用于高压直流电网的互连设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于高压直流电网的互连设备(2)，其包括：‑用于连接到高压直流电网的第一和第二线路的第一和第二端子(201、202)，用于连接到高压电网的线路或本地站的第三端子(203)；‑连接到第一到第三端子(201‑203)的节点(204)；‑串联连接在第一端子和所述节点之间的第一受控开关(261)和第一超导限流器(251)；‑串联连接在第二端子和所述节点之间的第二受控开关和第二超导限流器；‑串联连接在第三端子和所述节点之间的第三受控开关和第三超导限流器；‑以及被配置为将电流注入到所述节点中的装置。

Interconnect equipment for HVDC power grid

The invention relates to an interconnect device (2) for a high voltage DC power grid, which includes the first and second terminals (201, 202) for the first and second lines connected to the HVDC power grid, for a line connected to a high voltage power grid or a third terminal (203) of a local station, and a node connected to the first to third terminals (201 203). The first controlled switch (261) and the first superconducting current limiter (251) connected in series are connected in series between the first terminal and the node, and the second controlled switch and the second superconducting current limiter are connected in series between the second terminals and the nodes, and are connected in series between the third terminals and the third controlled switches between the nodes and the 204. Three a superconducting fault current limiter; and a device configured to inject the current into the node.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高压直流电网的互连设备本专利技术涉及高压直流传输和/或配电网，通常由首字母缩略词HVDC表示。本专利技术尤其涉及在面临短路的节点处的选择性和断开时间。随着可再生能源的发展，HVDC网络尤其被用来解决不同的或不同步的电力生产站点的互连问题。因为线路损耗较低并且不受长距离网络寄生电容的影响，HVDC网络，而不是交流技术，尤其被考虑用于海上风电场所生产的能量的传输和分配。这样的网络通常具有大约50kV及以上的电压水平。对于电力的点对点传输，能够通过配备有断路器的线路末端转换器(end-of-lineconverter)来产生分段。相比之下，在多点或多节点传输中，这种分段不能再由这种转换器来产生。在这样的网络中，直流的断开是直接决定这样的网络的可行性和发展的关键问题。实际上，节点短路的出现在整个网络中传播非常迅速。在不能相当快的断开节点的情况下，短路电流持续增长，并且能够在几毫秒内达到几十千安。这样短路电流就可能超过不同节点的直流断路器的断流容量。短路电流也可能损坏交流/直流转换器中使用的电力电子设备。一种已知的解决方案在于将非常快速的深度直流断路器与电抗器串联，以限制短路电流的增长速率并在非常短的时间内切断短路电流。对断路器的本地电压和电流进行测量使得可以在出现短路的情况下控制断路器打开。这种解决方案会引起不可忽视的损耗，且依赖于断路器的快速水平，这意味着断路器的成本特别高。此外，用这种解决方案在短路情况下获得令人满意的断开的选择性是有缺陷的，并且没有证实这种解决方案为多节点传输提供保护。由JustineDescloux等人于2013年6月16日在2013年格勒诺布尔的IEEE会议发表的题为“ProtectionsystemformeshedHVDCnetworkusingsuperconductingfaultcurrentlimiters”(使用超导故障限流器的网状HVDC网络的保护系统)的文献的第1至5页中描述了用于高压直流网络的互连设备。该设备具有用于连接到高压网络的线路的第一和第二端子、用于连接到本地站的第三端子以及连接到这些端子的节点。一个断路器连接在第一端子和节点之间，另一个断路器连接在第二端子和节点之间。超导限流器连接在第三端子和节点之间。这种系统既不能定位故障也不能迅速隔离故障。文献EP2908398描述了一种用于高压网络的串联开关结构。该开关包括与超导限流器串联的受控开关。文献WO2012/123015描述了一种位于高压直流网络的子分段之间的交叉点处的限流器，以避免故障在整个网络中传播。本专利技术旨在解决这些缺点中的一个或更多个。本专利技术因此涉及如权利要求1所限定的用于高压直流网络的互连设备。本专利技术还涉及从属权利要求的主题。从属权利要求的各种特征也能够独立地与权利要求1的特征组合，而不构成中位概括。本专利技术还涉及一种高压直流电网络，包括：-高压线路；-至少三个如所要求保护的互连设备，所述互连设备中的每一个的第一和第二端子经由所述高压线路互连。本专利技术的其他特征和优点将从下面参考附图以示意性而非限制性的方式给出的描述中清楚地显现，在附图中：-图1示出了根据本专利技术实现互连设备的高压直流网络的简化示意图，该高压直流网络与交流网络相关联；-图2示意性地示出了根据本专利技术的互连设备的示例性实施例；-图3示出了超导限流器的随其温度和其电流密度变化的操作模式的图；-图4示出了超导限流器的随其电流和该电流的保持时间变化的操作模式的图；-图5示意性地示出了根据本专利技术的互连设备的控制装置的示例；-图6示出了施加到图2的互连设备的短路的特定情况；-图7是示出在短路施加到图2的互连设备时的不同电流的图；-图8是示出在短路施加到图2的互连设备时的不同限流器的温度的图；-图9示意性地示出了本地站的保护装置；-图10示出了根据本专利技术另一方面的保护装置在短路时电压与额定线路电压的比。本专利技术提出了一种互连设备，其包括连接到节点的至少三个端子，其每个端子与节点之间的连接包括串联连接的超导限流器和受控开关(或断路器)。被配置为在节点(特别是下文详述的示例中的连接在节点和地之间的存储能量的电容器)上的电压下降时将电流注入到该节点中的装置，旨在使发生短路的端子上的限流器之一跳闸。该装置注入的能量通过该限流器而短路，然后串联连接的受控开关打开。因此，只有该限流器而非其它限流器跳闸，才获得受控开关打开的选择性。图1是根据本专利技术实现互连设备21、22和23的高压直流网络1的示例的简化示意图，其中高压直流网络1与交流网络相关联。网络1包括高压线路112、113、123和133。高压线路112连接设备21和22，高压线路123连接设备22和23，高压线路113连接设备21和23。网络1包括本地站31、32和33。众所周知，本地站31、32和33可以包括发电机(比如风力发电场、潮汐发电站、核电站、热电站或甚至光伏发电机)或本地传输或消耗网络。为简化起见，在此，本地站31、32和33各自包括直流/交流转换器和代表所有本地交流网络的交流设备(发电机或负载)。因此，本地站31包括连接到设备21的转换器311和用作连接到转换器311的发电机的转动电机312。本地站32包括连接到设备22的转换器321和连接到转换器321的交流设备322。本地站33包括连接到设备23的转换器331和连接到转换器331的交流设备332。在此，本地站33经由保护装置24和高压线路133连接到设备23。转换器311、321和331有利地为电压源转换器VSC型，例如模块化多级转换器或MMC型，半桥式、全桥式或双电平电压源转换器。为简化起见，在此，仅示出了高压网络的一个极性。每个连接设备31至33当然可以具有对应的端子和部件以管理网络的另一极性。图2示意性地示出了互连设备2的实施例的示例。互连设备2包括旨在连接到各自的高压直流线路11的端子201和端子202，这些高压直流线路11自身连接到其他互连设备。第三端子203旨在连接到本地站3(但能够连接到另一高压线路)。节点204经由相应的支路连接到端子201、202和203。因此，节点204：-经由串联连接的超导限流器251和受控开关261连接到端子201；-经由串联连接的超导限流器252和受控开关262连接到端子202；-经由串联连接的超导限流器253和受控开关263连接到端子203。端子201与节点204之间的超导限流器251和受控开关261的连接顺序、端子202与节点204之间的超导限流器252和受控开关262的连接顺序或者端子203与节点204之间的超导限流器253和受控开关263的连接顺序能够相对于所示的配置互换。限流器251至253被配置为将流过受控开关261至263的电流保持在比这些受控开关的断流容量低的水平，从而允许在短路的情况下这些开关261至263中的一个有效打开。对于超导体类型的限流器251至253，当它们处于超导状态时，它们的端子之间的电势差为零，这因此使得可以限制在每个支路中引起的损耗。限流器251至253能够由限流器部件组成，或者包括以众所周知的方式与限流器部件并联或串联连接的部件的组合，以获得限流功能。受控开关261至263有利地是机电开关，特别是因为它们能够产生低线路损耗。电容器27连接在地和节点20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高压直流网络的互连设备(2)，包括：‑被配置为用于连接到高压直流网络的第一线路和第二线路的第一端子和第二端子(201、202)，被配置为用于连接到高压网络的线路或本地站的第三端子(203)；‑连接到第一端子至第三端子(201‑203)的节点(204)；其特征在于，所述互连设备(2)包括：‑串联连接在所述第一端子和所述节点之间的第一受控开关(261)和第一超导限流器(251)；‑串联连接在所述第二端子和所述节点之间的第二受控开关和第二超导限流器；‑串联连接在所述第三端子和所述节点之间的第三受控开关和第三超导限流器；‑被配置为在所述节点上的电压下降时将电流注入到所述节点的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.16 FR 15599211.一种用于高压直流网络的互连设备(2)，包括：-被配置为用于连接到高压直流网络的第一线路和第二线路的第一端子和第二端子(201、202)，被配置为用于连接到高压网络的线路或本地站的第三端子(203)；-连接到第一端子至第三端子(201-203)的节点(204)；其特征在于，所述互连设备(2)包括：-串联连接在所述第一端子和所述节点之间的第一受控开关(261)和第一超导限流器(251)；-串联连接在所述第二端子和所述节点之间的第二受控开关和第二超导限流器；-串联连接在所述第三端子和所述节点之间的第三受控开关和第三超导限流器；-被配置为在所述节点上的电压下降时将电流注入到所述节点的装置。2.如权利要求1所述的用于高压直流网络的互连设备(2)，其中，所述电流注入装置被配置为注入具有能量Equench的电流，所述能量Equench满足以下关系式：Equench≥1/k×Vi×Ic×Δtopen其中，Vi为所述第一端子和所述第二端子之间的额定电压，Ic为第一超导限流器至第三超导限流器中具有最高临界电流的限流器的临界电流，Δtopen是承受故障的最长时间，k＝[Vol×Cpmoy(Tc-Tmax)×(Tmax-Tc)]/[Vol×Cpmoy(T0-Tc)×(Tc-T0)]，其中，Cpmoy是该限流器的两个温度之间的平均热容量，Tmax是其最高安全温度，Tc是其跳闸温度，T0是其额定工作温度，Vol是其超导材料的体积。3.如权利要求1或2所述的用于高压直流网络的互连设备(2)，其中，所述电流注入设备是连接在所述节点(204)和地之间的电容器(27)。4.如权利要求3所述的互连设备(2)，其中，所述电容器(27)的电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·利昂加西亚，阿尔贝托·伯丁纳托，帕斯卡尔·蒂克斯阿多尔，伯特兰·雷森，布鲁诺·卢斯坎，
申请(专利权)人：超级电力研究所，格勒诺布尔综合理工学院，格勒诺布尔大学，
类型：发明
国别省市：法国,FR