CN209787067U - 制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统，涉及电力技术领域。该制动模块，包括：耗能子模块、储能子模块、单向导通子模块和第一功率开关器件，第一功率开关器件的第一端与制动模块的输入端连接，第一功率开关器件的第二端与制动模块的输出端连接，用于若第一功率开关器件的控制端接收到指示制动模块的电压超出电压阈值的控制信号，第一功率开关器件导通。利用本实用新型的技术方案能够减小制动模块的电压均衡过程中的损耗。

Description

制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统

技术领域

本实用新型属于电力技术领域，尤其涉及一种制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统。

背景技术

在柔性直流输电系统中，制动电路连接于高压直流母线的正、负母线之间，可包括多个制动模块，在静态状态下，需要每个制动模块分担基本相同的电压等级。但由于制动模块中器件的参数存在差异，因此实际上分担到每个制动模块上的电压并不一致，可能会造成某一制动模块的过压，从而造成整个柔性直流输电系统的故障。

为了均衡各个制动模块的电压，可导通电压较高的制动模块中的电阻所在的支路，从而减小该制动模块的电压。但是由于制动模块上的电压变化比较频繁，需要频繁地导通电压较高的制动模块中的电阻所在的支路。从而使得均衡制动模块的电压的过程中的损耗增大。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统，能够减小制动模块或换流功率单元的电压均衡过程中的损耗。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种制动模块，包括：耗能子模块，耗能子模块的第一端与单向导通子模块的一端、储能子模块的一端连接，耗能子模块的第二端与储能子模块的另一端、第一功率开关器件的第二端、制动模块的输出端连接，用于导通状态下消耗能量；储能子模块，储能子模块的一端与单向导通子模块的一端连接，储能子模块的另一端与第一功率开关器件的第二端、制动模块的输出端连接；单向导通子模块，单向导通子模块的另一端与第一功率开关器件的第一端、制动模块的输入端连接，用于使电流从单向导通子模块的另一端流向单向导通子模块的一端；第一功率开关器件，第一功率开关器件的第一端与制动模块的输入端连接，第一功率开关器件的第二端与制动模块的输出端连接，用于若第一功率开关器件的控制端接收到指示制动模块的电压超出电压阈值的控制信号，第一功率开关器件导通。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种制动电路，包括连接的上臂支路和下臂支路，上臂支路和下臂支路均包括一个或级联的两个以上的第一方面的技术方案中的制动模块。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种柔性直流输电系统，包括：一台或一台以上风力发电机组，与直流母线连接；直流母线，包括正极直流母线和负极直流母线；第二方面的技术方案中的制动电路，上臂支路中第一个制动模块的输入端与正极直流母线连接，下臂支路中最后一个制动模块的输出端与负极直流母线连接；换流阀，与制动电路并联；换流变压器，与换流阀连接；交流断路器，与换流变压器连接。

第四方面，本实用新型实施例提供了一种换流功率单元，包括：第一方面的技术方案中的制动模块，制动模块的输入端与换流功率单元的输入端连接，制动模块的输出端与换流功率单元的输出端连接；第三功率开关器件，第三功率开关器件的第一端与储能模块的一端连接，第三功率开关器件的第二端与第一功率开关器件的第一端、反向二极管的阴极、单向导通子模块的另一端、换流功率单元的输入端连接；储能模块，储能模块的另一端与第一功率开关器件的第二端、反向二极管的阳极、储能子模块的另一端、耗能子模块的第二端、换流功率单元的输出端连接；反向二极管，反向二极管的阴极与单向导通子模块的另一端连接，反向二极管的阳极与储能子模块的另一端、耗能子模块的第二端连接。

第五方面，本实用新型实施例提供了一种换流阀，包括并联的三相换流功率桥臂，每一相换流功率桥臂包括上臂支路和下臂支路；其中，三相换流功率桥臂中的至少一相换流功率桥臂中的上臂支路和下臂支路包括一个或级联的两个以上的第四方面的技术方案中的换流功率单元。

第六方面，本实用新型实施例提供了一种柔性直流输电系统，包括：一台或一台以上风力发电机组，风力发电机组与直流母线连接；直流母线，包括正极直流母线和负极直流母线；第五方面的技术方案中的换流阀，换流阀的一端与正极直流母线连接，换流阀的另一端与负极直流母线连接；换流变压器，与换流阀连接；交流断路器，与换流变压器连接。

本实用新型实施例提供了一种制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统，第一功率开关器件可在制动模块或换流功率单元的电压超出电压阈值的情况下导通，从而降低制动模块或换流功率单元的电压。不再需要进行耗能子模块的投切，即不需要利用耗能子模块的耗能功能来降低制动模块或换流功率单元的电压，从而减小了制动模块或换流功率单元的电压均衡过程中的损耗。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型，其中相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本实用新型一实施例中一种制动模块的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例中一种制动模块的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中一种制动电路的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中的一种柔性直流输电系统的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中一种换流功率单元的结构示意图；

图6为本实用新型一实施例中一种换流阀的结构示意图；

图7为本实用新型另一实施例中一种柔性直流输电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。

本实用新型实施例提供了一种制动模块、制动电路、换流功率单元、换流阀及系统，可应用于分散制动的柔性直流风电场中，比如，可应用于中压柔性直流风电场中，以降低均衡制动模块的电压过程中的损耗。

图1为本实用新型一实施例中一种制动模块的结构示意图。如图1所示，该制动模块包括耗能子模块P11、储能子模块P12、单向导通子模块P13和第一功率开关器件T1。

耗能子模块P11的第一端与单向导通子模块P13的一端、储能子模块P12的一端连接，耗能子模块P11的第二端与储能子模块P12的另一端、第一功率开关器件T1的第二端、制动模块的输出端连接。耗能子模块P11用于导通状态下消耗能量。

储能子模块P12的一端与单向导通子模块P13的一端连接，储能子模块P12的另一端与第一功率开关器件T1的第二端、制动模块的输出端连接。

单向导通子模块P13的另一端与第一功率开关器件T1的第一端、制动模块的输入端连接。单向导通子模块P13用于使电流从单向导通子模块P13的另一端流向单向导通子模块P13的一端。

第一功率开关器件T1的第一端与制动模块的输入端连接，第一功率开关器件T1的第二端与制动模块的输出端连接。第一功率开关器件T1用于若第一功率开关器件T1的控制端接收到指示制动模块的电压超出电压阈值的控制信号，第一功率开关器件T1导通。具体的，第一功率开关器件T1的第一端和第二端导通。

在一些示例中，电压阈值为表征制动模块过压的电压门限值。若制动模块的电压超出电压阈值，表示制动模块过压。指示制动模块的电压超出电压阈值的控制信号可具体由信号发生器或其他设备发出，在此并不限定。

若某个制动模块的电压超出电压阈值，储能子模块P12的容抗较大。为了降低制动模块的电压，第一功率开关器件T1被控制导通。需要说明的是，第一功率开关器件T1瞬间导通，电流方向如图1中的虚线箭头所示，可旁路掉储能子模块P12，从而减小了该制动模块的电压。制动模块的电压降低后，第一功率开关器件T1瞬间断开，可将储能子模块P12重新投入制动模块。从而实现了制动模块的动态的电压均衡，而且，在该均衡制动模块的电压的过程中，并不需要频繁的投切耗能子模块P11，减小了制动模块的电压均衡过程中的损耗。

在本实用新型实施例中，第一功率开关器件T1可在制动模块的电压超出电压阈值的情况下导通，从而降低制动模块的电压。不再需要进行耗能子模块P11的投切，即不需要利用耗能子模块P11的耗能功能来降低制动模块的电压，从而减小了制动模块的电压均衡过程中的损耗。

在一些示例中，上述第一功率开关器件T1可包括绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)。则第一功率开关器件T1的控制端可具体为IGBT的栅极，第一功率开关器件T1的第一端可具体为IGBT的漏级，第一功率开关器件T1的第二端可具体为IGBT的源级。

上述耗能子模块P11包括串联的第二功率开关器件T2和制动电阻R1。比如，如图1所示，第二功率开关器件T2的第一端即为耗能子模块P11的第一端，第二功率开关器件T2的第二端与制动电阻R1的一端连接，制动电阻R1的另一端为耗能子模块P11的第二端。其中，第二功率开关器件T2具体可以为IGBT，在此并不限定。

上述储能子模块P12包括第一储能电容C1。第一储能电容C1的一端即为储能子模块P12的一端，第一储能电容C1的另一端即为储能子模块P12的另一端。

上述单向导通子模块P13包括二极管D1，二极管D1的阴极为单向导通子模块P13的一端，二极管D1的阳极为单向导通子模块P13的另一端。

在上述制动模块所在的柔性直流输电系统的电网侧发生故障的情况下，柔性直流输电系统的直流侧电压升高，会引起直流侧的故障。在这种情况下，制动模块中的耗能子模块P11导通，消耗短时间内无法传输出的能量。在直流侧的电压恢复至正常范围后，耗能子模块P11断开。若直流侧电压再次升高，则制动模块中的耗能子模块P11再次导通。直至电网侧故障清楚，直流侧电压始终保持在正常范围内，从而实现故障穿越。

但制动模块在运行的过程中可能会出现故障，若制动模块出现故障，包括该制动模块的制动电路会停止工作，导致制动模块所连接的直流侧电压会持续升高，可能会对制动模块所在的柔性直流输电系统的安规绝缘造成伤害，甚至可能会引起重大的安全事故，对制动模块、制动电路和柔性直流输电系统的安全性带来巨大的损害。

为了提高制动模块、制动电路和柔性直流输电系统的安全性，还可在制动模块中设置旁路子模块P14。图2为本实用新型另一实施例中一种制动模块的结构示意图。如图2所示，制动模块还可包括旁路子模块P14。

旁路子模块P14的一端与制动模块的输入端连接，旁路子模块P14的另一端与制动模块的输出端连接。旁路子模块P14用于若旁路子模块P14所在的制动模块发生故障，旁路子模块P14导通。

在一些示例中，如图2所示，旁路子模块P14可包括开关器件K1。开关器件K1的一端与制动模块的输入端连接，开关器件K1的另一端与制动模块的输出端连接。

若该制动模块发生故障，该开关器件K1可接收到指示该开关器件K1导通的控制信号从而导通。电流通过导通的开关器件K1，从而把发生故障的制动模块的其他部分旁路掉，保障了包括该制动模块的制动电路工作的安全性和可靠性。

本实用新型实施例还提供了一种制动电路。该制动电路包括连接的上臂支路和下臂支路。上臂支路和下臂支路均包括一个或级联的两个以上的上述实施例中的制动模块。

为了便于说明，下面以上臂支路和下臂支路均包括级联的两个以上的制动模块为例进行说明。图3为本实用新型一实施例中一种制动电路的结构示意图。

如图3所示，上臂支路包括级联的N₁个制动模块P10，N₁为整数且N₁≥2，上臂支路中的第i₁-1个制动模块P10的输出端与上臂支路中的第i₁个制动模块P10的输入端连接，i₁为整数且2≤i₁≤N₁。

下臂支路包括级联的M₁个制动模块P10，M₁为整数且M₁≥2，下臂支路中的第j₁-1个制动模块P10的输出端与下臂支路中的第j₁个制动模块P10的输入端连接，j₁为整数且2≤j₁≤M₁。

其中，上臂支路中的最后一个制动模块P10的输出端与下臂支路中的第一个制动模块P10的输入端连接。

比如，上臂支路包括级联的两个制动模块P10，下臂支路包括级联的两个制动模块P10。上臂支路中的第一个制动模块P10的输入端即为上臂支路的输入端。上臂支路中的第一个制动模块P10的输出端与上臂支路中的第二个制动模块P10的输入端连接。上臂支路中的第二个制动模块P10的输出端与下臂支路中的第一个制动模块P10的输入端连接。下臂支路中的第一个制动模块P10的输出端与下臂支路中的第二个制动模块P10的输入端连接。下臂支路中的第二个制动模块P10的输出端即为下臂支路的输出端。上臂支路的输入端即为制动电路的输入端，下臂支路的输出端即为制动电路的输出端。

在一些示例中，上臂支路中的最后一个制动模块P10的输出端、下臂支路中的第一个制动模块P10的输入端均与地GND连接，可使得上臂支路中的制动模块P10和下臂支路中的制动模块P10的端口耐压等级降低至制动电路所在的柔性直流输电系统的母线电压的一半，便于制动模块P10、制动电路和柔性直流输电系统的绝缘设计，并能降低制动模块P10、制动电路和柔性直流输电系统的设计成本。

在制动电路中，需要每个制动模块P10，分担基本上相同的电压。即正常状态下，每两个制动模块P10的电压的差值在可接受的范围内。若制动电路中的某个制动模块P10电压超出电压阈值，则该制动模块P10中的第一功率开关器件T1瞬间导通，旁路掉该制动模块P10的储能子模块P12。

在制动电路所在的柔性直流输电系统中电网侧发生故障时，直流侧电压升高，会引起直流侧的故障。在这种情况下，制动电路中每个制动模块P10中的耗能子模块P11导通，利用制动电阻R1消耗短时间内无法传输出的能量。在直流侧的电压恢复至正常范围后，耗能子模块P11断开。若直流侧电压再次升高，则制动模块P10中的耗能子模块P11再次导通。直至电网侧故障清楚，直流侧电压始终保持在正常范围内，从而实现故障穿越。

在制动电路中，可能会出现个别制动模块P10发生故障的情况。若制动模块P10发生故障，发生故障的制动模块P10中的旁路子模块P14导通，使得制动电路中的功率流(如电流)通过发生故障的制动模块P10中的旁路子模块P14，制动电路中的功率流(如电流)通过处于正常状态下的制动模块P10中的耗能子模块P11。从而保障了制动电路工作的安全性和可靠性。

本实用新型实施例还提供了一种柔性直流输电系统。图4为本实用新型一实施例中的一种柔性直流输电系统的结构示意图。如图4所示，该柔性直流输电系统可包括一台或一台以上的风力发电机组P30、直流母线P40、上述实施例中的制动电路P20、换流阀P50、换流变压器P60和交流断路器P70。

若风力发电机组P30的数目为多台，多台风力发电机组P30可组成风力发电机组P30矩阵。风力发电机组P30具体可为中压直流风力发电机组P30。风力发电机组P30与直流母线P40连接。直流母线P40包括正极直流母线DC+和负极直流母线DC-。

制动电路P20中的上臂支路中第一个制动模块的输入端与正极直流母线DC+连接，制动电路P20中的下臂支路中最后一个制动模块的输出端与负极直流母线DC-连接。

换流阀P50与制动电路P20并联。换流变压器P60与换流阀P50连接。交流断路器P70与换流变压器P60连接。

上述实施例中的直流侧即为风力发电机组P30和直流母线P40这一侧。

柔性直流输电系统的技术效果可参见上述实施例中的制动模块与制动电路P20的技术效果，在此不再赘述。

需要说明的是，若电网侧发生故障，则交流母线电压降低，造成换流阀P50中有功功率输出受阻。而风力发电机组P30继续向换流阀P50输送有功功率，从而导致直流侧电压升高，引起了直流侧的故障。可通过每个制动模块中的旁路子模块P14，实现故障穿越。故障穿越的具体内容可参见上述说明，在此不再赘述。

本实用新型实施例还提供了一种换流功率单元。图5为本实用新型一实施例中一种换流功率单元的结构示意图。如图5所示，该换流功率单元包括上述实施例中的制动模块P10、第三功率开关器件T3、储能模块P81和反向二极管D2。

制动模块P10的输入端与换流功率单元的输入端连接，制动模块P10的输出端与换流功率单元的输出端连接。为了便于说明，图5所示的制动模块P10包括旁路子模块P14，例如开关器件K1。

第三功率开关器件T3的第一端与储能模块P81的一端连接，第三功率开关器件T3的第二端与第一功率开关器件T1的第一端、反向二极管D2的阴极、单向导通子模块P13(例如二极管D1)的另一端、换流功率单元的输入端连接。

储能模块P81的另一端与第一功率开关器件T1的第二端、反向二极管D2的阳极、储能子模块P12(例如第一储能电容C1)的另一端、耗能子模块P11的第二端、换流功率单元的输出端连接。在一些示例中，储能模块P81包括第二储能电容C2，第二储能电容C2的一端为储能模块P81的一端，第二储能电容C2的另一端为储能模块P81的另一端。

反向二极管D2的阴极与单向导通子模块P13的另一端连接，反向二极管D2的阳极与储能子模块P12的另一端、耗能子模块P11的第二端连接。

上述换流功率单元是具有制动功能的换流功率单元。在一些示例中，上述换流功率单元中的制动模块P10可实现制动功能。上述换流功率单元中制动模块P10中的耗能子模块P11也可实现故障穿越的功能。

在另一些示例中，换流功率单元中制动模块P10中的耗能子模块P11、储能子模块P12、单向导通子模块P13、第一功率开关器件T1和反向二极管D2可共同实现制动功能。

换流功率单元中的第三功率开关器件T3、储能模块P81和制动模块P10中的第一功率开关可共同实现换流功率功能。

也就是说，本实用新型实施例中的换流功率单元的制动功能和换流功率功能可复用第一功率开关器件T1。

在换流功率单元实现制动功能的情况下，若换流功率单元的电压即制动模块P10的电压超出电压阈值，表示换流功率单元过压。第一功率开关器件T1被控制导通，电流方向如图5中的虚线箭头所示，可旁路掉储能子模块P12，从而减小了换流功率单元的电压。

若制动模块P10包括旁路子模块P14，则制动模块P10的旁路子模块P14也可实现换流功率单元的旁路功能。

不管是换流功率单元中的制动模块P10发生了故障，还是换流功率单元中除制动模块P10外的其他部分发生了故障，旁路子模块P14均可导通，将发生故障的部分旁路掉，从而保障换流功率单元、包括换流功率单元的换流阀以及包括换流功率单元的柔性直流输电系统工作的安全性和可靠性。而且，换流功率单元的设计还便于柔性直流输电系统的集成化设计。

在一些示例中，换流功率单元可具体实现为模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter，MMC)模块。

本实用新型还提供了一种换流阀。该换流阀包括并联的三相换流功率桥臂。其中，每一相换流功率桥臂包括上臂支路和下臂支路。三相换流功率桥臂中的至少一相换流功率桥臂中的上臂支路和下臂支路包括一个或级联的两个以上的上述实施例中的换流功率单元。即可采用三相换流功率桥臂均包括本实用新型实施例中的换流功率单元实现换流阀P50，也可采用一相或两相换流功率桥臂包括本实用新型实施例中的换流功率单元实现换流阀，在此并不限定。

为了便于说明，下面以三相换流功率桥臂中的上臂支路和下臂支路包括两个以上的换流功率单元为例进行说明。图6为本实用新型一实施例中一种换流阀的结构示意图。如图6所示，换流阀中的三相换流功率桥臂中的上臂支路和下臂支路中均包括两个以上的换流功率单元P80。

可以根据柔性直流输电系统所需的制动能量的大小，选择哪几相换流功率桥臂投入工作状态。比如，若需要的制动能量小于第一能量阈值，可选择一相换流功率桥臂投入工作。若需要的制动能量大于等于第一能量阈值且小于第二能量阈值，可选择两相换流功率桥臂投入工作。若需要的制动能量大于等于第二能量阈值，可选择三相换流功率桥臂投入工作。从而灵活地控制制动能力。

若某一相换流功率桥臂发生故障，则可将未发生故障的另一相或另两相换流功率桥臂投入工作。从而确保换流阀和包括该换流阀的柔性直流输电系统的安全性和可靠性。

在一些示例中，上臂支路包括级联的N₂个换流功率单元P80，N₂为整数且N₂≥2，上臂支路中的第i₂-1个换流功率单元P80的输出端与上臂支路中的第i₂个换流功率单元P80的输入端连接，i₂为整数且2≤i₂≤N₂。

下臂支路包括级联的M₂个换流功率单元P80，M₂为整数且M₂≥2，下臂支路中的第j₂-1个换流功率单元P80的输出端与下臂支路中的第j₂个换流功率单元P80的输入端连接，j₂为整数且2≤j₂≤M₂。

上臂支路中的最后一个换流功率单元P80的输出端与下臂支路中的第一个换流功率单元P80的输入端连接。

比如，上臂支路包括级联的两个换流功率单元P80，下臂支路包括级联的两个换流功率单元P80。上臂支路中的第一个换流功率单元P80的输入端即为上臂支路的输入端。上臂支路中的第一个换流功率单元P80的输出端与上臂支路中的第二个换流功率单元P80的输入端连接。上臂支路中的第二个换流功率单元P80的输出端与下臂支路中的第一个换流功率单元P80的输入端连接。下臂支路中的第一个换流功率单元P80的输出端与下臂支路中的第二个换流功率单元P80的输入端连接。下臂支路中的第二个换流功率单元P80的输出端即为下臂支路的输出端。

在一些示例中，换流阀可具体实现为MMC，在此并不限定。

本实用新型另一实施例还提供了一种柔性直流输电系统。图7为本实用新型另一实施例中一种柔性直流输电系统的结构示意图。如图7所示，该柔性直流输电系统可包括一台或一台以上风力发电机组P30、直流母线P40、上述实施例中的换流阀P50、换流变压器P60和交流断路器P70。

其中，若风力发电机组P30的数目为多台，多台风力发电机组P30可组成风力发电机组P30矩阵。风力发电机组P30具体可为中压直流风力发电机组P30。风力发电机组P30与直流母线P40连接。直流母线P40包括正极直流母线DC+和负极直流母线DC-。

换流阀P50的一端与正极直流母线DC+连接，换流阀P50的另一端与负极直流母线DC-连接。

换流变压器P60与换流阀P50连接。交流断路器P70与换流变压器P60连接。

由于本实用新型实施例中的换流功率单元P80本身具有制动功能，因此不需要再专门设置制动电路P20。

上述实施例中的直流侧即为风力发电机组P30和直流母线P40这一侧。

柔性直流输电系统的技术效果可参见上述实施例中的换流功率单元P80与换流阀P50的技术效果，在此不再赘述。

需要说明的是，若电网侧发生故障，则交流母线电压降低，造成换流阀P50中有功功率输出受阻。而风力发电机组P30继续向换流阀P50输送有功功率，从而导致直流侧电压升高，引起了直流侧的故障。可通过每个换流功率单元P80中制动模块中的旁路子模块P14，实现故障穿越。故障穿越的具体内容可参见上述说明，在此不再赘述。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的主要技术创意。

需要明确的是，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或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。对于柔性直流输电系统实施例而言，相关之处可以参见制动模块实施例、制动电路实施例、换流功率单元实施例和换流阀实施例的说明部分。本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本实用新型的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知技术的详细描述。

Claims (16)

1.一种制动模块，其特征在于，包括：

耗能子模块，所述耗能子模块的第一端与单向导通子模块的一端、储能子模块的一端连接，所述耗能子模块的第二端与所述储能子模块的另一端、第一功率开关器件的第二端、所述制动模块的输出端连接，用于导通状态下消耗能量；

所述储能子模块，所述储能子模块的一端与所述单向导通子模块的一端连接，所述储能子模块的另一端与所述第一功率开关器件的第二端、所述制动模块的输出端连接；

所述单向导通子模块，所述单向导通子模块的另一端与所述第一功率开关器件的第一端、所述制动模块的输入端连接，用于使电流从所述单向导通子模块的另一端流向所述单向导通子模块的一端；

所述第一功率开关器件，所述第一功率开关器件的第一端与所述制动模块的输入端连接，所述第一功率开关器件的第二端与所述制动模块的输出端连接，用于若所述第一功率开关器件的控制端接收到指示所述制动模块的电压超出电压阈值的控制信号，所述第一功率开关器件导通。

2.根据权利要求1所述的制动模块，其特征在于，所述第一功率开关器件包括绝缘栅双极型晶体管IGBT。

3.根据权利要求1所述的制动模块，其特征在于，还包括：

旁路子模块，所述旁路子模块的一端与所述制动模块的输入端连接，所述旁路子模块的另一端与所述制动模块的输出端连接，用于若所述旁路子模块所在的制动模块发生故障，所述旁路子模块导通。

4.根据权利要求3所述的制动模块，其特征在于，所述旁路子模块包括开关器件，所述开关器件的一端与所述制动模块的输入端连接，所述开关器件的另一端与所述制动模块的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的制动模块，其特征在于，

所述耗能子模块包括串联的第二功率开关器件和制动电阻；

所述储能子模块包括第一储能电容；

所述单向导通子模块包括二极管，所述二极管的阴极为所述单向导通子模块的一端，所述二极管的阳极为所述单向导通子模块的另一端。

6.一种制动电路，其特征在于，包括连接的上臂支路和下臂支路，所述上臂支路和所述下臂支路均包括一个或级联的两个以上的如权利要求1至5中任意一项所述的制动模块。

7.根据权利要求6所述的制动电路，其特征在于，

若所述上臂支路包括级联的N₁个所述制动模块，N₁为整数且N₁≥2，所述上臂支路中的第i₁-1个所述制动模块的输出端与所述上臂支路中的第i₁个所述制动模块的输入端连接，i₁为整数且2≤i₁≤N₁；

若所述下臂支路包括级联的M₁个所述制动模块，M₁为整数且M₁≥2，所述下臂支路中的第j₁-1个所述制动模块的输出端与所述下臂支路中的第j₁个所述制动模块的输入端连接，j₁为整数且2≤j₁≤M₁。

8.根据权利要求6所述的制动电路，其特征在于，

所述上臂支路中的最后一个所述制动模块的输出端与所述下臂支路中的第一个所述制动模块的输入端连接。

9.根据权利要求8所述的制动电路，其特征在于，所述上臂支路中的最后一个所述制动模块的输出端、所述下臂支路中的第一个所述制动模块的输入端均与地连接。

10.一种柔性直流输电系统，其特征在于，包括：

一台或一台以上风力发电机组，与直流母线连接；

所述直流母线，包括正极直流母线和负极直流母线；

如权利要求6至9中任意一项所述的制动电路，所述上臂支路中第一个所述制动模块的输入端与所述正极直流母线连接，所述下臂支路中最后一个所述制动模块的输出端与所述负极直流母线连接；

换流阀，与所述制动电路并联；

换流变压器，与所述换流阀连接；

交流断路器，与所述换流变压器连接。

11.一种换流功率单元，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任意一项所述的制动模块，所述制动模块的输入端与所述换流功率单元的输入端连接，所述制动模块的输出端与所述换流功率单元的输出端连接；

第三功率开关器件，所述第三功率开关器件的第一端与储能模块的一端连接，所述第三功率开关器件的第二端与所述第一功率开关器件的第一端、反向二极管的阴极、所述单向导通子模块的另一端、所述换流功率单元的输入端连接；

所述储能模块，所述储能模块的另一端与所述第一功率开关器件的第二端、所述反向二极管的阳极、所述储能子模块的另一端、所述耗能子模块的第二端、所述换流功率单元的输出端连接；

所述反向二极管，所述反向二极管的阴极与所述单向导通子模块的另一端连接，所述反向二极管的阳极与储能子模块的另一端、所述耗能子模块的第二端连接。

12.根据权利要求11所述的换流功率单元，其特征在于，所述储能模块包括第二储能电容。

13.一种换流阀，其特征在于，包括并联的三相换流功率桥臂，每一相所述换流功率桥臂包括上臂支路和下臂支路；

其中，三相所述换流功率桥臂中的至少一相所述换流功率桥臂中的上臂支路和下臂支路包括一个或级联的两个以上的如权利要求11或12所述的换流功率单元。

14.根据权利要求13所述的换流阀，其特征在于，

若所述上臂支路包括级联的N₂个所述换流功率单元，N₂为整数且N₂≥2，所述上臂支路中的第i₂-1个所述换流功率单元的输出端与所述上臂支路中的第i₂个所述换流功率单元的输入端连接，i₂为整数且2≤i₂≤N₂；

若所述下臂支路包括级联的M₂个所述换流功率单元，M₂为整数且M₂≥2，所述下臂支路中的第j₂-1个所述换流功率单元的输出端与所述下臂支路中的第j₂个所述换流功率单元的输入端连接，j₂为整数且2≤j₂≤M₂。

15.根据权利要求13所述的换流阀，其特征在于，

所述上臂支路中的最后一个所述换流功率单元的输出端与所述下臂支路中的第一个所述换流功率单元的输入端连接。

16.一种柔性直流输电系统，其特征在于，包括：

一台或一台以上风力发电机组，所述风力发电机组与直流母线连接；

所述直流母线，包括正极直流母线和负极直流母线；

如权利要求13至15中任意一项所述的换流阀，所述换流阀的一端与所述正极直流母线连接，所述换流阀的另一端与所述负极直流母线连接；

换流变压器，与所述换流阀连接；

交流断路器，与所述换流变压器连接。