一种模块式分布电阻耗能装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模块式分布电阻耗能装置，包括基于电容后置解耦电路耗能子模块，所述基于电容后置解耦电路耗能子模块包括：开关、第一开关器件、第二开关器件、第二电子开关、直流电容、耗能电阻和解耦电路。本发明专利技术提出的基于电容后置解耦电路的模块式分布电阻耗能装置可根据当前所需耗能功率的设定值，通过对解耦电路占空比的控制，使耗能装置的耗能功率控制能够实现平滑性而不会产生追踪误差。因此，通过本发明专利技术，分布式电阻耗能装置不仅具有高度的模块化，同时可以使耗能功率达到平滑调节的效果，避免耗能功率不连续调节所带来的不良后果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种模块式分布电阻耗能装置及其控制方法


[0001]本专利技术属于直流耗能装置
，特别涉及一种基于电容后置解耦电路的模块式分布电阻耗能装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]当前，随着化石能源的逐渐枯竭和人们对生态环境保护的日益重视，作为可再生能源与清洁能源代表的风能，尤其是海上风能的开发利用逐渐受到了更多的关注。在海上风电的送出方式的选择中，交流电缆由于存在电容充电电流问题限制了输送距离，因此现有的远海风电长距离输送工程中均采用了直流输送的方式。在远海风电的直流送出系统中，如何有效地实现受端电网故障时整个系统的故障穿越(Fault
‑
Ride
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Through，FRT)始终是重要的工程技术问题，而直流耗能装置则是实现海上风电直流送出系统FRT的重要物理装置。
[0003]目前已经提出的直流耗能装置根据主电路结构的不同主要可以分为三类：开关器件串联阀耗能电路、模块化分布电阻耗能电路以及模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，以下简称MMC)型集中电阻耗能电路。
[0004]然而，开关器件串联阀耗能电路中需要使用大量的开关器件(例如IGBT器件)串联，开关器件的动态均压在实际应用是一个很大的挑战，实现难度非常大：1、由于采用的是两电平斩波方式，功率调节平滑度也较差，并影响故障穿越性能；2、由于在耗能电阻上施加的是高压两电平脉冲，导致装置的dv/dt和di/dt值非常高。MMC集中电阻耗能电路虽然避免了大量开关的集中串联，但链式全桥的使用过大增加了耗能装置的成本，不利于系统建设的经济性。鉴于此，模块化分布电阻耗能电路便成了实际工程应用中耗能装置的首选方案，且ABB公司已将其在欧洲北海的风电场中进行了应用。
[0005]但是，在传统的模块化分布电阻耗能电路中，由于子模块中不存在主动对电容电压进行调节的电路，因此耗能装置的耗能功率控制是不连续的，只能以阶梯的形式进行耗能功率的控制。也就是说，传统的模块化分布电阻耗能电路的输出功率连续性取决于耗能子模块的个数，子模块越多，功率调节越平滑，否则会出现功率跟踪误差，影响海上风电直流送出系统FRT的整体控制效果。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提出了一种基于电容后置解耦电路的模块式分布电阻耗能装置，以期改善分布式电阻耗能装置的功率调节平滑性。
[0007]本专利技术的模块式分布电阻耗能装置，包括基于电容后置解耦电路耗能子模块，所述基于电容后置解耦电路耗能子模块包括：开关、第一开关器件、第二开关器件、第二电子开关、直流电容、耗能电阻和解耦电路，
[0008]其中，
[0009]所述解耦电路具有三个连接端：第一连接端、第二连接端和第三连接端；
[0010]所述开关的第一电极连接所述第一开关器件的第二电极和所述第二开关器件的第一电极；
[0011]所述开关的第二电极连接所述第一开关器件的第一电极、所述直流电容的第二电极、所述解耦电路的第三连接端和所述耗能电阻的第二电极；
[0012]所述第二开关器件的第二电极连接所述解耦电路的第一连接端和所述直流电容的第一电极；
[0013]所述解耦电路的第二连接端与所述第二电子开关的第一电极连接；
[0014]所述第二电子开关的第二电极和所述耗能电阻的第一正极连接。
[0015]进一步，
[0016]所述解耦电路包括第一电子开关、降压电感和第三开关器件，
[0017]其中，
[0018]所述第一电子开关的第二电极连接所述第三开关器件的第二电极和所述降压电感的一端。
[0019]进一步，
[0020]所述第一电子开关的第一电极为所述解耦电路的第一连接端；
[0021]所述降压电感的另一端为所述解耦电路的第二连接端；
[0022]所述第三开关器件的第一电极为所述解耦电路的第三连接端。
[0023]进一步，
[0024]所述第一电子开关为单向电力电子开关；
[0025]所述第三开关器件为二极管，所述第三开关器件的第一电极为阳极，所述第三开关器件的第二电极为阴极。
[0026]进一步，
[0027]所述开关的第一电极构成所述基于电容后置解耦电路耗能子模块的第一端子；
[0028]所述开关的第二电极构成所述基于电容后置解耦电路耗能子模块的第二端子。
[0029]进一步，
[0030]所述开关为机械开关，所述开关的第一电极为正极，所述开关的第二电极为负极；
[0031]所述第一开关器件为二极管，所述第一开关器件的第一电极为阳极，所述第一开关器件的第二电极为阴极；
[0032]所述第二开关器件为二极管，所述第二开关器件的第一电极为阳极，所述第二开关器件的第二电极为阴极；
[0033]所述第二电子开关为单向电力电子开关；
[0034]所述耗能电阻为直流耗能电阻。
[0035]进一步，
[0036]所述第一电子开关和/或第二电子开关均为下列器件之一：金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管或集成门极换流晶闸管，
[0037]所述第一电子开关和/或第二电子开关为金属氧化物半导体场效应晶体管时，第一电极为源极，第二电极为漏极；
[0038]所述第一电子开关和/或第二电子开关为绝缘栅双极晶体管时，第一电极为集电极，第二电极为发射极；
[0039]所述第一电子开关和/或第二电子开关为集成门极换流晶闸管时，第一电极为阳极，第二电极为阴极。
[0040]本专利技术还提供一种模块式分布电阻耗能装置控制方法，所述控制方法用于控制上述的模块式分布电阻耗能装置，包括步骤：
[0041]根据解耦电路的占空比D确定第一电子开关的第一触发脉冲。
[0042]进一步，
[0043]所述解耦电路的占空比D满足
[0044][0045]其中，
[0046]N
总
为模块式分布电阻耗能装置中的耗能子模块总数，为大于1的整数；
[0047]V
DC
为海上风电直流送出系统正负极线的直流电压值；
[0048]P
in_G
为海上风电直流送出系统网侧换流站的直流侧输入功率；
[0049]P
out_G
为所述海上风电直流送出系统网侧换流站的交流侧输出功率；
[0050]R为耗能电阻的电阻值；
[0051]Floor[]为向下取整函数。
[0052]进一步，
[0053]还包括步骤：通过电容电压均压环节确定第二电子开关的第二触发脉冲。
[0054]本专利技术的模块式分布电阻耗能装置基于电容后置解耦电路的降压作用，可对耗能子模块中直流耗能电阻两端的直流电压进行连续调节，从而实现整个模块式分布电阻耗能装置输出功率的连续变化。
[0055]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块式分布电阻耗能装置，其特征在于，包括基于电容后置解耦电路耗能子模块，所述基于电容后置解耦电路耗能子模块包括：开关、第一开关器件、第二开关器件、第二电子开关、直流电容、耗能电阻和解耦电路，其中，所述解耦电路具有三个连接端：第一连接端、第二连接端和第三连接端；所述开关的第一电极连接所述第一开关器件的第二电极和所述第二开关器件的第一电极；所述开关的第二电极连接所述第一开关器件的第一电极、所述直流电容的第二电极、所述解耦电路的第三连接端和所述耗能电阻的第二电极；所述第二开关器件的第二电极连接所述解耦电路的第一连接端和所述直流电容的第一电极；所述解耦电路的第二连接端与所述第二电子开关的第一电极连接；所述第二电子开关的第二电极和所述耗能电阻的第一正极连接。2.根据权利要求1所述的模块式分布电阻耗能装置，其特征在于，所述解耦电路包括第一电子开关、降压电感和第三开关器件，其中，所述第一电子开关的第二电极连接所述第三开关器件的第二电极和所述降压电感的一端。3.根据权利要求2所述的模块式分布电阻耗能装置，其特征在于，所述第一电子开关的第一电极为所述解耦电路的第一连接端；所述降压电感的另一端为所述解耦电路的第二连接端；所述第三开关器件的第一电极为所述解耦电路的第三连接端。4.根据权利要求3所述的模块式分布电阻耗能装置，其特征在于，所述第一电子开关为单向电力电子开关；所述第三开关器件为二极管，所述第三开关器件的第一电极为阳极，所述第三开关器件的第二电极为阴极。5.根据权利要求4所述的模块式分布电阻耗能装置，其特征在于，所述开关的第一电极构成所述基于电容后置解耦电路耗能子模块的第一端子；所述开关的第二电极构成所述基于电容后置解耦电路耗能子模块的第二端子。6.根据权利要求2
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5任一所述的模块式分布电阻耗能装置，其特征在于，所述开关为机械开关，所述开关的第一电极为正极，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怡静，黄伟煌，彭发喜，赵晓斌，李岩，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：