[发明专利]限制DC电网中故障影响的电流限制系统和操作电流限制系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力传输的领域，并且更具体地涉及使用高压直流（HVDC）技术的电力传输。

背景技术

长距离电力传输可以使用HVDC传输线而有利地进行。在AC传输系统中，传输损耗取决于有功和无功功率传递两者。对于长的传输线，由于无功功率传递引起的损耗将是明显的。另一方面，在HVDC传输系统中，仅传递有功功率。HVDC传输线中的损耗从而将低于具有相同长度的AC传输线中的损耗。对于长距离传输，HVDC系统中必需的转换设备的较高投入通常是合理的。

与AC传输相比，DC传输的缺点是故障电流的中断更困难。AC系统中的故障电流固有地展现频率零交叉，这便于快速电流中断。在DC系统中，没有出现固有的零交错。为了阻断DC电流，DC电流的零交叉大体上必须强加于系统。

此外，在AC系统中，故障电流将受到传输线的电抗的限制。另一方面，在DC系统中，传输线的电抗将仅在瞬态阶段有关系。当瞬态（相当快地）减少时，仅线路的电抗将限制DC侧上的故障电流的水平。从而，故障电流可以在DC电网中非常快地增长。因此期望故障电流的快速阻断。

此外，来自AC侧的电力将馈送到在DC侧上出现的故障。典型地，这暗指故障电流在DC侧上是高的，而在故障情况下DC电压在整个DC电网中将是低的，从而使得在出故障的时段期间有组织的功率传递变得不可能。在则会转换器中的至少一些是基于电压源转换器（VSC）技术时特别明显，因为VSC转换器的开关典型地将必须在电流上升到某一水平之上时被阻断，从而使VSC转换器基本上作为二极管桥而操作。该水平在这里转换器阻断水平。连接到DC电网的转换器越多，故障中的DC电流越高。具有受抑制的DC电压的情形（没有随之的功率传递能力）如果持续很久的话可对AC系统稳定性具有严重影响。AC系统不稳定将导致灯火管制，这对于社会成本非常高。为了防止AC系统不稳定，AC系统可以设计成具有极大的保存传递能力。然而，AC系统的这样的过大尺寸成本很高并且大体上不是期望的。因此，在DC电压已经崩溃之前，期望DC故障电流的快速阻断。

从而，为了限制线路故障的影响，HVDC断路器应该非常快地起反应，典型地在故障电流仍在增加时以及DC电压已经崩溃太多之前的瞬态阶段中。已经投入开发快速且可靠的HVDC断路器，并且当前提供电流的最快中断的HVDC断路器基于半导体技术。半导体HVDC断路器例如在EP0867998中公开。然而，半导体HVDC断路器经历比在机械断路器中的更高的功率损耗。此外，设计成阻断大电流的半导体HVDC断路器比机械断路器明显要贵。然而，现有的机械断路器无法提供足够的阻断速度。从而，在DC电网中需要有成本且能量有效的故障电流处理。

发明内容

本发明所涉及的问题是如何高效地限制DC电网中出现的故障的消极后果。

该问题由用于在DC电网（DC连接形成其的一部分）中出现故障的情况下限制通过DC连接的电流的电流限制系统而解决。电流限制系统包括用于串联连接到DC连接内的电流限制器，和用于控制该电流限制器的电流限制强度的控制系统。该控制系统包括布置成测量通过电流限制器的电流的电流测量装置，并且该控制系统能操作成检测故障。该控制系统进一步能操作成响应于检测故障而采用使得如果通过断路器的电流超出第一电流阈值（I_max）则电流限制强度增加并且如果通过断路器的电流下降到第二电流阈值（I_min）以下则电流限制强度减小这样的方式来调整电流限制器的电流限制强度。

问题进一步由操作用于在DC电网（DC连接形成其的一部分）中出现故障的情况下限制通过DC连接的电流的电流限制系统的方法而解决。该方法包括在电流限制系统中检测故障。该方法进一步包括响应于检测故障而采用使得如果通过断路器的电流超出第一电流阈值（I_max）则电流限制强度增加并且如果通过断路器的电流下降到第二电流阈值（I_min）以下则电流限制强度减小这样的方式来调整电流限制器的电流限制强度。

在一个实施例中，第一电流阈值位于额定传输电流以下。该实施例例如在电流限制器在AC/DC转换器的DC侧处连接来限制从AC/DC转换器流入DC电网中的故障内的电流时可是有利的。通过将来自AC/DC转换器的故障电流限制在额外电流以下的水平，从AC/DC转换器到DC电网的有功功率传递将保持在AC/DC转换器的额定功率以下，从而允许从AC/DC转换器向在AC/DC转换器的AC侧处连接的AC电力系统提供无功功率。