況下，限流布置用于將輸電線路或配電線路中能夠發(fā)生的浪涌電流限制到限流布置與其連接的電流通路。下面對(duì)于斷電線路來(lái)說(shuō)明該實(shí)施例，但是它同樣可適用于預(yù)先充電到不同電壓電平的線路。
[0055]浪涌電流因經(jīng)由先前斷電線路所突然添加的附加電容而發(fā)生，并且它能夠變得高到使得會(huì)再次導(dǎo)致先前斷電線路的立即斷開(kāi)。在當(dāng)今實(shí)踐中，使用所謂的預(yù)先插入電阻器，該電阻器暫時(shí)與先前斷電線路串聯(lián)連接并且限制浪涌電流。按照這個(gè)特殊實(shí)施例，限流布置接管預(yù)先插入電阻器的功能，由此降低成本。在將輸電線路或配電線路耦合到至少一個(gè)供電線路之前，限流布置處于斷開(kāi)狀態(tài)。這里所述的斷路裝置或限流布置的術(shù)語(yǔ)“斷開(kāi)狀態(tài)”意味著，那個(gè)裝置或布置的所有輔助和主斷路器以及所有高速開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)。
[0056]在將斷電線路耦合到至少一個(gè)供電線路期間，限流布置的主斷路器的一部分閉合，而主斷路器的另一部分以及一個(gè)或多個(gè)高速開(kāi)關(guān)和一個(gè)或多個(gè)輔助斷路器保持為斷開(kāi)。在成功耦合之后，主斷路器的另一部分、一個(gè)或多個(gè)高速開(kāi)關(guān)以及一個(gè)或多個(gè)輔助斷路器閉合，由此將限流布置中的電流變換到一個(gè)或多個(gè)高速開(kāi)關(guān)以及一個(gè)或多個(gè)輔助斷路器。在成功變換之后，主斷路器可再次斷開(kāi)，直到一個(gè)或多個(gè)輔助斷路器下一次斷開(kāi)。主斷路器中將要首先閉合的部分選擇為充分地限制浪涌電流所需的同樣多的數(shù)量，使得避免先前斷電線路的斷開(kāi)。
[0057]還提出裝置本身的另外實(shí)施例。在裝置的一個(gè)實(shí)施例中，主斷路器和/或輔助斷路器包括與第一電流方向的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。這個(gè)實(shí)施例適合增加相應(yīng)斷路器的額定電流，其中，在這里，相關(guān)于斷路電流電平來(lái)確定主斷路器的大小，并且相關(guān)于連續(xù)電流傳遞的等級(jí)來(lái)確定輔助斷路器的大小。這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，連續(xù)電流傳遞的增加僅以最小成本是可能的，因?yàn)檩o助電流斷路器只包含一個(gè)至幾個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其小數(shù)量必須被加倍。另外，必須調(diào)整高速開(kāi)關(guān)的大小確定。在僅具有一個(gè)固態(tài)主斷路器的斷路裝置的前一種獨(dú)立解決方案中，連續(xù)電流傳遞的增加引起成本昂貴得多的斷路器裝置，因?yàn)楸仨毑⒙?lián)地增加高達(dá)數(shù)百個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，與相關(guān)于電流共享的獨(dú)立解決方案相比，能夠簡(jiǎn)化主斷路器的設(shè)計(jì)，因?yàn)殡娏鲀H在從輔助斷路器的變換與主斷路器的斷開(kāi)之間的極短的時(shí)間段流經(jīng)主斷路器，使得并聯(lián)支路之間的可能不均勻電流分配僅短暫地發(fā)生。
[0058]在裝置的另一個(gè)實(shí)施例中，主斷路器和輔助斷路器均包括與第一電流方向的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接并且具有第二電流方向的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。通過(guò)這個(gè)實(shí)施例，該裝置成為適合用于中斷第一電流方向和相反的第二電流方向的雙向裝置。相互并聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)能夠是各個(gè)單獨(dú)開(kāi)關(guān)或者集成在同一半導(dǎo)體封裝中的開(kāi)關(guān)。
[0059]本領(lǐng)域已知，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)各可提供有與對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管。在那種情況下，建議用于雙向裝置的備選實(shí)施例在主斷路器以及在輔助斷路器中具有第二相反電流方向的、與第一電流方向的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中第二電流方向的該至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)也與續(xù)流二極管反并聯(lián)連接。
【附圖說(shuō)明】
[0060]現(xiàn)在將參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明及其實(shí)施例，附圖包括:
[0061]圖1示出固態(tài)斷路器的基本元件的第一示例，
[0062]圖2示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置，
[0063]圖3示出固態(tài)斷路器的基本元件的第二示例，
[0064]圖4示出采取雙向裝置形式的裝置的一個(gè)實(shí)施例，
[0065]圖5示出固態(tài)斷路器的基本元件的第三示例，
[0066]圖6示出連接HVDC轉(zhuǎn)換器和四條DC輸電線路的開(kāi)關(guān)場(chǎng)的第一實(shí)施例，
[0067]圖7示出圖2的裝置與裝置控制部件以及開(kāi)關(guān)場(chǎng)控制部件之間的交互，
[0068]圖8示出按照本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例的步驟的定時(shí)序列，
[0069]圖9示出用于操作斷路裝置和備用斷路裝置的定時(shí)序列，
[0070]圖10示出限流布置的第一實(shí)施例，
[0071]圖11示出限流布置的第二實(shí)施例，
[0072]圖12示出連接HVDC轉(zhuǎn)換器和四條DC輸電線路的開(kāi)關(guān)場(chǎng)的第二實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0073]圖1示出用于本發(fā)明的實(shí)施例中使用的固態(tài)斷路器的第一基本元件6，其中固態(tài)斷路器是下面進(jìn)一步說(shuō)明的主斷路器和輔助斷路器。第一基本元件6包括第一電流方向4的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)I以及與功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)I反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管2。
[0074]在圖2所示的按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例中使用第一基本元件6。圖2的斷路裝置13適合于50kV及以上的高壓應(yīng)用，能夠使高達(dá)大約1kA的電流斷路，并且與輸電線14串聯(lián)連接。輸電線14優(yōu)選地是HVDC輸電線。斷路裝置13包括:主斷路器8，包含數(shù)十個(gè)一直到數(shù)百個(gè)基本元件6的串聯(lián)連接，-取決于電壓電平-;非線性電阻器11，并聯(lián)連接到主斷路器8 ;以及高速開(kāi)關(guān)10和輔助斷路器9的串聯(lián)連接，并聯(lián)連接到主斷路器8和非線性電阻器11。輔助斷路器9只包含一個(gè)基本元件6。高速開(kāi)關(guān)11示為一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，但是在這個(gè)示例中，它由同時(shí)操作的至少兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接組成。與斷路裝置13串聯(lián)地放置電抗器12用于電流率限制。從圖2能夠理解，斷路裝置13能夠中斷沿第一電流方向4僅流經(jīng)輸電線路14的電流。相應(yīng)地，它不適合用作AC電流斷路器，但是它可用作對(duì)于開(kāi)始于大致IkV以及定額(rating) —直到100kV及以上的大電壓范圍的DC電流斷路器，即，它可在配電和輸電兩個(gè)領(lǐng)域中使用。
[0075]圖3中，能夠看到用于固態(tài)斷路器的第二基本元件7，它包括第一電流方向4的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)I和第二相反電流方向5的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)3的并聯(lián)連接。
[0076]在圖4所示的按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例中使用第二基本元件7。圖4的斷路裝置17是雙向斷路裝置，因?yàn)樗軌蚴馆旊娋€路14中沿第一電流方向4和第二電流方向5的電流斷路。雙向斷路裝置16的設(shè)計(jì)和功能在其它方面與斷路裝置13相似，即，它適合于相同的電壓和電流范圍，并且它包含相同的元件，其中唯一差別在于，主斷路器15和輔助斷路器16包括第二基本元件7代替第一基本元件6。另外，由于斷路裝置17是雙向斷路裝置，所以它可用作雙向DC電流斷路器，即，用作第一電流方向4和第二電流方向5的DC斷路器以及用作AC電流斷路器。
[0077]從圖8能夠理解如何能夠在故障情況下操作按照本發(fā)明的斷路裝置。將使用單向斷路裝置13作為示例來(lái)說(shuō)明該方法，但是它同樣可適用于雙向斷路裝置、諸如斷路裝置17。在圖8的坐標(biāo)系的X軸上，以毫秒示出時(shí)間t，以及在y軸上，示出通過(guò)輸電線路14的電流I。在時(shí)刻h之前，主斷路器8和輔助斷路器9以及高速開(kāi)關(guān)10閉合，其中輔助斷路器9和高速開(kāi)關(guān)10在輸電線路14的正常操作期間始終閉合，而主斷路器8例如可在已經(jīng)執(zhí)行其功能性的某種在線監(jiān)控之后剛剛閉合。額定電流Irate流經(jīng)高速開(kāi)關(guān)10和輔助斷路器9，而主斷路器8是無(wú)電流的。在時(shí)刻h，線路故障在輸電線路14中發(fā)生，這引起電流I從額定電流1_開(kāi)始連續(xù)增加。在這個(gè)示例中為時(shí)刻t i之后Ims的時(shí)刻12，超過(guò)設(shè)置為略高于輸電線路14的額定熱電流的第一電流極限Ilini，從而導(dǎo)致立即生成輔助斷路器斷開(kāi)信號(hào)并將輔助斷路器斷開(kāi)信號(hào)發(fā)送到輔助斷路器9。輔助斷路器9接收輔助斷路器斷開(kāi)信號(hào)，并且在幾微秒之內(nèi)瞬時(shí)斷開(kāi)，由此將電流I11/變換到主斷路器8。自輔助斷路器斷開(kāi)信號(hào)的發(fā)送起，等待第一時(shí)間段，直到輔助斷路器明確斷開(kāi)。如果例如輔助斷路器通常需要1ys來(lái)斷開(kāi)，則第一時(shí)間段能夠選擇為20 μ S0由于這個(gè)第一時(shí)間段與圖8所示的ms范圍相比很短，所以未示出。在經(jīng)過(guò)第一時(shí)間段之后，高速開(kāi)關(guān)10斷開(kāi)，這在這個(gè)示例中將花費(fèi)略高于lrns，使得高速開(kāi)關(guān)10在時(shí)刻t3最終處于斷開(kāi)狀態(tài)。時(shí)刻15示出感測(cè)和/或保護(hù)部件中的算法在斷路判定被進(jìn)行并且主斷路器斷開(kāi)信號(hào)被生成并且發(fā)送給主斷路器8之前處理各種輸入信號(hào)所需的最大時(shí)間間隔的結(jié)束。從時(shí)刻^處的故障至?xí)r刻15所計(jì)算的這個(gè)最大時(shí)間間隔在這個(gè)示例中大約為4ms。在這個(gè)最大時(shí)刻t5，電流已經(jīng)達(dá)到主斷路器被定義為能夠斷路的最大電流電平IB_，即，在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，主斷路器斷開(kāi)信號(hào)將在任何情況都被生成并且發(fā)送給主斷路器8。但是，感測(cè)和/或保護(hù)部件中的算法能夠在故障已經(jīng)發(fā)生之后的任何時(shí)刻、即在h之后的任何時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生并且發(fā)送主斷路器斷開(kāi)信號(hào)。在這個(gè)示例中，主斷路器斷開(kāi)信號(hào)由主斷路器8在時(shí)刻、來(lái)接收。如果信號(hào)備選地在高速開(kāi)關(guān)在時(shí)刻t3已經(jīng)斷開(kāi)之前可用，或者直到在高速開(kāi)關(guān)在時(shí)刻13已經(jīng)斷開(kāi)才可用，則時(shí)刻14和13標(biāo)記相同的時(shí)間點(diǎn)，即，該方法直接在時(shí)刻t3繼續(xù)，下面進(jìn)行描述。主斷路器8在幾微秒之內(nèi)瞬時(shí)斷開(kāi)，使得在主斷路器8斷開(kāi)以及電流變換到非線性電阻器11時(shí)的時(shí)刻在時(shí)刻t4之后非常接近以致在圖8中無(wú)法示出。在那個(gè)時(shí)刻t4流經(jīng)線路14并且由此流經(jīng)主斷路器的電流電平IBraak是主斷路器在這里實(shí)際上必須斷路的電流電平。受到關(guān)注的是注意到電壓浪涌可能在主斷路器斷開(kāi)時(shí)發(fā)生。由于所產(chǎn)生的已增加電壓電平施加到高速開(kāi)關(guān)，所以它將被相應(yīng)地設(shè)計(jì)和定額。
[0078]可能要注意，一般來(lái)說(shuō)，任何超快操作開(kāi)關(guān)都可用作輔助斷路器。本發(fā)明的主要思路在于，在與主斷路器并聯(lián)的串聯(lián)連接中，輔助斷路器接管開(kāi)關(guān)已增加電流電平Ilini和變換到主斷路器(已增加電流電平Ilini仍然遠(yuǎn)低于實(shí)際斷路電流I Braak)的任務(wù)，而耐受全高電壓電平的任務(wù)由機(jī)械高速開(kāi)關(guān)來(lái)履行。假定例如可履行與固態(tài)輔助斷路器相同的功能的超快機(jī)械開(kāi)關(guān)變?yōu)榭捎?，即，超快開(kāi)關(guān)能夠在明顯小于Irns的極短時(shí)間段之內(nèi)使例如2kA的電流電平111|0斷路，并且可耐受例如2kV的相同電壓電平。在那種情況下，輔助斷路器也可能是機(jī)械開(kāi)關(guān)，代替固態(tài)開(kāi)關(guān)。
[0079]圖5中，示出第三基本元件19，它包括第一電流方向的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)I和相反的第二電流方向的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)3的串聯(lián)連接。各功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)分別具有反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管2和18?；驹?9在圖6中用于表示設(shè)置在開(kāi)關(guān)場(chǎng)20中的雙向斷路裝置，其中雙向斷路裝置由與雙向斷路裝置17相同的元件來(lái)構(gòu)建，其中唯一差別在于主斷路器和輔助斷路器均包括第三基本元件19代替第二基本元件7。由于斷路裝置17以及由第三基本元件19所構(gòu)建的斷路裝置的一般功能性是相同的，所以它們可用于相同的電壓和電流范圍以及DC、雙向DC或AC電流斷路應(yīng)用。
[0080]圖6的開(kāi)關(guān)場(chǎng)將這里示為包括具有關(guān)斷能力的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電壓源轉(zhuǎn)換器的HVDC轉(zhuǎn)換器30與DC電網(wǎng)的四條DC輸電線路26-29連接。假定線路故障在DC輸電線路28中發(fā)生。在那種情況下，斷路裝置22和21將必須斷開(kāi)，以便將線路28與其它線路26、27和29斷開(kāi)連接，并且由此與DC電網(wǎng)的其余部分?jǐn)嚅_(kāi)連接。在極少情況下，可能發(fā)生斷路裝置無(wú)法斷開(kāi)的情況。為了仍然能夠?qū)C電網(wǎng)的一樣多的線路與故障線路28斷開(kāi)連接，在開(kāi)關(guān)場(chǎng)中定義所謂的備用斷路器或備用斷路裝置，它們將在其對(duì)應(yīng)的原始斷路裝置無(wú)法斷開(kāi)時(shí)斷開(kāi)。在圖6的示例中，假定斷路裝置22在斷路裝置21出故障的同時(shí)成功地?cái)嚅_(kāi)。用于斷路裝置21的備用斷路器是斷路裝置23和24。在這個(gè)示例中，需要兩個(gè)備用斷路器，因?yàn)檩旊娋€路28的電流通路在開(kāi)關(guān)場(chǎng)20中分為兩個(gè)通路，一個(gè)穿過(guò)斷路裝置24，而另一個(gè)穿過(guò)斷路裝置23?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D9并且通過(guò)使用原始斷路裝置21和備用