一种交流侧功率耗散装置的制作方法

本发明属于大功率电力电子变流技术领域，具体涉及一种交流侧功率耗散装置。

背景技术：

基于电压源型换流器的高压直流输电技术(vsc-hvdc)越来越多地应用于海上风电并网工程。当岸上发生交流故障时，由于海上风电场输送的功率无法通过岸上的vsc输送至交流主网，盈余功率会不断地对直流侧电容充电，导致直流电压不断攀升，达到一定程度就会严重损坏直流侧电容和换流器。因此必须采取措施抑制直流过电压，从而辅助风电场穿越岸上交流故障。

国内外的风电并网导则明确提出了风电场穿越故障的技术要求。我国电力系统则规定：1)风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20％额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；2)风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90％时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。

针对含vsc-hvdc的海上风电场故障穿越问题，近年来国内外学者开展了广泛研究。相关研究主要分为两个方向：增加实现风电场快速减出力的控制环节；增加功率耗散装置。功率耗散装置有四种安排情况：

1.海上交流侧：设备安装在高压直流转换器平台或者交流变电站平台，同时由于设备连接到交流系统，它可以使用线路换向开关，类似于svc中使用的晶闸管阀，形成晶闸管控制的电阻器。

2.海上直流侧：设备同样安装在高压直流转换器平台，同时要求设备自换相。

3.陆上直流侧：设备安装在陆地上，不占用海上高压直流转换器平台的空间，但同样需要自换相换流器。

4.陆上交流侧：此时使用晶闸管阀来控制就很有难度了，因为需要隔离交流故障，考虑故障恢复及重新同步的问题。

将功率耗散装置安排在海上，能够隔离交流系统的故障，以及高压直流电缆故障，看起来比较有优势。但通常认为高压直流电缆故障是相当罕见的，并且也不是瞬时可以解决的故障。而设备安装在海上平台带来了许多成本上的劣势，因此现在的研究焦点大多聚集在陆上直流侧。

本发明从装置功能复用的角度出发，发明了一种交流侧功率耗散装置，提高装置的利用率，从而节约了工程的总体成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种交流侧功率耗散装置，将功率耗散电路在非故障状态时变换成tcr电路，给系统输送无功功率，从而大大提高了功率耗散装置的利用率，节约了工程的总体成本。

为了达成上述目的，本发明采用的具体的方案如下：一种交流侧功率耗散装置，所述装置包含两组并联的模块：第一组模块和第二组模块；

所述第一组模块包括三相电抗器和晶闸管整流桥，所述电抗器的第一端连接交流三相母线，第二端连接晶闸管整流桥，晶闸管整流桥每相的上下桥臂各包含2个或者2组晶闸管t111、t112/t113、t114/t121、t122/t123、t124/t131、t132/t133、t134；所述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其连接点称为桥臂中点，所述上桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管t115/t125/t135的第一端，所述下桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管t116/t126/t136的第一端，其中连接方向为：上桥臂中点连接上桥臂旁路晶闸管阳极，下桥臂中点连接下桥臂旁路晶闸管阴极；

所述第二组模块与所述第一组模块结构相同，两组模块交流侧并联，两组模块的晶闸管整流桥直流端并联后连接耗能电阻r；

两组模块的连接关系还包括：将第一组模块各相上桥臂旁路晶闸管的第二端和第二组模块各相下桥臂旁路晶闸管的第二端交错相位两两对应连接，将第一组模块各相下桥臂旁路晶闸管的第二端和第二组模块各相上桥臂旁路晶闸管的第二端交错相位两两对应连接；两者的相位交错次序一致。

进一步地，所述两组模块的连接关系具体为：第一组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端；

第一组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端。

进一步地，所述两组模块的连接关系具体为：第一组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端；

第一组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端。

进一步地，连接关系还包括：第一组模块同相的上桥臂旁路晶闸管的第二端连接下桥臂旁路晶闸管的第二端，即上桥臂旁路晶闸管阴极连接下桥臂旁路晶闸管阳极。

上述一种交流侧功率耗散装置，在故障情况下功率耗散装置运行在chopper模式，两组模块中与整流桥的桥臂反向并联的旁路晶闸管均处于断开状态，三相整流桥的桥臂按特定的控制角工作；

在非故障情况下功率耗散装置运行在tcr模式，两组模块中，所述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其中与直流端连接的1个或者1组晶闸管均处于断开状态；此时，两组模块中旁接在桥臂上的晶闸管，和桥臂中剩余的晶闸管对称性反向并联，形成tcr电路，给系统输送无功功率。

本发明同时提出另一种交流侧功率耗散装置，所述装置包括一组三相电抗器、晶闸管整流桥和耗能电阻r；

所述电抗器的第一端连接三相交流母线，第二端连接晶闸管整流桥，晶闸管整流桥每相的上下桥臂各包含2个或者2组晶闸管t111、t112/t113、t114/t121、t122/t123、t124/t131、t132/t133、t134；

所述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其连接点称为桥臂中点，所述上桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管t115/t125/t135的第一端，所述下桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管t116/t126/t136的第一端，上桥臂旁路晶闸管的第二端连接下桥臂旁路晶闸管的第二端，上下桥臂旁路晶闸管的连接点称为旁路中点，其中连接方向为：上桥臂中点连接上桥臂旁路晶闸管阳极，下桥臂中点连接下桥臂旁路晶闸管阴极，上桥臂旁路晶闸管阴极连接下桥臂旁路晶闸管阳极；

所述晶闸管整流桥三相的旁路中点和电抗器第一端，彼此交错相位两两对应连接；具体是指，晶闸管整流桥a相的旁路中点连接电抗器第一端的b相，晶闸管整流桥b相的旁路中点连接电抗器第一端的c相，晶闸管整流桥c相的旁路中点连接电抗器第一端的a相；或者晶闸管整流桥a相的旁路中点连接电抗器第一端的c相，晶闸管整流桥b相的旁路中点连接电抗器第一端的a相，晶闸管整流桥c相的旁路中点连接电抗器第一端的b相；

所述晶闸管整流桥的直流端连接耗能电阻r。

上述交流侧功率耗散装置，在故障情况下功率耗散装置运行在chopper模式，旁路晶闸管均处于断开状态，三相整流桥的桥臂按特定的控制角工作；

在非故障情况下功率耗散装置运行在tcr模式，所述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其中与直流端连接的1个或者1组晶闸管均处于断开状态；此时，旁接在桥臂上的晶闸管，和桥臂中剩余的晶闸管对称性反向并联，形成tcr电路，给系统输送无功功率。

本发明还提出了一种交流侧功率耗散装置，所述装置包括第一三相电抗器、第二三相电抗器、晶闸管整流桥和耗能电阻r；

所述第一三相电抗器的第一端连接三相交流母线，第二端连接晶闸管整流桥，晶闸管整流桥每相的上下桥臂各包含2个或者2组晶闸管t111、t112/t113、t114/t121、t122/t123、t124/t131、t132/t133、t134；

所述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其连接点称为桥臂中点，所述上桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管t115/t125/t135的第一端，所述下桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管t116/t126/t136的第一端，上桥臂旁路晶闸管的第二端连接下桥臂旁路晶闸管的第二端，上下桥臂旁路晶闸管的连接点称为旁路中点，其中连接方向为：上桥臂中点连接上桥臂旁路晶闸管阳极，下桥臂中点连接下桥臂旁路晶闸管阴极，上桥臂旁路晶闸管阴极连接下桥臂旁路晶闸管阳极；

所述第二三相电抗器的第一端连接三相交流母线，第二端和所述晶闸管整流桥三相的旁路中点彼此交错相位两两对应连接；具体是指，晶闸管整流桥a相的旁路中点连接第二电抗器第二端的b相，晶闸管整流桥b相的旁路中点连接第二电抗器第二端的c相，晶闸管整流桥c相的旁路中点连接第二电抗器第二端的a相；或者晶闸管整流桥a相的旁路中点连接第二电抗器第二端的c相，晶闸管整流桥b相的旁路中点连接第二电抗器第二端的a相，晶闸管整流桥c相的旁路中点连接第二电抗器第二端的b相；

所述晶闸管整流桥的直流端连接耗能电阻r。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种交流侧功率耗散装置，在非故障状态时，将装置从chopper电路变换成tcr电路，给系统输送无功功率，从而大大提高了功率耗散装置的利用率，使得原来仅仅在紧急故障情况下才发挥作用的功率耗散装置变成了常用装置，节约了工程的总体成本。

附图说明

图1为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第一实施例拓扑示意图。

图2为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第二实施例拓扑示意图。

图3为本发明的第二实施例chopper工作模式示意图。

图4为本发明的第二实施例tcr工作模式示意图。

图5为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第三实施例拓扑示意图。

图6为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第四实施例拓扑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提出了一种交流侧功率耗散装置，在非故障状态时，将装置从chopper电路变换成tcr电路，给系统输送无功功率，从而大大提高了功率耗散装置的利用率，使得原来仅仅在紧急故障情况下才发挥作用的功率耗散装置变成了常用装置。

上述tcr电路是指晶闸管控制电抗器(英文thyristorcontrolledreactor缩写为tcr)，静止型动态无功补偿(英文staticvarcompensation缩写为svc)装置的主要形式之一，它属于并联补偿。目前具有较高的性价比，也是使用越来越普遍且效果最好的动态无功补偿装置。

将每相电抗器与晶闸管阀组串联之后，三相连接成三角形接线方式并入电网，就构成了常用的tcr接线。通过控制晶闸管阀组的导通时间长短，就可以改变与其串联的电抗器中流过的电流(主要是工频基波电流)大小，从而改变电抗器吸收电网的无功功率值。

图1为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第一实施例拓扑示意图，装置包含两组并联的模块：第一组模块和第二组模块。

上述第一组模块包括三相电抗器和晶闸管整流桥，上述电抗器的第一端连接交流三相母线，第二端连接晶闸管整流桥，晶闸管整流桥每相的上下桥臂各包含2个或者2组晶闸管；如图1所示，t111、t112为a相上桥臂晶闸管，t113、t114为a相下桥臂晶闸管，…。上述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其连接点称为桥臂中点，上述上桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管的第一端，上述下桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管的第一端，其中连接方向为：上桥臂中点连接上桥臂旁路晶闸管阳极，下桥臂中点连接下桥臂旁路晶闸管阴极。如图1示，t115的阳极连接在t111和t112的连接处，t116的阴极连接在t113和t114的连接处。

上述第二组模块与上述第一组模块结构相同，两组模块交流侧并联，两组模块的晶闸管整流桥直流端并联后连接耗能电阻r。使得流过r的电流可以更大，功率耗散率更高。

两组模块的连接关系还包括：将第一组模块各相上桥臂旁路晶闸管的第二端和第二组模块各相下桥臂旁路晶闸管的第二端交错相位两两对应连接，将第一组模块各相下桥臂旁路晶闸管的第二端和第二组模块各相上桥臂旁路晶闸管的第二端交错相位两两对应连接；两者的相位交错次序一致。

上述两组模块的连接关系具体为：第一组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端。如第一组模块中a相晶闸管t115连接到第二组模块中b相晶闸管t226，第一组模块中a相晶闸管t116连接到第二组模块中b相晶闸管t225，…。

或者两两对应连接为：第一组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块a相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块c相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块b相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块a相上桥臂旁路晶闸管的第二端；第一组模块c相下桥臂旁路晶闸管的第二端连接第二组模块b相上桥臂旁路晶闸管的第二端。

图2为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第二实施例拓扑示意图，装置同样包含两组并联的模块。和第一实施例拓扑不同之处在于，连接关系还包括：第一组模块同相的上桥臂旁路晶闸管的第二端连接下桥臂旁路晶闸管的第二端，即上桥臂旁路晶闸管阴极连接下桥臂旁路晶闸管阳极；因为上述旁路晶闸管交错相位两两对应连接，所以相当于第二组模块同相的上桥臂旁路晶闸管的第二端也连接下桥臂旁路晶闸管的第二端。如图2所示，晶闸管t115、t116串联，t115的阳极连接在t111和t112的连接处，t116的阴极连接在t113和t114的连接处。第一组模块中a相t115和t116的连接点，连接到第二组模块中b相t225和t226的连接点，第一组模块中c相t135和t136的连接点，连接到第二组模块中a相t215和t216的连接点，…。

对于第二实施例而言，在故障情况下功率耗散装置运行在chopper模式，如图3所示，两组模块中与整流桥的桥臂反向并联的旁路晶闸管均处于断开状态，三相整流桥的桥臂按特定的控制角工作。

在非故障情况下功率耗散装置运行在tcr模式，如图4所示，两组模块中，上述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其中与直流端连接的1个或者1组晶闸管均处于断开状态；此时，两组模块中旁接在桥臂上的晶闸管，和桥臂中剩余的晶闸管对称性反向并联，形成tcr电路，给系统输送无功功率。

图5为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第三实施例拓扑示意图，装置仅包含一组模块。如图所示，上述装置包括一组三相电抗器、晶闸管整流桥和耗能电阻r。晶闸管整流桥的直流端连接耗能电阻r。

上述电抗器的第一端连接三相交流母线，第二端连接晶闸管整流桥，晶闸管整流桥每相的上下桥臂各包含2个或者2组晶闸管，如图5所示，t111、t112为a相上桥臂晶闸管，t113、t114为a相下桥臂晶闸管，…。

上述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其连接点称为桥臂中点，上述上桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管的第一端，上述下桥臂的桥臂中点连接1个或者1组旁路晶闸管的第一端，上桥臂旁路晶闸管的第二端连接下桥臂旁路晶闸管的第二端，上下桥臂旁路晶闸管的连接点称为旁路中点，其中连接方向为：上桥臂中点连接上桥臂旁路晶闸管阳极，下桥臂中点连接下桥臂旁路晶闸管阴极，上桥臂旁路晶闸管阴极连接下桥臂旁路晶闸管阳极。如图5所示，晶闸管t115、t116串联，t115的阳极连接在t111和t112的连接处，t116的阴极连接在t113和t114的连接处。

上述晶闸管整流桥三相的旁路中点和电抗器第一端，彼此交错相位两两对应连接；具体是指，晶闸管整流桥a相的旁路中点连接电抗器第一端的b相，晶闸管整流桥b相的旁路中点连接电抗器第一端的c相，晶闸管整流桥c相的旁路中点连接电抗器第一端的a相；或者晶闸管整流桥a相的旁路中点连接电抗器第一端的c相，晶闸管整流桥b相的旁路中点连接电抗器第一端的a相，晶闸管整流桥c相的旁路中点连接电抗器第一端的b相。如a相晶闸管t115和t116的连接点，连接到电抗器b相，c相晶闸管t135和t136的连接点，连接到电抗器a相，…。

和实施例一、二相同，在故障情况下功率耗散装置运行在chopper模式，旁路晶闸管均处于断开状态，三相整流桥的桥臂按特定的控制角工作；在非故障情况下功率耗散装置运行在tcr模式，上述上下桥臂各包含的2个或者2组晶闸管，其中与直流端连接的1个或者1组晶闸管均处于断开状态；此时，旁接在桥臂上的晶闸管，和桥臂中剩余的晶闸管对称性反向并联，形成tcr电路，给系统输送无功功率。

图6为本发明提出的一种交流侧功率耗散装置第四实施例拓扑示意图。