CN109546656A - 一种耗能支路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种耗能支路及控制方法，所述耗能支路由N个耗能单元串联组成，所述耗能单元包括直流电容支路、耗能支路，所述直流电容支路与耗能支路并联连接，所述耗能支路由第一功率半导体器件与耗能电阻串联连接构成，所述直流电容支路由直流电容与限流电阻串联连接构成，所述限流电阻还并联一个第二功率半导体器件。本发明还相应提出了一种耗能支路的控制方法。本发明提出的耗能支路具有快速投切功能，受端交流电网故障时，消耗海上风电场的送出电能，降低柔性直流输电系统的电压，控制简单，适合工程应用。

Description

一种耗能支路及控制方法
技术领域
本发明属于电力系统中电力电子技术领域，具体涉及一种耗能支路及控制方法。
背景技术
我国海上风能资源丰富，与陆上风电场相比，其优点是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风电机组单机容量更大，年利用小时数更高。随着我国海上风电规划建设的实施，将迎来海上风电的迅速发展，为保证电网的安全稳定运行，实现可再生能源与电网的协调、可持续发展，需要进行海上风电送出系统研究。
柔性直流输电系统可以连接大规模、离岸远的海上风电场，由于两端换流站和直流电缆的输出结构，可以适应风电场大范围频率波动，不受传输距离的限制，且传输损耗较低，是离岸较远的海上风电并网的解决方案。在受端交流电网故障时，海上风电场的送出电能无法消纳，将造成柔性输电系统过压，严重时会影响设备的安全，因此需要一种受端交流系统故障时可以消耗海上风电场的送出风电，保证柔性直流输电系统安全持续运行的耗能支路。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种耗能支路及控制方法，可快速投入消耗电能，在柔性直流输电系统受端交流电网故障时，消耗海上风电场的送出电能，降低柔性直流输电系统的电压，确保柔性直流输电系统安全持续运行，结构与控制简单，适合工程应用。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
所述耗能支路的第一端与直流线路的高电位电极相连，所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极相连；所述耗能支路由N个耗能单元串联组成，N为大于等于2的整数；其中：
所述耗能单元包括直流电容支路、耗能支路，所述直流电容支路与耗能支路并联连接，所述耗能支路由第一功率半导体器件与耗能电阻串联连接构成，所述直流电容支路由直流电容与限流电阻串联连接构成，所述限流电阻还并联一个第二功率半导体器件。
其中，所述耗能单元还并联一个均压电阻。
其中，所述耗能单元还并联一个旁路开关，所述旁路开关是机械开关或由功率半导体器件构成的固态开关。
其中，所述耗能支路中的第一功率半导体器件为带有反并联二极管的全控型功率半导体器件。
其中，所述耗能支路中的第二功率半导体器件为二极管或半控型功率半导体器件或全控型功率半导体器件。
其中，所述耗能支路中的耗能电阻还并联一个二极管。
其中，所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置开关装置，所述开关装置包括但不限于机械开关、电力电子器件构成的开关。
其中，所述耗能电阻阻值小于1000Ω，所述限流电阻阻值小于200Ω，所述均压电阻阻值为10000-100000Ω。
如上述的一种耗能支路，所述耗能支路控制方法如下：
(1)当耗能支路正常运行时，所述方法包括如下步骤：
步骤1:耗能支路投入时，闭合所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置的开关装置；
步骤2：检测直流线路直流电压大小；
步骤3：根据直流线路直流电压大小，计算耗能单元投入数量与时间；
步骤4：导通所述需要投入的耗能单元中的第一功率半导体器件，使限流电阻和耗能电阻消耗电能，降低直流电压；
步骤5：耗能支路退出时，打开所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置的开关装置。
(2)当耗能单元故障时，所述方法包括如下步骤：
步骤1：关断发生故障的耗能单元中的第一功率半导体器件；
步骤2：闭合发生故障的耗能单元中的故障旁路开关；
步骤3：直流电容通过限流电阻放电，待放电完成，故障的耗能单元即被切除；
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的耗能支路连接在中、高压直流线路高、低电位之间，将支路拆分成各个耗能单元，每个单元均包含直流电容，可共同承受线路电压，对电压起到较好的支撑作用，降低了单元中功率半导体器件承受过电压的风险。
2、本发明提出采用模块化的设计方式，将耗能电阻分散在各个耗能单元中，每个单元均配置旁路开关，单个单元故障不会影响整个支路的运行，在旁路开关闭合时，通过限流电阻限制放电电流，避免了直流电容短路放电，可靠性高。
3、本发明第二功率半导体器件通常为二极管，允许正向电流流过，为直流电容充电，同时将限流电阻旁路，避免了限流电阻流过电流增加损耗，同时避免了直流电路直接放电，使得放电通道必须通过限流电阻。
4、本发明提出的耗能支路结构与控制简单，总体成本很低，功率半导体器件数量很少，性价比高，适合工程应用。
附图说明
图1是本发明一种耗能支路示意图；
图2是本发明一种耗能支路通过开关装置与柔性直流输电系统连接的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，所述耗能支路的第一端与直流线路的高电位电极(正极)相连，所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极(负极)相连；所述耗能支路由N个耗能单元串联组成，N为大于等于2的整数；其中：
所述耗能单元包括直流电容支路、耗能支路，所述直流电容支路与耗能支路并联连接，所述耗能支路由第一功率半导体器件T1(本实施例中为IGBT)与耗能电阻R1串联连接构成，所述直流电容支路由直流电容C1与限流电阻R2串联连接构成，所述限流电阻还并联一个第二功率半导体器件D3，在本实施例为二极管。
其中，所述耗能单元还并联一个均压电阻R3。
其中，所述耗能单元还并联一个旁路开关K1，所述旁路开关是机械开关或由功率半导体器件构成的固态开关，在本实施例中为机械开关。
其中，所述耗能支路中的第一功率半导体器件为带有反并联二极管D1的全控型功率半导体器件IGBT。
其中，所述耗能支路中的耗能电阻还并联一个二极管D2。
如图2所示，所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置开关装置，所述开关装置包括但不限于机械开关、电力电子器件构成的开关。
其中，所述耗能电阻阻值小于1000Ω，所述限流电阻阻值小于200Ω，所述均压电阻阻值为10000-100000Ω。
如上述的一种耗能支路，所述耗能支路控制方法如下：
(1)当耗能支路正常运行时，所述方法包括如下步骤：
步骤1:耗能支路投入时，闭合所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置的开关装置；
步骤2：检测直流线路直流电压大小；
步骤3：根据直流线路直流电压大小，计算耗能单元投入数量与时间；
步骤4：导通所述需要投入的耗能单元中的第一功率半导体器件，使限流电阻和耗能电阻消耗电能，降低直流电压；
步骤5：耗能支路退出时，打开所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置的开关装置。
(2)当耗能单元故障时，所述方法包括如下步骤：
步骤1：关断发生故障的耗能单元中的第一功率半导体器件；
步骤2：闭合发生故障的耗能单元中的故障旁路开关；
步骤3：直流电容通过限流电阻放电，待放电完成，故障的耗能单元即被切除；
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耗能支路，其特征在于，所述耗能支路的第一端与直流线路的高电位电极相连，所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极相连；所述耗能支路由N个耗能单元串联组成，N为大于等于2的整数；其中：
所述耗能单元包括直流电容支路、耗能支路，所述直流电容支路与耗能支路并联连接，所述耗能支路由第一功率半导体器件与耗能电阻串联连接构成，所述直流电容支路由直流电容与限流电阻串联连接构成，所述限流电阻还并联一个第二功率半导体器件。
2.如权利要求1所述的一种耗能支路，其特征在于：所述耗能单元还并联一个均压电阻。
3.如权利要求1所述的一种耗能支路，其特征在于：所述耗能单元还并联一个旁路开关，所述旁路开关是机械开关或由功率半导体器件构成的固态开关。
4.如权利要求1所述的一种耗能支路，其特征在于：所述耗能支路中的第一功率半导体器件为带有反并联二极管的全控型功率半导体器件。
5.如权利要求1所述的一种耗能支路，其特征在于：所述耗能支路中的第二功率半导体器件为二极管或半控型功率半导体器件或全控型功率半导体器件。
6.如权利要求1所述的一种耗能支路，其特征在于：所述耗能支路中的耗能电阻还并联一个二极管。
7.如权利要求1所述的一种耗能支路，其特征在于，所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置开关装置，所述开关装置包括但不限于机械开关、电力电子器件构成的开关。
8.如权利要求2所述的一种耗能支路，其特征在于，所述耗能电阻阻值小于1000Ω，所述限流电阻阻值小于200Ω，所述均压电阻阻值为10000-100000Ω。
9.一种基于权利要求1-8所述耗能支路的控制方法，其特征在于：当耗能支路正常运行时，所述方法包括如下步骤：
步骤1:耗能支路投入时，闭合所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置的开关装置；
步骤2：检测直流线路直流电压大小；
步骤3：根据直流线路直流电压大小，计算耗能单元投入数量与时间；
步骤4：导通所述需要投入的耗能单元中的第一功率半导体器件，使限流电阻和耗能电阻消耗电能，降低直流电压；
步骤5：耗能支路退出时，打开所述耗能支路的第一端直流线路的高电位电极之间、所述耗能支路的第二端与所述直流线路的低电位电极之间配置的开关装置。
10.一种基于权利要求3所述耗能支路的控制方法，其特征在于：当耗能单元故障时，所述方法包括如下步骤：
步骤1：关断发生故障的耗能单元中的第一功率半导体器件；
步骤2：闭合发生故障的耗能单元中的旁路开关；
步骤3：直流电容通过限流电阻放电，待放电完成，故障的耗能单元即被切除。
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