[發明專利]一種復合式耗能裝置開關子模塊及其防護方法

有效

• 申請號: 202110554171.9
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113394961B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 余占清;陳政宇;劉宇暢;許超群;屈魯
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 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

本發明公開了一種復合式耗能裝置開關子模塊及其防護方法，所述開關子模塊包括：晶閘管支路、靜態均壓支路和電壓箝位支路；其中所述晶閘管支路、所述靜態均壓支路和所述電壓箝位支路并聯連接。本發明可避免出現由于器件之間承受不相同的電壓而提升損壞率的問題，解決了單個子模塊拒動故障帶來的問題，也避免金屬氧化物避雷器損壞而導致整個耗能裝置在耗能期間斷路損壞。

技術領域

本發明屬于直流輸電領域，特別涉及一種復合式耗能裝置開關子模塊及其防護方法。

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，如圖1所示，開關串采用同開同關的控制方式，直流耗能裝置包括串聯設置的兩個半導體開關S_p和開關S_N和一個集中式耗能電阻R以及并聯于所述開關S_p、開關S_N和集中式耗能電阻R的電容C_f，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，現有技術提出了一種金屬氧化物避雷器(Metal?Oxide?Varistor，MOV)復合式子模塊，即將MOV并聯于半導體開關子模塊，通過MOV的電壓箝位功能限制半導體開關子模塊過電壓波動，并通過其壓敏電阻特性來實現調動子模塊之間的靜態均壓。

但當開關直串式出現單個半導體開關子模塊拒動故障時，由于其余子模塊正常導通，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拒動子模塊的MOV支路，使得MOV在數秒的耗能時間內吸收大量能量而迅速遭到破壞。MOV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。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種復合式耗能裝置開關子模塊及其防護方法，避免出現由于器件之間承受不相同的電壓而提升損壞率的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種復合式耗能裝置開關子模塊，所述開關子模塊包括：晶閘管支路、靜態均壓支路和電壓箝位支路；

其中所述晶閘管支路、所述靜態均壓支路和所述電壓箝位支路并聯連接。

可選地，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。

可選地，所述晶閘管為集成門極換流晶閘管。

可選地，所述靜態均壓支路包括一個或多個第一電阻。

可選地，所述電壓箝位支路包括第二電阻、電容和金屬氧化物避雷器；

所述第二電阻與所述電容串聯，所述金屬氧化物避雷器與所述電容并聯。

以及，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上述的開關子模塊；以及

與該開關子模塊串聯連接的耗能電阻。