗能裝置具有成本低，可靠性高的特點。

為了達成上述目的，本發明采用的具體的方案如下：

所述裝置包括至少兩個均壓耗能模塊以及至少兩個第一功率半導體器件，所述至少兩個均壓耗能模塊同方向串聯構成至少一個耗能單元，所述至少兩個第一功率半導體器件同方向串聯構成至少一個單向導通單元，所述單向導通單元與耗能單元串聯連接；所述均壓耗能模塊包括直流電容支路、耗能支路、旁路支路，所述直流電容支路、耗能支路、旁路支路并聯連接，所述耗能支路由第二功率半導體器件與耗能電阻串聯連接構成，所述旁路支路包括旁路開關；所述直流電容支路由直流電容與熔絲串聯連接構成。

其中，所述第一功率半導體器件與第二功率半導體器件按照允許流過的電流方向同方向布置。

其中，所述均壓耗能模塊還并聯一個均壓電阻。

其中，所述旁路開關是機械開關或由功率半導體器件構成的固態開關。

其中，所述耗能裝置還包括至少一個充電單元，所述充電單元由充電電阻和充電開關并聯構成，所述至少一個充電單元與耗能單元以及單向導通單元串聯連接。

其中，所述耗能裝置還串聯至少一個隔斷開關。