CN111953002A - 一种换流阀快速耗能装置及方法 - Google Patents

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刘仁亮
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裴星宇
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甘德树
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陈锐
涂小涛
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Abstract

本发明提供一种换流阀快速耗能装置，包括换流阀、耗能电阻和刀闸，其中，所述换流阀与耗能电阻之间通过所述刀闸串联电连接。所述换流阀包括若干个子模块，所述换流阀的若干个子模块串联组成换流阀，第一个子模块的输入端为换流阀的输入端，与刀闸的一端电连接，最后一个子模块的输出端为换流阀的输出端，与耗能电阻的一端电连接。本发明的换流阀快速耗能装置，结构简单，接线方便，成本低，换流阀放电时间由依靠自然放电的几十分钟降至几分钟即可完成，提高了换流阀在厂内调试效率，保障操作人员人身安全。

Description

一种换流阀快速耗能装置及方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种换流阀快速耗能装置及方法。
背景技术
柔性直流输电技术可应用于分布式可再生能源并网、海岛及城市负荷密集区供电。基于全控型电力电子刀闸器件的电压源型模块化多电平换流器在柔性直流输电领域有着广泛的应用。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)通过若干个换流阀子模块单元级联实现高电压输出，不需要刀闸器件的直接级联，对器件一致触发要求低，此外还具有扩展性好、刀闸频率低、运行损耗低、输出电压波形质量高等诸多优点并且能实现高压大功率等级的电能传输。
然而，当换流阀在厂内试验结束后，需要对换流阀进行放电时，由于换流阀子模块储能电容电压高达几kV，而电容容值在几个mF，而均压电阻阻值在几十KΩ级，依靠自然放电长达几十分钟。
公开日为2020年07日28日，中国专利CN111463812A公开了一种高压储能及快速放电装置，包括PMSM和变频器换流链，所述变频器换流链有六个，六个变频器换流链的一端连接充电开关，另一端连接PMSM，所述换流链由多组基本单元组成，每组基本单元包括依次连接的移向隔离变压器、充电模块、超级电容、BOOST电路和放电模块。但上述方案电路结构较为复杂，成本较大。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种换流阀快速耗能装置，可使换流阀快速放电，提高了换流阀在厂内调试效率，保障操作人员人身安全。
本发明的进一步目的是提供一种换流阀快速耗能方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种换流阀快速耗能装置，包括换流阀、耗能电阻和刀闸，其中，所述换流阀与耗能电阻之间通过所述刀闸串联电连接。
优选地，所述换流阀包括若干个子模块，所述换流阀的若干个子模块串联组成换流阀，第一个子模块的输入端为换流阀的输入端，与刀闸的一端电连接，最后一个子模块的输出端为换流阀的输出端，与耗能电阻的一端电连接。
优选地，所述子模块包括第一IGBT场效应管、第二IGBT场效应管、第三IGBT场效应管、第四IGBT场效应管、均压电阻R1，其中：
第一IGBT场效应管的集电极分别与均压电阻R1的一端、第三IGBT场效应管的集电极电连接，第一IGBT场效应管的发射极与第二IGBT的集电极电连接，第一IGBT场效应管的集电极作为子模块的输入端，第二IGBT场效应管的集电极分别与均压电阻R1的另一端、第四IGBT场效应管的集电极电连接，第四IGBT场效应管的发射极与第三IGBT场效应管的集电极电连接，第四IGBT场效应管的发射极作为子模块的输出端。
优选地，所述第一IGBT场效应管包括IGBT管T1和二极管D1，其中，IGBT管T1的发射极为第一IGBT场效应管的发射极，与二极管D1的正极电连接，IGBT管T1的集电极为第一IGBT场效应管的集极，与二极管D1的负极电连接。
优选地，所述第二IGBT场效应管包括IGBT管T2和二极管D2，其中，IGBT管T2的发射极为第二IGBT场效应管的发射极，与二极管D2的正极电连接，IGBT管T2的集电极为第二IGBT场效应管的集极，与二极管D2的负极电连接。
优选地，所述第三IGBT场效应管包括IGBT管T3和二极管D3其中，IGBT管T3的发射极为第三IGBT场效应管的发射极，与二极管D3的正极电连接，IGBT管T3的集电极为第三IGBT场效应管的集极，与二极管D3的负极电连接。
优选地，所述第四IGBT场效应管包括IGBT管T4和二极管D4，其中，IGBT管T4的发射极为第四IGBT场效应管的发射极，与二极管D4的正极电连接，IGBT管T4的集电极为第四IGBT场效应管的集极，与二极管D4的负极电连接。
优选地，所述子模块还包括旁路开关K1，所述旁路开关K1的一端与第一IGBT场效应管的发射极电连接，所述旁路开关K1的另一端与第二IGBT场效应管的发射极电连接。
优选地，所述子模块还包括储能电容C1，所述储能电容C1的一端与均压电阻R1的一端电连接，储能电容C1的另一端与均压电阻R1的另一端电连接。
一种换流阀快速耗能方法，所述方法用于权利要求9所述的换流阀快速耗能装置，包括以下步骤：
S1：闭合刀闸；
S2：首先对换流阀中第一个子模块进行快速放电，即先开通第二个子模块及后面串联的子模块的第一IGBT场效应管和第三IGBT场效应管或者第二IGBT场效应管和第四IGBT场效应管；
S3：当第一个子模块的储能电容C1的电压降到阈值以下时，接着关断第一个子模块的第一IGBT场效应管和第四IGBT场效应管，同时闭合第一个子模块的旁路开关；
S4：按照上述方法，依次对换流阀中第二个子模块及后面串联的子模块进行快速放电；
S5：当换流阀中所有子模块放电结束后，断开刀闸，放电结束。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明的换流阀快速耗能装置，结构简单，接线方便，成本低，换流阀放电时间由依靠自然放电的几十分钟降至几分钟即可完成，提高了换流阀在厂内调试效率，保障操作人员人身安全。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施提供一种换流阀快速耗能装置，如图1，包括换流阀、耗能电阻R2和刀闸K2，其中，所述换流阀与耗能电阻R2之间通过所述刀闸K2串联电连接。
所述换流阀包括若干个子模块，所述换流阀的若干个子模块串联组成换流阀，第一个子模块的输入端为换流阀的输入端，与刀闸K2的一端电连接，最后一个子模块的输出端为换流阀的输出端，与耗能电阻R2的一端电连接。
所述子模块包括第一IGBT场效应管、第二IGBT场效应管、第三IGBT场效应管、第四IGBT场效应管、均压电阻R1，其中：
第一IGBT场效应管的集电极分别与均压电阻R1的一端、第三IGBT场效应管的集电极电连接，第一IGBT场效应管的发射极与第二IGBT的集电极电连接，第一IGBT场效应管的集电极作为子模块的输入端，第二IGBT场效应管的集电极分别与均压电阻R1的另一端、第四IGBT场效应管的集电极电连接，第四IGBT场效应管的发射极与第三IGBT场效应管的集电极电连接，第四IGBT场效应管的发射极作为子模块的输出端。
所述第一IGBT场效应管包括IGBT管T1和二极管D1，其中，IGBT管T1的发射极为第一IGBT场效应管的发射极，与二极管D1的正极电连接，IGBT管T1的集电极为第一IGBT场效应管的集极，与二极管D1的负极电连接。
所述第二IGBT场效应管包括IGBT管T2和二极管D2，其中，IGBT管T2的发射极为第二IGBT场效应管的发射极，与二极管D2的正极电连接，IGBT管T2的集电极为第二IGBT场效应管的集极，与二极管D2的负极电连接。
所述第三IGBT场效应管包括IGBT管T3和二极管D3其中，IGBT管T3的发射极为第三IGBT场效应管的发射极，与二极管D3的正极电连接，IGBT管T3的集电极为第三IGBT场效应管的集极，与二极管D3的负极电连接。
所述第四IGBT场效应管包括IGBT管T4和二极管D4，其中，IGBT管T4的发射极为第四IGBT场效应管的发射极，与二极管D4的正极电连接，IGBT管T4的集电极为第四IGBT场效应管的集极，与二极管D4的负极电连接。
所述子模块还包括旁路开关K1，所述旁路开关K1的一端与第一IGBT场效应管的发射极电连接，所述旁路开关K1的另一端与第二IGBT场效应管的发射极电连接。
所述子模块还包括储能电容C1，所述储能电容C1的一端与均压电阻R1的一端电连接，储能电容C1的另一端与均压电阻R1的另一端电连接。
实施例2
一种换流阀快速耗能方法，如图2，所述方法用于权利要求9所述的换流阀快速耗能装置，包括以下步骤：
S1：闭合刀闸K2；
S2：首先对换流阀中第一个子模块进行快速放电，即先开通第二个子模块及后面串联的子模块的第一IGBT场效应管和第三IGBT场效应管或者第二IGBT场效应管和第四IGBT场效应管；
S3：当第一个子模块的储能电容C1的电压降到阈值以下时，接着关断第一个子模块的第一IGBT场效应管和第四IGBT场效应管，同时闭合第一个子模块的旁路开关；
S4：按照上述方法，依次对换流阀中第二个子模块及后面串联的子模块进行快速放电；
S5：当换流阀中所有子模块放电结束后，断开刀闸K2，放电结束。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换流阀快速耗能装置，其特征在于，包括换流阀、耗能电阻和刀闸，其中，所述换流阀与耗能电阻之间通过所述刀闸串联电连接。
2.根据权利要求1所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述换流阀包括若干个子模块，所述换流阀的若干个子模块串联组成换流阀，第一个子模块的输入端为换流阀的输入端，与刀闸的一端电连接，最后一个子模块的输出端为换流阀的输出端，与耗能电阻的一端电连接。
3.根据权利要求2所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述子模块包括第一IGBT场效应管、第二IGBT场效应管、第三IGBT场效应管、第四IGBT场效应管、均压电阻R1，其中：
第一IGBT场效应管的集电极分别与均压电阻R1的一端、第三IGBT场效应管的集电极电连接，第一IGBT场效应管的发射极与第二IGBT的集电极电连接，第一IGBT场效应管的集电极作为子模块的输入端，第二IGBT场效应管的集电极分别与均压电阻R1的另一端、第四IGBT场效应管的集电极电连接，第四IGBT场效应管的发射极与第三IGBT场效应管的集电极电连接，第四IGBT场效应管的发射极作为子模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述第一IGBT场效应管包括IGBT管T1和二极管D1，其中，IGBT管T1的发射极为第一IGBT场效应管的发射极，与二极管D1的正极电连接，IGBT管T1的集电极为第一IGBT场效应管的集极，与二极管D1的负极电连接。
5.根据权利要求3所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述第二IGBT场效应管包括IGBT管T2和二极管D2，其中，IGBT管T2的发射极为第二IGBT场效应管的发射极，与二极管D2的正极电连接，IGBT管T2的集电极为第二IGBT场效应管的集极，与二极管D2的负极电连接。
6.根据权利要求3所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述第三IGBT场效应管包括IGBT管T3和二极管D3其中，IGBT管T3的发射极为第三IGBT场效应管的发射极，与二极管D3的正极电连接，IGBT管T3的集电极为第三IGBT场效应管的集极，与二极管D3的负极电连接。
7.根据权利要求3所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述第四IGBT场效应管包括IGBT管T4和二极管D4，其中，IGBT管T4的发射极为第四IGBT场效应管的发射极，与二极管D4的正极电连接，IGBT管T4的集电极为第四IGBT场效应管的集极，与二极管D4的负极电连接。
8.根据权利要求3至7任一项所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述子模块还包括旁路开关K1，所述旁路开关K1的一端与第一IGBT场效应管的发射极电连接，所述旁路开关K1的另一端与第二IGBT场效应管的发射极电连接。
9.根据权利要求8所述的换流阀快速耗能装置，其特征在于，所述子模块还包括储能电容C1，所述储能电容C1的一端与均压电阻R1的一端电连接，储能电容C1的另一端与均压电阻R1的另一端电连接。
10.一种换流阀快速耗能方法，其特征在于，所述方法用于权利要求9所述的换流阀快速耗能装置，包括以下步骤：
S1：闭合刀闸；
S2：首先对换流阀中第一个子模块进行快速放电，即先开通第二个子模块及后面串联的子模块的第一IGBT场效应管和第三IGBT场效应管或者第二IGBT场效应管和第四IGBT场效应管；
S3：当第一个子模块的储能电容C1的电压降到阈值以下时，接着关断第一个子模块的第一IGBT场效应管和第四IGBT场效应管，同时闭合第一个子模块的旁路开关；
S4：按照上述方法，依次对换流阀中第二个子模块及后面串联的子模块进行快速放电；
S5：当换流阀中所有子模块放电结束后，断开刀闸，放电结束。
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