一种耗能用斩波电阻支路的制作方法

1.本实用新型涉及高压直流输电技术领域，特别涉及一种耗能用斩波电阻支路。


背景技术：

2.由于直流输电系统的电压等级很高，要求能够承受高电压并且进行快速开通关断的高速开关技术，这是耗能用斩波电阻支路的技术关键。一般采用多个功率半导体器件串联，控制它们同时开通、同时关断，实现对耗能电阻的斩波控制。为了在高电压隔离下实现对功率半导体器件的快速控制，一般有两种方案为高速开关的动作部件供应能量：用较大功率光纤为高电位部件送能，或者用高频电流通过隔离变压器为高电位部件送能。
3.不论是采用大功率光纤为高电位送能，还是采用高频电流通过隔离变压器为高电位送能，都存在成本高，体积大的问题。专利cn111030158a依靠功率半导体器件的缓冲电容上的能量解决了这个问题，但为了解决缓冲电容上的电压可能长时间为0的问题，在缓冲电容之后连接二极管、大容量电容存储能量，再连接dc/dc变换器，为功率半导体器件的控制提供电源。这种方法需要额外的大容量电容存储能量，电路比较复杂。
4.另一方面，传统的缓冲电路中，每次功率半导体器件开通时，缓冲电容上的能量会全部消耗在缓冲电阻上，显著增加了缓冲电阻的损耗，而且限制了缓冲电容的设计容量，影响了缓冲电路的效果。
5.另外一种解决高速开关的动作部件供电的方法是，以半桥拓扑或全桥拓扑为基础设计耗能斩波单元，通过阀控的控制维持耗能斩波单元中的电容电压的平衡，并通过高位取能电源从电容上取电进行供电。如专利cn109245506a、cn112187029a、cn112086948a、cn212392662u等以半桥拓扑为基础，而专利cn209329703u以全桥拓扑为基础，设计了斩波单元。这些方法设计的斩波单元拓扑复杂，内部需要较多的大功率半导体器件，显著增加了系统成本。


技术实现要素：

6.为了解决背景技术提出的技术问题，本实用新型提供一种耗能用斩波电阻支路，是一种用于防止直流输电系统直流侧过压的耗能用斩波电阻支路，采用大功率半导体器件为高速开关直接串联的方式实现斩波支路，通过改进高速开关的缓冲电路，以较少的器件和成本实现维持缓冲电容的电压基本稳定，从而可以从缓冲电容上取电。
7.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
8.一种耗能用斩波电阻支路，连接在直流输电线路的正负端，包括耗能电阻r0、多个斩波组件；所有的斩波组件相互串联，串联后再与耗能电阻r0串联；
9.所述的斩波组件包括由可关断功率器件组成的高速开关t1、缓冲电路；高速开关t1与缓冲电路并联；
10.所述缓冲电路包括缓冲二极管d1、缓冲电容c1、缓冲电阻r1、缓冲开关t2；所述缓冲开关t2与缓冲电阻r1串联，串联后的电路与缓冲二极管d1并联，并联后的电路与缓冲电
容c1串联。
11.进一步地，所述的高速开关t1由高压igbt及其反并联二极管组成。
12.进一步地，所述的缓冲开关t2为高压igbt。
13.进一步地，所有的斩波组件还包括平衡电阻r2，平衡电阻r2并联在缓冲电容c1两端或并联在高速开关t1两端。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.1)本实用新型的电路能够实现对耗能电阻的高速控制，当直流输电系统线路直流电压过高，需要投入耗能电阻时，开通其中的高速开关t1；当直流输电系统不需要投入耗能电阻时，关断其中的高速开关t1；这时，所有的串联斩波组件共同承担系统直流电压，斩波组件中的缓冲电容电压由系统直流电压决定；
16.2)与传统rcd缓冲电路相比，本实用新型的缓冲电路具有明显的优点：能够显著降低高速开关t1开通时的电流应力，而且缓冲电容c1的大小与缓冲电阻r1的损耗没有直接关联，从而可以使用较大的缓冲电容，能够进一步降低断开高速开关t1时的电压过冲；在高速开关t1导通之后，如果出现缓冲电容c1上电压过高的情况，可以开通缓冲开关t2，然后缓冲电容将通过缓冲电阻r1进行放电，降低缓冲电容c1上的电压；
17.3)本实用新型的缓冲电路，以较少的器件和成本实现维持缓冲电容c1的电压基本稳定，从而可以从缓冲电容c1上取电，用于控制系统的供电。
附图说明
18.图1为本实用新型的一种典型实现；
19.图2本实用新型中斩波组件的一种典型实现；
20.图3本实用新型中斩波组件一种典型实现，使用igbt；
21.图4为考虑串联均压时本实用新型中斩波组件的一种实现电路；
22.图5为考虑串联均压时本实用新型中斩波组件的另一种实现电路；
23.图6为考虑为斩波组件为电路板供电时的应用电路。
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
25.如图1所示，一种耗能用斩波电阻支路，连接在直流输电线路的正负端，包括耗能电阻r0、两个或两个以上串联的斩波组件(图1中虚线框内为一个斩波组件)；所有的斩波组件相互串联，串联后再与耗能电阻r0串联；串联后的整体电路上端连接在直流输电线路的正端，下端连接在直流输电线路的负端。
26.如图2所示，每个斩波组件中包括由可关断功率器件组成的高速开关t1、缓冲电路；高速开关t1与缓冲电路并联；所述缓冲电路(图2中的虚线框内部分)包括：缓冲二极管d1、缓冲电容c1、缓冲电阻r1、缓冲开关t2；所述缓冲开关t2与缓冲电阻r1串联，串联后的电路与缓冲二极管d1并联，并联后的电路与缓冲电容c1串联。
27.如图3所示，所述的高速开关t1由高压igbt及其反并联二极管组成。所述的缓冲开关t2为高压igbt。
28.如图4-5所示，为了保证耗能电阻没有投入时，所有串联斩波组件的缓冲电容电压
平衡，可以在所有的斩波组件中都加入平衡电阻r2。如图4所示，平衡电阻r2并联在缓冲电容c1两端，如图5所示，平衡电阻r2还可以并联在高速开关t1两端。
29.本实用新型的工作原理解释如下：
30.1)本实用新型实现对耗能电阻的高速控制的电路原理为：当直流输电系统线路直流电压过高，需要投入耗能电阻r0时，开通其中的高速开关t1；将耗能电阻r0接入直流输电系统线路中；当直流输电系统不需要投入耗能电阻时，关断其中的高速开关t1；这时，所有的串联斩波组件共同承担系统直流电压，斩波组件中的缓冲电容电压由系统直流电压决定。
31.2)斩波组件的电路原理为：当断开高速开关t1时，耗能支路上的寄生电抗会在斩波组件两端产生过冲电压，缓冲二极管d1将导通，缓冲电容c1将斩波组件两端电压钳位，避免过压。当导通高速开关t1时，将缓冲开关t2处于断开位置，缓冲电容c1上的电压不会导致t1中的瞬时电流。因此，与传统rcd缓冲电路相比，本实用新型具有明显的优点：能够显著降低高速开关t1开通时的电流应力，而且缓冲电容c1的大小与缓冲电阻r1的损耗没有直接关联，从而可以使用较大的缓冲电容，能够进一步降低断开高速开关t1时的电压过冲。在高速开关t1导通之后，如果出现缓冲电容c1上电压过高的情况，可以开通缓冲开关t2，然后缓冲电容将通过缓冲电阻r1进行放电，降低缓冲电容c1上的电压。
32.3)本实用新型由于缓冲电路中由于缓冲二极管d1的作用，缓冲开关t2中只有单向电流，不需要反并联二极管，另外，缓冲开关t2可以选择较小电流的igbt，因为其电流是被缓冲电阻r1限制了，则能够以较少的器件和成本实现维持与其连接的缓冲电容c1的电压基本稳定，从而可以从缓冲电容c1上取电。图6是从缓冲电容c1上取电用于控制电路板供电的实施例电路图。
33.以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。