一种模块化可控卸荷电路及控制方法技术

一种模块化可控卸荷电路及控制方法，所述可控卸荷电路串接在直流输电线路的极线之间，包括：多个串联的可控卸荷模块；每个可控卸荷模块包括：电容、开关和MOV避雷器；所述开关与所述MOV避雷器串联后与所述电容并联。本方案中提供的电路包括可控卸荷模块，当直流系统正常运行或发生扰动和故障时，可控卸荷模块可控制电路中的能量消耗功率，从而维持整个直流输电系统的平衡运作。

A modular controlled unloading circuit and control method

【技术实现步骤摘要】
一种模块化可控卸荷电路及控制方法
本专利技术涉及直流输电能量转移领域，具体涉及一种模块化可控卸荷电路及控制方法。
技术介绍
直流输电线路能够高效便捷地把大量电能从能源基地传输到负荷中心，直流输电线路的结构图如图2所示，对于运行中直流输电工程来说，受端消纳的电能与送端发出的电能相平衡，送端的电网的电压和工作频率维持恒定。当受端电力系统发生扰动或故障，无法消纳送端送出的电能时，送端电网的电压和频率将发生扰动，可以通过快速调节发电机的出力来减少这种扰动；若送端的电源是火力发电机或水力发电机，发电机的出力可以调节，但是调节过程需要一定的时延，无法做到即时响应，电网的电压和频率仍会出现扰动；若送端电源是风力发电机组，由于自然界的风力无法控制，无法根据运行需要调节风力发电机组的出力，送端电网的电压和频率将出现严重扰动，严重时可能造成发电机组解裂，引起严重电网事故。特高压直流输电技术的发展使直流输电的输电容量提升至8000～12000MW，送端电网传统火力和水力发电机装机容量随之水涨船高，发电机出力的快速调节日趋困难，风、光、水、火电打捆外送更加重了这种困难；柔性直流输电技术的发展使得风力发电并网规模的日益扩大，受端电网故障引起送受端功率不匹配而导致风力发电机组解裂的风险日益增大。为解决上述问题，提高直流输电的运行可靠性，需要设计一种能量控制电路维持整个直流输电系统送受端功率平衡。目前已有三种能量控制电路。其中，电路1使用开关与电阻串联的型式，如图3所示，开关是由电力电子器件串联组成的阀，通过脉宽调制方式(PWM)控制阀的开断来实现电阻消耗功率的调节，该电路具有结构简单、易于控制的特点；但是当直流电压升高到一定程度之后，电力电子器件数量的增加将使得器件均压变得困难，由于采用脉宽调制方式，所有的电力电子器件动作一致性也无法保证；所以，该控制电路适用于低电压的领域。电路2在电路1的基础上进行了模块化设计，如图4所示，其控制方法为：把开关和电阻分散布置在每一个模块中，模块的均压由模块电容实现，通过控制导通的模块开关的数量来控制电路消耗的功率；该电路具有控制方式简单、不受直流电压限制的优点，缺点在于消耗能量的电阻放置于模块之内，将增大模块体积和阀厅建筑面积，对冷却系统要求高。电路3与电路1相比，改进之处在于开关阀采用了模块化多电平换流器(MMC)模块串联，如图5所示，模块化多电平换流器模块可采用全桥或半桥结构，其控制方法可以通过模块化多电平换流器模块电容的充放电实现模块均压，当控制电路动作时模块化多电平换流器模块无须同时开关，因此该电路不受直流电压限制，可以应用于高电压工程；该电路的控制方法的缺点在于控制方式复杂，设备成本高昂。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺少一种适用于高压直流线路的能量消耗方法的问题，本专利技术提供了一种模块化可控卸荷电路及控制方法。本专利技术提供的技术方案是：一种模块化可控卸荷电路，所述可控卸荷电路串接在直流输电线路的极线之间，包括：多个串联的可控卸荷模块；每个可控卸荷模块包括：电容、开关和MOV避雷器；所述开关与所述MOV避雷器串联后与所述电容并联。优选的，所述可控卸荷模块，还包括：第一二极管和第二二极管；所述第一二极管与所述电容和开关构成的并联电路正向串联；所述第二二极管与所述开关反向并接。优选的，可控卸荷模块的最小个数由所述电容的额定电压决定。优选的，所述可控卸荷模块的最少个数由下式确定：其中，N为可控卸荷模块的最少个数，Udc为直流线路极线之间的电压，U0为电容的额定电压。优选的，所述电容的容值由直流电压纹波系数、子模块个数决定、直流电压及能量波动决定；所述电容的额定电压小于所述开关的持续耐受电压。优选的，所述电容的容值通过下式确定：其中，C为所述电容的容值，ΔE为直流线路极线之间的能量波动值，N为可控卸荷模块的数量，ε为直流电压纹波系数，Udc为直流线路极线之间的电压。优选的，所述开关为具备可控开通和可控阻断的电力电子器件。优选的，所述电路还可对称连接，接入所述直流输电线路的极线之间，且连接中点处设备接地。一种模块化可控卸荷电路的控制方法，其特征在于，将多个可控卸荷模块串联后接入直流输电线路的极线之间；当所述直流输电线路出现能量过余时，所述可控卸荷模块的电容吸收所述直流输电线路中过余的能量；可控卸荷模块中的MOV避雷器在保持电压稳定的基础上控制相应的开关闭合。优选的，所述可控卸荷模块中的MOV避雷器在保持电压稳定的基础上控制相应的开关闭合，之前还包括：设置所述MOV避雷器的最小残差电压。优选的，所述可控卸荷模块中的MOV避雷器在保持电压稳定的基础上控制相应的开关闭合，包括：当所有所述电容电压达到设定阈值时，所述MOV避雷器控制相应的开关闭合，短接电路；所述MOV避雷器消耗所述电容中的能量并降低所述直流输电线路中的电压，当所述直流输电线路中的电压降低至所述最小残差电压时，控制相应开关断开。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的技术方案，包括：所述可控卸荷电路串接在直流输电线路的极线之间，包括：多个串联的可控卸荷模块；每个可控卸荷模块包括：电容、开关和MOV避雷器；所述开关与所述MOV避雷器串联后与所述电容并联。本方案中提供的电路包括可控卸荷模块，当直流系统正常运行或发生扰动和故障时，可控卸荷模块可控制电路中的能量消耗功率，从而维持整个直流输电系统的平衡运作。本方案中的电路仅包括串联的可控卸荷模块，结构简单，可直接控制可控卸荷模块的接入或切除进行对直流线路能耗的控制，控制过程简单。本方案中，将多个可控卸荷模块串联后接入直流输电线路的极线之间；当所述直流输电线路出现能量过余时，所述可控卸荷模块的电容吸收所述直流输电线路中过余的能量；可控卸荷模块中的MOV避雷器在保持电压稳定的基础上控制相应的开关闭合。本方案通过可控卸荷模块的电容吸收能量，使得控制电路中电流较为平滑，对直流输电系统的影响较小，且投入的可控卸荷模块的数量与吸收功率成线性关系，控制逻辑简单。附图说明图1为本专利技术的一种模块化可控卸荷电路结构图；图2为现有技术中的直流输电线路结构图；图3为现有技术中的电路1结构图；图4为现有技术中的电路2结构图；图5为现有技术中的电路3结构图；图6为本专利技术的模块化可控卸荷电路对称连接图；其中，1-换流变压器；2-换流器；3-交流滤波器；4-平波电抗器；5-直流滤波器；6-换流站外冷却系统。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合说明书附图和实例对本专利技术的内容做进一步的说明。实施例1：本实施例提供了一种模块化可控卸荷电路，电路结构图如图1所示。本电路应用于直流输电电力系统，可控卸荷电路与逆变换流站并联；其技术方案实现步骤如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化可控卸荷电路，其特征在于，所述可控卸荷电路串接在直流输电线路的极线之间，包括：多个串联的可控卸荷模块；/n每个可控卸荷模块包括：电容、开关和MOV避雷器；/n所述开关与所述MOV避雷器串联后与所述电容并联。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化可控卸荷电路，其特征在于，所述可控卸荷电路串接在直流输电线路的极线之间，包括：多个串联的可控卸荷模块；
每个可控卸荷模块包括：电容、开关和MOV避雷器；
所述开关与所述MOV避雷器串联后与所述电容并联。


2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可控卸荷模块，还包括：
第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管与所述电容和开关构成的并联电路正向串联；
所述第二二极管与所述开关反向并接。


3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，
可控卸荷模块的最小个数由所述电容的额定电压决定。


4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可控卸荷模块的最少个数由下式确定：



其中，N为可控卸荷模块的最少个数，Udc为直流线路极线之间的电压，U0为电容的额定电压。


5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述电容的容值由直流电压纹波系数、子模块个数决定、直流电压及能量波动决定；
所述电容的额定电压小于所述开关的持续耐受电压。


6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电容的容值通过下式确定：



其中，C为所述电容的容值，ΔE为直流线路极线之间的能量波动值，N为可控卸荷模块的数量，ε为直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，许彬，高冲，赵岩，谢剑，周建辉，巩少岩，董巍，张娟娟，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11