[发明专利]过电压保护方法和设备、及具有如此设备的电力系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于保护电力系统免于过电压发生的方法，其中电力系统用于经受电压。另外，本发明涉及用于保护电力系统免于过电压发生的设备，其中电力系统用于经受电压，该设备包括多个电涌放电器以及包括用于检测电力系统中的过电压发生的检测装置。本发明还涉及包括上述设备的电力系统。

背景技术

存在对改进的用于电力系统的过电压保护的需求，其中电力系统例如为包括VSC变流器(VSC＝电压源变流器)的电力系统、包括线换向变流器(line-commutated converter)的电力系统、和/或包括电力传输线的电力系统，其中电力传输线例如为高压直流(HVDC)传输系统。

包括风能发电园或风力发电场的电力系统是过电压会特别有害的电力系统。传统地，离岸风力发电场的风力涡轮机连接到本地交流(AC)总线，其中该本地交流总线连接到第一VSC变流器；第二VSC变流器连接到近岸AC输电网；以及用于将离岸风力发电场产生的电力传输到近岸AC输电网的直流(DC)链接连接在第一和第二VSC变流器之间。包括所述第二VSC变流器和AC输电网的逆变器侧上的AC系统中的三相故障将导致包括所述第一VSC变流器和DC链接的整流器侧上的高的过电压，即第一VSC变流器和DC链接将经受有害的过电压。因此，整流器侧上的VSC变流器可能无法接收风力涡轮机产生的电力，并且风力涡轮机不得不达到停止状态，以及当故障被校正或修复时，风力涡轮机不得不再次启动，并且该过程导致发电的大量下降。

WO2008/131799A1公开了多个保护电力系统免于过电压的方案，其中电力系统包括风力发电场和用于将电力从风力发电场传输到AC输电网的DC链接，其中每端上的DC链接连接到VSC变流器。在一个方案中，由可切换电阻器组成的DC断路器连接到DC链接。在另一方案中，通过控制整流器侧上的VSC变流器，来修改风力发电场连接到的本地AC总线中的AC电压。

在现有技术中已知的是使用电涌放电器来减少电力系统中的过电压，以保护电力系统免于过电压发生。例如，WO02/50972A1公开了一种用于将直流电压转换成交流电压以及将交流电压转换成直流电压的VSC变流器，其中VSC变流器的电流阀中的至少之一设置有与电流阀并联连接的用于过电压保护的电路，该电路包括串联连接的电涌放电器。

然而，当根据现有技术使用电涌放电器来保护电力系统，例如上述包括风力发电场的电力系统时，连接的电涌放电器的保护水平或拐点电压适配于电力系统，并且被设定为固定的电力系统最大操作电压，以及这导致不可变更的过电压保护。

发明目标

因此，本发明的目标是提供一种改进的用于电力系统的过电压保护。

发明内容

通过提供用于保护电力系统免于过电压发生的设备来达到本发明的上述目标，其中，电力系统用于经受电压，该设备包括多个电涌放电器以及包括用于检测电力系统中的过电压发生的检测装置，其中所述多个电涌放电器中的电涌放电器串联连接，所述多个电涌放电器包括可连接到接地的第一电涌放电器和可连接到要被保护的电力系统的第二电涌放电器，该设备包括与所述多个电涌放电器中的至少一个电涌放电器并联连接的开关装置，以及该开关装置用于在没有检测到过电压发生时开路，以及用于在检测到过电压发生时闭合并且使与开关装置并联连接的电涌放电器短路。

根据本发明，当检测到电力系统中的过电压时，开关装置将使与其并联连接的电涌放电器短路，从而电力系统中的能量被“吸收”以及过电压还被降低到更低水平。因此，有效地改进了电力系统的过电压保护。当根据本发明的设备应用于上述涉及风力发电场的示例中的电力系统时，如果发生相应的故障，则风力涡轮机不必达到停止状态。代替地，能量被创新的设备吸收，而过电压被降低到更低水平。创新的设备可在若干位置连接到系统，而在实施例的详细说明中，公开了若干示例。

当具有现有技术中公开的提供固定保护水平的电涌放电器时，保护水平被最大连续性操作电压限制，并且保护水平相对高。这增加了对电涌放电器的磨损。在根据本公开的方案中，设备的保护水平在检测到过电压时被“调整”到更低水平，而电力系统可在检测到过电压时继续运行，以及还减少了对电涌放电器的磨损。电力系统的其它组件也可被定尺寸到更低保护水平，这提供成本节省。

通过关于开关装置的术语“开路”来表示开关装置处于开路状态或不导电状态，在该状态中，开关装置基本上不可导电并且不传导任何电流，以及开关装置可被称为断开。通过关于开关装置的术语“闭合”来表示开关装置处于闭合状态或导电状态，在该状态中，开关装置可导电并且传导电流，以及开关装置可被称为接通。