[發明專利]一種能量消耗裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201811316771.6
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109586327B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 詹長江;姜田貴;謝曄源;李鋼
• 申請（專利權）人: 詹長江
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/38;H02H7/26
• 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

本發明公開了一種能量消耗裝置及其控制方法。該裝置包含N(N為大于1的整數)個串聯子模塊，該串聯電路連接在正負直流極線之間，用于將所連接直流極線上的富余有功功率通過該裝置子模塊中的耗能電阻轉變為熱量。本發明所提出的技術方案能夠有效解決高壓直流輸電領域故障穿越問題，提升系統穩定運行的能力。

技術領域

本發明涉及一種能量消耗裝置及其控制方法，適用于高壓直流輸電、新能源并網及電機驅動等領域，可快速的將直流極線上的富余有功轉變為熱量耗散，繼而實現故障穿越。

背景技術

風能、太陽能等可再生能源利用規模不斷擴大，但其固有分散性、遠離負荷中心等特點，使研究如何將新型的風電等能源接入電網成為一項緊迫且有挑戰性的工作。因風電場通常遠離電網，通過交流接入電網會產生大的電容電流，高壓直流傳輸技術成為一個可行與經濟的方案。因高壓柔性直流輸電技術(VSC-HVDC)能夠靈活的控制有功功率與無功功率，功率反向直流電壓極性不變，能為風電場提供交流電壓支撐等優點被認為是風電等新能源并網的最優選擇之一。

利用柔性直流技術并網的新能源等領域均需面對直流極線有功富余而導致的直流過壓問題，現有解決這一問題最為快速可靠的方法為在直流極線之間設置耗能電阻，采用直流斬波技術將富余的有功通過耗能電阻轉變為熱量耗散掉，實現直流極線電壓的穩定，使得系統在故障時不至于發生脫網，實現故障穿越的目的。目前常用的技術方案為IGBT直串式集中電阻方案(如附圖1所示)，該方案工作時所有功率器件同時導通，存在串聯功率器件均壓、電壓電流變化率過大的問題。此外還有采用模塊化多電平集中式電阻方案(如附圖2所示)，此方案需要設置單獨的模塊化多電平橋臂閥塔和單獨的集中式電阻塔，增加了系統的整體成本及占地面積。

為解決前述技術方案所存在的不足之處，本發明提出一種低電壓電流變化率、器件均壓容易、系統成本低與占地面積小的能量消耗裝置。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種能量消耗裝置及其控制方法，裝置并聯在正、負直流極線之間，采用模塊化設計方案，解決了現有技術所存在的功率器件均勻困難、功率器件通斷瞬間電壓電流變化率過大等問題。

為了達成上述目的，本發明采用的具體的方案如下：

本發明所提出的能量消耗裝置，其由N(N為大于1的整數)個子模塊串聯，該串聯電路連接在正、負直流極線之間，該裝置用于將直流極線上的富余有功功率轉變為熱能耗散，進而防止直流極線上的有功堆積造成直流極線電壓攀升危害系統的運行安全。其中，所述裝置的子模塊由耗能電路、旁路開關、儲能電容和功率器件組成，儲能電容為子模塊功率器件提供鉗位電壓，解決功率器件均壓問題，降低耗能電阻投入過程中的電壓電流變化率，減小對系統的沖擊。所述耗能電路由第二功率器件和耗能電阻串聯，所述儲能電容同功率器件串聯后再與耗能電路并聯。

進一步的，所述耗能電路的耗能電阻與第一二極管并聯，當耗能電阻有電流流過而關斷第二功率器件時，由于耗能電阻存在雜散電感，該并聯二極管可為耗能電阻上的感性電流提供續流通道。此外，第二功率器件與第二二極管反并聯，第一功率器件與第三二極管反并聯，兩個二極管同樣的提供續流作用。

進一步的，所述旁路開關并聯在子模塊的輸出端子之間，所述輸出端子連接在儲能電容與第一功率器件串聯電路兩端，當子模塊發生故障時旁路開關閉合，將子模塊旁路而不影響其他子模塊正常工作。

進一步的，所述第一功率器件和第二功率器件可為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或MOS場效應管。

前述裝置的控制方法分為以下幾個步驟：

步驟1：所述裝置實時檢測直流極線的電壓，當直流極線電壓沒有超過上限值Umax時，該裝置處于待機模式，轉至步驟2；當直流極線電壓超過上限值Umax，所述裝置處于耗能模式，轉至步驟3；