[發明專利]一種使用熔斷器的耗能裝置開關子模塊

在審

• 申請號: 202110552281.1
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113394754A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 余占清;許超群;陳政宇;劉宇暢;屈魯
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張迎新;史光偉

本發明提供了一種使用熔斷器的耗能裝置開關子模塊，所述開關子模塊包括有晶閘管支路、靜態均壓支路以及電壓箝位支路；其中，所述晶閘管支路、靜態均壓支路和電壓箝位支路并聯連接。本發明通過在熔斷器的作用下，及時的在金屬氧化物避雷器損壞之前將金屬氧化物避雷器與熔斷器之間的支路切斷，從而對金屬氧化物避雷器進行了保護，避免了對耗能裝置開關子模塊的其它元器件，尤其是較為敏感的半導體開關造成嚴重影響。

技術領域

本發明屬于直流輸電技術領域，特別涉及一種使用熔斷器的耗能裝置開關子模塊。

背景技術

直流耗能裝置是基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電系統(modularmultilevel converterbased high voltage direct current，MMC-HVDC系統)中用以保護系統安全穩定運行的重要設備，可以在受端交流電網出現故障期間通過裝置內部的耗能電阻消耗系統盈余功率，從而避免系統的能量在模塊化多電平換流器(modular multilevelconverter，MMC)換流閥開關子模塊電容累積導致的嚴重后果。

電阻集中式直流耗能裝置是一種使用大量大功率半導體開關子模塊和一個集中式耗能電阻串聯的結構，開關串采用同開同關的控制方式，通過改變單個耗能周期中的投切占空比，來達到匹配系統盈余功率變化的目的。由于制造工藝的問題，串聯的開關之間會存在不均壓現象，導致器件之間承受不相同的電壓而提升損壞率。為解決該現象，現有技術是在每個開關子模塊中都并入一個金屬氧化物避雷器(MOV)，通過金屬氧化物避雷器的電壓箝位功能限制對應開關子模塊的過電壓波動，并通過壓敏電阻來實現開關子模塊之間的靜態均壓。

但當并入金屬氧化物避雷器的單個開關子模塊出現拒動故障時，由于其余開關子模塊正常導通，系統直流電流會直接通過耗能裝置，在該工況下，會有數千安的大電流通過開關子模塊的金屬氧化物避雷器所在的支路，使得金屬氧化物避雷器在數秒的耗能時間內吸收大量能量而迅速遭到破壞。金屬氧化物避雷器電阻片開裂，外殼熔損，泄壓孔噴出大量煙霧、火星與電弧，對耗能裝置開關子模塊的其它元器件，尤其是較為敏感的半導體開關造成嚴重影響，并最終可能導致整個耗能裝置在耗能期間斷路損壞，因此，對開關子模塊中的金屬氧化物避雷器的保護就尤為重要。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種使用熔斷器的耗能裝置開關子模塊，其特征在于，所述開關子模塊包括有晶閘管支路、靜態均壓支路以及電壓箝位支路；

其中，所述晶閘管支路、靜態均壓支路和電壓箝位支路并聯連接。

進一步的，所述晶閘管支路包括晶閘管和二極管；

所述二極管的陰極與所述晶閘管的陽極連接，所述二極管的陽極與所述晶閘管的陰極連接。

進一步的，所述晶閘管為集成門極換流晶閘管。

進一步的，所述靜態均壓支路包括一個或多個靜態均壓電阻。

進一步的，所述電壓箝位支路包括有金屬氧化物避雷器、熔斷器，所述熔斷器與金屬氧化物避雷器串聯。

本發明還提供一種開關電路，所述開關電路包括并聯的開關支路和電容支路，所述開關支路包括：

串聯連接的一個或多個開關子模塊；以及

與該開關子模塊串聯連接的耗能電阻。

本發明還提供一種利用開關子模塊對電路進行防護的方法，所述方法包括：

電流流入電壓箝位支路直至達到所述晶閘管支路的擊穿電壓；

擊穿后的所述晶閘管支路短路將所述電壓箝位支路旁路。

進一步的，所述電壓箝位支路包括金屬氧化物避雷器、熔斷器；所述熔斷器與金屬氧化物避雷器串聯，其特征在于，在電流流入電壓箝位支路直至達到所述晶閘管支路的擊穿電壓的步驟中，包括以下步驟：