斷路布置的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及功率系統(tǒng)，例如用于功率的傳輸。特別地，本發(fā)明涉及用于例如在功率系統(tǒng)中使用的斷路布置。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如電功率分配或傳輸系統(tǒng)的功率系統(tǒng)一般包含用于保護(hù)、監(jiān)測(cè)和控制包含于功率系統(tǒng)中的其他組件的操作和/或功能性的保護(hù)系統(tǒng)。這類(lèi)保護(hù)系統(tǒng)例如可以能夠檢測(cè)功率線路、變壓器和/或功率系統(tǒng)的其他部件或組件中的短路、過(guò)電流和過(guò)電壓。保護(hù)系統(tǒng)能夠包含諸如用于通過(guò)斷開(kāi)或切斷斷路器來(lái)隔離例如發(fā)生在功率傳輸和分配線路中的任何可能的故障的斷路器的保護(hù)設(shè)備。在例如通過(guò)執(zhí)行在其中已檢測(cè)到故障的組件上的修理和/或維護(hù)已清除故障之后，通過(guò)閉合斷路器能夠恢復(fù)功率通量。備選地或另外地，保護(hù)系統(tǒng)能夠布置成在用于功率通量的特定路線中的故障的檢測(cè)時(shí)，隔離在其中已檢測(cè)到故障的路線并且選擇用于功率通量的備選路線。
[0003]斷路器的操作可響應(yīng)于故障條件或故障電流的檢測(cè)。在故障條件或故障電流的檢測(cè)時(shí)，機(jī)制可操作斷路器，以便中斷從其流過(guò)的電流。一旦已檢測(cè)到故障，斷路器內(nèi)的觸點(diǎn)可分開(kāi)，以便中斷通過(guò)其的電流。彈簧布置、氣動(dòng)布置或利用機(jī)械存儲(chǔ)的能量的一些其他的部件可被采用以分開(kāi)觸點(diǎn)。因此，機(jī)械電流中斷器例如可在斷路器中采用。備選地或另外地，基于半導(dǎo)體裝置的固態(tài)中斷器可在斷路器中采用。在中斷在電路中流動(dòng)的電流時(shí)，通常生成電弧。這種電弧可稱(chēng)為故障電流電弧。為了斷開(kāi)電路中的電流，可能需要或希望熄滅這種電弧。一旦已減輕或消除故障條件，觸點(diǎn)能夠閉合，以便恢復(fù)通過(guò)斷路器的電流的流動(dòng)。
[0004]由于對(duì)于功率供應(yīng)或遞送以及所互連的功率傳輸和分配系統(tǒng)的日益增加的需要，高電壓直流(HVDC)功率傳輸變得日益重要。HVDC電網(wǎng)或DC電網(wǎng)可包括通過(guò)傳輸線路例如地下電纜和/或架空線路所互連的多個(gè)交流(AC)/DC變換器端子。在電網(wǎng)內(nèi)，端子可連接到多個(gè)端子，從而導(dǎo)致不同的拓?fù)漕?lèi)型。DC斷路器能夠用于在HVDC或DC電網(wǎng)中隔離諸如傳輸線路的有故障的組件。與AC斷路器不同，不存在自然電流零點(diǎn)，故障電流電弧在自然電流零點(diǎn)處可在DC斷路器中熄滅。而是，可能希望或甚至需要在利用DC斷路器時(shí)形成電流零點(diǎn)。
[0005]形成電流零點(diǎn)以便熄滅DC斷路器的電流中斷器中的故障電流電弧的方式的一個(gè)示例是采用與電流中斷器并聯(lián)連接的所謂諧振電路。諧振電路可備選地稱(chēng)為振蕩電路或注入電路。在某些條件下，諧振電路能夠變得不穩(wěn)定，由此振蕩開(kāi)始增大，其中在諧振電路中所形成的高頻率電流或諧振電流或注入電流將故障電流疊加并且生成電流零點(diǎn)，在所述點(diǎn)處能夠熄滅故障電流電弧。諧振電路例如可包括串聯(lián)連接的電感器、電容器和可能的開(kāi)關(guān)元件。在正常操作期間，即在沒(méi)有檢測(cè)到故障或沒(méi)有感測(cè)到故障電流時(shí)，閉合電流中斷器并且斷開(kāi)諧振電路中的開(kāi)關(guān)元件。在切斷信號(hào)(例如其可由包含DC斷路器的HVDC功率傳輸系統(tǒng)的保護(hù)單元或者外部控制單元來(lái)發(fā)出)的接收時(shí)，通過(guò)在其中分開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)斷開(kāi)電流中斷器以中斷通過(guò)DC斷路器的直流。在中斷或斷開(kāi)直流時(shí)，在電流中斷器的觸點(diǎn)之間通過(guò)電弧攜帶電流。因此，在電流中斷器中的觸點(diǎn)之間形成故障電流電弧。一般希望或甚至需要熄滅故障電流電弧以便斷開(kāi)通過(guò)DC斷路器的電流。在已斷開(kāi)電流中斷器之后短時(shí)間，通常在大約一毫秒或幾毫秒之后，例如取決于已分開(kāi)多少觸點(diǎn)，閉合諧振電路中的開(kāi)關(guān)元件。為了開(kāi)始振蕩，諧振電路中的電容器可需要被充電。一旦已使電容器充電(使用某一極性)，它將通過(guò)諧振電路中的電感器經(jīng)由電容器極板或其端部中的一個(gè)來(lái)放電。當(dāng)電容器放電時(shí)，電感器將形成磁場(chǎng)。然后，一旦已使電容器放電，電感器將經(jīng)由電容器的電容器極板或另一端部來(lái)使電容器充電。一旦電感器的磁場(chǎng)衰竭，已使電容器再次充電(但是使用相反的極性)，并且因此它可通過(guò)電感器再次放電。因此所形成的諧振電流能夠進(jìn)行以疊加故障電流并且生成電流零點(diǎn)，在所述點(diǎn)能夠熄滅故障電流電弧。
[0006]然而，在本領(lǐng)域中還存在用于改進(jìn)DC斷路布置的需要，該布置與已知DC斷路布置相比能夠提供關(guān)于操作的改進(jìn)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地布置諸如在前面中所描述的用來(lái)形成電流零點(diǎn)以熄滅DC斷路器中的故障電流電弧的諧振電路，使得所生成的諧振電流的第一半周期或循環(huán)與故障電流(即在電流中斷器的觸點(diǎn)之間通過(guò)將被熄滅的電弧攜帶的電流)相比具有通過(guò)電流中斷器的相反的方向。換言之，將希望能夠例如取決于故障電流的幅度和/或方向來(lái)選擇諧振電流的極性將。特別是對(duì)于布置在HVDC電網(wǎng)或DC電網(wǎng)中的DC斷路器，通過(guò)電流中斷器的故障電流一般可具有任何方向，因此在諧振電路中不存在電容器的優(yōu)選的充電極性。如果有選擇的自由，使用與DC線路電壓的極性相比相反的極性來(lái)使電容器充電以便保持對(duì)地總電壓在相對(duì)低電平或甚至盡可能低處將可能是更好的。同時(shí)，在故障繼續(xù)存在DC線路的情況下，在DC斷路器中具有兩個(gè)或甚至兩個(gè)以上的諧振電路以能夠通過(guò)在已閉合DC斷路器之后再次操作它而相對(duì)快地中斷電流將是有利的。然而，特別是在具有包含串聯(lián)連接的電容器和電感器的諧振電路類(lèi)型的情況下，由于可在兩個(gè)電容器之間形成很高的固定DC電壓，使用不同極性使兩個(gè)電容器充電可能是困難的或甚至是不可能的。
[0008]鑒于上面討論，本發(fā)明的關(guān)注是要提供能夠中斷直流的斷路布置，所述斷路布置與已知DC斷路布置相比提供關(guān)于操作的改進(jìn)的性能。
[0009]本發(fā)明的另一關(guān)注是要提供或?qū)崿F(xiàn)能夠中斷直流的斷路布置，所述斷路布置促進(jìn)或甚至實(shí)現(xiàn)例如取決于故障電流的幅度和/或方向而優(yōu)選地選擇性地和/或可控地選擇諧振電路的極性的能力。
[0010]本發(fā)明的另一關(guān)注是要提供或?qū)崿F(xiàn)能夠中斷直流的斷路布置，所述斷路布置促進(jìn)或甚至實(shí)現(xiàn)提供關(guān)于諧振電路的可用性的冗余性。
[0011]本發(fā)明的另一關(guān)注是要提供或?qū)崿F(xiàn)能夠中斷直流的斷路布置，在故障繼續(xù)存在DC線路中的情況下，所述斷路布置促進(jìn)或甚至實(shí)現(xiàn)通過(guò)在已閉合電流中斷器之后再次操作它而相對(duì)快地中斷DC線路中的電流。
[0012]為了解決這些關(guān)注和其他關(guān)注中的至少一個(gè)，提供按照獨(dú)立權(quán)利要求的斷路布置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。優(yōu)選實(shí)施例由從屬權(quán)利要求來(lái)限定。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供斷路布置，其適合耦合到布置成直流的傳輸線路以便可控地實(shí)現(xiàn)傳輸線路中的直流的流動(dòng)的不連續(xù)。斷路布置包括電流中斷器單元，其適合在致動(dòng)時(shí)中斷傳輸線路中的電流。斷路布置包括第一諧振電路和至少第二諧振電路。第一和至少第二諧振電路的每一個(gè)與電流中斷器單元并聯(lián)連接。第一和至少第二諧振電路的每一個(gè)適合在電流中斷器單元致動(dòng)時(shí)以及在激活第一和至少第二諧振電路的相應(yīng)一個(gè)時(shí)生成在電流中斷器的致動(dòng)之后疊加電流中斷器所生成的任何電弧的電流的諧振電流。第一和至少第二諧振電路相對(duì)于彼此和電流中斷器單元來(lái)布置，使得至少在緊接電流中斷器單元的致動(dòng)之后的預(yù)定時(shí)期期間，由第一諧振電路所生成的諧振電流從與由第二諧振電路所生成的諧振電流相比不同的方向流到電流中斷器單元中。
[0014]第一方面至少部分基于以下實(shí)現(xiàn):一個(gè)以上的諧振電路能夠在斷路布置中被利用并且被布置，以便允許使用相同的極性來(lái)使諧振電路中的相應(yīng)的電容器充電，和/或使得電容器的充電側(cè)電壓將處于或基本上處于地電位或可能處于在緊接DC線路電壓之下的相對(duì)小的電壓間隔的電壓，或處于低于地電位的電壓，并且可選地或另外地允許至少在緊接電流中斷器單元的致動(dòng)之后的預(yù)定時(shí)期期間，由相應(yīng)的諧振電路所生成的至少在流過(guò)電流中斷器單元時(shí)具有不同的方向的諧振電流。由此，在第一和至少第二諧振電路之間的諧振電路能夠例如取決于故障電流的方向和/或幅度來(lái)被選擇以在斷路操作中利用，以便實(shí)現(xiàn)在斷路操作中利用的諧振電流的所希望或所需要的極性。因此，在故障繼續(xù)存在DC線路的情況下，極性的選擇性的選擇，特別是在諧振電路的第一半周期期間的注入或諧振電流的極性的選擇可被促進(jìn)或被實(shí)現(xiàn)，以及同時(shí)鑒于多個(gè)諧振電路，關(guān)于諧振電路的可用性的冗余性可被促進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)，其又可促進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)通過(guò)在已閉合電流中斷器單元之后再次操作它來(lái)相對(duì)快地中斷DC線路中的電流的能力。
[0015]將第一和至少第二諧振電路相對(duì)于彼此以及電流中斷器單元來(lái)布置，使得至少在緊接電流中斷器單元的致動(dòng)之后的預(yù)定時(shí)期期間，由第一諧振電路所生成的諧振電流從與由第二諧振電路所生成的諧振電流相比不同的方向流到電流中斷器單元中，例如鑒于故障電流的方向和/或幅度，可允許選擇要激活的那個(gè)諧振電路，以便能夠形成電流零點(diǎn)，在其處在電流中斷器單元的觸點(diǎn)之間通過(guò)電弧攜帶的任何電流能夠在相對(duì)短時(shí)間或甚至與其他諧振電路相比最短時(shí)間被熄滅。由此，通過(guò)斷路布置的操作來(lái)執(zhí)行通過(guò)斷路布置的電流的斷開(kāi)的速度可被增加。
[0016]斷路布置可包括:電流感測(cè)單元，適合例如在電流中斷器單元的致動(dòng)之前至少感測(cè)流到電流中斷器單元中的電流(例如直流)的方向。例如，電流感測(cè)單元可適合在電流中斷器單元已被致動(dòng)之前至少感測(cè)流到電流中斷器單元中的直流的方向，使得由電流感測(cè)單元所感測(cè)的電流方向是故障電流的方向，而不是任何諧振電流的方向。備選地或另外地，電流感測(cè)單元可適合感測(cè)例如流到電流中斷器單元中的電流的幅度。
[0017]斷路布置可包括控制單元，其可耦合到電流感測(cè)