本發(fā)明屬于高壓直流輸電、特高壓直流輸電領(lǐng)域，特別涉及一種用于高壓直流的可控電阻裝置。

背景技術(shù)：

高壓直流輸電設(shè)備將交流電流通過換流器轉(zhuǎn)換為直流電流并且傳輸?shù)搅硪粋€換流器，將直流電流又轉(zhuǎn)換為交流電流。換流器將交流電流轉(zhuǎn)化為直流電流稱為整流器，換流器將直流電流轉(zhuǎn)化為交流電流稱為逆變器。如果整流器所接交流系統(tǒng)為弱系統(tǒng)，當(dāng)逆變器突然閉鎖時，可能導(dǎo)致整流器所接交流系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行；基于電網(wǎng)換相的高壓直流輸電換流器一般采用晶閘管作為開關(guān)器件，由于晶閘管可以控制開通不能控制關(guān)斷，當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生交流或直流擾動時，逆變器容易引起換相失敗。

解決上述兩個問題的一種方法是在直流側(cè)并聯(lián)制動電阻。對于第一個問題，當(dāng)逆變器突然閉鎖時，通過投入制動電阻消耗直流功率，保證整流器所接交流系統(tǒng)穩(wěn)定；對于第二個問題，當(dāng)檢測到高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生交流或直流擾動時，通過投入制動電阻消耗直流電流，減少逆變器換相時間，提高換相裕度從而保證不發(fā)生換相失敗。

現(xiàn)有采用并聯(lián)制動電阻的方法是采用直流開關(guān)和固定電阻串聯(lián)方式，當(dāng)需要投入制動電阻時，閉合直流開關(guān)；當(dāng)需要切除制動電阻時，分開閉合開關(guān)。由于電阻不具有可調(diào)特性，導(dǎo)致調(diào)節(jié)方式單一，控制效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于高壓直流的可控電阻裝置，用于高壓并實(shí)現(xiàn)電阻快速可調(diào)。

本發(fā)明的解決方案是：一種用于構(gòu)成用于高壓直流的可控電阻裝置的子模塊，包括兩個開關(guān)器件和一個電阻器，其特征在于，第一開關(guān)器件的負(fù)極連接電阻器的一端，正極連接第二開關(guān)器件的正極并引出子模塊的正端，第二開關(guān)器件的負(fù)極連接電阻器的另一端并引出子模塊的負(fù)端。

所述第一開關(guān)器件采用二極管、晶閘管、可關(guān)斷晶閘管GTO、集成門極換流晶閘管IGCT、絕緣柵雙極型晶體管IGBT或電力場效應(yīng)管MOSFET；所述第二開關(guān)器件采用可關(guān)斷晶閘管GTO、集成門極換流晶閘管IGCT、絕緣柵雙極型晶體管IGBT或電力場效應(yīng)管MOSFET。

所述第一開關(guān)器件采用二極管、晶閘管、可關(guān)斷晶閘管GTO或集成門極換流晶閘管IGCT時，所述正極為其陽極，所述負(fù)極為其陰極；所述第一開關(guān)器件采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT時，所述正極為其集電極，所述負(fù)極為其發(fā)射極；所述第一開關(guān)器件采用電力場效應(yīng)管MOSFET時，所述正極為其源極，所述負(fù)極為其漏極。

所述第二開關(guān)器件采用可關(guān)斷晶閘管GTO或集成門極換流晶閘管IGCT時，所述正極為其陽極，所述負(fù)極為其陰極；所述第二開關(guān)器件采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT時，所述正極為其集電極，所述負(fù)極為其發(fā)射極；所述第二開關(guān)器件采用電力場效應(yīng)管MOSFET時，所述正極為其源極，所述負(fù)極為其漏極。

所述子模塊的正端和負(fù)端并聯(lián)吸收電路；所述吸收電路采用以下兩種結(jié)構(gòu)的任一種：

第一種：電阻和電容串聯(lián)支路；

第二種：采用電阻和二極管并聯(lián)后再與電容串聯(lián)支路，其中，二極管的陽極與子模塊正端相連或二極管的陰極與子模塊負(fù)端相連。

可選地，所述子模塊的正端和負(fù)端并聯(lián)保護(hù)電路；所述保護(hù)電路采用晶閘管，晶閘管的陰極與子模塊的正端相連，晶閘管的陽極與子模塊的負(fù)端相連。

通過控制可控電阻裝置各子模塊的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對可控電阻裝置的控制，所述可控電阻裝置中各子模塊工作在3種狀態(tài)：狀態(tài)1，第一開關(guān)器件開通，第二開關(guān)器件關(guān)斷，該子模塊的輸出電阻為電阻器的電阻值；狀態(tài)2，第一開關(guān)器件關(guān)斷，第二開關(guān)器件開通，該子模塊的輸出電阻為零電阻值；狀態(tài)3，第一開關(guān)器件關(guān)斷，第二開關(guān)器件關(guān)斷，該子模塊的輸出電阻為無窮大電阻值；所述子模塊的輸出電阻是該子模塊正端相對負(fù)端的電阻。

一種用于高壓直流的可控電阻裝置，其全部或部分由上述權(quán)利要求中的子模塊組成，其特征在于：采用以下四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的任一種：

第一種：由子模塊串聯(lián)模塊和非線性電阻并聯(lián)組成；

第二種：由子模塊串聯(lián)模塊和全控器件串聯(lián)模塊串聯(lián)后再與非線性電阻并聯(lián)組成；

第三種：由子模塊串聯(lián)模塊和非線性電阻并聯(lián)后再與固定電阻串聯(lián)組成；

第四種：由子模塊串聯(lián)模塊和全控器件串聯(lián)模塊串聯(lián)后再與非線性電阻并聯(lián)，最后與固定電阻串聯(lián)組成。

所述子模塊串聯(lián)模塊由上述權(quán)利要求中的子模塊串聯(lián)組成，相鄰兩個子模塊連接方式為第一子模塊的負(fù)端與第二子模塊的正端連接。

所述全控器件串聯(lián)模塊由全控型器件直接串聯(lián)組成；所述全控型器件為可關(guān)斷晶閘管GTO、集成門極換流晶閘管IGCT、絕緣柵雙極型晶體管IGBT或電力場效應(yīng)管MOSFET。

所述四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的任一種可正向再串聯(lián)二極管或晶閘管閥組，連接方式為二極管或晶閘管閥組的陽極作為可控電阻裝置的正端，陰極與所述四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的任一種的第一子模塊正端相連；所述二極管或晶閘管閥組由多個同向串聯(lián)的二極管或晶閘管組成。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出一種用于高壓直流的可控電阻裝置，通過對子模塊的開關(guān)器件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)單個子模塊輸出電阻為零電阻、電阻器值或無窮大電阻，通過子模塊串聯(lián)實(shí)現(xiàn)可控電阻裝置的總電阻值快速可調(diào)，并且可用于高壓應(yīng)用場合。

附圖說明

圖1-圖4為本發(fā)明采用典型開關(guān)器件的子模塊；

其中，圖1為第一開關(guān)器件采用IGBT，第二開關(guān)器件采用IGBT；圖2為第一開關(guān)器件采用二極管，第二開關(guān)器件采用IGBT；圖3為第一開關(guān)器件采用晶閘管，第二開關(guān)器件采用IGBT；圖4為第一開關(guān)器件采用GTO，第二開關(guān)器件采用GTO；

圖5和圖6為本發(fā)明子模塊的兩種吸收電路；

圖7為本發(fā)明子模塊的保護(hù)電路；

圖8、圖9和圖10為本發(fā)明子模塊的控制狀態(tài)示意圖；

圖11-圖14為本發(fā)明由子模塊組成的可控電阻裝置；

其中，圖11為由子模塊串聯(lián)模塊組成；圖12為由子模塊串聯(lián)模塊和全控器件串聯(lián)模塊組成；圖13為由子模塊串聯(lián)模塊和固定電阻組成；圖14為由子模塊串聯(lián)模塊、全控器件串聯(lián)模塊和固定電阻組成。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，其中，相同的組件使用相同的附圖標(biāo)記。圖1-圖4示出了采用典型開關(guān)器件的子模塊。圖1、圖2、圖3、圖4的第一開關(guān)器件1的負(fù)極連接電阻器3的一端，正極連接第二開關(guān)器件2的正極并引出子模塊的正端X1，第二開關(guān)器件2的負(fù)極連接電阻器3的另一端并引出子模塊的負(fù)端X2。圖1的第一開關(guān)器件1為IGBT，第二開關(guān)器件2為IGBT；圖2的第一開關(guān)器件1為二極管，第二開關(guān)器件2為IGBT；圖3的第一開關(guān)器件1為晶閘管，第二開關(guān)器件2為IGBT；圖4的第一開關(guān)器件1為GTO，第二開關(guān)器件2為GTO。

圖5和圖6示出了并聯(lián)于子模塊正端X1和負(fù)端X2的兩種吸收電路。圖5為電阻4和電容5串聯(lián)支路，圖6為采用電阻4和二極管6并聯(lián)后再與電容5串聯(lián)支路，其中，二極管6的陽極與子模塊正端X1相連。吸收電路主要是抑制過高的電流變化率(di/dt)和電壓變化率(du/dt)，確保開關(guān)器件工作在安全工作區(qū)。

圖7示出了并聯(lián)于子模塊正端X1和負(fù)端X2的子模塊的保護(hù)電路。保護(hù)電路采用晶閘管7，晶閘管7的陰極與子模塊的正端X1相連，晶閘管的陽極與子模塊的負(fù)端X2相連。當(dāng)子模塊出現(xiàn)負(fù)電壓時，為了防止第二開關(guān)器件2的反并聯(lián)二極管發(fā)生過流，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管7，從而保護(hù)第二開關(guān)器件2的反并聯(lián)二極管損壞。

圖8、圖9和圖10為子模塊的控制狀態(tài)示意圖。通過控制可控電阻裝置各子模塊的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對可控電阻裝置的控制，各子模塊工作在3種狀態(tài)：狀態(tài)1，如圖8所示，第一開關(guān)器件1開通，第二開關(guān)器件2關(guān)斷，電流流經(jīng)第一開關(guān)器件1和電阻器3，此時子模塊的輸出電阻為電阻器的電阻值；狀態(tài)2，如圖9所示，第一開關(guān)器件1關(guān)斷，第二開關(guān)器件2開通，電流流經(jīng)第二開關(guān)器件2，此時子模塊的輸出電阻為零電阻值；狀態(tài)3，如圖10所示，第一開關(guān)器件1關(guān)斷，第二開關(guān)器件2關(guān)斷，此時子模塊的輸出電阻為無窮大電阻值。因此，通過控制第一開關(guān)器件1和第二開關(guān)器件2的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)子模塊輸出電阻值的變化。

圖11-圖14示出了由第一、第二開關(guān)器件都采用全控器件的子模塊組成的可控電阻裝置。圖11為由子模塊串聯(lián)模塊9組成，子模塊串聯(lián)模塊9中包含若干個子模塊，通過控制各個子模塊中第一開關(guān)器件1和第二開關(guān)器件2的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)子模塊輸出電阻值的變化，從而實(shí)現(xiàn)可控電阻裝置的電阻值調(diào)節(jié)，電阻值調(diào)節(jié)范圍為0～(R1+R2+…+Rn)?？煽仉娮柩b置兩端并聯(lián)非線性電阻8，當(dāng)閉鎖子模塊串聯(lián)模塊9，此時故障電流轉(zhuǎn)移至非線性電阻8中，直至系統(tǒng)能量被其所消耗吸收，可控電阻裝置完成分?jǐn)唷?/p>

圖12為由子模塊串聯(lián)模塊9和全控器件串聯(lián)模塊10組成，子模塊串聯(lián)模塊9中包含若干個子模塊，通過控制各個子模塊中第一開關(guān)器件1和第二開關(guān)器件2的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)子模塊輸出電阻值的變化，從而實(shí)現(xiàn)可控電阻裝置的電阻值調(diào)節(jié)，電阻值調(diào)節(jié)范圍為0～(R1+R2+…+Rn)。全控器件串聯(lián)模塊10由全控型器件串聯(lián)組成，主要是輔助關(guān)斷，承受一部分關(guān)斷過電壓?？煽仉娮柩b置兩端并聯(lián)非線性電阻8，當(dāng)閉鎖子模塊串聯(lián)模塊9和全控器件串聯(lián)模塊10，此時故障電流轉(zhuǎn)移至非線性電阻8中，直至系統(tǒng)能量被其所消耗吸收，可控電阻裝置完成分?jǐn)唷?/p>

圖13為由子模塊串聯(lián)模塊9和固定電阻11組成，子模塊串聯(lián)模塊9中包含若干個子模塊，通過控制各個子模塊中第一開關(guān)器件1和第二開關(guān)器件2的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)子模塊輸出電阻值的變化，從而實(shí)現(xiàn)可控電阻裝置的電阻值調(diào)節(jié)，電阻值調(diào)節(jié)范圍為R0～(R0+R1+R2+…+Rn)。串聯(lián)固定電阻11后，電阻值調(diào)節(jié)范圍變小，子模塊串聯(lián)模塊9中理論上可減少子模塊數(shù)量，但考慮到需要滿足關(guān)斷過電壓要求，子模塊數(shù)量減少有限。可控電阻裝置兩端并聯(lián)非線性電阻8，當(dāng)閉鎖子模塊串聯(lián)模塊9，此時故障電流轉(zhuǎn)移至非線性電阻8中，直至系統(tǒng)能量被其所消耗吸收，可控電阻裝置完成分?jǐn)唷?/p>

圖14為由子模塊串聯(lián)模塊9、全控器件串聯(lián)模塊10和固定電阻11組成，子模塊串聯(lián)模塊9中包含若干個子模塊，通過控制各個子模塊中第一開關(guān)器件1和第二開關(guān)器件2的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)子模塊輸出電阻值的變化，從而實(shí)現(xiàn)可控電阻裝置的電阻值調(diào)節(jié)，電阻值調(diào)節(jié)范圍為R0～(R0+R1+R2+…+Rn)。串聯(lián)固定電阻11后，電阻值調(diào)節(jié)范圍變小，子模塊串聯(lián)模塊9中可減少子模塊數(shù)量，通過串聯(lián)全控器件串聯(lián)模塊10承受部分關(guān)斷過電壓，能夠滿足關(guān)斷過電壓要求。可控電阻裝置兩端并聯(lián)非線性電阻8，當(dāng)閉鎖子模塊串聯(lián)模塊9和全控器件串聯(lián)模塊10，此時故障電流轉(zhuǎn)移至非線性電阻8中，直至系統(tǒng)能量被其所消耗吸收，可控電阻裝置完成分?jǐn)唷?/p>

以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。