直流断耗装置及其控制方法制造方法及图纸

本申请提供直流断耗装置及其控制方法。所述直流断耗装置应用于柔性直流输电系统，所述装置包括分合支路、至少一个出线通流支路、至少一个出线选择支路和至少一个耗能电阻支路，所述分合支路的一端连接柔性直流输电系统的直流母线；所述出线通流支路的一端连接所述柔性直流输电系统的直流母线；所有所述出线选择支路的一端连接所述分合支路的另一端，所述出线选择支路的另一端与所述出线通流支路的另一端一一对应连接，同时与直流线路或换流器连接；所有所述耗能支路的一端连接所述分合支路的另一端。的另一端。的另一端。

【技术实现步骤摘要】
直流断耗装置及其控制方法


[0001]本申请涉及电力系统柔性直流输电
，具体涉及直流断耗装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电系统采用电压源型换流器，可以独立、快速控制控制有功功率和无功功率，从而提高系统的稳定性，抑制系统频率和电压的波动，提高并网交流系统的稳态性能。随着化石能源的日益枯竭和改善环境压力的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，大规模开发和利用新能源势在必行。
[0003]多端柔性直流输电系统能够满足多电源供电和多落点受电的需求，相对多个两端输电系统能够有效降低换流站的数量，世界范围内正积极开展多端柔性直流输电系统的研究和发展。已投运的柔性直流输电系统工程大多采用模块化多电平换流器,该换流器不具备直流故障清除能力。对于连接新能源的柔性直流输电系统，交流系统故障期间需要采用耗能设备消耗盈余的功率，避免柔性直流输电系统因过压停运。因此，未来的接入新能源发电系统的柔性直流输电系统需要同时配置直流断路器以及直流耗能设备，但造价相应较高。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种直流断耗装置，应用于柔性直流输电系统，所述装置包括分合支路、至少一个出线通流支路、至少一个出线选择支路和至少一个耗能电阻支路，所述分合支路的一端连接所述柔性直流输电系统的直流母线；所述出线通流支路的一端连接所述柔性直流输电系统的直流母线；所有所述出线选择支路的一端连接所述分合支路的另一端，所述出线选择支路的另一端与所述出线通流支路的另一端一一对应连接，同时与直流线路或换流器连接；所有所述耗能支路的一端连接所述分合支路的另一端。
[0005]根据一些实施例，所述耗能电阻支路包括至少两个耗能电阻、至少一个正向电力电子开关和至少两个反向二极管，任一耗能电阻的一端通过所述正向电力电子开关连接相邻耗能电阻的一端形成级联；任一耗能电阻与相邻耗能电阻通过所述反向二极管并联连接；第一个耗能电阻未连接正向电力电子开关的端口作为所述耗能电阻支路的一端，最后一个耗能电阻未连接正向电力电子开关的端口作为耗能电阻支路的另一端；或者所述耗能电阻支路包括耗能电阻、正向电力电子开关和反向二极管，其中，所述正向电力电子开关与所述反向二极管反并联连接后与所述耗能电阻串联连接；其中，所述耗能电阻支路中的反向二极管可取消，所述正向电力电子开关包括晶闸管、IGCT或GTO的至少一种。
[0006]根据一些实施例，所述分合支路包括第一电力电子双向开关、与所述第一电力电子双向开关并联连接的非线性电阻或避雷器；或者所述分合支路包括串联连接的第一电力电子双向开关和负压耦合装置，以及与所述第一电力电子双向开关并联连接的非线性电阻或避雷器。
[0007]根据一些实施例，所述出线通流支路包括第一快速机械开关，所述第一快速机械开关包括至少一个串联的机械开关；或者串联连接的第一快速机械开关和第二电力电子双向开关。
[0008]根据一些实施例，所述第一电力电子双向开关或所述第二电力电子双向开关包括：至少两个首尾反向串联连接的可关断功率半导体模块；或者至少一个串联连接的全桥子模块；或者第一支路、第二支路和至少两个可关断功率半导体模块，所述第一支路包括至少三个依次反向串联的不可控功率半导体模块；所述第二支路与所述第一支路并联形成第一并联端和第二并联端，所述第二支路包括至少三个依次反向串联的不可控功率半导体模块，与所述第一支路的不可控功率半导体模块数量相同且极性相反；所述可关断功率半导体模块的一端连接于所述第一支路中相邻两个不可控功率半导体模块的连接点，所述可关断功率半导体模块的另一端连接于所述第二支路中对应的相邻两个不可控功率半导体模块的连接点；其中，所述全桥子模块包括：四个可关断功率半导体模块、电容或非线性电阻，每两个所述可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述电容或非线性电阻与所述两条支路并联连接；或者四个可关断功率半导体模块、电容，每两个所述可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端或输出端；所述电容与不可控功率半导体模块串联后与所述两条支路并联连接；或者四个不可控功率半导体模块、可关断功率半导体模块，每两个所述不可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述可关断功率半导体模块与所述两条支路并联连接；或者两个可关断功率半导体模块、两个不可控功率半导体模块、电容，每个所述不可控功率半导体模块和所述可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述电容与所述两条支路并联连接；或者四组不可控功率半导体模块串联组、一组可关断功率半导体模块串联组，每组所述不可控功率半导体模块串联组包括至少两个串联连接的可关断功率半导体模块，每两组所述不可控功率半导体模块串联组同向串联分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述可关断功率半导体模块串联组与所述两条支路并联连接，包括至少两个串联连接的不可控功率半导体模块；其中，所述可关断功率半导体模块包括并联二极管的IGBT、IGCT、IEGT或BIGT的至少一种。
[0009]根据一些实施例，所述出线选择支路包括第三电力电子双向开关或者串联连接的第三电力电子双向开关和第二快速机械开关；所述第二快速机械开关包括至少一个串联的机械开关；所述第三电力电子双向开关包括双向晶闸管、双向IGCT、二极管桥式整流晶闸管子模块、二极管桥式整流IGCT子模块串联结构中的至少一种。
[0010]根据一些实施例，所述第二电力电子双向开关、第三电力电子双向开关并联非线性电阻或避雷器。
[0011]根据一些实施例，所述负压耦合装置包括第一线圈、第二线圈和储能电容，所述第二线圈与所述第一线圈耦合；所述储能电容通过放电开关与所述第二线圈构成电气回路；所述放电开关包括间隙、晶闸管、快速机械开关中的至少一种。
[0012]根据一些实施例，所述换流器采用对称单极拓扑时，所述柔性直流输电系统的一
极的所述耗能电阻支路的另一端与所述柔性直流输电系统的另一极的所述耗能电阻支路的另一端连接；所述换流器采用不对称单极或双极拓扑时，所述柔性直流输电系统的一极的所述耗能电阻支路的另一端接地或与中性母线连接。
[0013]本申请实施例还提供一种如上所述的直流断耗装置的控制方法，对于直流线路n初始处于直流线路连接模式，当接收到控制保护系统发出的跳闸信号时，所述方法包括：导通直流线路n对应的出线选择支路；导通分合支路；关断直流线路n对应的出线通流支路；关断分合支路，此时处于直流线路故障耗能模式；经过延时t，关断直流线路n对应的出线选择支路，此时处于直流线路分断模式；当接收到控制保护系统发出的直流耗能动作信号时，关断所有直流线路对应的出线选择支路；导通耗能电阻支路中的正向电力电子开关；导通分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流断耗装置，应用于柔性直流输电系统，所述装置包括：分合支路，一端连接所述柔性直流输电系统的直流母线；至少一个出线通流支路，一端连接所述柔性直流输电系统的直流母线；至少一个出线选择支路，所有所述出线选择支路的一端连接所述分合支路的另一端，所述出线选择支路的另一端与所述出线通流支路的另一端一一对应连接，同时与直流线路或换流器连接；至少一个耗能电阻支路，所有所述耗能支路的一端连接所述分合支路的另一端。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述耗能电阻支路包括至少两个耗能电阻、至少一个正向电力电子开关和至少两个反向二极管，任一耗能电阻的一端通过所述正向电力电子开关连接相邻耗能电阻的一端形成级联；任一耗能电阻与相邻耗能电阻通过所述反向二极管并联连接；第一个耗能电阻未连接正向电力电子开关的端口作为所述耗能电阻支路的一端，最后一个耗能电阻未连接正向电力电子开关的端口作为耗能电阻支路的另一端；或者所述耗能电阻支路包括耗能电阻、正向电力电子开关和反向二极管，其中，所述正向电力电子开关与所述反向二极管反并联连接后与所述耗能电阻串联连接；其中，所述耗能电阻支路中的反向二极管可取消，所述正向电力电子开关包括晶闸管、IGCT或GTO的至少一种。3.如权利要求1所述的装置，其中，所述分合支路包括第一电力电子双向开关、与所述第一电力电子双向开关并联连接的非线性电阻或避雷器；或者所述分合支路包括串联连接的第一电力电子双向开关和负压耦合装置，以及与所述第一电力电子双向开关并联连接的非线性电阻或避雷器。4.如权利要求1所述的装置，其中，所述出线通流支路包括：第一快速机械开关，所述第一快速机械开关包括至少一个串联的机械开关；或者串联连接的第一快速机械开关和第二电力电子双向开关。5.如权利要求3或4所述的装置，其中，所述第一电力电子双向开关或所述第二电力电子双向开关包括：至少两个首尾反向串联连接的可关断功率半导体模块；或者至少一个串联连接的全桥子模块；或者第一支路，包括至少三个依次反向串联的不可控功率半导体模块；第二支路，与所述第一支路并联形成第一并联端和第二并联端，所述第二支路包括至少三个依次反向串联的不可控功率半导体模块，与所述第一支路的不可控功率半导体模块数量相同且极性相反；至少两个可关断功率半导体模块，一端连接于所述第一支路中相邻两个不可控功率半导体模块的连接点，另一端连接于所述第二支路中对应的相邻两个不可控功率半导体模块的连接点；其中，所述全桥子模块包括：四个可关断功率半导体模块、电容或非线性电阻，每两个所述可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作
为输入端和输出端；所述电容或非线性电阻与所述两条支路并联连接；或者四个可关断功率半导体模块、电容，每两个所述可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端或输出端；所述电容与不可控功率半导体模块串联后与所述两条支路并联连接；或者四个不可控功率半导体模块、可关断功率半导体模块，每两个所述不可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述可关断功率半导体模块与所述两条支路并联连接；或者两个可关断功率半导体模块、两个不可控功率半导体模块、电容，每个所述不可控功率半导体模块和所述可关断功率半导体模块同向串联连接分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述电容与所述两条支路并联连接；或者四组不可控功率半导体模块串联组、一组可关断功率半导体模块串联组，每组所述不可控功率半导体模块串联组包括至少两个串联连接的可关断功率半导体模块，每两组所述不可控功率半导体模块串联组同向串联分别构成两条支路，所述两条支路并联，所述两条支路的中间点分别引出作为输入端和输出端；所述可关断功率半导体模块串联组与所述两条支路并联连接，包括至少两个串联连接的不可控功率半导体模块；其中，所述可关断功率半导体模块包括并联二极管的IGBT、IGCT、IEGT或BIGT的至少一种。6.如权利要求1所述的装置，其中，所述出线选择支路包括第三电力电子双向开关或者串联连接的第三电力电子双向开关和第二快速机械开关；所述第二快速机械开关包括至少一个串联的机械开关；所述第三电力电子双向开关包括双向晶闸管、双向IGCT、二极管桥式整流晶闸管子模块、二极管桥式整流IGCT子模块串联结构中的至少一种。7.如权利要求4或6所述的装置，其中，所述第二电力电子双向开关、第三电力电子双向开关并联非线性电阻或避雷器。8.如权利要求3所述的装置，其中，所述负压耦合装置包括：第一线圈；第二线圈，与所述第一线圈耦合；储能电容，通过放电开关与所述第二线圈构成电气回路；所述放电开关包括间隙、晶闸管、快速机械开关中的至少一种。9.如权利要求1所述的装置，所述换流器采用对称单极拓扑时，所述柔性直流输电系统的一极的所述耗能电阻支路的另一端与所述柔性直流输电系统的另一极的所述耗能电阻支路的另一端连接；所述换流器采用不对称单极或双极拓扑时，所述柔性直流输电系统的一极的所述耗能电阻支路的另一端接地或与中性母线连接。10.一种如权利要求1至9之任一项所述的直流断耗装置的控制方法，对于直流线路n初始处于直流线路连接模式，当接收到控制保护系统发出的跳闸信号时，所述方法包括：导通直流线路n对应的出线选择支路；导通分合支路；关断直流线路n对应的出线通流支路；关断分合支路，此时处于直流线路故障耗能模式；
经过延时t，关断直流线路n对应的出线选择支路，此时处于直流线路分断模式；当接收到控制保护系统发出的直流耗能动作信号时，关断所有直流线路对应的出线选择支路；导通耗能电阻支路中的正向电力电子开关；导通分合支路，此时处于直流耗能模式；等待耗能动作信号复归后，关断分合支路；关断耗能支路中的正向电力电子开关；其中所述直流线路连接模式，为直流线路n对应的出线通流支路导通，分合支路关断，耗能电阻支路的正向电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪楠楠，石巍，董云龙，卢宇，田杰，李海英，李钢，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：