[發明專利]一種直流斬波裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201811316766.5
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109274269B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 王宇;謝曄源;姜田貴;詹長江
• 申請（專利權）人: 王宇
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開了一種直流斬波裝置，裝置由至少兩個均壓耗能單元同方向串聯連接構成，所述裝置的正極與直流線路的正極連接、裝置的負極與直流線路的負極連接；所述均壓耗能單元由均壓支路和非線性電阻并聯連接構成，所述均壓支路由至少一個均壓子模塊與耗能電阻串聯連接構成，所述均壓子模塊由至少一個功率半導體開關器件與電容構成；本發明還公開了一種基于直流斬波裝置的控制方法，所述直流斬波裝置并聯在中、高壓直流線路的正、負極之間，當直流線路電壓升高時，可以通過旁路掉一部分均壓耗能單元改變剩余單元承受電壓值，使非線性電阻吸收能量，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，具體涉及一種直流斬波裝置及控制方法。

背景技術

在高壓直流輸電系統中，直流斬波裝置是至關重要的設備。直流斬波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，采用的方法是當直流電壓過高時，通過電力電子器件的控制，投入電阻，電阻的投入將使直流電壓下降，當電阻的耗能速度超過直流側累積能量的速度，直流電壓就會下降，此時，再去關斷電阻放電回路，直流電壓再上升，反復的開通和關斷電阻支路，形成滯環控制的效果，該方法主要存在的問題在于：一方面，電阻的快速投入和退出需要并聯功率半導體開關器件，在關斷時，由于多個功率半導體開關器件同時關斷很難保證一致性，易承受過電壓而損壞。另一方面，利用電阻耗能的方式由于阻值是固定的，阻值的大小直接影響耗能的效果，主要體現在一旦阻值選取過小，流過電阻的電流過大，增加電阻的成本和體積，如果阻值選取過大，流過電阻的電流過小，使耗能的速度變慢，甚至會出現電阻的耗能速度小于直流側累積能量的速度，此時無法耗能，風險極大。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種直流斬波裝置以及使用上述裝置的控制方法，裝置并聯在中、高壓直流線路的正、負極之間，對均壓耗能單元投入退出的控制，調整并聯在線路之間的均壓耗能單元的數量，使非線性電阻消耗能量，裝置性價比很高，且解決了現有技術中分斷電壓不均以及電阻難取值的問題。

為了達成上述目的，本發明采用的具體的方案如下：

所述裝置由至少兩個均壓耗能單元同方向串聯連接構成，所述串聯連接的首端定義為裝置的正極、所述串聯連接的尾端定義為裝置的負極；所述裝置的正極與直流線路的高電位電極連接(正極)、裝置的負極與直流線路的低電位電極(負極)連接；所述均壓耗能單元由均壓支路和非線性電阻并聯連接構成，所述均壓支路由至少一個均壓子模塊與耗能電阻串聯連接構成，所述均壓子模塊由至少一個功率半導體開關器件與電容構成。

其中，所述均壓子模塊包括第一、二功率半導體開關器件以及直流電容，其中，第一、二功率半導體開關器件同向串聯連接，連接方式為以下兩種之一：

連接方式1：第一功率半導體開關器件集電極與直流電容正極連接，第二功率半導體開關器件發射極與直流電容負極連接；

連接方式2：第二功率半導體開關器件集電極與直流電容正極連接，第一功率半導體開關器件發射極與直流電容負極連接；

所述第二功率半導體開關器件的集電極定義為均壓子模塊的正極，第二功率半導體開關器件的發射極定義為均壓子模塊的負極；所述功率半導體開關器件帶有反并聯二極管。

其中，所述均壓子模塊包括第三、四、五、六功率半導體開關器件以及直流電容，所述第三、四功率半導體開關器件同向串聯連接構成第一橋臂，第五、六功率半導體開關器件同向串聯連接構成第二橋臂；第三、五功率半導體開關器件集電極與直流電容正極連接，第四、六功率半導體開關器件發射極與直流電容負極連接；所述第一橋臂與第二橋臂的中點定義為均壓子模塊的正極與負極；所述功率半導體開關器件帶有反并聯二極管。