用于中断直流电流通路中电流流动的电路装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术名称为用于中断直流电流通路中电流流动的电路装置和方法。一种用于直流功率传送的直流电流通路(4)，包括串联连接的至少第一开关元件(1)和第二开关元件(2)。谐振电路(5)适配成借助于开关(53)可并联连接到至少一个第一开关元件(1)和第二开关元件(2)的串联连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压(HV)直流(直流)传送，并且尤其涉及用于中断直流电流通路中的电流流动的电路和方法。
技术介绍
由于各种原因，用于大规模传送能量的高压直流传送电网(grid)正重新获得关注。直流电网的重新到来与如何将功率驱动到直流电网中的不同概念联系密切。未来的直流电网可优选地受电压控制源控制，也称为电压源转换器器(VSC)。在此类电网中，短路情况下故障电流可迅速上升，而结果可加重系统可靠性的负担。倘若传统交流电网中发生短路，中断概念可得益于电网中AC的交变特性。当打开AC电流通路中相关联的断路器时，电弧可将此类断路器电极电连接，并且可继续允许电弧电流穿过断路器。然而，由于AC驱动源的性质，AC电流通路中此类正在进行的电弧电流也可振荡，并且可固有地呈现电流零交叉。为熄灭电弧并完全停止流过断路器的电流，需要电流中的零交叉。然而，在直流电网中，没有此类电流零交叉由于驱动源而发生，而是当将断路器带到其打开状态时或之后，期望通过其它部件来生成直流电流通路中的零电流。在一种途径中，通过向直流电流通路中注入振荡增加的反向电流而造成零电流。此类振荡反向电流可及时地在一点上补偿电弧电流，并且可最终造成直流电流通路中至少临时的零电流，该临时电流又可被用于熄灭电弧。用于引发振荡反向电流的部件可以是与断路器并联设置的谐振电路。在下文中，此类断路器更一般地称为开关元件。然而，将谐振电路并联连接到开关元件之后，在振荡的反向电流达到足以补偿穿过开关元件的电弧电流的幅度之前，必须经过一定时间，这将在此后称为到零电流的时间(tcz)。DE 2 039 065提及断路器装置，其中电流在换向到吸收通路之前首先从主通路换向到欧姆电阻通路。为构建影响主通路的此类欧姆电阻通路，将断路器分成至少两个断路器，可开关其中一个断路器以便使欧姆电阻分路，当开关时，其由于施加的高电流而爆炸(explode)。该事件又使得电流换向到吸收通路中。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于减小直流电流通路中生成零电流的时间。该目的通过独立权利要求的主题实现。根据本专利技术的第一方面，提供用于中断直流电流通路中电流流动的电路装置，所述电路装置包括在直流电流通路中串联连接的至少第一开关元件和第二开关元件。谐振电路并联连接到至少第一开关元件和第二开关元件的串联连接或者适配成借助于开关可并联连接到至少第一开关元件和第二开关元件的串联连接。根据本专利技术的代表方法的方面，对于包括串联连接的至少第一开关元件和第二开关元件的直流电流通路检测中断情形。响应于检测到中断情形，实现至少第一开关元件和第二开关元件的打开状态。将谐振电路并联连接到至少第一开关元件和第二开关元件的串联连接，用于在谐振电路中生成反向电流。借助于在直流电流通路中提供至少两个开关元件，即串联连接的至少一个第一开关元件和至少一个第二开关元件，减少到零电流的时间tcz，S卩，为激活谐振电路而闭合开关与在直流电流通路中实现零电流之间的时间，优选地被减小到等于或者小于10ms。在被动(passive)开关概念的情况下(其中谐振电路持续地连接到第一和第二开关元件的串联连接)，到零电流的时间可被定义为反向电流振荡的开始和实现直流电流通路中的零电流之间的时间。在一实施例中，可相关于生成快速上升振荡的良好的换向能力设计和优化第一开关元件，而相关于良好的热和介电隔离能力来设计和优化第二开关元件。到零电流的时间tcz可与电弧上的电压降相关并且与谐振电路中存在的电容的大小确定(dimensioning)相关。虽然考虑到短的振荡上升时间，优选高电容值，但是相关联的电容是成本密集的。另一方面，在第一开关元件当在其接触头之间发生电弧时供给高电压降的情况下，上升时间可显著减少，而同时电容能被合理地确定大小。注意，当前方面和所有其它方面中的术语“谐振电路”优选地理解为包括(优选地 串联连接的)电感和电容的LC电路，其中电感可被实施为单独的元件或者可由谐振电路的线路的电感来代表。术语“谐振电路”因此并不必表示闭合环路，而可以是在切换成闭合环路时显示出谐振特征的电路。根据本专利技术的第二方面，上升时间通过第一开关元件和电容的恰当设计而得以减小。对于这点，电路装置能被设计，以便一旦将该谐振电路并联连接到至少第一开关元件，谐振电路中可生成反向电流，反向电流立即上升至等于或者大于通过打开状态的开关元件的电弧电流的电平，在达到此电平之前不必经过多个振荡。在提供多于一个开关元件的情况下，“与至少第一开关元件并联”应包括并联到多于一个开关元件的串联连接。根据本专利技术的该第二方面，提供用于中断直流电流通路中的电流流动的电路装置，包括直流电流通路中的至少一个第一开关元件和适配成借助于开关可并联连接到至少一个第一开关元件的谐振电路。第一开关元件具有电弧电流上电弧电压特征(electricarc voltage over electric arc current characteristic),其包括至少一个巾畐度足以用于当闭合该开关时在谐振电路中生成大于或等于在直流电流通路中的电弧电流的反向电流的电弧电压值。通常，反向电流可以渐近方式达到电弧电流，并且因此在直流电流通路中形成零电流。根据本专利技术的代表方法的一方面，对于包括至少一个第一开关元件的直流电流通路检测中断情形。响应于检测到中断情形而实现至少第一开关元件的打开状态。响应于在第一开关元件的电弧电压的幅度足以用于当激活开关时在谐振电路中生成等于或大于直流电流通路中电弧电流的反向电流，谐振电路并联连接到至少一个第一开关元件。在从属权利要求、权利要求组合以及下面的说明书中列出有利实施例。描述的实施例类似地关于第一和第二方面的电路装置和方法。协同效应可从实施例的不同组合中产生，但它们可能没被详细地描述。此外，应该注意到涉及方法的本专利技术的所有实施例都可以所描述的步骤的顺序或者以步骤的任何其他顺序来实现。不管在权利要求中列出的顺序，本专利技术的公开和范围应包括步骤的任何顺序。附图说明从以下对本专利技术的实施例的详细描述中，将更好地理解本专利技术的实施例并且上文阐述那些目的之外的目的将变得明显。此类描述可参考附图，其中附图示出为图I是根据本专利技术一实施例的电路装置的电路框图；图2是示出在直流电流通路中样本电流特征随时间的图，其中具有用于中断应用的直流电流通路中的标称或额定或操作电流流动的方法；图3是根据本专利技术另一实施例的电路装置的电路框图；图4和图5分别是示出根据本专利技术的一实施例的、当已经应用用于中断应用的直流电流通路中的电流流动的方法时，样本电流和/或电压特征随时间的图；以及 图6是示出根据本专利技术一实施例的用于中断直流电流通路中的电流流动的方法的流程图。具体实施例方式断路器被看作未来HV直流电网的关键组件。特别是在基于VSC技术的网络中，断路器关于中断时间的要求与其他现有的直流和AC技术相比非常严格。可能期望实现小于IOms的中断时间。HV直流断路器可受到各种要求的挑战，这些要求例如是-倘若电弧电流通过打开状态的断路器，可在直流电流通路中生成电流零(CZ)交叉。此类电流零点可实现得越快则越好。-—旦实现电流零交叉，在断路器的电弧可被熄灭。相关于清除电弧，可需要断路器的良好的热中断特性。-一旦电弧被熄灭，优选的是断路器在其接触头上承受电压恢复，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于中断直流电流通路中的电流流动的电路装置，所述电路装置包括：在所述直流电流通路(4)中串联连接的至少一个第一开关元件(1)和至少一个第二开关元件(2)，以及谐振电路(5)，被并联连接到所述至少一个第一开关元件(1)和所述至少一个第二开关元件(2)的所述串联连接或借助于开关(53)适配成可并联连接到所述至少一个第一开关元件(1)和所述至少一个第二开关元件(2)的所述串联连接，其中所述第一开关元件(1)包括油断路器、少油断路器、强吹型电弧、分离叶片和FCS换向开关之一。

【技术特征摘要】
2011.05.12 EP 11165772.21.用于中断直流电流通路中的电流流动的电路装置，所述电路装置包括 在所述直流电流通路(4)中串联连接的至少一个第一开关元件(I)和至少一个第二开关元件⑵，以及 谐振电路(5)，被并联连接到所述至少一个第一开关元件(I)和所述至少一个第二开关元件(2)的所述串联连接或借助于开关(53)适配成可并联连接到所述至少一个第一开关元件(I)和所述至少一个第二开关元件(2)的所述串联连接， 其中所述第一开关元件(I)包括油断路器、少油断路器、强吹型电弧、分离叶片和FCS换向开关之一。2.用于中断直流电流通路中的电流流动的电路装置，尤其是根据权利要求1，包括 所述直流电流通路(4)中的至少一个第一开关元件(1，2)， 谐振电路(5)，适配成借助于开关(53)可并联连接到所述至少一个第一开关元件(1，2)， 其中所述第一开关元件(I)具有如下电弧电流上电弧电压特征，其包括至少一个幅度足以用于当闭合所述开关(53)时在所述谐振电路(5)中生成大于或等于所述直流电流通路⑷中电弧电流的反向电流的电弧电压。3.根据权利要求I或权利要求2的电路装置，其中所述第一开关元件(I)具有如下电弧电流上电弧电压特征，其包括超过20kV的电弧电压值，并且尤其包括超过30kV的电弧电压值。4.根据上述权利要求中任何一项所述的电路装置，其中到零电流的时间(tCZ)等于或者小于10ms，其中到零电流的时间(tCZ)定义为为了激活所述谐振电路而闭合所述开关和实现所述直流电流通路中的零电流之间的时间。5.根据上述权利要求中任何一项所述的电路装置，其中所述第一开关元件(I)包括断路器，该断路器在其电弧电流上电弧电压特征的至少一部分中具有负的斜率。6.根据上述权利要求中任何一项所述的电路装置，其中所述第二开关元件(2)包括热中断能力高的设备，并且优选地包括真空断续器。7.根据上述权利要求中任何一项所述的电路装置，其中第三开关元件(3)与所述直流电流通路(4)中的所述第一开关元件(I)和所述第二开关元件(2)串联连接。8.根据权利要求7的电路装置，其中所述第三开关元件(3)包括介电承受能力高的设备，并且优选地包括气体吹弧断路器，尤其是压缩气体设备或者是基于六氟化硫的断续器。9.根据上述权利要求中任何一项所述的电路装置，其中所述谐振电路(5)包括串联连接的电容(52)和电感(51)，其中所述电容(32)的电容值小于100 μ F。10.根据权利要求9的电路装置，包括电阻器(54)或者电涌放电器(55)，其适配成可并联连接到所述电容(52)用于使所述电容(52)放电。11.根据上述权利要求中任何一项所述的电路装置，包括控制单元￠)，用于控制所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·帕诺西斯，J·科斯托维奇，L·利杰斯特兰德，M·布约策克，P·斯卡比，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：