CN210927102U - 耗能电路及耗能功率模块 - Google Patents

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孙小平
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宋志顺
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马志荣
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Abstract

本实用新型提供一种耗能电路及耗能功率模块，通过设置耗能模块和主动均压模块，主动均压模块中的第一均压电阻的电阻值大于耗能模块中的耗能电阻的电阻值，进而一方面第一均压电阻能够兼具部分耗能作用，另一方面通过并联第一均压电阻和耗能电阻从而可以根据电阻值的比值和第一均压电阻投退来调节耗能功率档位，同时并联的第一均压电阻还具有主动均压的作用。

Description

耗能电路及耗能功率模块
技术领域
本实用新型涉及柔性直流输电耗能技术领域，更具体的，涉及一种耗能电路及耗能功率模块。
背景技术
柔性直流输电系统是以电压源换流器为基础的新一代直流输电系统(英文简称：VSC-HVDC)，柔直换流器采用全控功率器件(如：IGBT、IEGT等)，可对换流器交流侧电压的幅值和相位角都进行调节，从而实现有功功率、无功功率的独立控制，极大地增强了输电的灵活性，有效解决了传统高压直流输电(LCC-HVDC)系统固有的缺陷，如：逆变侧存在换相失败、无法向无源系统负荷送电等问题，可应用在大容量、远距离的海上风电场送出。海上风电应用时，一般考虑陆上交流侧发生故障后，则陆上电网接收功率有限，由于海上风电的惯性，会引起两边功率不等，导致直流电压升高，而又不能闭锁换流器，以免风机大规模脱网，可采用侧直流侧耗能技术，以使送受端的功率平衡，目前的耗能方式为两种，一种为分散式耗能，即由多个内装耗能电阻的子模块级联组成耗能支路；一种为集中式耗能，即用集成式耗能电阻。
实用新型内容
为了解决上述问题的至少一个，本实用新型第一方面实施例提供一种耗能电路，包括：并联设置的耗能模块和主动均压模块，所述耗能模块包括耗能电阻，所述主动均压模块包括第一均压电阻；其中，
所述第一均压电阻的电阻值大于所述耗能电阻的电阻值。
在优选实施例中，所述耗能模块还包括：与所述耗能电阻串联的第一开关元件。
在优选实施例中，所述主动均压模块还包括与所述第一均压电阻串联的第二开关元件。
在优选实施例中，所述主动均压模块还包括：
第二均压电阻，所述第二均压电阻的一端与所述第一均压电阻远离所述第二开关元件的一端耦接，另一端与所述第二开关元件远离所述第一均压电阻的一端耦接。
在优选实施例中，所述耗能电路进一步包括：
均压调节模块，与所述耗能模块并联设置，并且包括串联的第一均压二极管和第二均压二极管，其中所述第二均压二极管的两端分别耦接在所述耗能电路的输入端和输出端上。
在优选实施例中，所述耗能电路进一步包括：
旁路开关组件，耦接在所述耗能电路的输入端和输出端上，并与第二均压二极管并联，所述旁路开关组件包括：并联在一起的开关闸刀和晶闸管，所述晶闸管在设定电压下能够被击穿导通。
在优选实施例中，所述第二均压二极管与所述晶闸管集成在一个电子器件中。
在优选实施例中，所述耗能电路进一步包括：
储能电容，与所述耗能模块以及所述主动均压模块并联。
在优选实施例中，所述第一均压电阻与所述耗能电阻的电阻值之比大于2：1。
本实用新型第二方面实施例提供一种耗能功率模块，其上布置有如上所述的耗能电路。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型提供一种耗能电路耗能功率模块及功率模块，通过设置耗能模块和主动均压模块，主动均压模块中的第一均压电阻的电阻值大于耗能模块中的耗能电阻的电阻值，进而一方面第一均压电阻能够兼具部分耗能作用，另一方面通过并联第一均压电阻和耗能电阻从而可以根据电阻值的比值来调节耗能档位，同时并联的第一均压电阻还具有主动均压的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出了本实用新型实施例中一种耗能电路的模块示意图。
图2示出了本实用新型实施例中一种耗能电路的具体结构示意图。
图3示出了本实用新型实施例中一种耗能系统的具体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
图1示出了本实用新型第一方面实施例提供的一种耗能电路的模块示意图，如图1所示，其具体包括：并联设置的耗能模块和主动均压模块，所述耗能模块包括耗能电阻，所述主动均压模块包括第一均压电阻。
本实用新型中，耗能电阻承担主要的耗能任务，第一均压电阻主要起到均压作用，另外，由于并联设置，第一均压电阻还能够起到对耗能级别的调节(利用并联总电阻与各支路电阻的规律)，同时，耗能电阻越小，耗能速度越快，而均压时均压电阻越大，均压分量越多，用于均压的所述第一均压电阻的电阻值大于用于耗能的所述耗能电阻的电阻值。
本实用新型提供的一种耗能电路，通过设置耗能模块和主动均压模块，主动均压模块中的第一均压电阻的电阻值大于耗能模块中的耗能电阻的电阻值，进而一方面第一均压电阻能够兼具部分耗能作用，另一方面通过并联第一均压电阻和耗能电阻从而可以根据电阻值的比值和第一均压电阻投退来调节耗能档位，同时并联的第一均压电阻还具有主动均压的作用。
可以理解，耗能模块和主动均压模块并联设置应当是耗能模块作为一个整体与主动均压模块并联设置，例如，在一些实时例中，耗能电路包括串联设置的耗能电阻和第一开关元件，则主动均压模块是与串联起来的耗能电阻和第一开关元件并联，其两端耦接在耗能电阻与第一开关元件相互远离的一端。
本实用新型中的耦接可以是直接电连接，也可以是间接电连接，例如A与B耦接，可以表示A与B连接在一个端点上，也可以理解为A与B通过导线媒介(例如导电线、导电元件C等)连接，本实用新型不做赘述。
图2示出了本实用新型实施例中一种耗能电路的具体电路结构，如图2所示，耗能模块包括有耗能电阻R1以及与所述耗能电阻R1串联的第一开关元件T1，第一开关元件T1可以通过通断控制耗能电阻R1的使用，在一些具体实施例中，第一开关元件T1为IGBT，其具体包括集电极、发射极以及门极，在图2中示出的实施例中，IGBT的发射极与耗能电阻R1连接，形成耗能模块。
主动均压模块还包括有第一均压电阻R2以及与所述第一均压电阻R2串联设置的第二开关元件T2，相同的，第二开关元件T2为IGBT晶体管，其具体包括集电极、发射极以及门极，在图2中示出的实施例中，IGBT晶体管的发射极与第一均压电阻R2连接，形成主动均压模块。T2与R2串联，作为主动均压支路，也可兼具耗能作用，当IGBT T1关断后，IGBT T2可作为第2支路进行均压，此支路电气应力更小，IGBT T2、R2阻值也可承担部分系统耗能作用。
在一些具体实施例中，R2与R1阻值可按2：1进行配置，当IGBT T1与IGBTT2均开通时，子模块的耗能功率为1pu，IGBTT1开通时，耗能功率为0.67pu；IGBT T2开通时，耗能功率为0.33pu；当IGBT T1与IGBTT2均关断时，耗能功率为0pu，从而使得单个子模块耗能功率可分为1pu、0.67pu、0.33pu、0四档，可根据系统送受端功率差合理选择IGBT的开关状态。
在优选实施例中，请继续结合图2，主动均压模块进一步包括第二均压电阻R3，所述第二均压电阻R3的一端与所述第一均压电阻R2远离所述第二开关元件T2的一端耦接，另一端与所述第二开关元件T2远离所述第一均压电阻R2的一端耦接。
第二均压电阻R3为静态均压电阻，当耗能系统闭锁时依靠R3维持耗能模块间均压。
此外，在优选实施例中，如图2所示，耗能电路进一步包括均压调节模块，与所述耗能模块并联设置，并且包括串联的第一均压二极管D1和第二均压二极管D2，其中所述第二均压二极管D2的两端分别耦接在所述耗能电路的输入端和输出端上。
二极管D1为实现功率的单向流动并使电容C与系统解耦，通过二极管的单向导电性实现功率的单向流动，利用二极管的反向阻断特性阻止储能电容C与系统进行功率交换，使储能电容C与柔性直流系统直流侧实现功率解耦。
请继续结合图2，在上述实施例中，耗能电路还包括有旁路开关组件，耦接在所述耗能电路的输入端和输出端上，并与第二均压二极管并联，所述旁路开关组件包括：并联在一起的开关闸刀K和晶闸管T3，所述晶闸管T3在设定电压下能够被击穿导通。T3为可击穿晶闸管，与旁路开关K并联，作为模块的最后一级保护。
为了节省制作工艺，T3可为兼具D2功能的器件，也即所述第二均压二极管与所述晶闸管集成在一个器件中。采用本方案中的T3保护，可显著避免耗能模块因单一子模块故障而因此系统跳闸的问题。
进一步的，所述耗能电路进一步包括：储能电容C，与所述耗能模块以及所述主动均压模块并联。储能电容作为功率模块的支撑电容，一方面支撑直流侧电压，在耗能投入时耗能电流会有部分流过电容，另一方面作为二次板卡取能的源。
可以理解，本实用新型中的一种耗能电路，通过设置耗能模块和主动均压模块，主动均压模块中的第一均压电阻的电阻值大于耗能模块中的耗能电阻的电阻值，进而一方面第一均压电阻能够兼具部分耗能作用，另一方面通过并联第一均压电阻和耗能电阻从而可以根据电阻值的比值来调节耗能档位，同时并联的第一均压电阻还具有主动均压的作用。
本实用新型第二方面实施例提供一种柔性直流耗能功率模块耗能功率模块，其内部布置有如上所述的耗能电路。
如图3所示，在具体使用时，在两个直流母线上串联N个耗能功率模块(SM1-SMn)，每个功率模块设置有上述的耗能电路，进而组成耗能系统，当柔性直流输电系统的受端交流侧故障后，受端交流电网接受功率会突然下降，导致送受端功率短时出现较大差距，如果系统不跳闸则引起系统直流极线电压过高，此时启动本实用新型的耗能电路，则将系统多余功率耗掉，使得直流极线电压降低，则可保持系统的稳定性和送端换流器的正常工作，避免风机由于短时交流故障而脱网。
可以理解，本实用新型提供的耗能功率模块，每个耗能功率模块设置耗能模块和主动均压模块，主动均压模块中的第一均压电阻的电阻值大于耗能模块中的耗能电阻的电阻值，进而一方面第一均压电阻能够兼具部分耗能作用，另一方面通过并联第一均压电阻和耗能电阻从而可以根据电阻值的比值来调节耗能档位，同时并联的第一均压电阻还具有主动均压的作用。
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。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围之内。

Claims (10)

1.一种耗能电路，其特征在于，包括：并联设置的耗能模块和主动均压模块，所述耗能模块包括耗能电阻，所述主动均压模块包括第一均压电阻；其中，
所述第一均压电阻的电阻值大于所述耗能电阻的电阻值。
2.根据权利要求1所述的耗能电路，其特征在于，所述耗能模块还包括：与所述耗能电阻串联的第一开关元件。
3.根据权利要求1所述的耗能电路，其特征在于，所述主动均压模块还包括与所述第一均压电阻串联的第二开关元件。
4.根据权利要求3所述的耗能电路，其特征在于，所述主动均压模块还包括：
第二均压电阻，所述第二均压电阻的一端与所述第一均压电阻远离所述第二开关元件的一端耦接，另一端与所述第二开关元件远离所述第一均压电阻的一端耦接。
5.根据权利要求1所述的耗能电路，其特征在于，所述耗能电路进一步包括：
均压调节模块，与所述耗能模块并联设置，并且包括串联的第一均压二极管和第二均压二极管，其中所述第二均压二极管的两端分别耦接在所述耗能电路的输入端和输出端上。
6.根据权利要求5所述的耗能电路，其特征在于，所述耗能电路进一步包括：
旁路开关组件，耦接在所述耗能电路的输入端和输出端上，并与第二均压二极管并联，所述旁路开关组件包括：并联在一起的开关闸刀和晶闸管，所述晶闸管在设定电压下能够被击穿导通。
7.根据权利要求6所述的耗能电路，其特征在于，所述第二均压二极管与所述晶闸管集成在一个电子器件中。
8.根据权利要求1所述的耗能电路，其特征在于，所述耗能电路进一步包括：
储能电容，与所述耗能模块以及所述主动均压模块并联。
9.根据权利要求3所述的耗能电路，其特征在于，所述第一均压电阻与所述耗能电阻的电阻值之比大于2：1。
10.一种耗能功率模块，其特征在于，其上布置有如权利要求1-9任一项所述的耗能电路。
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