CN110994984A - 一种双向直流耗能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双向直流耗能装置，该装置包括：两个直流极线，多个双向耗能部件，所述多个双向耗能部件通过级联方式连接在所述两个直流极线之间，所述双向耗能部件包括：全控型功率器、分散式耗能电阻、直流电容、多个保护晶闸管以及均压电阻其中：所述分散式耗能电阻与一二极管并联之后与所述全控型功率器串联，以构成全控型组件；所述全控型组件与至少一个均压电阻以及至少一个直流电容并联，以构成双向耗能第一组件；至少两个二极管串联之后并联在所述双向耗能第一组件的一侧。本发明提供了一种具有双向耗能且成本较低的分散式直流耗能装置。

Description

一种双向直流耗能装置
技术领域
本发明涉及在高压直流输电应用领域，特别是大功率电力电子变流技术领域，尤其涉及一种双向直流耗能装置。
背景技术
在高压直流输电应用领域，特别是多端直流系统和海上风电采用直流输电并网的应用场景，直流耗能装置是输电系统中最重要的设备之一。如果送电端是风电类的惯性电源，当受电端发生故障时，由于发电端和受电端的功率不平衡，直流侧快速累积能量，如果不及时消耗掉能量，就会导致直流电压急剧升高，严重影响到设备和系统的安全运行。
目前直流耗能装置常用的技术方案分为集中式和分散式两种,其中集中式直流耗能装置通常采用全控型功率器(如IGBT或IGCT)直接串联和集中的电阻方案构成，由功率器组串承受高压，集中电阻消耗能量。集中式直流耗能装置工作时所有功率器同时导通，对器开通和关断的一致性要求极高，如果器间承压偏差过大会导致部分组串过压烧毁，由于工作时会不断的开通关断，装置损坏的风险很高。相对于集中式直流耗能装置，分散式直流耗能装置具有控制灵活和输出特性较好等特征，其一般由多个桥式拓扑结构的模块级联组成，通常为单方向耗能。而模块由多个全控型功率器、分散式耗能电阻和直流电容等构成，因此分散式直流耗能装置主设备造价成本相对较高。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种具有双向耗能且成本较低的分散式直流耗能装置。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种双向直流耗能装置，包括：
两个直流极线，多个双向耗能部件，所述多个双向耗能部件通过级联方式连接在所述两个直流极线之间，
所述双向耗能部件包括：全控型功率器、分散式耗能电阻、直流电容、多个保护晶闸管以及均压电阻其中：
所述分散式耗能电阻与一二极管并联之后与所述全控型功率器串联，以构成全控型组件；
所述全控型组件与至少一个均压电阻以及至少一个直流电容并联，以构成双向耗能第一组件；
至少两个二极管串联之后并联在所述双向耗能第一组件的一侧，至少两个二极管串联之后并联在所述双向耗能第一组件的另一侧，以构成双向耗能第二组件；
至少两个保护晶闸管并联之后与所述双向耗能第二组件并联。
优选地，所述至少两个保护晶闸管并联在所述双向耗能部件的桥口处，用于当发生直流故障时，短路电流经所述保护晶闸管流通，所述保护晶闸管过压击穿，对所述双向耗能部件进行旁路。
优选地，所述的直流电容两端并联所述均压电阻，用于对所述双向耗能部件进行静态均压；
当所述全控型功率器进行高频开关时，均压电阻、直流电容以及分散式耗能电阻组成的回路用于对所述双向耗能部件进行动态均压。
优选地，双向直流耗能装置还包括：分散式耗能电阻以及功率组件，所述功率组件包括前端控制支架、第一压接硅堆、第二压接硅堆以及直流电容；所述直流电容直立安装，其接线端子朝上。
优选地，所述分散式耗能电阻并联所述第一压接硅堆的冷却管路，进水口以及出水口设置在所述分散式耗能电阻的一个端面。
优选地，所述分散式耗能电阻与所述第一压接硅堆的冷却管路通过定型软管进行连接。
优选地，所述第一压接硅堆包括：多个二极管以及所述全控型功率器中的开关器件和第一保护晶闸管。
优选地，所述第二压接硅堆包括：多个二极管以及所述全控型功率器的反并联二极管和第二保护晶闸管。
从上述描述可知，本发明提供的双向直流耗能装置，由全控型功率器、多个二极管、分散式耗能电阻和直流电容等组成，具有双向耗能的功能和低成本的优点，同时简化了系统控制结构，拓展了分散式直流耗能装置的应用领域。另外，本专利还提供一种高电磁兼容、高效散热的模块结构方案，为本专利的技术方案施行提供具体设计方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例中双向直流耗能装置结构拓扑图；；
图2为本发明的实施例中双向耗能部件的正向耗能示意图；
图3为本发明的实施例中双向耗能部件的反向耗能示意图；
图4为本发明的实施例中双向耗能部件的主视图；
图5为本发明的实施例中双向耗能部件的俯视图；
图6为本发明的实施例中双向耗能部件的侧视图。
符号说明
1 全控型功率器
2、3、4、5、6 二极管
7 分散式耗能电阻
8 均压电阻
9 直流电容
10 第一保护晶闸管
11 第二保护晶闸管
12 双向耗能部件
13 双向直流耗能装置
14 前端控制支架
15 第一压接硅堆
16 第二压接硅堆
17 进水口
18 出水口
19 功率组件
20 定型软管
21 电阻单元
30 全控型组件
40 双向耗能第一组件
50 双向耗能第二组件
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
鉴于现有技术中的分散式直流耗能装置由多个全控型功率器、分散式耗能电阻和直流电容等构成，设备造价成本高这个缺点，本发明的实施例提供一种基于主控制器端的高压多变流器系统的故障节点定位方法的具体实施方式，参见图1以及图2，该双向直流耗能装置具体包括如下内容：
两个直流极线，多个双向耗能部件12，所述多个双向耗能部件12通过级联方式连接在所述两个直流极线之间，
所述双向耗能部件12包括：全控型功率器1、分散式耗能电阻7、直流电容9、多个保护晶闸管10以及11以及均压电阻8其中：
所述分散式耗能电阻7与一二极管2并联之后与所述全控型功率器1串联，以构成全控型组件30；
所述全控型组件30与至少一个均压电阻8以及至少一个直流电容9并联，以构成双向耗能第一组件40；
至少两个二极管3以及4串联之后并联在所述双向耗能第一组件40的一侧，至少两个二极管串联5以及6之后并联在所述双向耗能第一组件40的另一侧，以构成双向耗能第二组件50；
至少两个保护晶闸管10以及11并联之后与所述双向耗能第二组件50并联。
参见图2以及图3，两个直流极线是指两个直流极线的高、低电位，当双向直流耗能装置正向耗能为当全控型功率器1导通时，能量依次流经二极管5、全控型功率器1、分散式耗能电阻7和二极管4进行消耗；当双向直流耗能装置反向耗能为当全控型功率器1导通时，能量依次流经二极管3、全控型功率器1、分散式耗能电阻7和二极管6进行消耗，另外，所述多个双向耗能部件12的级联方式优选为串联。
可以理解的是，本实施例所提供的双向直流耗能装置具有双向耗能的功能和低成本的特征，同时简化了系统控制结构，拓展了分散式直流耗能装置的应用领域。
一实施例中，参见图2，所述至少两个保护晶闸管10以及11并联在所述双向耗能部件12的桥口处，用于当发生直流故障时，短路电流经保护晶闸管流通20或者保护晶闸管流通2011，所述保护晶闸管20或者11过压击穿，对所述双向耗能部件12进行旁路。
具体地，保护晶闸管10以及11并联在双向耗能部件12桥口间，当系统发生直流故障时，短路电流经保护晶闸管10以及11流通；保护晶闸管10以及11过压击穿,对双向耗能部件12进行旁路。
一实施例中，参见图2，所述的直流电容9两端并联所述均压电阻8，用于对所述双向耗能部件12进行静态均压；
当所述全控型功率器1进行高频开关时，均压电阻8、直流电容9以及分散式耗能电阻7组成的回路用于对所述双向耗能部件12进行动态均压。
动态均压指的是在开和关的过程中，由于每个开关的触发能力的不同，IGBT制造工艺的不同，其开关时间或者性能也是有差异的，这些原因造成IGBT在开关的过程中必然会出现开关速度的不一致，如果两个串联的IGBT两端的电压一定的话，那么先开通的IGBT两端电压先降下来，后开通的那个IGBT必然会承受几乎全部的电压，关断时也类似。
一实施例中，参见图4及图6，双向直流耗能装置还包括：分散式耗能电阻7以及功率组件19，所述功率组件19包括前端控制支架14、第一压接硅堆15、第二压接硅堆16以及直流电容9；所述直流电容9直立安装，其接线端子朝上，分散式耗能电阻7是由多个电阻单元21通过串并方式组成的.。
一实施例中，参见图5，所述分散式耗能电阻7并联所述第一压接硅堆15的冷却管路，进水口17以及出水口18设置在所述分散式耗能电阻7的一个端面。
一实施例中，参见图4，所述分散式耗能电阻7与所述第一压接硅堆15的冷却管路通过定型软管20进行连接。
一实施例中，所述第一压接硅堆15包括：多个二极管以及所述全控型功率器1中的开关器件和第一保护晶闸管10。
可以理解的是，上述开关器件包括IEGT以及IGCT等单向全控型器件。
一实施例中，所述第二压接硅堆包括：多个二极管以及所述全控型功率器的反并联二极管和第二保护晶闸管11。
从上述描述可知，本发明提供的双向直流耗能装置，由全控型功率器、多个二极管、分散式耗能电阻和直流电容等组成，具有双向耗能的功能和低成本的优点，同时简化了系统控制结构，拓展了分散式直流耗能装置的应用领域。另外，本专利还提供一种高电磁兼容、高效散热的模块结构方案，为本专利的技术方案施行提供具体设计方法。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种双向直流耗能装置，其特征在于，包括：两个直流极线，多个双向耗能部件，所述多个双向耗能部件通过级联方式连接在所述两个直流极线之间，
所述双向耗能部件包括：全控型功率器、分散式耗能电阻、直流电容、多个保护晶闸管以及均压电阻其中：
所述分散式耗能电阻与一二极管并联之后与所述全控型功率器串联，以构成全控型组件；
所述全控型组件与至少一个均压电阻以及至少一个直流电容并联，以构成双向耗能第一组件；
至少两个二极管串联之后并联在所述双向耗能第一组件的一侧，至少两个二极管串联之后并联在所述双向耗能第一组件的另一侧，以构成双向耗能第二组件；
至少两个保护晶闸管并联之后与所述双向耗能第二组件并联。
2.根据权利要求1所述的双向直流耗能装置，其特征在于，所述至少两个保护晶闸管并联在所述双向耗能部件的桥口处，用于当系统发生直流故障时，短路电流经所述保护晶闸管流通，所述保护晶闸管过压击穿，对模块进行旁路。
3.根据权利要求1所述的双向直流耗能装置，其特征在于，所述的直流电容两端并联所述均压电阻，用于对所述双向耗能部件进行静态均压；
当所述全控型功率器进行高频开关时，均压电阻、直流电容以及分散式耗能电阻组成的回路用于对所述双向耗能部件进行动态均压。
4.根据权利要求1所述的双向直流耗能装置，其特征在于，还包括：分散式耗能电阻以及功率组件，所述功率组件包括前端控制支架、第一压接硅堆、第二压接硅堆以及直流电容；所述直流电容直立安装，其接线端子朝上。
5.根据权利要求4所述的双向直流耗能装置，其特征在于，所述分散式耗能电阻并联所述第一压接硅堆的冷却管路，进水口以及出水口设置在所述分散式耗能电阻的一个端面。
6.根据权利要求5所述的双向直流耗能装置，其特征在于，所述分散式耗能电阻与所述第一压接硅堆的冷却管路通过定型软管进行连接。
7.根据权利要求4所述的双向直流耗能装置，其特征在于，所述第一压接硅堆包括：多个二极管以及所述全控型功率器中的开关器件和第一保护晶闸管。
8.根据权利要求7所述的双向直流耗能装置，其特征在于，所述第二压接硅堆包括：多个二极管以及所述全控型功率器的反并联二极管和第二保护晶闸管。
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