CN116581722B - 一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法，属于紧急保护电路装置技术领域。该装置包括具有潮流控制功能的转移支路模块、多个开关模块、直流断路模块、与转移支路模块、多个开关模块及直流断路模块分别连接的控制模块。转移支路模块，用于根据来自控制模块的潮流控制指令和/或故障处理指令，分别导通或闭锁多个绝缘栅双极型晶体管IGBT模块中的至少一个IGBT模块。开关模块，用于将直流母线、转移支路模块与外部直流输电线路串联连接输送直流电压，以及在潮流控制阶段和/或故障处理阶段，隔断直流电压。直流断路模块分别与直流母线、外部直流输电线路串联，用于在故障处理阶段工作，并将故障电路隔离。

Description

一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法

技术领域

本申请涉及紧急保护电路装置技术领域，尤其涉及一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法。

背景技术

近些年来，使用风能、太阳能、海洋能等新能源的发电技术得到了快速发展。但是，新能源通过传统技术大规模并网发电却由于其具有间歇性、不稳定性等特点，受到诸多限制。由于多端直流输电和直流电网技术能够实现并网时平滑接入新能源，以及安全、灵活的直流潮流控制特性，而成为了解决新能源大规模并网发电问题的有效技术手段之一。

直流电网系统与交流电网系统相比，系统的阻抗较小；对于目前的高压直流电网系统，采用第三代全控型半导体器件换流，而半导体器件无法长时间耐受过电流。基于以上两点，直流电网系统一旦发生短路故障，故障电流由于系统阻抗小可以在几毫秒内达到额定值的数倍甚至数十倍，使系统中的半导体换流器件损毁，对直流电网中的关键设备形成巨大的危害。因此为了及时限制和切断故障电流，恢复非故障输电线路的正常输电，高压直流断路器成为解决这一问题的不二之选。

目前市场上的高压直流断路器，一方面不能结合直流电网特性，融合直流潮流控制完成输电线路输电保障工作；另一方面，直流断路器内部电力电子器件多，设计成本高，且实际装置的体积大，不适用于小空间使用场景，难以满足使用者灵活多变的使用需求，影响使用体验。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法，用于解决目前直流断路器未融合直流潮流控制功能，且设计成本高、装置体积大，不适应灵活多变的使用场景及需求，影响用户体验的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置，所述装置包括：具有潮流控制功能的转移支路模块、多个开关模块、直流断路模块、与所述转移支路模块、多个所述开关模块及所述直流断路模块分别连接的控制模块；

所述转移支路模块，用于根据来自所述控制模块的潮流控制指令和/或故障处理指令，分别导通或闭锁多个绝缘栅双极型晶体管IGBT模块中的至少一个IGBT模块；

所述开关模块，用于将直流母线、所述转移支路模块与外部直流输电线路串联连接输送直流电压，以及在潮流控制阶段和/或故障处理阶段，隔断所述直流电压；

所述直流断路模块分别与所述直流母线、所述外部直流输电线路串联，用于在所述故障处理阶段工作，并将故障电路隔离。

在本申请的一种实现方式中，所述转移支路模块至少包括：第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块、第六IGBT模块；

所述第一IGBT模块的发射极分别连接第一开关模块的一端、所述第四IGBT模块的集电极，以通过所述第一开关模块连接至所述直流母线，所述第一IGBT模块的集电极分别连接所述第二IGBT模块的集电极、所述第三IGBT模块的集电极；

所述第二IGBT模块的发射极分别连接第二开关模块的一端、所述第五IGBT模块的集电极；

所述第三IGBT模块的发射极分别连接第三开关模块的一端、所述第六IGBT模块的集电极；

所述第四IGBT模块的发射极分别连接所述第五IGBT模块的发射极、所述第六IGBT模块的发射极。

在本申请的一种实现方式中，所述转移支路模块至少还包括：储能电容；

所述储能电容的正极分别连接所述第一IGBT模块、所述第二IGBT模块、所述第三IGBT模块的集电极，所述储能电容的负极分别连接所述第四IGBT模块、所述第五IGBT模块、所述第六IGBT模块，用于在所述潮流控制阶段，充电和/或放电，以使相应的潮流控制支路产生正负电阻效应。

在本申请的一种实现方式中，所述直流断路模块至少包括：第一主关断单元、第二主关断单元、第三主关断单元、二极管单元；

所述第一主关断单元的第一端连接至所述第一开关模块的一端，所述第一主关断单元的第二端分别连接所述第二主关断单元的第一端、所述二极管单元的负极端；

所述第二主关断单元的第二端分别连接所述第二开关模块的另一端、所述第三主关断单元的第一端、所述外部直流输电线路的第一端口；

所述第三主关断单元的第二端分别连接所述外部直流输电线路的第二端口、所述二极管单元的正极端、所述第三开关模块的另一端。

在本申请的一种实现方式中，所述第三主关断单元包括至少一个不封装反并联二极管的IGBT模块、一个避雷器。

另一方面，本申请实施例还提供了一种用于控制所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，所述方法包括：故障工作模式、负荷电流阻断模式、无故障工作模式、无故障潮流控制模式；

所述故障工作模式：控制模块响应于故障节点的故障信号，生成故障处理指令，以将与所述故障节点同一支路的直流断路模块中的部分主关断单元导通，将转移支路模块闭锁，并基于所述转移支路模块、多个开关模块、所述直流断路模块及相应的故障处理规则，将相应的所述故障节点隔离；所述与所述故障节点同一支路的直流断路模块中的部分主关断单元至少满足与所述故障节点的线路距离，近于所有主关断单元与所述故障节点的线路距离序列中的最远距离；

所述负荷电流阻断模式：所述控制模块根据负荷电流阻断信号，生成负荷电流阻断指令，以将与外部直流输电线路的线路距离最近的部分主关断单元导通、将所述转移支路模块闭锁，并基于所述转移支路模块、所述多个开关模块、所述直流断路模块及相应的阻断规则，对所述外部直流输电线路相应的直流输电支路进行负荷电流阻断；

所述无故障工作模式：所述控制模块将所述转移支路模块中部分IGBT模块导通，通过闭合所述多个开关模块，以进行无故障直流输电；所述部分IGBT模块均处于上桥臂或均处于下桥臂；

所述无故障潮流控制模式：所述控制模块基于外部潮流控制信号，生成相应的潮流控制指令，以便在待增大电流的潮流控制支路产生负电阻效应，在待减小电流的潮流控制支路产生正电阻效应，以对所述外部直流输电线路相应端口进行潮流控制。

在本申请的一种实现方式中，所述故障节点至少包括：发生故障的直流母线、发生故障的所述外部直流输电线路的至少一个端口；所述故障节点的故障信号包括：所述故障节点的短路故障信号。

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

在所述故障工作模式下，所述控制模块确定与所述故障节点同一支路且线路距离最近的至少一个所述开关模块的开关电流值；

所述控制模块在所述开关电流值为0的情况下，生成开关关断信号，以使相应的所述开关模块达到额定开距，并根据所述故障处理规则，将相应的所述故障节点隔离。

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

在所述无故障潮流控制模式下，所述控制模块基于预设的潮流控制规则，将无需增大或减小电流的直流电压输电支路处于旁路状态；所述旁路状态的所述直流电压输电支路的电流不经过储能电容。

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

在所述故障节点隔离之后，所述控制模块生成恢复输电指令，以恢复无故障节点之间的直流电压输送。

本申请通过上述技术方案，提供了一种转移支路与潮流控制进行器件复用的电路结构，能够节省装置的电力电子器件，缩小装置体积，减少装置成本。并且本申请直流断路模块采用3个主关断单元，实现了故障电流双向阻断功能，进一步节省了电子器件数量。一体装置融合了直流断路功能及直流潮流控制，设计成本低，且装置体积小，集成度高，能够适应用户灵活多变的使用场景，满足其使用需求，保障用户使用体验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的一种结构示意图；

图2为本申请实施例中一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的一种电路结构示意图。

部件和附图标记列表：

100、用于潮流控制及直流断路控制的一体装置；110、转移支路模块；120、开关模块；130、直流断路模块；131、第一主关断单元；132、第二主关断单元；133、第三主关断单元；134、二极管单元；140、控制模块；200、直流母线；300、外部直流输电线路；310、第一端口；320、第二端口；S₁、第一IGBT模块；S₂、第二IGBT模块；S₃、第三IGBT模块；S₄、第四IGBT模块；S₅、第五IGBT模块；S₆、第六IGBT模块；U₁、第一开关模块；U₂、第二开关模块；U₃、第三开关模块；C₀、储能电容。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着直流电网的日益复杂，为了满足用电需求各换流站之间会存在着多条通路，仅通过换流站自身所具有的调节能力，例如控制换流站的电流电压，可能无法实现对各输电线路上潮流的调节，即控制自由度不够。这时候不受有效控制的各线路潮流有很大概率导致输电线路过负荷，损坏线路设备。因此为了有效控制各输电线路潮流，防止输电线路过负荷，需要在直流电网中安装直流潮流控制装置。

Kumar B P等人提出了一种电压型潮流控制器的结构，通过保持线路电阻不变，改变压降来调节支路潮流。该方案的缺点是器件耐压较高，元器件要承受系统级的高电压，成本高昂。

Liu G等人提出的组合式高压直流断路器仅使用一个接地的有源短路断路器作为每个终端的主关断支路，以中断任何连接的输电线路上发生的故障，但是这个方案需要在每条支路上安装由晶闸管串组成的辅助开关。

Majumder R等人提出了在开关换流站中，让各条与该换流站相连的支路上的直流断路器共享主关断支路的一部分，但是需要额外的由快速机械开关和负载电流开关组成的转移支路。

目前，将直流潮流控制器与多端直流断路器结合起来复用的方案极少，大多是按照两者独立工作来设计。且现有的直流断路器的成本高，结构复杂，体积庞大，用户使用体验差，并不益于市场推广使用。

基于此，本申请实施例提供了一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法，用来解决目前直流断路器未融合直流潮流控制功能，且设计成本高、装置体积大，不适应灵活多变的使用场景及需求，影响用户体验的问题。

以下结合附图，详细说明本申请的各个实施例。

本申请实施例提供了一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置，如图1所示，该一体装置100可以包括：具有潮流控制功能的转移支路模块110、多个开关模块120、直流断路模块130、与转移支路模块110、多个开关模块120及直流断路模块130分别连接的控制模块140。多个开关模块120包含：第一开关模块U₁、第二开关模块U₂、第三开关模块U₃。

控制模块140可以包含外部芯片，如微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，用于数据处理及信号、指令发出或处理，本申请对于芯片的具体型号及类型不作具体限定。

转移支路模块110，用于根据来自控制模块140的潮流控制指令和/或故障处理指令，分别导通或闭锁多个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)模块中的至少一个IGBT模块。开关模块120，用于将直流母线200、转移支路模块110与外部直流输电线路300串联连接输送直流电压，以及在潮流控制阶段和/或故障处理阶段，隔断直流电压。直流断路模块130分别与直流母线200、外部直流输电线路300串联，用于在故障处理阶段工作，并将故障电路隔离。

上述直流断路模块还用于在负荷电流阻断模式下，进行负荷电流阻断工作。

如图2所示，在本申请实施例中，转移支路模块110至少包括：第一IGBT模块S₁、第二IGBT模块S₂、第三IGBT模块S₃、第四IGBT模块S₄、第五IGBT模块S₅、第六IGBT模块S₆。

转移支路模块110包括上述6组仅耐受潮流控制电容电压的IGBT模块，还包括3个开关模块，即超高速隔离开关(Ultra-fast disconnector，UFD)U₁、U₂、U₃。

第一IGBT模块S₁的发射极分别连接第一开关模块U₁的一端、第四IGBT模块S₄的集电极，以通过第一开关模块S₁连接至直流母线200，第一IGBT模块S₁的集电极分别连接第二IGBT模块S₂的集电极、第三IGBT模块S₃的集电极。

第二IGBT模块S₂的发射极分别连接第二开关模块U₂的一端、第五IGBT模块S₅的集电极。第三IGBT模块S₃的发射极分别连接第三开关模块U₃的一端、第六IGBT模块S₆的集电极。第四IGBT模块S₄的发射极分别连接第五IGBT模块S₅的发射极、第六IGBT模块S₆的发射极。

此外，开关模块如U₁、U₂、U₃还可以连接有电流传感器，用于检测开关模块的电流，并将电流值发送至控制模块140。

在本申请实施例中，转移支路模块110至少还包括：储能电容C₀。储能电容C₀的正极分别连接第一IGBT模块S₁、第二IGBT模块S₂、第三IGBT模块S₃的集电极，储能电容C₀的负极分别连接第四IGBT模块S₄、第五IGBT模块S₅、第六IGBT模块S₆，用于在潮流控制阶段，充电和/或放电，以使相应的潮流控制支路产生正负电阻效应。

本申请通过上述电路结构，能够实现潮流控制功能及转移支路的作用，实现了复用转移支路的潮流控制电路，器件复用能够减少电力电子器件的数量，提高装置集成度，减小了装置体积。

在本申请实施例中，直流断路模块130至少包括：第一主关断单元131、第二主关断单元132、第三主关断单元133、二极管单元134。

第一主关断单元131的第一端连接至第一开关模块U₁的一端，第一主关断单元131的第二端分别连接第二主关断单元132的第一端、二极管单元134的负极端。第二主关断单元132的第二端分别连接第二开关模块U₂的另一端、第三主关断单元133的第一端、外部直流输电线路的第一端口310。第三主关断单元133的第二端分别连接外部直流输电线路的第二端口320、二极管单元134的正极端、第三开关模块U₃的另一端。

此外，如图2所示，上述第三主关断单元133包括至少一个不封装反并联二极管的IGBT模块、一个避雷器。从而进一步减少了电子器件数量，节省了装置成本。

第一主关断单元131、第三主关断单元133均包含多个IGBT模块及一个避雷器，从而能够实现主关断支路作用。二极管单元134内包含多个二极管。

本申请实施例提供了一种用于控制上述用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，该控制方法包括：故障工作模式、负荷电流阻断模式、无故障工作模式、无故障潮流控制模式。

其中，故障工作模式可以由控制模块140响应于故障节点的故障信号，生成故障处理指令，以将与故障节点同一支路的直流断路模块130中的部分主关断单元导通，将转移支路模块110中各IGBT模块闭锁，并基于转移支路模块110、多个开关模块120、直流断路模块130及相应的故障处理规则，将相应的故障节点隔离。与故障节点同一支路的直流断路模块130中的部分主关断单元至少满足与故障节点的线路距离，近于所有主关断单元与故障节点的线路距离序列中的最远距离。

在本申请实施例中，上述故障节点至少包括：发生故障的直流母线、发生故障的外部直流输电线路的至少一个端口。故障节点的故障信号包括：故障节点的短路故障信号。

此外，在故障工作模式下，控制模块140确定与故障节点同一支路且线路距离最近的至少一个开关模块120的开关电流值。控制模块140在开关电流值为0的情况下，生成开关关断信号，以使相应的开关模块达到额定开距，并根据故障处理规则，将相应的故障节点隔离。

在本申请的一个实施例中，若外部直流输电线路的第一端口310发生短路故障，本申请控制模块的故障处理规则如下：

第一端口310发生短路故障，直流母线流出的短路电流经过正常导通的转移支路模块110流向第一端口310。其中，正常直流电压输电过程中，直流断路模块130中的IGBT模块是闭锁状态，电流通过转移支路模块及开关模块流向外部直流输电线路或直流母线。

控制模块140接收外部电路短路信号，外部电路短路信号可以是连接外部直流输电线路的电流传感器采集到短路电流时产生的信号，电流传感器将短路电流信号发送至控制模块，进而获取到第一端口310发生了短路故障。此时，控制模块140控制第二主关断单元132的IGBT模块导通，随后转移支路模块110上的所有IGBT模块(包括第一IGBT模块S₁、第二IGBT模块S₂、第三IGBT模块S₃、第四IGBT模块S₄、第五IGBT模块S₅、第六IGBT模块S₆)闭锁，迫使无论直流母线200的短路电流还是第二端口320的短路电流都流经第二主关断单元132；在控制模块接收到来自相应的电流传感器的第二开关模块U₂上的开关电流值降低至0之后，开始关断转移支路模块110上的第二开关模块U₂，当第二开关模块U₂达到额定开距可以阻断系统级直流电压时，第二主关断单元132上的IGBT模块同时关断，随后第二主关断单元132上的避雷器消耗剩余的能量，短路故障处理完毕，发生短路故障的第一端口310也被隔离在一体装置与直流母线、外部直流输电线路构成的直流输电系统之外。随后可通过转移支路模块110恢复直流母线200和第二端口320之间的正常输电。

上述示例中，第一端口310为故障节点，与故障节点同一支路的直流断路模块130中的部分主关断单元为第二主关断单元132，第二主关断单元132至少满足与故障节点第一端口310的线路距离，近于所有主关断单元(第一主关断单元131、第二主关断单元132、第三主关断单元133)与故障节点第一端口310的线路距离序列中的最远距离。线路距离序列可以预先存储于控制模块中，本申请对此不作具体限定。

在本申请的另一个实施例中，若外部直流输电线路的第二端口320发生短路故障，本申请控制模块的故障处理规则如下：

若第二端口320发生短路故障，短路电流经过正常导通的转移支路模块110流向第二端口320。当控制模块140检测到第二端口320的短路故障后，控制模块控制第二主关断单元132与第三主关断单元133的IGBT模块导通，随后控制模块140使转移支路模块110上的所有IGBT闭锁，迫使无论直流母线200的短路电流还是第一端口310的短路电流都流经第三主关断单元133；在控制模块接收到来自相应的电流传感器的第三开关模块U₃上的开关电流值降低至0之后，开始关断转移支路模块110上的第三开关模块U₃，当第三开关模块U₃达到额定开距可以阻断系统级直流电压时，第三主关断单元133上的IGBT模块同时关断，随后第三主关断单元133上的避雷器消耗剩余的能量，短路故障处理完毕，发生短路故障的第二端口320也被隔离在直流输电系统之外。随后可通过转移支路模块110恢复直流母线200和第一端口310之间的正常输电。

上述示例中，第二端口320为故障节点，与故障节点同一支路的直流断路模块130中的部分主关断单元为第二主关断单元132、第三主关断单元133，第二主关断单元132、第三主关断单元133至少满足与故障节点第二端口320的线路距离，近于所有主关断单元(第一主关断单元131、第二主关断单元132、第三主关断单元133)与故障节点第二端口320的线路距离序列中的最远距离。

在本申请的再一实施例中，若直流母线200发生短路故障，本申请控制模块140的故障处理规则如下：

若直流母线200发生短路故障，短路电流经过正常导通的转移支路模块110流向直流母线200。控制模块获取到来自电流传感器的直流母线短路电流，检测到短路故障后，控制第一主关断单元131的IGBT模块导通，随后转移支路模块110上的所有IGBT模块闭锁，迫使无论第一端口310的短路电流还是第二端口320的短路电流都流经第一主关断单元131；在控制模块接收到来自相应的电流传感器的第一开关模块U₁上的开关电流值降低至0之后，开始关断转移支路模块110上的第一开关模块U₁，当第一开关模块U₁达到额定开距可以阻断系统级直流电压时，第一主关断单元131上的IGBT模块同时关断，随后第一主关断单元131上的避雷器消耗剩余的能量，短路故障处理完毕，发生短路故障的直流母线也被隔离在直流输电系统之外。若第一端口310和第二端口320之间仍需要进行电能输送，则可通过转移支路模块110恢复二者之间的正常输电。

上述示例中，直流母线200为故障节点，与故障节点同一支路的直流断路模块130中的部分主关断单元为第一主关断单元131，第一主关断单元131至少满足与故障节点直流母线200的线路距离，近于所有主关断单元(第一主关断单元131、第二主关断单元132、第三主关断单元133)与故障节点直流母线200的线路距离序列中的最远距离。

至此，本申请能够实现故障节点的隔离，在故障节点隔离之后，控制模块140也可以生成恢复输电指令，以恢复无故障节点之间的直流电压输送。

在本申请实施例中，负荷电流阻断模式可以由控制模块140根据负荷电流阻断信号，生成负荷电流阻断指令，以将与外部直流输电线路的线路距离最近的部分主关断单元导通、将转移支路模块闭锁，并基于转移支路模块、多个开关模块、直流断路模块及相应的阻断规则，对外部直流输电线路相应的直流输电支路进行负荷电流阻断。

具体地，控制模块140可以接收来自外部终端的负荷电流阻断信号，以使一体装置具有直流断路控制的负荷电流阻断功能。控制模块140可以将与外部直流输电线路的线路距离最近的部分主关断单元导通，如距离第一端口310最近的第二主关断单元132与距离第二端口320最近的第三主关断单元133导通，随后转移支路模块110上的所有IGBT闭锁，迫使直流母线200流向两个端口的正常负荷电流都流经第二主关断单元132与第三主关断单元133；之后控制模块接收到来自相应的电流传感器的第一开关模块U₁、第二开关模块U₂、第三开关模块U₃上的开关电流值，并在各开关电流值降低至0时，开始关断转移支路模块110上的所有开关模块U₁、U₂、U₃，当U₁、U₂、U₃达到额定开距可以阻断系统级直流电压(来自直流母线的电压)时，主关断支路2与主关断支路3上的IGBT同时关断，随后两条支路上的避雷器消耗剩余的能量，负荷电流阻断完毕。

在本申请实施例中，无故障工作模式可以由控制模块140将转移支路模块110中部分IGBT模块导通，通过闭合多个开关模块，以进行无故障直流输电。部分IGBT模块均处于上桥臂或均处于下桥臂。

也就是说，不需要进行直流潮流控制及故障处理时，控制模块140控制转移支路模块110的部分IGBT模块如上桥臂IGBT模块S₁，S₂，S₃全部导通将储能电容旁路，实现直流母线电流经过U₁，S₁，S₂，U₂向第一端口310输送电能，经过U₁，S₁，S₃，U₃向第二端口320输送电能。同理也可以导通转移支路模块110的下桥臂IGBT模块S₄，S₅，S₆。

在本申请的一个实施例中，无故障潮流控制模式可以是，控制模块140基于外部潮流控制信号，生成相应的潮流控制指令，以便在待增大电流的潮流控制支路产生负电阻效应，在待减小电流的潮流控制支路产生正电阻效应，以对外部直流输电线路相应端口进行潮流控制。

并且，在无故障潮流控制模式下，控制模块140还可以基于预设的潮流控制规则，将无需增大或减小电流的直流电压输电支路处于旁路状态。旁路状态的直流电压输电支路的电流不经过储能电容。

具体地，如潮流控制的目的是使第一端口310电流减小，第二端口320的电流增大，以下以转移支路模块110中下桥臂IGBT模块关断为例，具体实现方式如下：

首先，第四IGBT模块S₄处于关断状态时，直流母线电流只能通过第一IGBT模块S₁的反并联二极管到达储能电容C₀正极端，为了使第一端口310电流减小，第二端口320电流增大，需要在第一端口310电流所在支路上引入正电阻效应，控制模块140控制第二IGBT模块S₂处于关断状态，此时直流母线200的电流通过第一IGBT模S₁的反并联二极管——电容C₀——第五IGBT模S₅的反并联二极管，使第一端口310电流所在支路上引入正电阻效应，储能电容C₀充电；第三IGBT模块S₃导通可使第二端口320电流所在支路上引入旁路效应。

为了保证电容电压的动态平衡，需要在第二端口320电流所在支路引入负电阻效应。控制模块140控制第四IGBT模块S₄导通，可使直流母线200电流通过第四IGBT模块S₄到达电容负极端，此时第一端口310电流所在支路通过第五IGBT模块S₅的反并联二极管引入旁路效应。保持第三IGBT模块S₃导通，此时对于第二端口320电流所在支路，直流母线电流会通过第四IGBT模块S₄——储能电容C₀——第三IGBT模块S₃，使第二端口320电流所在支路上引入负电阻效应，且电容放电。进而实现第一端口310电流减小，第二端口320的电流增大的潮流控制功能。

再例如，使第一端口310电流增大，第二端口320的电流减小，具体实现方式如下：

首先，第四IGBT模块S₄处于关断状态时，为了使第二端口320电流减小，需要在第二端口320电流所在支路上引入正电阻效应，控制模块140使第三IGBT模块S₃关断，此时直流母线200电流通过第一IGBT模S₁的反并联二极管——储能电容C₀——第六IGBT模块S₆的反并联二极管，使第二端口320电流所在支路上引入正电阻效应，电容充电；第二IGBT模块S₂导通可使第一端口310电流所在支路上引入旁路效应。

并为了使第一端口310电流增大，需要在第一端口310电流所在支路上引入负电阻效应。控制模块140控制第四IGBT模块S₄导通，可使直流母线200电流通过第四IGBT模块S₄到达电容负极端，此时第二端口320电流所在支路通过开关管S₆的反并联二极管引入旁路效应。控制模块140保持第二IGBT模块S₂导通，此时对于第一端口310电流所在支路，直流母线200电流会通过第四IGBT模块S₄——储能电容C₀——第二IGBT模块S₂，使第一端口310电流所在支路上引入负电阻效应，且电容放电。进而实现第一端口310电流增大，第二端口320的电流减小的潮流控制。

本申请通过上述技术方案，提供了一种转移支路与潮流控制进行器件复用的电路结构，能够节省装置的电力电子器件，缩小装置体积，减少装置成本。并且本申请直流断路模块采用3个主关断单元，实现了故障电流双向阻断功能，进一步节省了电子器件数量。一体装置融合了直流断路功能及直流潮流控制，设计成本低，且装置体积小，集成度高，能够适应用户灵活多变的使用场景，满足其使用需求，保障用户使用体验。

本申请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。

本申请实施例提供的装置与方法是一一对应的，因此，装置也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述装置的有益技术效果。

还需要说明的是，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、商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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置，其特征在于，所述装置包括：具有潮流控制功能的转移支路模块、多个开关模块、直流断路模块、与所述转移支路模块、多个所述开关模块及所述直流断路模块分别连接的控制模块；

所述转移支路模块，用于根据来自所述控制模块的潮流控制指令和/或故障处理指令，分别导通或闭锁多个绝缘栅双极型晶体管IGBT模块中的至少一个IGBT模块；

所述开关模块，用于将直流母线、所述转移支路模块与外部直流输电线路串联连接输送直流电压，以及在潮流控制阶段和/或故障处理阶段，隔断所述直流电压；

所述直流断路模块分别与所述直流母线、所述外部直流输电线路串联，用于在所述故障处理阶段工作，并将故障电路隔离；

其中，所述转移支路模块至少包括：第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第五IGBT模块、第六IGBT模块；

所述第一IGBT模块的发射极分别连接第一开关模块的一端、所述第四IGBT模块的集电极，以通过所述第一开关模块连接至所述直流母线，所述第一IGBT模块的集电极分别连接所述第二IGBT模块的集电极、所述第三IGBT模块的集电极；

所述第二IGBT模块的发射极分别连接第二开关模块的一端、所述第五IGBT模块的集电极；

所述第三IGBT模块的发射极分别连接第三开关模块的一端、所述第六IGBT模块的集电极；

所述第四IGBT模块的发射极分别连接所述第五IGBT模块的发射极、所述第六IGBT模块的发射极。

2.根据权利要求1所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置，其特征在于，所述转移支路模块至少还包括：储能电容；

所述储能电容的正极分别连接所述第一IGBT模块、所述第二IGBT模块、所述第三IGBT模块的集电极，所述储能电容的负极分别连接所述第四IGBT模块、所述第五IGBT模块、所述第六IGBT模块的发射极，用于在所述潮流控制阶段，充电和/或放电，以使相应的潮流控制支路产生正负电阻效应。

3.根据权利要求2所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置，其特征在于，所述直流断路模块至少包括：第一主关断单元、第二主关断单元、第三主关断单元、二极管单元；

所述第一主关断单元的第一端连接至所述第一开关模块的一端，所述第一主关断单元的第二端分别连接所述第二主关断单元的第一端、所述二极管单元的负极端；

所述第二主关断单元的第二端分别连接所述第二开关模块的另一端、所述第三主关断单元的第一端、所述外部直流输电线路的第一端口；

所述第三主关断单元的第二端分别连接所述外部直流输电线路的第二端口、所述二极管单元的正极端、所述第三开关模块的另一端。

4.根据权利要求3所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置，其特征在于，所述第三主关断单元包括至少一个不封装反并联二极管的IGBT模块、一个避雷器。

5.一种用于控制如权利要求1-4任一项所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：故障工作模式、负荷电流阻断模式、无故障工作模式、无故障潮流控制模式；

所述故障工作模式：控制模块响应于故障节点的故障信号，生成故障处理指令，以将与所述故障节点同一支路的直流断路模块中的部分主关断单元导通，将转移支路模块闭锁，并基于所述转移支路模块、多个开关模块、所述直流断路模块及相应的故障处理规则，将相应的所述故障节点隔离；所述与所述故障节点同一支路的直流断路模块中的部分主关断单元至少满足与所述故障节点的线路距离，近于所有主关断单元与所述故障节点的线路距离序列中的最远距离；

所述负荷电流阻断模式：所述控制模块根据负荷电流阻断信号，生成负荷电流阻断指令，以将与外部直流输电线路的线路距离最近的部分主关断单元导通、将所述转移支路模块闭锁，并基于所述转移支路模块、所述多个开关模块、所述直流断路模块及相应的阻断规则，对所述外部直流输电线路相应的直流输电支路进行负荷电流阻断；

所述无故障工作模式：所述控制模块将所述转移支路模块中部分IGBT模块导通，通过闭合所述多个开关模块，以进行无故障直流输电；所述部分IGBT模块均处于上桥臂或均处于下桥臂；

所述无故障潮流控制模式：所述控制模块基于外部潮流控制信号，生成相应的潮流控制指令，以便在待增大电流的潮流控制支路产生负电阻效应，在待减小电流的潮流控制支路产生正电阻效应，以对所述外部直流输电线路相应端口进行潮流控制。

6.根据权利要求5所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，其特征在于，所述故障节点至少包括：发生故障的直流母线、发生故障的所述外部直流输电线路的至少一个端口；所述故障节点的故障信号包括：所述故障节点的短路故障信号。

7.根据权利要求5所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述故障工作模式下，所述控制模块确定与所述故障节点同一支路且线路距离最近的至少一个所述开关模块的开关电流值；

所述控制模块在所述开关电流值为0的情况下，生成开关关断信号，以使相应的所述开关模块达到额定开距，并根据所述故障处理规则，将相应的所述故障节点隔离。

8.根据权利要求5所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述无故障潮流控制模式下，所述控制模块基于预设的潮流控制规则，将无需增大或减小电流的直流电压输电支路处于旁路状态；所述旁路状态的所述直流电压输电支路的电流不经过储能电容。

9.根据权利要求5所述的一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述故障节点隔离之后，所述控制模块生成恢复输电指令，以恢复无故障节点之间的直流电压输送。