[发明专利]一种耗能装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种耗能装置，所述装置包括至少两个均压耗能模块以及至少两个第一功率半导体器件，所述至少两个均压耗能模块同方向串联构成耗能单元，所述至少两个第一功率半导体器件同方向串联构成单向导通单元，所述单向导通单元与耗能单元串联连接；所述均压耗能模块由直流电容支路、耗能支路、旁路支路并联连接构成，所述耗能支路由第二功率半导体器件与耗能电阻串联连接构成；本发明还公开了一种基于耗能装置的控制方法，当直流线路电压升高时，可以通过控制第二功率半导体器件控制耗能电阻的投退，以稳定直流电压，当均压耗能模块故障时，采用熔丝配合旁路开关，保障装置的可靠性。装置性价比很高，可靠性高，易于实现。

技术领域

本发明属于大功率电力电子变流技术领域，具体涉及一种耗能装置及控制方法。

背景技术

在高压直流输电系统中，耗能装置是至关重要的设备。耗能装置主要应用于孤岛供电的应用场景，如果发电端为与风电类似的惯性电源，当受电端发生故障时，由于功率无法送出，将在直流侧累积能量，造成直流输电线路的电压升高，对设备的安全运行造成危害。

现有技术中目前常用的技术方案为采用功率半导体器件，如IGBT直接串联和集中的电阻方案构成，由IGBT阀串承受高压，集中电阻消耗能量，该方案工作时所有IGBT同时导通，对器件开通和关断的一致性要求极高，一旦出现不一致，会导致部分阀段过压烧毁，由于工作时会不断的开通关断，装置损坏的风险很高；也有技术方案提出模块化方案，但方案存在器件数量多，成本高，可靠性低的缺陷，如专利CN102132484B-具有分布式制动电阻的变换器中提出的解决方案，如图3所示，该方案主要存在的缺陷在于：由图中二极管构成的桥臂电位复杂：其中二极管桥臂的上管与邻近模块连接，电容无法对其起到钳位作用，而在装置运行时，由于运行方式复杂，在模块之间工作不同步时，模块之间的电位不确定，该二极管存在过压击穿的风险；同时，该方案中器件数量较多，共包含4组功率半导体器件，功率半导体器件可靠性相对较低，使整个模块的故障率更高，且成本较高；该方案在一个模块中包含了两个由功率半导体器件构成的桥臂，桥臂之间存在电位连接，增加了结构设计的难度；为了克服上述缺陷，本发明提供一种成本低、可靠性高的及解决方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种耗能装置以及使用上述装置的控制方法，装置并联在中、高压直流线路之间，采用二极管集中直接串联方式，减少了半导体器件的用量，简化了耗能装置的设计，便于整体布置；采用模块化方案解决了均压的问题；采用熔丝结合旁路开关的双重保护，保障了旁路可靠性；采用均压耗能模块直接串联方式，结构简单，占地小，可靠性高；配合充电电阻，可实现耗能装置的在线投退。所提耗能装置具有成本低，可靠性高的特点。

为了达成上述目的，本发明采用的具体的方案如下：

所述装置包括至少两个均压耗能模块以及至少两个第一功率半导体器件，所述至少两个均压耗能模块同方向串联构成至少一个耗能单元，所述至少两个第一功率半导体器件同方向串联构成至少一个单向导通单元，所述单向导通单元与耗能单元串联连接；所述均压耗能模块包括直流电容支路、耗能支路、旁路支路，所述直流电容支路、耗能支路、旁路支路并联连接，所述耗能支路由第二功率半导体器件与耗能电阻串联连接构成，所述旁路支路包括旁路开关；所述直流电容支路由直流电容与熔丝串联连接构成。

其中，所述第一功率半导体器件与第二功率半导体器件按照允许流过的电流方向同方向布置。

其中，所述均压耗能模块还并联一个均压电阻。

其中，所述旁路开关是机械开关或由功率半导体器件构成的固态开关。

其中，所述耗能装置还包括至少一个充电单元，所述充电单元由充电电阻和充电开关并联构成，所述至少一个充电单元与耗能单元以及单向导通单元串联连接。

其中，所述耗能装置还串联至少一个隔断开关。