[实用新型]一种链式直流耗能装置

说明书

本实用新型公开了一种链式直流耗能装置，所述装置包括至少两个均压耗能模块，所述至少两个均压耗能模块同方向串联连接；所述均压耗能模块包括直流电容、第一限流单元、第一耗能电阻、第一功率半导体器件、第二功率半导体器件。当直流线路电压升高时，可以通过控制第一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或直流线路短路时，通过第一限流单元限制电容放电电流。装置性价比很高，可靠性高，易于实现。

技术领域

本实用新型属于大功率电力电子变流技术领域，具体涉及一种链式直流耗能装置。

背景技术

在高压直流输电系统中，链式直流耗能装置是至关重要的装置。链式直流耗能装置主要应用于高压直流耗能的应用场景，如当海上风电进行功率输送时，发电端为风机，属于惯性电源，当一端发生故障时，由于功率无法送出，将在直流侧积累能量，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。

在现有技术中，目前常用的方案使用功率半导体器件(如IGBT)直接串联后与集中布置电阻串联构成直流耗能装置，由IGBT阀串耐受高压，集中电阻消耗能量，工作时所有IGBT均同时导通，对器件开通和关断的一致性要求很高，一旦出现不一致，会导致一部分阀段过压烧毁，由于工作时会不断的开通或关断，装置损坏的风险极高；也有技术方案提出模块化的方案，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方案，如图4所示，该方案图中二极管构成的桥臂主要是为了防止外部发生短路时，电容直接向短路点放电，二极管的单向导通特性形成了对电容放电路径的阻断，这样做的主要缺点在于：(1)充电时等效回路为二极管桥臂上管对直流电容，具有较高的电流变化率，需要在回路中串联限流电抗器；(2)该方案中器件数量较多，共包含4组功率半导体器件，功率半导体器件的可靠性相对较低，使整个模块故障率更高，且成本较高。(3)该方案在耗能时二极管桥臂上管会流过大电流，由于寄生电感的作用，关断时存在过电压的风险，实际工程中需要增加钳位吸收回路；(4)当模块故障旁路时或检修时，直流电容没有放电路径，降至安全电压的时间很长，且无法检测；(5)在外部短路时，相当于是一种故障状态，此时电容无法放电，或放电时间很长，存在安全隐患，最理想的处理方式应该是使电容迅速放电，使电容电压下降到安全值以下；

为了克服上述问题，本实用新型提供一种成本低、可靠性高的解决方案。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种链式直流耗能装置，装置并联在直流线路正负极之间，当均压耗能模块故障或直流线路短路时，通过限流单元限制电容放电电流；采用均压耗能模块直接串联方式，具有结构简单，占地小，可靠性高的优点。

为了达成上述目的，本实用新型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，所述至少两个均压耗能模块同方向串联连接；

所述均压耗能模块包括直流电容、第一限流单元、第一耗能电阻、第一功率半导体器件、第二功率半导体器件，连接方式为以下两种之一：

方式1：第一限流单元的一端与第一耗能电阻的一端相连，连接点作为均压耗能模块首端；直流电容的负极与第一功率半导体器件的发射极连接，连接点作为均压耗能模块尾端；第一限流单元的另一端与直流电容的正极连接，第一耗能电阻的另一端与第一功率半导体器件的集电极连接；第二功率半导体器件的阳极与第一功率半导体器件的集电极连接，阴极与直流电容的正极连接；

方式2：直流电容的正极与第一功率半导体器件的集电极连接，连接点作为均压耗能模块首端；第一限流单元的一端与第一耗能电阻的一端相连，连接点作为均压耗能模块尾端；直流电容的负极与第一限流单元的另一端连接，第一功率半导体器件的发射极与第一耗能电阻的另一端连接，第二功率半导体器件的阳极与直流电容的负极连接，阴极与第一功率半导体器件的发射极连接。