基于晶闸管-LC电路的直流耗能装置及其控制方法制造方法及图纸

基于晶闸管

【技术实现步骤摘要】
基于晶闸管
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LC电路的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，尤其是涉及一种基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置及其方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术因其能够直接连接弱交流系统、没有输电距离限制、不需要另外设置无功补偿装置，在电力系统中产生了广泛的应用需求。当发生受端侧低压故障时，交流电压跌落使受端换流站功率送出能力下降，而风场输入的功率保持不变，有功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设备的安全，严重情况下可能造成风机脱网。实现故障穿越的方法分为两种，一是采用通讯或无通讯的方法降低风机发出的功率，二是采用耗能装置吸收故障穿越器件的盈余功率。柔性直流输电系统惯性较低，故障发生后数十毫秒内直流电压就会超过设定值，主动降低风电场输出功率实现故障穿越，故工程中采用耗能装置实现故障穿越。
[0003]中国专利公开号CN115241921A提出一种基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统及方法，至少一组交流侧耗能装置，在并通过降压变压器连接于联接或换流变压器的网侧公共连接点。交流耗能装置为单组或多组，单组交流侧耗能装置采用三相电路结构，每相主要由单相晶闸管阀(晶闸管反并联构成)和耗能电阻串接而成，三相之间采用角接方式。该专利提到的交流耗能装置接在输送端，这种方式增加了海上平台的压力，技术有效但成本较高。本方案提出的直流耗能装置接在直流侧，位置处于陆上。
[0004]中国专利公开号CN111162559A提出一种柔性直流输电系统耗能装置，子模块的结构包括：集中式耗能电阻R1、限流电感L1～L2、隔离开关S1～S2组成；所述功率子模块拓扑由电容C、全控型开关器件T、反并联二极管D、均压电阻R、通流二极管D1、旁路开关BRK及晶闸管VB组成；与本方案的子模块结构，主要多了全控型开关器件T，少了LC电路，该专利号与本方案的核心开关器件不同，该专利号采用昂贵且可靠性较低的全控型开关，本方案采用晶闸管。诸如中国专利公布号CN115189387A、CN115000971A、CN114531050A、CN114221318A、CN113839409A、CN112600400A，采用的核心开关元件均是昂贵且可靠性较低的全控型开关，成本较高。
[0005]交流耗能装置接在输送端，这种方式增加了海上平台的压力，技术有效但成本较高，一般不采用；上述现有的直流耗能装置均采用昂贵且可靠性较低的全控型开关模块，成本较高，因此需要提出新方案。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的不足，本专利技术公开一种，其技术方案如下：一种基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置，包括若干个耗能子模块级联组成，该子模块的负极和与其相邻的子模块正极连接；所述子模块包括二极管D1和D2、电容器C1、晶闸管S1、耗能电阻R、以及由电抗器L0和电容器C0所组成的LC电路；所述子模块的输入端反并
联二极管D2；所述二极管D1阳极与二极管D1相连，所述二极管D1阴极与电容器相连；所述电容器另一端与子模块的输出端相连；所述晶闸管S1阳极与二极管D1的阴极相连，所述晶闸管阴极与耗能电阻R相连；所述电阻R另一端与子模块的输出端相连。所处LC电路包括电抗器L0和电容器C0；所述电抗器L0与电容器C0，并联在晶闸管S1两端。本专利技术通过引入LC电路为晶闸管创造过零点，替代了昂贵的全控型开关，且能正常投入退出耗能装置，降低了成本。
[0007]本专利技术还公开一种基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置的方法，包括如下步骤：步骤1：0
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t0时段，系统正常运行，直流耗能装置不投入；在系统运行的过程当中，对直流电压的大小进行检测，如果交流侧发生故障，检测到的直流电压大于设定值，直流耗能装置开始投入，正常运行时检测到直流电压小于设定值，直流耗能装置不动作；步骤2：t0‑
t2时段，t0时刻风电系统受端侧发生低压故障，直流侧电压开始上升。t0‑
t1时段，电容器C1对晶闸管所在支路和LC电路充电，电阻上的电流IR、晶闸管上的电流IS和LC电路上的电流I0开始从0增加。t1时刻检测到的直流电压大于设定值，控制电路控制脉冲触发电路发出固定频率的脉冲信号，使晶闸管导通，直流耗能装置开始投入，此时晶闸管上的电流IS和LC电路上的电流I0达到极大值。t1‑
t2时段，该耗能装置通过功率盈余计算投入的子模块的数量，子模块采用分组投入策略，优先选择平均电压最高的子模块投入。此时段电容器C1和C0均对晶闸管所在支路放电，晶闸管上的电流等于C1对晶闸管的放电电流和LC电路对晶闸管的电流，即IS=IR+IO，因为LC电路为谐振电路，电压和电流均振荡，LC电路中的电流经过一段时间会反向，直至晶闸管上的电流为0；步骤3：t2时，晶闸管电流为0时，晶闸管关断；步骤4：t2‑
t3时段，因为盈余功率被投入的耗能装置消耗，直流侧电压回复到设定值以下，控制系统不再控制脉冲触发电路发出触发信号，晶闸管S1不再导通，等电阻R上无电流流通，相当于电阻R断开，耗能装置退出。
有益效果
[0008]当海上风电系统受端侧低压故障时，交流电网电压跌落导致受端换流站功率送出能力下降，有功功率盈余造成直流输电线路的电压升高，本专利技术可以消耗系统的盈余功率，使直流电压下降。与同类现有装置相比，本专利技术成本更低，系统更稳定。
[0009]本专利技术结合了直流耗能方案与交流耗能方案，提出了结合晶闸管的直流耗能方案，通过引入LC电路为晶闸管创造过零点，替代了昂贵的全控型开关，相比交流耗能方案，消除了海上风电平台的额外压力，相比传统的直流耗能方案，节约了成本，提高了系统的可靠性。
附图说明
[0010]图1是本专利技术提供的基于晶闸管
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LC电路的直流耗能整体装置的电气拓扑图。
[0011]图2是本专利技术提供的基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置子模块的电气拓扑图。
[0012]图3是本专利技术提供的基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置子模块的工作过程图。
[0013]图4是本专利技术提供的基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置子模块的控制过程图。
[0014]图5是本专利技术提供的基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置的控制策略图。
实施方式
[0015]一种基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置，包括若干个耗能子模块级联组成，该子模块的负极和与其相邻的子模块正极连接；如图2，所述子模块包括二极管D1和D2、电容器C1、晶闸管S1、耗能电阻R、以及由电抗器L0和电容器C0所组成的LC电路；所述子模块的输入端反并联二极管D2；所述二极管D1阳极与二极管D1相连，所述二极管D1阴极与电容器相连；所述电容器另一端与子模块的输出端相连；所述晶闸管S1阳极与二极管D1的阴极相连，所述晶闸管阴极与耗能电阻R相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置，包括若干个耗能子模块级联组成，其特征为：该子模块的负极和与其相邻的子模块正极连接。2.根据权利要求1所述的所述基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置，，其特征为：所述子模块包括二极管D1和D2、电容器C1、晶闸管S1、耗能电阻R、以及由电抗器L0和电容器C0所组成的LC电路；所述子模块的输入端反并联二极管D2；所述二极管D1阳极与二极管D1相连，所述二极管D1阴极与电容器相连；所述电容器另一端与子模块的输出端相连；所述晶闸管S1阳极与二极管D1的阴极相连，所述晶闸管阴极与耗能电阻R相连；所述电阻R另一端与子模块的输出端相连。所处LC电路包括电抗器L0和电容器C0；所述电抗器L0与电容器C0，并联在晶闸管S1两端。3.一种基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置的方法，包括权利要求1所述的基于晶闸管
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LC电路的直流耗能装置；包括如下步骤：步骤1：0
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t0时段，系统正常运行，直流耗能装置不投入；在系统运行的过程当中，对直流电压的大小进行检测，如果交流侧发生故障，检测到的直流电压大于设定值，直流耗能装置开始投入，正常运行时检测到直流电压小于设定值，直流耗能装置不动作；步骤2：t0‑
t2时段，t0时刻风电系统受端侧发生低压故障，直流侧电压开始上升；t0‑
t1时段...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，苏慧，吴思航，张翔宇，潘霄峰，郭小江，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：