一种直流耗能装置及其控制方法、设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海上风电直流送出技术领域，公开了一种直流耗能装置及其控制方法、设备和存储介质。本发明专利技术的直流耗能装置包括耗能电阻、功率模块、电感和控制模块；电感设置于由耗能电阻和功率模块串联组成的串联支路上；控制模块用于在检测到直流耗能装置两端电压大于第一电压阈值时切除所有功率模块，在该两端电压小于第二电压阈值时投入所有功率模块，其中该两个电压阈值基于对应直流输电系统的额定电压进行设置。本发明专利技术通过在直流耗能装置支路上增加电感，并同时优化设置直流耗能装置主回路参数，结合同时投切功率模块的策略，降低了耗能电阻电流变化率，减少了对直流母线的冲击，能够显著降低电容用量，具有高性能、高可靠性和低成本的优点。和低成本的优点。和低成本的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种直流耗能装置及其控制方法、设备和存储介质


[0001]本专利技术涉及海上风电直流送出
，尤其涉及一种直流耗能装置及其控制方法、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]海上风电直流送出系统中，当受电端发生故障导致交流电网电压跌落时，有功功率无法送出或者只能部分送至交流电网，多余的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。为避免系统跳闸，需要配置直流耗能装置。
[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：集中式方案、分布式方案和半集中式方案。其中，集中式方案采用开关器件串联阀耗能电路，该电路采用大量开关器件直接串联；分布式方案采用模块化分布耗能电阻耗能电路，其避免了大量开关器件的直接串联，耗能电阻分布在每个模块中；而半集中式方案折衷了集中式方案和分布式方案的特点。
[0004]半集中式方案对应的直流耗能装置通常由串联连接的耗能电阻和功率模块构成，该直流耗能装置直接接入相应的直流输电系统，其中功率模块一般采用的拓扑结构为：包括第一功率半导体开关管、第二功率半导体开关管、第一反并联二极管、第二反并联二极管和直流电容，其中第一反并联二极管的正极与第一功率半导体开关管的发射极连接，第一反并联二极管的负极与第一功率半导体开关管的集电极连接，第二反并联二极管的正极与第二功率半导体开关管的发射极连接，第二反并联二极管的负极与第二功率半导体开关管的集电极连接，第一功率半导体开关管与第二功率半导体开关管串联后与直流电容并联连接。
[0005]对于半集中式方案对应的直流耗能装置，现有技术中通过对该装置的投切进行直流电压的控制时，在功率模块投入和退出过程中存在较大的电流变化率，容易对直流母线造成冲击。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种直流耗能装置及其控制方法、设备和存储介质，解决了现有半集中式方案对应的直流耗能装置在功率模块投入和退出过程中存在较大的电流变化率，容易对直流母线造成冲击的技术问题，通过在直流耗能装置支路上增加电感，结合投切功率模块的策略，降低了耗能电阻电流变化率，减少了对直流母线的冲击，能够显著降低电容用量，并同时优化设置直流耗能装置主回路参数，具有高性能、高可靠性和低成本的优点。
[0007]本专利技术第一方面提供一种直流耗能装置，包括串联连接的耗能电阻和功率模块，所述直流耗能装置还包括电感和控制模块；所述电感设置于由耗能电阻和功率模块串联组成的串联支路上；所述控制模块用于：
[0008]在检测到直流耗能装置两端电压大于第一电压阈值时，切除所有功率模块；在检测到直流耗能装置两端电压小于第二电压阈值时，投入所有功率模块；所述第一电压阈值
和所述第二电压阈值基于直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压进行设置。
[0009]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述直流耗能装置中功率模块的数量不小于模块数量下限值；所述模块数量下限值设置为：
[0010][0011]式中，N
min
表示所述模块数量下限值，U
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，U
ave
为功率模块长期平均电压，U
ave
的取值由开关器件电压等级决定。
[0012]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述直流耗能装置采用集中式耗能电阻时，集中式耗能电阻的数量为1且阻值不大于第一电阻上限值；所述第一电阻上限值设置为：
[0013][0014]式中，R
max1
表示所述第一电阻上限值，U
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，k为裕度系数，P
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定功率。
[0015]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述直流耗能装置采用分布式耗能电阻时，分布式耗能电阻的数量为2且阻值不大于第二电阻上限值；所述第二电阻上限值设置为：
[0016][0017]式中，R
max2
表示所述第二电阻上限值。
[0018]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述直流耗能装置采用集中式电感时，集中式电感的数量为1且电感值不小于第一电感下限值；所述第一电感下限值设置为：
[0019][0020]式中，L
min1
为所述第一电感下限值，Δt为预置的电流变化时间，R为直流耗能装置的耗能电阻总阻值。
[0021]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述电感为分布式电感时，所述直流耗能装置采用分布式电感时，分布式电感的数量与直流耗能装置中功率模块的数量相同且电感值不小于第二电感下限值；所述第二电感下限值设置为：
[0022][0023]式中，L
min2
为所述第二电感下限值。
[0024]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述功率模块包括第一功率半导体开关管、第二功率半导体开关管、第一反并联二极管、第二反并联二极管和直流电容，其中第一反并联二极管的正极与第一功率半导体开关管的发射极连接，第一反并联二极管的负极与第一功率半导体开关管的集电极连接，第二反并联二极管的正极与第二功率半导体开关管的发射极连接，第二反并联二极管的负极与第二功率半导体开关管的集电极连接，第一功率半导体开关管与第二功率半导体开关管串联后与直流电容并联连接，所述直流电容
的值不小于电容下限值；所述电容下限值设置为：
[0025][0026]式中，C
min
为所述电容下限值，L为所述直流耗能装置的总电感值，P
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定功率，N为直流耗能装置中功率模块的数量，U
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，U
ave
为功率模块长期平均电压，U
ave
的取值由开关器件电压等级决定，m为预先设置的允许的直流电压波动率。
[0027]本专利技术第二方面提供一种直流耗能装置的控制方法，所述装置为如上述任意一项能够实现的方式所述的直流耗能装置，所述方法包括：
[0028]检测直流耗能装置两端电压；
[0029]在检测到直流耗能装置两端电压大于第一电压阈值时，切除所有功率模块；在检测到直流耗能装置两端电压小于第二电压阈值时，投入所有功率模块。
[0030]本专利技术第三方面提供了一种直流耗能装置的控制设备，包括：
[0031]存储器，用于存储指令；其中，所述指令用于实现如上所述的直流耗能装置的控制方法；
[0032]处理器，用于执行所述存储器中的指令。
[0033]本专利技术第四方面一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的直流耗能装置的控制方法。
[0034]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0035]本专利技术的直流耗能装置包括耗能电阻和功率模块，还包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流耗能装置，包括串联连接的耗能电阻和功率模块，其特征在于，所述直流耗能装置还包括电感和控制模块；所述电感设置于由耗能电阻和功率模块串联组成的串联支路上；所述控制模块用于：在检测到直流耗能装置两端电压大于第一电压阈值时，切除所有功率模块；在检测到直流耗能装置两端电压小于第二电压阈值时，投入所有功率模块；所述第一电压阈值和所述第二电压阈值基于直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压进行设置。2.根据权利要求1所述的直流耗能装置，其特征在于，所述直流耗能装置中功率模块的数量不小于模块数量下限值；所述模块数量下限值设置为：式中，N
min
表示所述模块数量下限值，U
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，U
ave
为功率模块长期平均电压，U
ave
的取值由开关器件电压等级决定。3.根据权利要求1所述的直流耗能装置，其特征在于，所述直流耗能装置采用集中式耗能电阻时，集中式耗能电阻的数量为1且阻值不大于第一电阻上限值；所述第一电阻上限值设置为：式中，R
max1
表示所述第一电阻上限值，U
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定电压，k为裕度系数，P
N
为直流耗能装置对应直流输电系统的额定功率。4.根据权利要求3所述的直流耗能装置，其特征在于，所述直流耗能装置采用分布式耗能电阻时，分布式耗能电阻的数量为2且阻值不大于第二电阻上限值；所述第二电阻上限值设置为：式中，R
max2
表示所述第二电阻上限值。5.根据权利要求1所述的直流耗能装置，其特征在于，所述直流耗能装置采用集中式电感时，集中式电感的数量为1且电感值不小于第一电感下限值；所述第一电感下限值设置为：式中，L
min1
为所述第一电感下限值，Δt为预置的电流变化时间，R为直流耗能装置的耗能电阻总阻值。6.根据权利要求5所述的直流耗能装置，其特征在于，所述电感为分布式电感时，所述直流耗能装...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡希鹏，袁智勇，邹常跃，曾嵘，余占清，赵晓斌，张松，李巍巍，宋强，侯婷，陈家祺，姬煜轲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：