專利名稱：用于中斷直流電流通路中電流流動的電路裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高壓(HV)直流(直流)傳送，并且尤其涉及用于中斷直流電流通路中的電流流動的電路和方法。
背景技術：
由于各種原因，用于大規(guī)模傳送能量的高壓直流傳送電網(grid)正重新獲得關注。直流電網的重新到來與如何將功率驅動到直流電網中的不同概念聯(lián)系密切。未來的直流電網可優(yōu)選地受電壓控制源控制，也稱為電壓源轉換器器(VSC)。在此類電網中，短路情況下故障電流可迅速上升，而結果可加重系統(tǒng)可靠性的負擔。倘若傳統(tǒng)交流電網中發(fā)生短路，中斷概念可得益于電網中AC的交變特性。當打開AC電流通路中相關聯(lián)的斷路器時，電弧可將此類斷路器電極電連接，并且可繼續(xù)允許電弧電流穿過斷路器。然而，由于AC驅動源的性質，AC電流通路中此類正在進行的電弧電流也可振蕩，并且可固有地呈現電流零交叉。為熄滅電弧并完全停止流過斷路器的電流，需要電流中的零交叉。然而，在直流電網中，沒有此類電流零交叉由于驅動源而發(fā)生，而是當將斷路器帶到其打開狀態(tài)時或之后，期望通過其它部件來生成直流電流通路中的零電流。在一種途徑中，通過向直流電流通路中注入振蕩增加的反向電流而造成零電流。此類振蕩反向電流可及時地在一點上補償電弧電流，并且可最終造成直流電流通路中至少臨時的零電流，該臨時電流又可被用于熄滅電弧。用于引發(fā)振蕩反向電流的部件可以是與斷路器并聯(lián)設置的諧振電路。在下文中，此類斷路器更一般地稱為開關元件。然而，將諧振電路并聯(lián)連接到開關元件之后，在振蕩的反向電流達到足以補償穿過開關元件的電弧電流的幅度之前，必須經過一定時間，這將在此后稱為到零電流的時間(tcz)。DE 2 039 065提及斷路器裝置，其中電流在換向到吸收通路之前首先從主通路換向到歐姆電阻通路。為構建影響主通路的此類歐姆電阻通路，將斷路器分成至少兩個斷路器，可開關其中一個斷路器以便使歐姆電阻分路，當開關時，其由于施加的高電流而爆炸(explode)。該事件又使得電流換向到吸收通路中。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于減小直流電流通路中生成零電流的時間。該目的通過獨立權利要求的主題實現。根據本發(fā)明的第一方面，提供用于中斷直流電流通路中電流流動的電路裝置，所述電路裝置包括在直流電流通路中串聯(lián)連接的至少第一開關元件和第二開關元件。諧振電路并聯(lián)連接到至少第一開關元件和第二開關元件的串聯(lián)連接或者適配成借助于開關可并聯(lián)連接到至少第一開關元件和第二開關元件的串聯(lián)連接。根據本發(fā)明的代表方法的方面，對于包括串聯(lián)連接的至少第一開關元件和第二開關元件的直流電流通路檢測中斷情形。響應于檢測到中斷情形，實現至少第一開關元件和第二開關元件的打開狀態(tài)。將諧振電路并聯(lián)連接到至少第一開關元件和第二開關元件的串聯(lián)連接，用于在諧振電路中生成反向電流。借助于在直流電流通路中提供至少兩個開關元件，即串聯(lián)連接的至少一個第一開關元件和至少一個第二開關元件，減少到零電流的時間tcz，S卩，為激活諧振電路而閉合開關與在直流電流通路中實現零電流之間的時間，優(yōu)選地被減小到等于或者小于10ms。在被動(passive)開關概念的情況下(其中諧振電路持續(xù)地連接到第一和第二開關元件的串聯(lián)連接)，到零電流的時間可被定義為反向電流振蕩的開始和實現直流電流通路中的零電流之間的時間。在一實施例中，可相關于生成快速上升振蕩的良好的換向能力設計和優(yōu)化第一開關元件，而相關于良好的熱和介電隔離能力來設計和優(yōu)化第二開關元件。到零電流的時間tcz可與電弧上的電壓降相關并且與諧振電路中存在的電容的大小確定(dimensioning)相關。雖然考慮到短的振蕩上升時間，優(yōu)選高電容值，但是相關聯(lián)的電容是成本密集的。另一方面，在第一開關元件當在其接觸頭之間發(fā)生電弧時供給高電壓降的情況下，上升時間可顯著減少，而同時電容能被合理地確定大小。注意，當前方面和所有其它方面中的術語“諧振電路”優(yōu)選地理解為包括(優(yōu)選地 串聯(lián)連接的)電感和電容的LC電路，其中電感可被實施為單獨的元件或者可由諧振電路的線路的電感來代表。術語“諧振電路”因此并不必表示閉合環(huán)路，而可以是在切換成閉合環(huán)路時顯示出諧振特征的電路。根據本發(fā)明的第二方面，上升時間通過第一開關元件和電容的恰當設計而得以減小。對于這點，電路裝置能被設計，以便一旦將該諧振電路并聯(lián)連接到至少第一開關元件，諧振電路中可生成反向電流，反向電流立即上升至等于或者大于通過打開狀態(tài)的開關元件的電弧電流的電平，在達到此電平之前不必經過多個振蕩。在提供多于一個開關元件的情況下，“與至少第一開關元件并聯(lián)”應包括并聯(lián)到多于一個開關元件的串聯(lián)連接。根據本發(fā)明的該第二方面，提供用于中斷直流電流通路中的電流流動的電路裝置，包括直流電流通路中的至少一個第一開關元件和適配成借助于開關可并聯(lián)連接到至少一個第一開關元件的諧振電路。第一開關元件具有電弧電流上電弧電壓特征(electricarc voltage over electric arc current characteristic),其包括至少一個巾畐度足以用于當閉合該開關時在諧振電路中生成大于或等于在直流電流通路中的電弧電流的反向電流的電弧電壓值。通常，反向電流可以漸近方式達到電弧電流，并且因此在直流電流通路中形成零電流。根據本發(fā)明的代表方法的一方面，對于包括至少一個第一開關元件的直流電流通路檢測中斷情形。響應于檢測到中斷情形而實現至少第一開關元件的打開狀態(tài)。響應于在第一開關元件的電弧電壓的幅度足以用于當激活開關時在諧振電路中生成等于或大于直流電流通路中電弧電流的反向電流，諧振電路并聯(lián)連接到至少一個第一開關元件。在從屬權利要求、權利要求組合以及下面的說明書中列出有利實施例。描述的實施例類似地關于第一和第二方面的電路裝置和方法。協(xié)同效應可從實施例的不同組合中產生，但它們可能沒被詳細地描述。此外，應該注意到涉及方法的本發(fā)明的所有實施例都可以所描述的步驟的順序或者以步驟的任何其他順序來實現。不管在權利要求中列出的順序，本發(fā)明的公開和范圍應包括步驟的任何順序。


從以下對本發(fā)明的實施例的詳細描述中，將更好地理解本發(fā)明的實施例并且上文闡述那些目的之外的目的將變得明顯。此類描述可參考附圖，其中附圖示出為圖I是根據本發(fā)明一實施例的電路裝置的電路框圖；圖2是示出在直流電流通路中樣本電流特征隨時間的圖，其中具有用于中斷應用的直流電流通路中的標稱或額定或操作電流流動的方法；圖3是根據本發(fā)明另一實施例的電路裝置的電路框圖；圖4和圖5分別是示出根據本發(fā)明的一實施例的、當已經應用用于中斷應用的直流電流通路中的電流流動的方法時，樣本電流和/或電壓特征隨時間的圖；以及 圖6是示出根據本發(fā)明一實施例的用于中斷直流電流通路中的電流流動的方法的流程圖。
具體實施例方式斷路器被看作未來HV直流電網的關鍵組件。特別是在基于VSC技術的網絡中，斷路器關于中斷時間的要求與其他現有的直流和AC技術相比非常嚴格。可能期望實現小于IOms的中斷時間。HV直流斷路器可受到各種要求的挑戰(zhàn)，這些要求例如是-倘若電弧電流通過打開狀態(tài)的斷路器，可在直流電流通路中生成電流零(CZ)交叉。此類電流零點可實現得越快則越好。-—旦實現電流零交叉，在斷路器的電弧可被熄滅。相關于清除電弧，可需要斷路器的良好的熱中斷特性。-一旦電弧被熄滅，優(yōu)選的是斷路器在其接觸頭上承受電壓恢復，并且同樣承受新電弧的重新出現或重新建立。根據上面要求中的任何一個來優(yōu)化斷路器可在余下的要求上具有起反作用的效果。因此，根據本發(fā)明的一實施例，建議提供至少兩個斷路器，或更一般地說，是至少兩個開關元件。這引起模塊化布局，其中第一開關元件可被設計成用于優(yōu)化開關特性。這方面中的該第一開關元件可被看作換向開關。此類換向開關可優(yōu)選地提供高電弧電壓和/或高的負微分弧電阻(du/di)。第二開關元件可被設計成提供任何非換向方面的優(yōu)選特性，例如用于熄滅電弧的良好的熱中斷特性，和/或用于承受電壓恢復的良好介電特性。第一開關元件可以是油斷路器(oil circuit breaker)、少油斷路器(minimum oil circuit breaker) >強吹型電弧(strongly blow electric arc)和分離葉片(splitter blade)之一。第二開關元件可以是氣體斷續(xù)器(諸如基于六氟化硫的斷續(xù)器，例如SF6斷續(xù)器)以及真空斷續(xù)器之一 O強吹型電弧斷路器可優(yōu)選地指其中斷路器的噴嘴內部的弧燃燒在外加的超聲氣流下被吹的斷路器。分離葉片式斷路器可優(yōu)選地指將分離葉片用于增加弧電壓的斷路器。在另一個備選方式中，該第一開關元件也可被實施為FCS換向。FCS換向開關優(yōu)選地指快速換向開關。在優(yōu)選實施例中，提供三個開關元件，其中相關于良好的熱中斷能力而設計第二開關元件，因而，第二開關元件例如可實現為真空斷續(xù)器?？上嚓P于用于承受恢復電壓的良好介電絕緣能力而設計第三開關元件，因而，第三開關元件例如可實現為氣體吹弧斷路器(gas-blast circuit breaker),例如,作為基于六氟化硫的斷續(xù)器,例如SF6斷續(xù)器。圖I的電路框圖示出了根據本發(fā)明一實施例的電路裝置，包括直流電流通路4。直流電流通路4可直接或間接經由直流電網8被連接到具有例如320kV的服務供給電壓的電壓源轉換器。本實施例中的直流電流通路4表示直流電網8的包括一個或多個開關元件1，2，3的部分，并且該部分特別地可能可連接到諧振電路5。直流電網8，并且因此直流電流通路4，可包括用于直流電流的傳送通路中的任何一個，優(yōu)選地可是傳送線路。功能性術語“用于直流電流”應該意思是以正常操作模式傳送直流電流。然而，在故障處理模式下，如果被需要或如果可發(fā)生的話，可在直流電網8以及直流電流通路4中傳送具有交變極性的電流。包括直流電流通路4的直流電網8可優(yōu)選地被實施為用于傳傳送電流的傳送通路，其也表示為標稱電流或額定電流或操作電流，例如優(yōu)選為1.5kA以及更大的操作電流，并且尤其是在I. 5kA和2. 5kA之間。圖I的直流電流通路4包括串聯(lián)連接的第一開關元件I、第二開關元件2以及第三 開關元件3。第一開關元件I可以是換向開關，第二開關元件2可以是真空斷續(xù)器，以及第三開關元件3可以是SF6斷續(xù)器。設置在直流電流通路4中的開關元件1，2，3的全部被設計成倘若例如短路之類的故障發(fā)生時，中斷直流電流通路4中的電流流動。通過在此類情形中快速中斷直流電流通路的電流流動，電路元件、負載等等可被保護。根據圖I的電路裝置的諧振電路5可包括與電感51串聯(lián)設置的電容52。例如，電容52的值可在I μ F和15 μ F之間，并且優(yōu)選為小于100 μ F。電感51可以是單獨的電路元件或者可以是代表諧振電路5的布線的電感。例如，電感51的值可在約10 μ H和2mH之間。電涌放電器55可被并聯(lián)地連接到諧振支路5或并聯(lián)地連接到電容52，用于驅散任何剩余能量。諧振電路5能借助于開關53被并聯(lián)連接到開關元件1，2，3的串聯(lián)連接。例如，開關53可以是能可控地在導通和關斷狀態(tài)之間切換以及在關斷和導通狀態(tài)之間切換的開關或者是能可控地從關斷切換到導通狀態(tài)并且自主恢復到關斷狀態(tài)的開關，例如火花隙便可以這樣做。在直流電流通路4的服務條件下，開關53通常處于打開狀態(tài)并且開關元件1，2，3處于閉合狀態(tài)。結果是，操作電流在直流電流通路4中流動，并且通過打開狀態(tài)的開關53中斷諧振電路5。借助于測量直流電流通路4中的電流，或在直流電網8中，借助于測量任何元件上的電壓降，例如，借助于直流電網8中的故障電流限制電感，可檢測到不正常工作。優(yōu)選的是，借助于超過閾值的電流和/或電壓測量，可檢測直流電網8中某處的短路，其中超過閾值的電流和/或電壓測量可被看作故障模式的指示。換句話說，在短路直流電網8的情況下，直流電流通路4中的電流可從操作電流電平上升為故障電流電平，其中此類上升的速率由標稱電壓或額定電壓或操作電壓U以及直流電網8中電感的電感值L定義。當此類值或測量指示必須中斷電流流動以便分別防止直流電網8中或者電路裝置中的損壞時，控制單元6可將三個開關元件1，2，3各激活到打開狀態(tài)，并且可優(yōu)選地以同時的方式這樣做。在此類狀態(tài)下，電弧可發(fā)生并且繼續(xù)允許電弧電流在直流電流通路4中流動。在第一實施例中，開關53可由控制單元6閉合，這幾乎與開關元件1，2，3的打開同時進行。在該上下文中，開關可以是要被可控地閉合并且在其接觸頭之間提供電連接的設備。此類開關可以可控地，或者不可避免地再次被重新打開。在一個實施例中，開關53可以是承受預期電流的常規(guī)開關。在另一個實施例中，開關53可以是火花隙，通過觸發(fā)其接觸頭之間的火花隙而有效地將其觸發(fā)成閉合狀態(tài)，并且在火花熄滅之后開關53可自動重新打開。通過閉合開關53，諧振電路5形成電弧之上的閉合環(huán)路。通過閉合該環(huán)路，諧振電路5中的反向電流可由于電容52上的電壓變化而被弓丨發(fā)，反向電流疊加到直流電流通路4中的電弧電流上并至少臨時地引發(fā)直流電流通路4中的零電流。直流電流通路4中的樣本電流信號在圖2中示出。在時間tl之前，直流電流通路4中的電流等于例如 2kA的操作電流。在時間tl，諧振電路5與開關元件1，2，3的串聯(lián)并聯(lián)連接。直到這個階段，諧振電路5的電容52未被充電。生成振蕩的反向電流，其需要相當多時間來進行幅度的增長。例如，電流零交叉可在t2 = 18ms時達到，其可足以中斷正常的操作電流。此類電流零交叉又是用于完全使直流電流通路4中的電流斷路的條件，優(yōu)選地借助于可熄滅電弧的第二開關元件2。
在不同的實施例中，開關53在時間tx由控制單元6閉合，其中tx > tl。同時，電弧電壓已經上升，結果是，現在增加的電弧電壓引發(fā)了更大初始幅度的反向電流流動。因此，為實現直流電流通路4中的電流零交叉需要更小的振蕩，并因而可減小生成電流零交叉的時間。電流振蕩在諧振電路中從零開始增長，并且在直流電流通路4中從電弧電流電平開始增長。在上面實施例中，三個開關元件1，2，3與半主動型諧振電路5組合設置，其中開關53，也稱為閉合設備53，可操作以將諧振電路5連接到開關元件1，2，3的串聯(lián)連接?？纱嬖谛∮谌齻€開關元件1，2，3，諸如僅僅為兩個開關元件1，2。例如，開關元件2和3可被組合。在另一優(yōu)選實施例中，諧振電路包括電阻器54，或者備選地，包括電涌放電器55。此類電阻器54可用于在成功中斷后立即使電容52放電，以避免介電應力并且使得電容52為了接下來的操作而復位。用于將電阻器54并聯(lián)連接到電容52上的優(yōu)選部件是開關541 (見圖I)，也優(yōu)選地由控制電路6進行控制。作為備選，以使得它能夠持續(xù)地與電容52并聯(lián)放置的方式來定電阻器54的大小。在該情況下，對應的電阻必須足夠低，以確保兩個打開操作之間的放電，但足夠高以不干擾中斷過程期間的操作。千歐范圍內的值可以是優(yōu)選的電阻值。在不同的實施例中，可以不同的方式設計和操作電路裝置。第一開關元件I現在可具有電弧電流上電弧電壓特征，包括至少一個幅度足以在諧振電路中生成大于或等于直流電流通路中的電弧電流的反向電流的電弧電壓值。該反向電流通?？蓾u近地達到電弧電流，因此在直流電流通路中形成零電流。對于在IOkA和20kA之間范圍內的典型故障電流值，樣本電弧電壓可大于20kV，或優(yōu)選地超過30kV。不論開關53何時閉合，然后出現的第一開關元件I上的電弧電壓負責將反向電流驅動到諧振電路5中。換句話說，直流電流通路4的電弧電流根據基爾霍夫電流定律彼換向到諧振電路5中。當閉合開關53時，諧振電路5中的反向電流I遵循I = C*dU/dt其中U為第一開關元件I的接觸頭之間的電弧電壓。另一方面，此類反向電流I優(yōu)選地足夠高，以抵消直流電流通路4中的電弧電流。這就是為什么第一開關元件I被選取以便它提供如下電弧電流上電弧電壓特征的原因，所述電弧電流上電弧電壓特征中，對于諧振電路5中的給定電容值C，存在與滿足上面等式的對應電弧電流I相關聯(lián)的電弧電壓U。這支持實現如下電路裝置，其中一旦激活開關53，諧振電路5中的反向電流立即上升到至少足以補償電弧電流以便在直流電流通路4中生成零電流的電平。在此類實施例中，只要還未實現足夠的電弧電壓，則優(yōu)選地保持開關53打開。在圖4中示出了樣本電流變化特征(regime)。上面的曲線表示當故障時直流電流通路4中的電弧電流，而且同樣示出了上升的電弧電流。下面的曲線示出了諧振電路5中相關聯(lián)的反向電流。當在t = 0.007 (a. u.)切換諧振電路5與至少第一開關元件相并聯(lián)時，直流電流通路4中的整個電流被換向到諧振電路5中。這是為什么直流電流通路4中的電流下降到使得電弧能夠熄滅的零電流的原因。因此，可被實現在控制單元6中的監(jiān)測單元可監(jiān)測在第一開關元件I處的電弧電壓并且無論何時實現足夠的電弧電壓，例如當電弧電壓超過給定閾值時，可閉合開關53。在一不同的實施例中，電弧電壓可以是可預測的，以便在已經打開該至少第一開關元件I后 的某段時間之后，開關53能安全地閉合(假設在那個時間點，即使沒有監(jiān)測該電弧電壓，電弧電壓也達到了足夠的幅度)。在此類實施例中，通過僅在換向開關，即第一開關元件I上的電弧電壓足夠高時，在諧振電路5中的電容52中進行切換而啟動在直流電流通路中生成零電流交叉。如果電弧電壓足夠高并且電容52為足夠大，則到諧振電路5的電容52中的“突入”電流，即，反向電流足夠大，以在直流電流通路4中生成電流零交叉。換句話說，在切換入諧振電路5之后，電容52立即表示短路，其由電弧電壓驅動。如果諧振電路5能從直流電流通路4中取得所有的電流，那么零電流將在直流電流通路4中生成。這在激活開關53之后立即發(fā)生，并且為了實現要求的電弧電流電平，在電流中不需要振蕩。如上所示，該“切換入”借助于諸如由控制單元6觸發(fā)或者自觸發(fā)的火花隙之類的快速閉合設備而實現。在正確時刻的觸發(fā)能或者通過在第一開關元件I跳閘之后，即，知道何時電弧電壓足夠高，延遲開關53的閉合而完成。備選地，測量電弧電壓并且反饋控制環(huán)以測量的電弧電壓為條件來控制開關53。后一實施例可能更健壯，這是因為第一開關元件I可呈現電弧電壓依賴于故障電流演變的依賴性。一旦開關53被激活，電弧電流就被換向到諧振電路5中的電容52中。如果到電容52中的這個突入電流足夠高，這由直流電流通路4 “看”作零電流，因而允許電弧的熱中斷發(fā)生。通過此類概念，可實現快速中斷時間，例如，在等于或小于IOms的范圍內。為了生成用于將足夠反向電流“驅動”到電容52(例如，有限的電容(finitecapacitance) 52并且可小于IOOyF)中的足夠電弧電壓,第一開關元件I可被實施為換向開關或者具有高電弧電壓的任何其他斷路器。例如，少油斷路器、例如吹風的強吹型電弧斷路器、SF6 鼓氣物(SF6Puffer)、或者 SF6 自通風斷路器(self-blast circuit breakers)、斷路器的串聯(lián)連接、換向開關，尤其是快速換向開關FSC，或者是將開關弧分離成一系列多個弧的分離葉片(以將總的弧電壓增加至驅動電壓，諸如在低電壓技術中使用的)被示范性地提出以用于該目的。由于要被中斷的電流可具有相當高的頻率(在kHz范圍內)，以及相應高的電流微分，諸如數百Α/μ S，所以可有利的是，具有分開的斷續(xù)器，例如，用于用熱的方法中斷電流的真空斷續(xù)器。隨后的恢復電壓然后由所有的、現在打開的開關元件1，2，3共享?？纱嬖趯τ谀軌虺惺苋康幕謴碗妷海恢匦曼c燃或者重新觸發(fā)電弧的斷路器的需要。這能通過指定的斷續(xù)器來實現，當前稱為第三開關元件3，其具有高的介電承受能力。此類斷續(xù)器可，例如，被實現為具有氣體吹弧觸頭的SF6斷續(xù)器。當恢復電壓微分相當低時，應該可能的是，使用小等級(grading)的電容或者甚至通過僅依賴于打開斷路器的本來的本征電容來處理熱和介電方式(thermal and dielectric regimes)的解率禹。在圖5中，上面的曲線示出了要被中斷的直流電流通路4中的電流，以及下面的曲線是隨時間的相關聯(lián)電弧電壓，即，第一開關元件I的電壓。在直流電流通路4中的電流下降之后不久，電壓恢復是明顯的。電流微分dl/dt在零電流之前不久例如可以是約200A/μ S。中斷之后恢復電壓的陡度由電弧電流的幅度和諧振電路5的電容c的比值Ι/C給定。在仿真的示例中，發(fā)現電壓陡度在零電流后約為O. 3kV/y S。目前的SF6斷續(xù)器能處理超過IOKv/ μ s的高得多的電壓微分。 引發(fā)可在第一次上升內補償電弧電流電平的“--發(fā)(one shot)”反向電流的概
念可不必與多個開關元件組合來實施，諸如如圖I所示。相反，這個概念可在不同的實施例中僅采用單個開關元件(即第一開關元件I)來實現。對應的框圖在圖3中示出。此外，圖3的框圖示出了設置在直流電網8中、用于限制電流、尤其是用于限制上升的故障電流的斜率的電感7。倘若直流電網8中發(fā)生短路，直流電網8中并且因此在直流電流通路4中的電流可從操作電流電平上升到更高的故障電流電平。然而，電感7可僅修正故障電流的上升時間而不修正它的幅度。為此原因，可希望直流電流通路4中的故障電流由開關元件I來中斷?？傊紤]到快速機械直流斷路器目前不可用，本發(fā)明的各種方面和實施例提供了具有模塊化方案的斷路器裝置，用于將直流斷路器的任務分到若干專用的開關元件，和/或用于將開關和準靜態(tài)電弧電壓用于允許比前面的概念中更快地激發(fā)諧振電路的概念。不要求對諧振電路的電容進行持續(xù)的直流充電，因此不需要充電設備。電容未被預充電，即，電容僅在電弧電流中斷期間被充電，并且可隨后被放電。這使得，相比如果采用相同或相反極性對電容進行預充電，自動重合閘要求(打開-閉合-打開)更易于滿足。在電流到電容中的換向期間的臨時過電壓能被設置得比使用持續(xù)直流預充電電壓時高得多。因此，電容的大小和成本能被顯著減小。此外，具有電阻器的電容器的可選放電在隨后的閉合操作期間防止了大的突入電流。圖6示出了表示根據本發(fā)明的一實施例的用于中斷直流電流通路中電流的方法的流程圖。以下，術語“步驟”意思是“方法要素”并且并不要求或者隱含步驟或方法要素的順序或次序要根據步驟或者方法要素的編號來執(zhí)行。在步驟Si中，例如通過監(jiān)測直流電網中的電流來監(jiān)測直流電網中的諸如短路之類的故障事件。在步驟S2中，確定此類電流是否超過了閾值(其可被視作故障事件的指示)。在電流并未達到或者超過閾值(N)的情況下，繼續(xù)監(jiān)測直流電網。在電流超過了閾值(Y)的情況下，在步驟S3中一個或多個開關元件被操作到打開狀態(tài)中。結果是，電弧電流在直流通路中流動，并且電弧電壓可落在第一開關元件。在步驟S4中，可監(jiān)測電弧電壓，并且在步驟S5中，確定目前的電弧電壓是否超過閾值。在電弧電壓未達到或者超過閾值(N)的情況下，繼續(xù)監(jiān)測電弧電壓。在電弧電壓超過閾值⑴的情況下，用于激活諧振電路的開關在步驟S6中被激活，以便將諧振電路并聯(lián)連接到該一個或多個開關元件。可設置定時器并且開關可在定時器超時(time-out)之后閉合，以取代步驟S4中的監(jiān)測電弧電壓以及隨后在步驟S5中的確定。用于激活諧振電路的開關的閉合或者可引起諧振電路中振蕩的反向電流，或者引起立即足夠幅度的反向電流。在步驟S7中，監(jiān)測反向電流和/或電弧電流。在步驟S8中，確定反向電流或者電弧電流的幅度是否足以完全補償電弧電流，或者已經或者還未相應地示出零交叉。如果不是該情況(N)，則監(jiān)測步驟S7繼續(xù)。如果是該情況(Y)，在步驟S9中開關元件I上的電弧通過已知方式被熄滅。作為整體并且包含所有其權利要求從屬關系的全部隨附權利要求書在此通過引用逐字地結合到本說明書中。·
權利要求
1.用于中斷直流電流通路中的電流流動的電路裝置，所述電路裝置包括 在所述直流電流通路(4)中串聯(lián)連接的至少一個第一開關元件(I)和至少一個第二開關元件⑵，以及 諧振電路(5)，被并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(I)和所述至少一個第二開關元件(2)的所述串聯(lián)連接或借助于開關(53)適配成可并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(I)和所述至少一個第二開關元件(2)的所述串聯(lián)連接， 其中所述第一開關元件(I)包括油斷路器、少油斷路器、強吹型電弧、分離葉片和FCS換向開關之一。
2.用于中斷直流電流通路中的電流流動的電路裝置，尤其是根據權利要求1，包括 所述直流電流通路(4)中的至少一個第一開關元件(1，2)， 諧振電路(5)，適配成借助于開關(53)可并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(1，2)， 其中所述第一開關元件(I)具有如下電弧電流上電弧電壓特征，其包括至少一個幅度足以用于當閉合所述開關(53)時在所述諧振電路(5)中生成大于或等于所述直流電流通路⑷中電弧電流的反向電流的電弧電壓。
3.根據權利要求I或權利要求2的電路裝置，其中所述第一開關元件(I)具有如下電弧電流上電弧電壓特征，其包括超過20kV的電弧電壓值，并且尤其包括超過30kV的電弧電壓值。
4.根據上述權利要求中任何一項所述的電路裝置，其中到零電流的時間(tCZ)等于或者小于10ms，其中到零電流的時間(tCZ)定義為為了激活所述諧振電路而閉合所述開關和實現所述直流電流通路中的零電流之間的時間。
5.根據上述權利要求中任何一項所述的電路裝置，其中所述第一開關元件(I)包括斷路器，該斷路器在其電弧電流上電弧電壓特征的至少一部分中具有負的斜率。
6.根據上述權利要求中任何一項所述的電路裝置，其中所述第二開關元件(2)包括熱中斷能力高的設備，并且優(yōu)選地包括真空斷續(xù)器。
7.根據上述權利要求中任何一項所述的電路裝置，其中第三開關元件(3)與所述直流電流通路(4)中的所述第一開關元件(I)和所述第二開關元件(2)串聯(lián)連接。
8.根據權利要求7的電路裝置，其中所述第三開關元件(3)包括介電承受能力高的設備，并且優(yōu)選地包括氣體吹弧斷路器，尤其是壓縮氣體設備或者是基于六氟化硫的斷續(xù)器。
9.根據上述權利要求中任何一項所述的電路裝置，其中所述諧振電路(5)包括串聯(lián)連接的電容(52)和電感(51)，其中所述電容(32)的電容值小于100 μ F。
10.根據權利要求9的電路裝置，包括電阻器(54)或者電涌放電器(55)，其適配成可并聯(lián)連接到所述電容(52)用于使所述電容(52)放電。
11.根據上述權利要求中任何一項所述的電路裝置，包括控制單元￠)，用于控制所述一個或多個開關元件(1，2，3)和所述開關(53)。
12.根據權利要求11的電路裝置，其中所述控制單元(6)適配成響應于對所述直流電流通路(4)檢測到的中斷情形同時實現可用的全部開關元件(1，2，3)的打開狀態(tài)。
13.根據權利要求11或權利要求12的電路裝置，包括監(jiān)測單元(7)，用于監(jiān)測在所述第一開關元件⑴的電弧電壓，其中所述控制單元(6)適配成以由所述監(jiān)測單元(7)監(jiān)測的所述電弧電壓為條件將所述諧振電路(5)并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(I)。
14.根據權利要求11或權利要求12的電路裝置，其中所述控制單元(6)適配成在所述至少第一開關元件(I)被實現成所述打開狀態(tài)之后定義的時間段將所述諧振電路(5)并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(I)。
15.用于中斷直流電流通路中電流流動的方法，包括 檢測包括串聯(lián)連接的至少一個第一開關元件(I)和至少一個第二開關元件(2)的所述直流電流通路(4)的中斷情形，所述第一開關元件(I)包括油斷路器、少油斷路器、強吹型電弧、分離葉片和FCS換向開關之一，實現所述至少一個第一開關元件(I)和至少一個第二開關元件(2)的打開狀態(tài)，以及 將諧振電路(3)并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(I)和第二開關元件(2)的所述串聯(lián)連接，用于在所述諧振電路(5)中生成反向電流。
16.用于中斷直流電流通路中的電流流動的方法，尤其是根據權利要求15，包括 檢測包括至少一個第一開關元件(I)的所述直流電流通路(4)的中斷情形， 實現所述至少一個第一開關元件(I)的打開狀態(tài)，以及 響應于在所述第一開關元件(I)的電弧電壓的幅度足以用于當激活所述開關(53)時在所述諧振電路(5)中生成大于或等于所述直流電流通路(4)中電弧電流的反向電流，將諧振電路(3)并聯(lián)連接到所述至少一個第一開關元件(I)。
17.根據權利要求15或權利要求16的方法，包括監(jiān)測包括所述直流電流通路(4)的直流電網(8)中的電流和設置在所述直流電網(8)中的電感(2)上的電壓至少之一，用于檢測所述中斷情形。
18.根據上述權利要求15到17中任何一項所述的方法，其中，所述電容(32)在將所述諧振電路(3)并聯(lián)連接到所述至少第一開關元件(I)的所述串聯(lián)連接之前處于未充電狀態(tài)。
19.根據上述權利要求15到18中任何一項所述的方法，其中在實現所述至少第一開關元件(I)的所述打開狀態(tài)之后，將所述諧振電路(3)并聯(lián)連接到所述開關元件(I)。
20.根據前述權利要求16到19中任何一個權利要求的方法，其中所述反向電流在所述反向電流信號中的第一次上升內達到超過或等于所述電弧電流的電平。
21.根據前述權利要求15以及17到19中任一項所述的方法，其中所述反向電流是僅在某些振蕩之后才達到超過或等于所述電弧電流的電平的振蕩反向電流。
全文摘要
本發(fā)明名稱為用于中斷直流電流通路中電流流動的電路裝置和方法。一種用于直流功率傳送的直流電流通路(4)，包括串聯(lián)連接的至少第一開關元件(1)和第二開關元件(2)。諧振電路(5)適配成借助于開關(53)可并聯(lián)連接到至少一個第一開關元件(1)和第二開關元件(2)的串聯(lián)連接。
文檔編號H02H3/02GK102780200SQ201210251098
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月12日 優(yōu)先權日2011年5月12日
發(fā)明者E·帕諾西斯, J·科斯托維奇, L·利杰斯特蘭德, M·布約策克, P·斯卡比 申請人:Abb技術有限公司