本发明涉及大功率电力电子变流技术领域，特别是一种混合式耗能装置及其控制方法。
背景技术：
柔性直流输电系统因其具有自关断能力，不需外加的换相电压，克服了传统高压直流系统受端必须是有源网络的根本缺陷使其成为孤岛送电、海上风电送出的绝佳解决方案。柔性直流输电系统中，在受端系统发生交流系统故障后，故障期间送端系统功率无法送出，将导致直流线路电压升高，对整个系统的设备的绝缘水平将带来严苛的考验。耗能装置做为柔性直流输电系统的重要设备，此时将起到消耗受端系统无法承受的能量的作用，以保护整个系统的设备。
目前就耗能装置，主要交流耗能装置和直流耗能装置之分。交流耗能装置主要用途为当直流输电线路发生故障时在交流侧投入制动电阻消耗盈余功率。该方案应用在海上平台时将会增加极大的经济成本，不适用于海上柔性直流输电系统。直流耗能装置主要有集中式耗能装置和分布式耗能装置之分。集中式耗能装置由耗能支路和耗能电阻组成，在检测到直流电压升高后投入耗能电阻，承担功率盈余的消耗，但是集中式耗能装置不能在投入阶段保持直流电压的稳定；分布式耗能装能在耗能装置投入阶段仍能保持直流电压的稳定，具有较高的性能，但是分布式耗能装置有大量子模块构成，每个子模块内含有半导体igbt器件，igbt价格的高昂在在一定程度上提高了分布式耗能装置的成本。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提出一种混合式耗能装置及其控制方法，既继承了分布式耗能装置在故障期间可稳定直流电压，又通过引入集中式耗能装置减少了分布式耗能装置的半导体器件的耐流通流能力，减小了耗能装置的成本。
本发明采用以下方案实现：一种混合式耗能装置，包括并联在直流线路端的集中式耗能装置与分布式耗能装置；所述集中式耗能装置与分布式耗能装置能够单独投入或者同时投入。
进一步地，所述集中式耗能装置由耗能支路与耗能电阻构成，所述耗能支路由至少一个耗能子模块同方向串联连接构成。
进一步地，所述分布式耗能装置由多个均压耗能模块(耗能子模块)组成，多个均压耗能模块之间相互串联，每个耗能子模块由耗能单元、储能单元和可控开关组成。
进一步地，所述分布式耗能装置的设计额定功率大于系统的2/3额定功率，所述集中式耗能装置的设计额定功率大于系统1/3额定功率。
本发明还提供了一种如上文所述的混合式耗能装置的控制方法，在直流线路电压高于预设值时，优先选择投入分布式耗能装置；在分布式耗能装置无法完全消耗多余能量时，同时投入集中式耗能装置。
进一步地，包括以下步骤：
步骤s1：实时检测直流线路电压udl，当受端交流系统发生故障时，直流线路电压上升，计算出耗能装置需要消耗的盈余功率ploss；
步骤s2：当检测到直流电压udl升高且大于分布式耗能装置的动作门槛值时，按盈余功率的大小投入分布式耗能装置；
步骤s3：判断ploss与系统额定功率p0之间的关系，若ploss/p0<2/3，则只需投入分布式耗能装置；若ploss/p0>2/3，则同时投入分布式耗能装置与集中式耗能装置。
进一步地，实时监测直流线路的电压，在直流线路电压正常时，对分布式耗能装置进行预充电，预充电完成后，分布式耗能装置处于热备用状态。
进一步地，在受端交流电网发生最常见的单相故障时，仅投入分布式耗能装置；在受端交流电网发生较为严重的交流两相故障或三相故障时，同时投入分布式耗能装置和集中式耗能装置，集中式耗能装置可承担需要耗能的能量。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1.本发明装置及方法采用了分布式耗能装置和集中式耗能装置相结合的方法，装置既继承了分布式耗能装置在故障期间可稳定直流电压，又通过引入集中式耗能装置减少了分布式耗能装置的半导体器件的耐流通流能力，减小了耗能装置的成本；
2.本发明装置的控制方法针对交流系统故障的不同类型进行了不同投入方式的区分，利用集中式耗能装置快速耗能特性降低分布式耗能装置的耐流能力，极大减少了耗能装置的成本。
附图说明
图1为本发明实施例的系统原理图。
图2为本发明实施例的分布式耗能装置常用子模块拓扑。
图3为本发明实施例的集中式耗能装置拓扑。图中，1为耗能支路，2为耗能模块，3为耗能电阻，4为旁路开关，5为充电旁路电阻，6为充电开关，7为隔离开关。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种混合式耗能装置，包括并联在直流线路端的集中式耗能装置与分布式耗能装置；所述集中式耗能装置与分布式耗能装置能够单独投入或者同时投入。
在本实施例中，如图3所示，所述集中式耗能装置由耗能支路1与耗能电阻3构成，所述耗能支路由至少一个耗能子模块2同方向串联连接构成。另含辅助用的隔离开关7和充电旁路电阻5；耗能支路1由多个耗能模块2构成，每个耗能模块两端还并联一个旁路开关4。
在本实施例中，如图2所示，所述分布式耗能装置由多个均压耗能模块(耗能子模块)组成，多个均压耗能模块之间相互串联，每个耗能子模块由耗能单元(电阻rb)、储能单元(电容c)和可控开关(半导体器件igbt)组成。
在本实施例中，所述分布式耗能装置的设计额定功率大于系统的2/3额定功率，所述集中式耗能装置的设计额定功率大于系统1/3额定功率。
本实施例还提供了一种如上文所述的混合式耗能装置的控制方法，在直流线路电压高于预设值时，优先选择投入分布式耗能装置；在分布式耗能装置无法完全消耗多余能量时，同时投入集中式耗能装置。
在本实施例中，包括以下步骤：
步骤s1：实时检测直流线路电压udl，当受端交流系统发生故障时，直流线路电压上升，计算出耗能装置需要消耗的盈余功率ploss；
步骤s2：当检测到直流电压udl升高且大于分布式耗能装置的动作门槛值时，按盈余功率的大小投入分布式耗能装置；
步骤s3：判断ploss与系统额定功率p0之间的关系，若ploss/p0<2/3，则只需投入分布式耗能装置；若ploss/p0>2/3，则同时投入分布式耗能装置与集中式耗能装置。
在本实施例中，实时监测直流线路的电压，在直流线路电压正常时，对分布式耗能装置进行预充电，预充电完成后，分布式耗能装置处于热备用状态。
在本实施例中，在受端交流电网发生最常见的单相故障时，仅投入分布式耗能装置；在受端交流电网发生较为严重的交流两相故障或三相故障时，同时投入分布式耗能装置和集中式耗能装置，集中式耗能装置可承担需要耗能的能量。
具体的，本实施例以一具体的系统作为实例进行说明。假设该系统直流额定电压为500kv，输送额定功率为500mw。假设某时刻检测到受端交流单相系统发生接地故障，此时直流电压升高，出现盈余功率计算公式为ploss＝psend-pdc，psend为当前直流系统送端输送功率500mw，pdc为故障期间受端换流站实际功率大约为330mw，此时出现盈余功率大约为170mw，ploss/psend<2/3，则只需投入分布式耗能装置，投入的耗能子模块个数由盈余功率决定；假设某时刻发生受端交流系统三相接地故障，此时送段输送功率500mw，受端承接功率0mw，此时出现的盈余功率为500m，此时ploss/psend>2/3，则投入分布式耗能装置用于稳定直流电压，同时投入集中式耗能装置用于消耗盈余功率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
1.一种混合式耗能装置，其特征在于，包括并联在直流线路端的集中式耗能装置与分布式耗能装置；所述集中式耗能装置与分布式耗能装置能够单独投入或者同时投入。
2.根据权利要求1所述的一种混合式耗能装置，其特征在于，所述集中式耗能装置由耗能支路与耗能电阻构成，所述耗能支路由至少一个耗能子模块同方向串联连接构成。
3.根据权利要求1所述的一种混合式耗能装置，其特征在于，所述分布式耗能装置由多个均压耗能模块组成，多个均压耗能模块之间相互串联。
4.根据权利要求1所述的一种混合式耗能装置，其特征在于，所述分布式耗能装置的设计额定功率大于系统的2/3额定功率，所述集中式耗能装置的设计额定功率大于系统1/3额定功率。
5.一种如权利要求1-4所述的混合式耗能装置的控制方法，其特征在于，在直流线路电压高于预设值时，优先选择投入分布式耗能装置；在分布式耗能装置无法完全消耗多余能量时，同时投入集中式耗能装置。
6.根据权利要求5所述的混合式耗能装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1：实时检测直流线路电压udl，当受端交流系统发生故障时，直流线路电压上升，计算出耗能装置需要消耗的盈余功率ploss；
步骤s2：当检测到直流电压udl升高且大于分布式耗能装置的动作门槛值时，按盈余功率的大小投入分布式耗能装置；
步骤s3：判断ploss与系统额定功率p0之间的关系，若ploss/p0<2/3，则只需投入分布式耗能装置；若ploss/p0>2/3，则同时投入分布式耗能装置与集中式耗能装置。
7.根据权利要求5所述的混合式耗能装置的控制方法，其特征在于，在直流线路电压正常时，对分布式耗能装置进行预充电，预充电完成后，分布式耗能装置处于热备用状态。
8.根据权利要求5所述的混合式耗能装置的控制方法，其特征在于，在受端交流电网发生单相故障时，仅投入分布式耗能装置；在受端交流电网发生交流两相故障或三相故障时，同时投入分布式耗能装置和集中式耗能装置。
技术总结