一种采用晶闸管的新型直流耗能装置及其控制方法制造方法及图纸

一种采用晶闸管的新型直流耗能装置，包括：若干个子模块依次串联后与耗能电阻连接；所述子模块包括：2个晶闸管、2个二极管、2个电容、1个电感和1个均压电阻，电容3与电感4串联连接形成LC振荡电路。本发明专利技术瞎用基于晶闸管的子模块替代了传统直流耗能装置中使用的昂贵全控器件，相比现有方案技术更成熟、可靠性更高、成本更低；采用采用子模块分组投切并且逐步投入和切除的策略降低了流过耗能电阻电流较快的变化速率，大幅了系统的直流电压纹波，并且子模块无需水冷系统，提高了系统稳定性。提高了系统稳定性。提高了系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种采用晶闸管的新型直流耗能装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种耗能装置及其方法，尤其是涉及种使用晶闸管的新型直流耗能装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术因其能够灵活控制、损耗低、能够黑启动等优势，在海上风电大规模送出中得到了广泛应用。对于海上风电柔性直流输电系统，当受端换流站交流测发生低压故障时，交流电网电压跌落导致受端换流站功率送出能力下降，而风机发出的功率短时间内不会改变，系统功率盈余造成直流输电线路的电压升高，危害柔性直流换流阀等核心设备的安全，严重情况下可能造成海上风电风机脱网。
[0003]现有技术中，采用方法采用直流耗能装置实现故障穿越(杨悦民,许超群,刘宇畅,陈政宇,余占清,曾嵘.基于IGCT复合模块直串接集中电阻的400kV直流耗能装置原理与研制[J].高电压技术,2022,48(04):1510
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1517.DOI:10.13336/j.1003
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6520.hve.20210148.)：直流耗能装置由全控器件和耗能电阻组成，当海上风电VSC
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HVDC系统受端交流侧故障后，交流电压下降，直流电压升高到设定值，通过导通全控器件使得耗能电阻开始消纳功率，直流电压下降，通过关断全控器件使得耗能电阻停止消纳功率，直流电压再上升。在故障穿越中上述过程反复被重复，从而实现直流电压的稳定。上述方法主要存在的问题在于：直流耗能装置使用了大量的全控器件，造价昂贵，并且快速变化的电流将会对直流母线电压造成较大的冲击，导致直流电压纹波高。
[0004]针对上述缺陷，半集中式直流耗能装置方案被提出(许彬,高冲,张静.应用于海上风电接入的VSC
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HVDC系统主网侧交流故障穿越的新型直流耗能装置拓扑[J].中国电机工程学报,2021,41(01):88
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97+400.DOI:10.13334/j.0258
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8013.pcsee.191984.)。其由子模块与集中耗能电阻构成，通过子模块的逐步投切，来使得流过耗能电阻的电流变化，但该方案的子模块中包含了支撑电容和大量全控器件，成本高。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开一种采用晶闸管的新型直流耗能装置及其方法，其技术方案如下：
[0006]一种采用晶闸管的新型直流耗能装置，包括：若干个子模块，一个耗能电阻；其中，每个子模块包括：2个晶闸管、2个二极管、2个电容、1个电感和1个均压电阻；其特征为：晶闸管2的阳极与子模块的输入连接，晶闸管2的阴极与子模块的输出连接；二极管9的阳极与晶闸管2的阳极连接，二极管9的阴极与电容5的一端连接，电容5的另一端与晶闸管2的阴极连接；晶闸管6的阳极与均压电阻8的一端连接，晶闸管6的阴极与晶闸管2的阳极连接，均压电阻8的另一端与电容5的一端连接；二极管7的阳极与晶闸管6的阴极连接，二极管7的阴极与晶闸管6的阳极连接；电容3的一端与晶闸管6的阳极连接，电容3的另一端与电感4的一端连接，电感4的另一端与晶闸管2的阴极连接。
[0007]本专利技术还公开一种海上风电VSC
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HVDC系统使用晶闸管的新型直流耗能装置故障穿越过程的控制方法，其特征为：
[0008]t0时刻前，海上风电系统正常运行时，直流耗能装置实时对直流电压进行检测，当检测值低于超过设定值，耗能装置不工作；
[0009]t1时刻，风电系统受端侧发生低压故障，系统出现盈余功率，直流电压持续上升，直流耗能装置实时对直流电压进行检测，即检测到直流电压超出设定值后，控制直流耗能装置进入耗能状态；
[0010]t2时刻直流耗能装置对子模块进行分组切除，切除的子模块导通晶闸管6，这时LC电路开始振荡，产生振荡电流也流过晶闸管2，同时电容5也通过均压电阻放电，消除因子模块投入时间不一样带来的电容电压不均衡的影响；
[0011]t3时刻，当流过晶闸管2的电流为0，关断晶闸管2和6，直流电压逐渐上升；
[0012]t4时刻，系统对已经关断子模块的振荡电容充电，该过程中电流仍然流过耗能电阻10，直至其达到额定电压；当所有子模块关断后，流过耗能电阻的电流下降为0，此时直流电压上升；t4时刻后重复上述过程，直流电压维持稳定；
[0013]t5时刻，直流耗能装置实时对直流电压进行检测，即检测到直流电压跌落至设定值后，控制直流耗能装置闭锁所有子模块，直流耗能装置退出。
[0014]有益效果
[0015]使用基于晶闸管的子模块替代了传统直流耗能装置中使用的昂贵全控器件，相比现有方案技术更成熟、可靠性更高、成本更低。
[0016]采用采用子模块分组投切并且逐步投入和切除的策略降低了流过耗能电阻电流较快的变化速率，大幅了系统的直流电压纹波，并且子模块无需水冷系统，提高了系统稳定性。
附图说明
[0017]图1是现有技术中直流耗能装置电气拓扑图。
[0018]图2是本专利技术提供的一种使用晶闸管的新型直流耗能装置电气拓扑图。
[0019]图3是本专利技术提供的一种使用晶闸管的新型直流耗能装置装设在海上风电系统上的结构图。
[0020]图4是本专利技术提供的一种使用晶闸管的新型直流耗能装置故障穿越过程的控制图。
[0021]其中：1是子模块，2和6是晶闸管，3和5是电容，7和9是二极管，4是电感，8是均压电阻，10是耗能电阻。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0023]请参照图2，一种使用晶闸管的新型直流耗能装置，其特征在于，由若干个子模块和一个耗能电阻串联而成。子模块包括：2个晶闸管、2个二极管、2个电容、1个电感和1个均压电阻。通过子模块的逐步投切实现流过耗能电阻电流的变化进而实现故障穿越。
[0024]所述的子模块中，晶闸管2的阳极与子模块的输入连接，晶闸管2的阴极与子模块
的输出连接。二极管9的阳极与晶闸管2的阳极连接，二极管9的阴极与电容5的一端连接，电容5的另一端与晶闸管2的阴极连接。晶闸管6的阳极与均压电阻8的一端连接，晶闸管6的阴极与晶闸管2的阳极连接，均压电阻8的另一端与电容5的一端连接。二极管7的阳极与晶闸管6的阴极连接，二极管7的阴极与晶闸管6的阳极连接。电容3的一端与晶闸管6的阳极连接，电容3的另一端与电感4的一端连接，电感4的另一端与晶闸管2的阴极连接。
[0025]本专利技术采用晶闸管的新型直流耗能装置采用脉冲宽度调制，通过逐步控制两个晶闸管的导通关断实现了所消纳盈余功率的动态可调。下面详细说明该调制过程的实现，在故障穿越过程中，先给定直流耗能装置的动作频率，对于不同的盈余功率，改变其动作的占空比，占空比10％对应消纳10％的系统额定功率，占空比100％对应消纳100％的系统额定功率。动作时，先导通晶闸管2，子模块投入，耗能电阻10的电流随之增大，需要关断时，导通晶闸管6，LC电路振荡，同时电容5也通过电阻8放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用晶闸管的新型直流耗能装置，包括：若干个子模块依次串联后与耗能电阻连接；所述子模块包括：2个晶闸管、2个二极管、2个电容、1个电感和1个均压电阻；其特征为：晶闸管2的阳极与子模块的输入连接，晶闸管2的阴极与子模块的输出连接；二极管9的阳极与晶闸管2的阳极连接，二极管9的阴极与电容5的一端连接，电容5的另一端与晶闸管2的阴极连接；晶闸管6的阳极与均压电阻8的一端连接，晶闸管6的阴极与晶闸管2的阳极连接，均压电阻8的另一端与电容5的一端连接；二极管7的阳极与晶闸管6的阴极连接，二极管7的阴极与晶闸管6的阳极连接；电容3的一端与晶闸管6的阳极连接，电容3的另一端与电感4的一端连接形成LC电路，电感4的另一端与晶闸管2的阴极连接。2.一种基于海上风电VSC
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HVDC系统故障穿越过程的控制方法，该方法基于权利要求1所述的采用晶闸管的新型直流耗能装置，其特征为：t0时刻前，海上风电VSC
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HVDC系统正常运行时，直流耗能装置实时对直流电压进行检测，当检测值低于超过设定值，耗能装置不工作；t1时刻，海上风电VSC
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HVDC系统受端侧发生低压故障，该系统出现盈余功率，直流电压持续上升，直流耗能装置实时对直流电压进行检测，即检测到直流电压超出设定值后，控制直流耗能装置进入耗能状态；t2时刻直流耗能装置对子模块进行分组切除，切除的子模块导通晶闸管6使LC电路开始振荡，产生振荡电流也流过晶闸管2，同时电容5通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔宇，齐磊，吴思航，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：