一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置，通过设置与功率模块相连的稳压单元，当黑模块故障发生时，电容电压值超过稳压单元的击穿电压阈值时稳压单元击穿，依次控制功率模块的两个IGBT导通，从而实现将该黑模块泄压旁路。本发明专利技术提供的技术方案，通过稳压单元击穿实现功率模块的旁路控制，不需配置额外的旁路装置，不增加设备体积和成本，解决了黑模块的旁路难题，提高了直流输电系统运行的可靠性。行的可靠性。行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电
，尤其涉及一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置。

技术介绍

[0002]远海风电采用柔性直流输电送出系统技术时，在直流侧会配置直流能量耗散阀，用于吸收系统受端故障产生的盈余功率实现故障穿越，保障系统和设备的安全。基于远海风电柔直送出系统特殊应用环境，对比陆上直流工程，设备的运行经济性、设备成本和体积、可靠性和检修维护周期提出了更高要求，如何处理运行中产生的黑模块问题，成为了提升直流能量耗散阀可靠性的限制因素。
[0003]故障模块的切除一般由端口外置的旁路开关、晶闸管或其他旁路装置完成，其弊端是要求其驱动回路和电源系统完好，且增加了功率模块体积和成本，这与远海风电柔性直流输电送出系统要求设备紧凑化、轻型化和经济性的理念相悖。黑模块是指旁路开关拒动且控制系统无法判断其工作状态的模块。现有技术中，由于功率模块的电源故障、光纤故障、旁路开关本体故障或控制板卡故障等原因，导致黑模块的产生无法避免，采用端口外置旁路装置的技术方案对黑模块故障几乎不起作用。
[0004]尽管发生黑模块的概率很低，但是如果不采取闭锁停运措施，就会存在电容过压，甚至爆炸着火的风险，严重危害系统运行安全。因此，为确保直流能量耗散阀在出现黑模块问题后能够继续保持运行，亟需一种经济可靠的黑模块故障保护策略。

技术实现思路

[0005]基于现有技术的上述情况，本专利技术的目的在于提供一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置，通过设置与功率模块相连的稳压单元，当黑模块故障发生时利用稳压单元实现故障黑模块的泄压旁路，不需配置额外的旁路装置，不增加设备体积和成本，不依赖控制系统电源，解决了黑模块的旁路难题，提高了系统运行可靠性。
[0006]为达到上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法，所述直流能量耗散阀包括串联连接在直流母线上的电抗器、电阻和至少两个功率模块；每个所述功率模块包括串联连接的第一IGBT和第二IGBT，分别与第一IGBT和第二IGBT反并联的二极管、以及与串联IGBT并联的电容；该方法包括步骤：
[0007]S1、当有黑模块故障发生时，判断该黑模块的电容电压U
c
是否大于电容最大电压阈值U
cmax
；若是则进行停机操作；若否则执行下一步骤；
[0008]S2、根据该黑模块的电容电压U
c
是否大于击穿电压阈值，依次控制第一IGBT和第二IGBT导通，以将该黑模块泄压旁路；
[0009]S3、判断该黑模块是否可靠旁路，若是，则结束；若否，则返回步骤S1。
[0010]进一步的，所述功率模块还包括第一稳压单元和第二稳压单元；
[0011]所述第一稳压单元和第二稳压单元的输出分别连接所述第一IGBT和第二IGBT的
C、G端。
[0012]进一步的，所述黑模块故障包括功率模块中的旁路开关拒动且无法判断其工作状态。
[0013]进一步的，所述电容电压U
c
根据以下公式计算：
[0014][0015]其中，U
dc
为直流母线电压，i
r
为直流能量耗散阀回路上的电流，R0为电阻阻值，u
SMi
为除黑模块外其余功率模块的电压，n为功率模块的数量。
[0016]进一步的，所述根据该黑模块的电容电压U
c
是否大于击穿电压阈值，依次控制第一IGBT和第二IGBT导通包括：
[0017]当U
c
＞U
T2
时，第二稳压单元击穿，使得所述第二IGBT导通，并将电容电压施加于第一IGBT两端，U
c
＞U
T1
，第一稳压单元击穿，使得所述第一IGBT导通；
[0018]其中，U
T1
为第一稳压单元的击穿电压阈值，U
T2
为第二稳压单元的击穿电压阈值。
[0019]进一步的，所述U
T1
和U
T2
的取值满足以下条件：
[0020]U
v
＜U
T1
＜U
T2
＜U
cmax
[0021]其中，U
v
为功率模块的工作电压阈值，U
cmax
为电容最大电压阈值。
[0022]进一步的，所述判断该黑模块是否可靠旁路包括：
[0023]在预设检测时间内，判断电容电压U
c
是否满足以下条件：
[0024][0025]若满足，则判断该黑模块可靠旁路。
[0026]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种直流能量耗散阀黑模块故障保护装置，包括直流能量耗散阀和黑模块故障保护模块；
[0027]所述直流能量耗散阀包括串联连接在直流母线上的电抗器、电阻和至少两个功率模块；
[0028]所述黑模块故障保护模块连接各功率模块，当功率模块发生黑模块故障时，对其进行保护处理。
[0029]进一步的，每个所述功率模块包括串联连接的第一IGBT和第二IGBT，分别与第一IGBT和第二IGBT反并联的二极管、以及与串联IGBT并联的电容。
[0030]进一步的，所述黑模块故障保护模块用于：
[0031]S1、当有黑模块故障发生时，判断该黑模块的电容电压U
c
是否大于电容最大电压阈值U
cmax
；若是则进行停机操作；若否则执行下一步骤；
[0032]S2、根据该黑模块的电容电压U
c
是否大于击穿电压阈值，依次控制第一IGBT和第二IGBT导通，以将该黑模块泄压旁路；
[0033]S3、判断该黑模块是否可靠旁路，若是，则结束；若否，则返回步骤S1。
[0034]综上所述，本专利技术提供了一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法及装置，通过设置与功率模块相连的稳压单元，当黑模块故障发生时，电容电压值超过稳压单元的击穿电压阈值时稳压单元击穿，依次控制功率模块的两个IGBT导通，从而实现将该黑模块泄压
旁路。本专利技术提供的技术方案，通过稳压单元击穿实现功率模块的旁路控制，不需配置额外的旁路装置，不增加设备体积和成本，不依赖控制系统电源，解决了黑模块的旁路难题，提高了直流输电系统运行的可靠性。
附图说明
[0035]图1是直流能量耗散阀的拓扑结构示意图；
[0036]图2是稳压单元结构示意图；
[0037]图3是本专利技术直流能量耗散阀黑模块故障保护方法的流程图；
[0038]图4是黑模块故障发生时功率模块的电路通路示意图；
[0039]图5是黑模块电压、电流和G极电压的波形图。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流能量耗散阀黑模块故障保护方法，所述直流能量耗散阀包括串联连接在直流母线上的电抗器、电阻和至少两个功率模块；每个所述功率模块包括串联连接的第一IGBT和第二IGBT，分别与第一IGBT和第二IGBT反并联的二极管、以及与串联IGBT并联的电容；其特征在于，该方法包括步骤：S1、当有黑模块故障发生时，判断该黑模块的电容电压U
c
是否大于电容最大电压阈值U
cmax
；若是则进行停机操作；若否则执行下一步骤；S2、根据该黑模块的电容电压U
c
是否大于击穿电压阈值，依次控制第一IGBT和第二IGBT导通，以将该黑模块泄压旁路；S3、判断该黑模块是否可靠旁路，若是，则结束；若否，则返回步骤S1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率模块还包括第一稳压单元和第二稳压单元；所述第一稳压单元和第二稳压单元的输出分别连接所述第一IGBT和第二IGBT的C、G端。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述黑模块故障包括功率模块中的旁路开关拒动且无法判断其工作状态。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述黑模块的电容电压U
c
根据以下方法计算：其中，U
dc
为直流母线电压，i
r
为直流能量耗散阀回路上的电流，R0为电阻阻值，u
SMi
为除黑模块外其余功率模块的电压，n为功率模块的数量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据该黑模块的电容电压U
c
是否大于击穿电压阈值，依次控制第一IGBT和第二IGBT导通包括：当U
c
>U
T2
时，第二稳压单元击穿，使得所述第二IGBT导通，并将电容电压施加于第一IGBT两端，U
c
>U
T1

【专利技术属性】
技术研发人员：韩坤，夏克鹏，户永杰，王帅卿，张磊，田颀，刘路路，白磊成，胡学彬，王迪，司志磊，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：