CN219372031U - 一种柔性直流配网工程耗能电路及电路拓扑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种柔性直流配网工程耗能电路及柔性直流配网工程电路拓扑；其中，耗能电路用于接入柔性交直流混合配电系统的正极输出端与负极输出端之间，包括机械开关、电子开关模块以及耗能装置；其中，所述机械开关的一端接入所述正极输出端；所述电子开关模块的正极接入所述正极输出端；所述机械开关的另一端与所述电子开关模块的负极并联后与所述耗能装置的一端连接；所述耗能装置的另一端与所述负极输出端连接；该柔性直流配网工程耗能电路可以降低设计成本。本实用新型可广泛应用于电子电路技术领域内。

Description

一种柔性直流配网工程耗能电路及电路拓扑

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其是一种柔性直流配网工程耗能电路及电路拓扑。

背景技术

成套耗能装置是目前最具推广前景的解决再生能源接入交流电网的柔性直流输电系统和以及交直流混合配电系统受端故障穿越影响的手段之一，其由一次拓扑及控制系统组成，耗能一次拓扑接入直流系统，通过耗能控制系统控制开关器件通断，实现耗能电阻投切，消耗冗余的直流系统功率，以维持交流系统故障期间直流系统正常运行。

现有直流耗能装置电路拓扑主要可以分为电力电子阀组投切电阻式卸荷电路和复合型能量耗散装置，各类型卸荷电路均存在一定的缺陷。电力电子阀组电路的拓扑对于内部集成电阻和水冷系统的功率要求很高，而且子模块体积大且成本高；复合能量耗散装置采用强制换流开断方式，其结构复杂，且主导电回路仍然带有电力电子器件，需要配备冷却装置。相关技术仍存在需要解决的问题，因此，亟需一种新的柔性直流配网工程耗能电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少一定程度上解决相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型实施例的一个目的在于提供一种柔性直流配网工程耗能电路及柔性直流配网工程拓扑，该柔性直流配网工程耗能电路可以降低设计成本。

为了达到上述技术目的，本实用新型实施例所采取的技术方案包括：

一种柔性直流配网工程耗能电路，用于接入柔性交直流混合配电系统的正极输出端与负极输出端之间，包括机械开关、电子开关模块以及耗能装置；其中，所述机械开关的一端接入所述正极输出端；所述电子开关模块的正极接入所述正极输出端；所述机械开关的另一端与所述电子开关模块的负极并联后与所述耗能装置的一端连接；所述耗能装置的另一端与所述负极输出端连接。

另外，根据本实用新型上述实施例的一种柔性直流配网工程耗能电路，还可以有以下附加的技术特征：

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述电子开关模块包括一个子电子开关或者多个相互串联的子电子开关。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述子电子开关包括可控半导体器件、续流二极管、均压器件、吸收电阻以及吸收电容；所述吸收电容的一端与所述吸收电阻的一端串联，所述吸收电容的另一端与所述可控半导体器件的正极连接；所述吸收电阻的另一端与所述可控半导体器件的负极连接；所述续流二极管的正极与所述可控半导体器件的负极连接；所述续流二极管的负极与所述可控半导体器件的正极连接；所述均压器件与所述可控半导体器件并联；所述可控半导体器件的正极作为所述电子开关模块的正极，所述可控半导体器件的负极作为所述电子开关模块的负极。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述均压器件包括电阻或者避雷器。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述可控半导体器件包括IGCT、IGBT或者IEGT。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述均压器件的数量包括一个或者多个。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述耗能装置包括阻性负载。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述机械开关包括电磁开关或者是刀闸开关。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述耗能装置的数量包括一个或者多个。

此外，本实用新型实施例还提供一种柔性直流配网工程电路拓扑，所述柔性直流配网工程电路拓扑包括至少一个上述任一项实施例所述的一种柔性直流配网工程耗能电路。

本实用新型的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到：

本实用新型实施例中的柔性直流配网工程耗能电路仅通过机械开关、电子开关模块以及耗能装置便可以在故障穿越过程中实现柔性直流配网工程电路的快速稳压的功能、可以保护与耗能电路并联的负载电路，本实用新型可以简化电路结构、降低设计成本。

附图说明

图1为本实用新型中一种柔性直流配网工程耗能电路的结构示意图；

图2为本实用新型中一种柔性直流配网工程耗能电路应用场景的拓扑的结构示意图；

图3为本实用新型中一种柔性直流配网工程耗能电路中子电子开关的结构示意图；

图4为本实用新型中另一种柔性直流配网工程耗能电路的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“距离”、“上”、“下”、“左”、“右”“前”、“后”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图2，本申请实施例中提供一种柔性直流配网工程耗能电路，可以接入柔性直流配网工程的电压源换流器的正极输出端与负极输出端，并且可以与负载电路并联；耗能电路的具体结构可以参照图1，耗能电路可以包括：机械开关1、电子开关模块2以及耗能装置3；其中，机械开关1的一端可以接入正极输出端；电子开关模块2的正极可以接入正极输出端；机械开关1的另一端可以与电子开关模块2的负极并联后与耗能装置3的一端连接；耗能装置3的另一端可以与负极输出端连接。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，电子开关模块可以包括一个子电子开关或者多个相互串联的子电子开关；在本实施例中，子电子开关的数量可以是一个或者多个，当电子开关模块需要多个子电子开关时，多个子电子开关的连接方式为相互串联。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，参照图3，子电子开关可以包括可控半导体器件T、续流二极管D、均压器件R1、吸收电阻R2以及吸收电容C；其中，吸收电容C的一端可以与吸收电阻R2的一端串联，吸收电容C的另一端可以与可控半导体器件T的正极连接；吸收电阻R2的另一端可以与可控半导体器件T的负极连接；续流二极管D的正极可以与可控半导体器件T的负极连接；续流二极管D的负极可以与可控半导体器件T的正极连接；均压器件R1可以与可控半导体器件T并联；可控半导体器件T的正极可以作为电子开关模块的正极，可控半导体器件T的负极可以作为电子开关模块的负极。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，均压器件可以包括电阻或者避雷器。其中电阻可以是线性电阻或者非线性电阻，避雷器可以是压敏电阻还可以是其他的具有电阻同等功能的单独器件（如电灯）或者是其他的组合器件。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，可控半导体器件可以包括IGCT、IGBT或者IEGT。IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)是耐压达4KV以上的IGBT系列电力电子器件，通过采取增强注入的结构实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取得了飞跃性的发展。 IEGT具有作为MOS系列电力电子器件的潜在发展前景，具有低损耗、高速动作、高耐压、有源栅驱动智能化等特点，以及采用沟槽结构和多芯片并联而自均流的特性，使其在进一步扩大电流容量方面颇具潜力；集成栅极换流晶闸管IGCT(Intergrated GateCommutated Thyristors)是1996年问世的用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。IGCT是一种基于GTO结构、利用集成栅极结构进行栅极硬驱动、采用缓冲层结构及阳极透明发射极技术的新型大功率半导体开关器件，具有晶闸管的通态特性及晶体管的开关特性。由于采用了缓冲结构以及浅层发射极技术，因而使动态损耗降低了约50％，另外，此类器件还在一个芯片上集成了具有良好动态特性的续流二极管，从而可以其独特的方式实现了晶闸管的低通态压降、高阻断电压和晶体管稳定的开关特性有机结合。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由（Bipolar JunctionTransistor，BJT）双极型三极管和绝缘栅型场效应管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor, MOSFET）金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管（Giant Transistor，GTR）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。具体的器件类型可以根据具体设计进行选择。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，均压器件的数量可以包括一个或者多个。在本实施例中，可以根据具体需求设置一个或者多个的均压器件，具体的数量可以根据电路的电压需求确定。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，耗能装置可以包括阻性负载。在本申请中，阻性负载可以包括各个类型的电阻，也可以是通过电阻丝发光的电灯或者是通过电阻丝进行发热的电炉或者是其他具有一定电阻的器件。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，机械开关可以包括电磁开关或者刀闸开关。在本申请中，机械开关可以采用电磁斥力机构，配高弧压型灭弧室，关合时间短，开断能力强，与电子开关模块配合可实现自然换流开断直流电流。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，耗能装置的数量可以包括一个或者多个。在本实施例中，可以根据具体需求设置一个或者多个的耗能装置，具体的数量可以根据电路的电压需求确定。

下面对本实用新型的柔性直流配网工程耗能电路的使用原理进行说明：

参照图4，在本实施例中，耗能装置为电阻R，电子开关模块为两个子电子开关组成，符号为TS，正极输出端M+，负极输出端为M-。

当检测到直流线路电压超过预设的定值上限Umax，电子开关模块TS导通，耗能电阻R进行能量消耗，保持一定时间后可以将直流线路的电压降至符合的数值。

当检测到直流线路电压持续下降到低于预设电压定值下限Umin时，电子开关模块TS关断，耗能电阻R不工作；当检测到直流线路电压仍然高于超过预设的定值Umax，机械开关FS合闸，保持耗能电阻R进行能量消耗。

当检测到直流线路电压下降到低于电压定值Umin时，快速机械开关FS分闸，电流转移到电子开关模块TS支路；电子开关模块TS关断，耗能电阻不工作。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1.主通流回路只有机械开关，不含电力电子器件，也无需水冷却或风冷系统，简化电路结构。

2.每个电力电子开关模块采用一个IGCT、IGBT或者IEGT器件，比传统半桥模块或H桥模块的器件数量更少、成本低。

3.由于快速机械开关采用特殊设计的高弧压灭弧室结构，可实现自然换流开断直流电流，比现有混合式断路器结构简单、成本低。

此外，本申请还提供一种柔性直流配网工程电路拓扑，包括至少一个上述任一项实施例所述的一种柔性直流配网工程耗能电路。

需要说明的是，上述的柔性直流配网工程耗能电路实施例中的内容均适用于本柔性直流配网工程电路拓扑实施例中，本柔性直流配网工程电路拓扑实施例所具体实现的功能与上述的柔性直流配网工程耗能电路实施例相同，并且达到的有益效果与上述的柔性直流配网工程耗能电路实施例所达到的有益效果也相同。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“切换”应做广义理解，例如，可以是变换，也可以是转换；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语的描述意指结合实施方式或示例描述的具体结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，用于接入柔性直流配网工程拓扑的电压源换流器的正极输出端以及负极输出端，与直流负载并联，包括机械开关、电子开关模块以及耗能装置；

其中，所述机械开关的一端接入所述正极输出端；所述电子开关模块的正极接入所述正极输出端；所述机械开关的另一端与所述电子开关模块的负极并联后与所述耗能装置的一端连接；所述耗能装置的另一端与所述负极输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述电子开关模块包括一个子电子开关或者多个相互串联的子电子开关。

3.根据权利要求2所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述子电子开关包括可控半导体器件、续流二极管、均压器件、吸收电阻以及吸收电容；所述吸收电容的一端与所述吸收电阻的一端串联，所述吸收电容的另一端与所述可控半导体器件的正极连接；所述吸收电阻的另一端与所述可控半导体器件的负极连接；所述续流二极管的正极与所述可控半导体器件的负极连接；所述续流二极管的负极与所述可控半导体器件的正极连接；所述均压器件与所述可控半导体器件并联；所述可控半导体器件的正极作为所述电子开关模块的正极，所述可控半导体器件的负极作为所述电子开关模块的负极。

4.根据权利要求3所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述均压器件包括电阻或者避雷器。

5.根据权利要求3所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述可控半导体器件包括IGCT、IGBT或者IEGT。

6.根据权利要求3所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述均压器件的数量包括一个或者多个。

7.根据权利要求1所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述耗能装置包括阻性负载。

8.根据权利要求1所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述机械开关包括电磁开关或者是刀闸开关。

9.根据权利要求1所述的一种柔性直流配网工程耗能电路，其特征在于，所述耗能装置的数量包括一个或者多个。

10.一种柔性直流配网工程电路拓扑，其特征在于，包括至少一个上述权利要求1-9任一项所述的一种柔性直流配网工程耗能电路。