本发明专利技术提供了一种用在高压直流(HVDC)输电中的断路器设备，该断路器设备包括一个模块(40)或者多个串联模块(40)，所述模块(40)或者每个模块(40)包括：第一传导通路(42)、第二传导通路(44)、第三传导通路(46)和第四传导通路(48)；以及连接到电子网络(54,56)的第一终端(50)和第二终端(52)，每个传导通路(42，44,46，48)在第一终端(50)和第二终端(52)之间延伸；第一传导通路(42)包括机械开关元件(58)，第二传导通路(44)包括至少一个半导体开关元件(66)，所述第三传导通路(46)包括具有能量存储装置(70)的缓冲电路，并且所述第四传导通路(48)包括电阻元件(74)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一种用在高压直流(HVDC)输电中的断路器设备，该断路器设备包括一个模块(40)或者多个串联模块(40)，所述模块(40)或者每个模块(40)包括：第一传导通路(42)、第二传导通路(44)、第三传导通路(46)和第四传导通路(48)；以及连接到电子网络(54,56)的第一终端(50)和第二终端(52)，每个传导通路(42，44,46，48)在第一终端(50)和第二终端(52)之间延伸；第一传导通路(42)包括机械开关元件(58)，第二传导通路(44)包括至少一个半导体开关元件(66)，所述第三传导通路(46)包括具有能量存储装置(70)的缓冲电路，并且所述第四传导通路(48)包括电阻元件(74)。【专利说明】高压DC断路器设备
本专利技术涉及用在高压直流(HVDC)输电中的断路器设备。
技术介绍
在输电网络中通常将交流(AC)电转换成直流(DC)电以用于经由高架线和/或者海底电缆进行传输。该转换移除了对由传输线或者电缆施加的AC电容性负载效应进行补偿的需要，由此减少了每千米的传输线和/或者电缆的成本。因此，当需要长距离输电时，从AC转换到DC是合算的。 在其中需要互连在不同频率处进行工作的AC网络中的输电网络中也利用AC电到DC电的转换。在任何此类输电网络中，在AC电和DC电之间的每个接口处需要转换器以实现所需转换。 HVDC容易遭受DC侧故障或者可以在DC输电线或者电缆的两端出现具有低阻抗的短路的其它异常工作情况。这些故障由于绝缘的损伤或者破裂、雷击、导体的移动或者异物导致的导体之间的其它偶然桥连等而可能出现。 DC输电线或者电缆两端的低阻抗的存在可不利于HVDC转换器。有时，转换器的固有设计意味着转换器在这种条件下不能限流，导致超过HVDC转换器的额定电流的高故障电流的发展。这种高故障电流不仅损坏HVDC转换器的组件，而且导致HVDC转换器离线一段时间。这导致损坏的电子设备硬件的修理和维护成本的不断增加，并且不便于依赖电子设备工作的最终用户。因此，一检测到高故障电流就能够中断该高故障电流是重要的。 使HVDC转换器免于DC侧故障的传统方法(借此转换器控制不通过任何其它手段限制该故障电流)要热衷于AC侧断路器，从而移除了通过HVDC转换器将故障馈送到DC侧的电流供给。这是因为目前不存在可用的HVDC断路器设计。而且目前几乎所有的HVDC方案均是采用连接到DC侧的两个HVDC转换器的点对点方案，借此一个HVDC转换器用作具有电力校正能力的电源，并且另一个HVDC转换器用作具有电力逆变能力的电力负载。因此，由于故障在点对点方案中的存在需要中断电力流以允许清除该故障，所以热衷于AC侧断路器是可接受的。 如地理分散的可再生的生成形式所需的那样，一类新的电网连接的HVDC输电网络现在正在被考虑以用于长距离移动大量的电力，以增大具有智慧型电网智能和能够支持现代电贸易需求的特征的现有AC传输网络的能力。 电网连接的HVDC输电网络需要HVDC转换器的多终端互连，借此可以使用并行工作的三个或者更多的HVDC转换器来在DC侧交换电力。每个HVDC转换器用作源或者汇以维持网络的整个输入到输出的电力平衡同时交换所需要的电力。在遍及整个网络的不期望的电力损耗发生之前，需要迅速地隔离网络中的故障并且与剩余的网络分离。此外，来自用作源的几个转换器的故障电流可以合并，以形成组合的故障电流，如果不适当管理，这将导致对整个网络的电子设备的广泛损坏。 当电流达到电流零点时，执行传统断路器中的电流中断，以可观地减少中断任务的难度。因此，在传统电路器中，存在着如果电流零点没有在用于中断电流的限定时间之内出现，则损坏电流中断设备的风险。因此，与电流零点自然地出现的AC电流不同，DC电流不能自然地达到电流零点，所以固有的难以执行DC电流中断。 可以通过施加强制的电流零点或者人工创建的电流零点来使用传统AC断路器以执行DC电流中断。一种DC电流中断的方法涉及在传统AC断路器的两端并行连接辅助电路，该辅助电路包括:电容器或者电容器和电感器的组合，并且被布置为创建在DC负载电流上叠加的振荡电流，从而创建电流零点。这种布置通常具有几十毫秒的响应时间，这不满足需要响应时间在几毫秒范围内的HVDC电网的要求。 EP 0867998B1公开了传统固态DC断路器，该断路器包括与金属氧化物避雷器并行的串联IGBT堆叠。该方案达到了上述提及的响应时间但是遭受了高稳态功率损耗。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用在高压直流(HVDC)输电中的断路器设备，该断路器设备包括一个模块或者多个串联模块； 所述模块或者每个模块包括:第一传导通路、第二传导通路、第三传导通路和第四传导通路；以及连接到电网络的第一终端和第二终端，每个传导通路在第一终端和第二终端之间延伸。 第一传导通路包括机械开关元件，以选择性地在第一操作模式下允许电流在第一终端和第二终端之间流过第一传导通路或者在第二操作模式下将电流从第一传导通路整流换向到第二传导通路； 第二传导通路包括至少一个半导体开关元件，以选择性地在第二操作模式下允许电流在第一终端和第二终端之间流过第二传导通路或者将电流从第二传导通路整流换向到第三传导通路，其中，机械开关元件的电弧电压超过一个或者多个半导体开关元件两端的导通状态(on-sate)电压； 第三传导通路包括具有能量存储装置的缓冲电路，以在第二操作模式下控制机械开关元件两端的电压的变化速率并且反抗在第一终端和第二终端之间流动的电流； 第四传导通路包括电阻元件，以在第二操作模式下吸收并且消散能量，并且转移来自第一终端和第二终端的充电电流远离能量存储装置以限制第一终端和第二终端两端的最大电压。 在使用中，断路器设备可以与DC网络串联连接，并且可以与传统AC断路器或者切断器串联连接。将断路器设备连接到DC网络导致电流在DC网络中在正常输电期间流过所述模块或者每个模块的第一传导通路。当与相等额定的基于半导体的开关相比时，机械开关元件例如真空中断器在第一传导通路中的使用在DC网络的正常操作期间减少了传导损耗。 在导致高故障电流的DC网络中出现故障的情况中，接通所述半导体开关元件或者每个半导体开关元件并且打开机械开关元件，以将电流从第一传导通路整流换向到第二传导通路。这导致机械开关元件的接触元件之间的电弧的形成。机械开关元件的接触元件两端的电弧电压的存在导致电流从第一传导通路整流换向到第二传导通路。这继而导致电弧熄灭，并且由此最小化接触元件的磨损，这延长了机械开关元件的寿命。 机械开关元件的电弧电压和一个或者多个半导体开关元件两端的导通状态电压之差影响从第一传导通路到第二传导通路的电流的整流换向的速度。 具有快速电流斩波和高电弧电压特性的机械开关元件理想地与并联连接的半导体开关元件或者并联连接的半导体开关元件集合一起使用，以将机械开关元件从导通状态整流换向到阻断状态。这是因为机械开关元件之内的接触元件之间的电弧在没有消耗很多能量的情况下迅速地整流换向。相比之下，当基于半导体的开关处于传导状态时，基于半导体的开关在(能够将负载电流与所需要的低导通状态电压降一起携带的)第一传导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用在高压直流(HVDC)输电中的断路器设备，所述断路器设备包括一个模块(40)或者多个串联模块(40)；所述模块(40)或者每个模块(40)包括：第一传导通路(42)、第二传导通路(44)、第三传导通路(46)和第四传导通路(48)；以及连接到电子网络(54,56)的第一终端(50)和第二终端(52)，每个传导通路(42，44,46，48)在所述第一终端(50)和所述第二终端(52)之间延伸；所述第一传导通路(42)包括机械开关元件(58)，以选择性地在第一操作模式下允许电流在所述第一终端和所述第二终端之间流过所述第一传导通路(42)或者在第二操作模式下将电流从所述第一传导通路(42)整流换向到所述第二传导通路(44)；所述第二传导通路(44)包括至少一个半导体开关元件(66)，以选择性地在第二操作模式下允许电流在所述第一终端(50)和所述第二终端(52)之间流过所述第二传导通路(44)或者将电流从所述第二传导通路(44)整流换向到所述第三传导通路(46)，其中，所述机械开关元件(58)的电弧电压超过所述半导体开关元件(66)或者所述多个半导体开关元件两端的导通状态电压；所述第三传导通路(46)包括具有能量存储装置(70)的缓冲电路，以在第二操作模式下控制在所述机械开关元件(58)两端的电压的变化速率并且反抗在所述第一终端(50)和所述第二终端(52)之间流动的电流；所述第四传导通路(48)包括电阻元件(74)，以在第二操作模式下吸收并且消散能量，并且转移来自所述第一终端(50)和所述第二终端(52)的充电电流而远离所述能量存储装置(70)，以限制所述第一终端和所述第二终端两端的最大电压。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：阿利斯泰尔·伯内特，科林·唐纳德·默里·奥兹，科林·查诺克·戴维森，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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