一种直串模块式耗能装置的控制方法制造方法及图纸

本申请提供一种直串模块式耗能装置的控制方法。所述直串模块式耗能装置并联连接在直流线路之间，包括串联的M个直串模块与耗能电阻；直串模块包括第一功率半导体器件和电压钳位单元；电压钳位单元包括储能单元和放电单元，储能单元与第一功率半导体器件并联；放电单元包括串联的第二功率半导体与均衡电阻；控制方法包括：直流线路电压正常时，控制装置处于待机模式，部分第二功率半导体器件开通或关断，或部分第一功率半导体器件和第二功率半导体器件同时开通或关断，以调节直串模块的电容电压；直流线路电压达到启动阈值时，控制装置处于耗能模式，启动装置，控制耗能电阻的投入和退出，调节直流线路电压。

【技术实现步骤摘要】
一种直串模块式耗能装置的控制方法
本申请涉及电力电子
，具体涉及一种直串模块式耗能装置的控制方法。
技术介绍
国内外对于新能源并网低电压穿越能力都有明确的规范要求。对于采用高压柔性直流输电技术并网的新能源系统，如图1所示，诸如发电端为与风电类似的惯性电源，当受电端发生故障导致交流电网电压跌落时，由于送端换流器为功率控制，有功功率无法送出或者只能部分送出至交流电网，富余有功功率造成直流输电线路的电压升高，危害柔性直流换流阀等设备的安全。通常在直流线路增加直流耗能装置，消耗过剩的能量，限制直流线路电压。现有技术中，采用功率半导体器件直接串联应用于直流耗能装置。当直流电压过高时，通过电力电子器件的控制，投入电阻，电阻的投入将使直流电压下降，当电阻的耗能速度超过直流侧累积能量的速度，直流电压就会下降，此时，再去关断电阻放电回路，直流电压再上升，反复的开通和关断电阻支路，形成滞环控制的效果。该方法主要存在的问题在于：在关断电阻放电回路时，由于多个功率半导体开关器件同时关断很难保证一致性，一旦关断不同步，就会有导通慢的器件或关断快的器件承受过电压而损坏。如何在关断不同步的情况下确保模块直流电压的均衡，现有技术中缺乏有效的控制方法，使得实际应用中存在诸多问题，不利于工程化实现。
技术实现思路
本申请实施例提供一种直串模块式耗能装置控制方法，所述直串模块式耗能装置并联连接在直流线路之间，包括串联连接的M个直串模块与耗能电阻，M为大于等于2的整数；所述直串模块包括第一功率半导体器件以及电压钳位单元；所述电压钳位单元包括储能单元和放电单元，所述储能单元与第一功率半导体器件并联，所述储能单元包括串联连接的电容和第三功率半导体器件；所述放电单元并联在所述电容或所述第三功率半导体器件两端，所述放电单元包括串联连接的第二功率半导体与均衡电阻；所述装置的工作模式包括待机模式和耗能模式，所述控制方法包括：直流线路电压正常时，控制所述装置处于待机模式，部分直串模块的第二功率半导体器件开通或关断，或者部分直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件同时开通或关断，以调节直串模块的电容电压；直流线路电压达到启动阈值时，控制所述装置处于耗能模式，启动所述装置，控制所述耗能电阻的投入和退出，调节直流线路电压。根据一些实施例，在所述装置处于待机模式时，所述装置中部分直串模块的第二功率半导体器件开通或关断，或者控制所述装置中部分直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件同时开通或关断，以调节直串模块的电容电压，包括：重复以下步骤，以保持所有直串模块的电容电压稳定在所述电容电压第一阈值和所述电容电压第二阈值之间：当所述直串模块的电容电压大于电容电压第一阈值时，导通所述直串模块的第二功率半导体器件，或同时开通所述直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，直串模块电容电压开始下降；当所述直串模块的电容电压小于电容电压第二阈值时，关断所述直串模块的第二功率半导体器件，或同时关断所述直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件。根据一些实施例，所述待机模式时，所述第一功率半导体器件处于关断状态的直串模块的的数量小于等于M。根据一些实施例，所述耗能模式包括离线耗能模式和在线耗能模式，在所述离线耗能模式中，所述第二功率半导体器件保持关断状态；在所述线耗能模式中，所述第二功率半导体器件根据直串模块的电容电压开通和关断。根据一些实施例，在所述装置处于所述离线耗能模式时，所述启动所述装置，控制耗能电阻的投入和退出，包括：所述直流线路电压达到启动阈值时，启动所述装置，所有的所述直串模块的第一功率半导体器件全部开通；所述直流线路电压达到线路电压第一阈值时，退出所述装置，所有的所述直串模块的第一功率半导体器件全部关断；所述直流线路电压达到线路电压第二阈值时，启动所述装置，所有的所述直串模块的第一功率半导体器件全部开通；直至所述装置工作的持续时间达到要求的耗能时间或外部故障消除、所述直流线路电压恢复到正常范围，所述装置进入待机模式。根据一些实施例，所述在线耗能模式包括滞环控制模式和双闭环控制模式，在所述滞环控制模式中，通过控制第一功率半导体器件的开通、关断，将直流线路电压控制在线路电压第一阈值与线路电压第二阈值之间，通过控制第二功率半导体器件的开通、关断，将电容电压控制在电容电压第一阈值与电容电压第二阈值之间；在所述双闭环控制模式中，通过直流线路电压闭环控制第一功率半导体器件的开通、关断，将直流线路电压控制在线路电压目标值，通过模块电容电压闭环控制第二功率半导体器件的开通、关断，将直流电容电压控制在电容电压目标值。根据一些实施例，在所述装置处于所述滞环控制模式时，所述启动所述装置，控制耗能电阻的投入和退出，包括：所述直流线路电压达到启动阈值时，启动所述装置，所有所述直串模块的第一功率半导体器件同时开通或依次开通；所述直流线路电压达到线路电压第一阈值时，退出所述装置，所有所述直串模块的第一功率半导体器件同时关断或依次关断；所述直流线路电压达到线路电压第二阈值时，启动所述装置，所有所述直串模块的第一功率半导体器件同时开通或依次开通，计算各个直串模块中第二功率半导体器件的开通时间，并依据所述开通时间进行开通；直至所述装置工作的持续时间达到要求的耗能时间或外部故障消除、直流线路电压恢复到正常范围，所述装置进入待机模式。根据一些实施例，所述第二功率半导体器件的开通时间t的计算公式如下：t＝RC·ln(V0/Vt)其中，R为均衡电阻阻值，C为电容容值，V0为电容初始电压，Vt为电容电压目标值。根据一些实施例，在所述装置处于所述双闭环控制模式时，所述启动所述装置，控制耗能电阻的投入和退出，调节直流线路电压，包括：所述直流线路电压达到启动阈值时，启动所述装置；将线路电压目标值与线路电压反馈值的误差信号送入PI调节器，根据调节器输出值控制各个所述第一功率半导体器件的开通、关断；将电容电压目标值与电容电压反馈值的误差信号送入PI调节器，根据调节器输出值控制各个所述第二功率半导体器件的开通、关断；直至所述装置工作的持续时间达到要求的耗能时间或外部故障消除、直流线路电压恢复到正常范围，所述装置进入待机模式。根据一些实施例，当超过一个所述第一功率半导体器件同时执行开通或关断时，所述第一功率半导体器件依次开通或依次关断。根据一些实施例，所述依次开通包括：对各个直串模块的电容电压进行排序，依次选择所述电容电压最高的N个直串模块对应的第一功率半导体进行开通，N为大于1小于M的整数；所述依次关断包括：按各个直串模块的电容电压进行排序，依次选择所述电容电压最低的N个直串模块电容对应的第一功率半导体进行关断，N为大于1小于M的整数。本申请实施例提供的技术方案，待机模式下，轮流开通一部分直串模块，在直流线路电压正常范围时，确保子模块电压均衡，同时，利用电容的钳位作用，稳定直流线路电压；耗能模式下，提出离线耗能模式和在线耗能模式，在线耗能模式又包括滞环控制和双闭环控制两种方式，在耗能时，分别对耗能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直串模块式耗能装置的控制方法，所述直串模块式耗能装置并联连接在直流线路之间，包括串联连接的M个直串模块与耗能电阻，M为大于等于2的整数；所述直串模块包括第一功率半导体器件以及电压钳位单元；所述电压钳位单元包括储能单元和放电单元，所述储能单元与第一功率半导体器件并联，所述储能单元包括串联连接的电容和第三功率半导体器件；所述放电单元并联在所述电容或所述第三功率半导体器件两端，所述放电单元包括串联连接的第二功率半导体与均衡电阻；所述装置的工作模式包括待机模式和耗能模式，所述控制方法包括：/n直流线路电压正常时，控制所述装置处于待机模式，部分直串模块的第二功率半导体器件开通或关断，或者部分直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件同时开通或关断，以调节直串模块的电容电压；/n直流线路电压达到启动阈值时，控制所述装置处于耗能模式，启动所述装置，控制所述耗能电阻的投入和退出，调节直流线路电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种直串模块式耗能装置的控制方法，所述直串模块式耗能装置并联连接在直流线路之间，包括串联连接的M个直串模块与耗能电阻，M为大于等于2的整数；所述直串模块包括第一功率半导体器件以及电压钳位单元；所述电压钳位单元包括储能单元和放电单元，所述储能单元与第一功率半导体器件并联，所述储能单元包括串联连接的电容和第三功率半导体器件；所述放电单元并联在所述电容或所述第三功率半导体器件两端，所述放电单元包括串联连接的第二功率半导体与均衡电阻；所述装置的工作模式包括待机模式和耗能模式，所述控制方法包括：
直流线路电压正常时，控制所述装置处于待机模式，部分直串模块的第二功率半导体器件开通或关断，或者部分直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件同时开通或关断，以调节直串模块的电容电压；
直流线路电压达到启动阈值时，控制所述装置处于耗能模式，启动所述装置，控制所述耗能电阻的投入和退出，调节直流线路电压。


2.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述装置处于待机模式时，所述装置中部分直串模块的第二功率半导体器件开通或关断，或者控制所述装置中部分直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件同时开通或关断，以调节直串模块的电容电压，包括：
重复以下步骤，以保持所有直串模块的电容电压稳定在所述电容电压第一阈值和所述电容电压第二阈值之间：
当所述直串模块的电容电压大于电容电压第一阈值时，导通所述直串模块的第二功率半导体器件，或同时开通所述直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，直串模块电容电压开始下降；
当所述直串模块的电容电压小于电容电压第二阈值时，关断所述直串模块的第二功率半导体器件，或同时关断所述直串模块的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件。


3.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述待机模式时，所述第一功率半导体器件处于关断状态的直串模块的数量小于等于M。


4.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述耗能模式包括：
离线耗能模式，所述第二功率半导体器件保持关断状态；
在线耗能模式，所述第二功率半导体器件根据直串模块的电容电压开通和关断。


5.如权利要求4所述的控制方法，其中，在所述装置处于所述离线耗能模式时，所述启动所述装置，控制耗能电阻的投入和退出，调节直流线路电压，包括：
所述直流线路电压达到启动阈值时，启动所述装置，所有的所述直串模块的第一功率半导体器件全部开通；
所述直流线路电压达到线路电压第一阈值时，退出所述装置，所有的所述直串模块的第一功率半导体器件全部关断；
所述直流线路电压达到线路电压第二阈值时，启动所述装置，所有的所述直串模块的第一功率半导体器件全部开通；
直至所述装置工作的持续时间达到要求的耗能时间或外部故障消除、所述直流线路电压恢复到正常范围，所述装置进入待机模式。


6.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晔源，姚宏洋，田杰，王宇，李钊，袁庆伟，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32